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JP3155876B2 - 画像表示装置及びそれに用いられる画像の撮像方法 - Google Patents

画像表示装置及びそれに用いられる画像の撮像方法

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JP3155876B2
JP3155876B2 JP33072793A JP33072793A JP3155876B2 JP 3155876 B2 JP3155876 B2 JP 3155876B2 JP 33072793 A JP33072793 A JP 33072793A JP 33072793 A JP33072793 A JP 33072793A JP 3155876 B2 JP3155876 B2 JP 3155876B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は視域（観察域）の広い２
次元画像表示装置および特殊な眼鏡等を着用せずに立体
像を観察することの出来る画像表示装置及びそれに用い
られる画像の撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】２次元画像表示装置としてよく知られて
いるものにＣＲＴがある。
【０００３】ＣＲＴは真空中に固定された電子銃から発
せられる電子線を、膜状に塗布された蛍光体に照射して
光エネルギーに変換し、電子線の２次元的な走査を繰り
返して所定の輝度分布を有する表示面を形成する装置で
ある。そのほか、液晶を用いた表示素子は液晶が電界中
で偏光性の変調を示すことを利用した素子で、ＣＲＴよ
りも薄型・軽量のディスプレイデバイスとして実用化さ
れている。
【０００４】一方、立体像表示方法としては従来、様々
な方法が試みられてきた。このうち最も一般的な方法が
両眼視差を利用する方法で、両眼に対応する２次元画像
をそれぞれ独立に左右眼に正しく提示・融像させて立体
視を行うものである。この方法は特殊なメガネを用いる
方法と、指向性の強い表示面を用いる方法の２つに大き
く分けられる。
【０００５】特殊なメガネを用いる方法の代表的な例
に、図２６のような液晶シャッターメガネを使用したも
のがある。
【０００６】画像表示面は単に左右画像を交互に切り替
えて表示するのみであるが、液晶ドライバによってこの
画像切り替えに同期して液晶シャッターメガネの光の透
過／遮断を左右で切り替える。この切り替えが眼の残像
許容時間（約1/30秒）以内に行われればフリッカーの無
い立体動画像を再生することが出来る。
【０００７】また、指向性の強い表示面を用いる方法の
代表的な例としてはレンチキュラ方式がある。これは半
円筒状のレンズを水平方向に多数配列したレンチキュラ
レンズを使用する方式で、図２７のようにレンズ板の焦
点面に、左右眼に対応した画像を縦長状に分割して交互
に配置し、レンズ板を通して観察するとレンズ板の指向
特性に応じて左眼と右眼に画像が分離されて立体視可能
となる。
【０００８】さらに、両眼視差のみならず、眼の奥行き
方向の調節応答をも満足するような立体像表示方法とし
て奥行き標本化方式がある。
【０００９】奥行き標本化方式とは複数枚の物体の2 次
元の切断画像を結像面を移動させながら時分割表示し、
眼の残像現象を利用して空間に画像を浮かび上がらせる
方式をいう。また、この方式によれば眼の位置を左右上
下に移動させれば、それぞれの位置からながめた画像が
観察できる。
【００１０】図２８は２次元ＬＥＤアレイを回転させて
上記の効果を得るディスプレイの例である。２次元ＬＥ
Ｄアレイパネルを高速で回転させながら、これに同期し
て物体の放射状切断面画像を円筒座標空間内に順次表示
させて立体像を表示する。
【００１１】
【発明が解決しようとしている課題】上記のような一般
的な２次元画像表示装置は画像表示面が平面状であり、
表示面に正対した観察者からは画像観察が容易である
が、表示面法線に対して大きな角度を持つ方向からの観
察は困難で、側方、後方からの観察は不可能である。
【００１２】一方、従来の立体像表示方法にはそれぞれ
次のような問題点が存在する。 (1) 特殊なメガネを用いる方法 立体像を観察するたびメガネをかけなければならず、わ
ずらわしさが生じる。また、観察者の数だけメガネが必
要となる。 (2) 指向性の強い表示面を用いる方法 観察者の両眼の位置があらかじめ想定した位置からずれ
ると両眼に対応する画像を提示できなくなる。また、レ
ンズの収差や回折の影響を受け画質の低下を招く。 (3) 奥行き標本化方式 原理上、再生される立体像はファントム・イメージ（内
部を透視した像）となってしまう。また、上記の例のよ
うに点光源を回転に同期させながら点滅する方式の場
合、画像の解像度は点光源の大きさに依存し、カラー化
も困難である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、２次元画像表示が可能な表示手段と、該表示手段に
表示された画像を該表示手段と異なる位置に結像させる
結像光学系と、前記結像光学系の像面内の一つの軸を回
転軸として前記像面を回転移動せしめる像面移動手段と
を備え、前記結像光学系の射出瞳の形状が前記回転軸に
直交する方向に比べ前期回転軸方向の方が長くなるよう
に構成されていることを特徴とする。また本発明の画像
表示装置は、２次元画像表示が可能な表示手段と、該表
示手段に表示された画像を該表示手段と異なる位置に結
像させる結像光学系と、前記結像光学系の像面内の一つ
の軸を回転軸として前記像面を回転移動せしめる像面移
動手段とを備え、前記結像光学系の射出瞳の位置が、前
記像面に対し、前記像面上に再生される像を観察する観
察者側にあることを特徴とする。
【００１４】前記像面移動手段の好ましい形態は、前記
回転軸を回転軸として回転移動するミラ−であることを
特徴としている。
【００１５】前記像面移動手段の好ましい形態は、頂角
可変プリズムを有することを特徴としている。
【００１６】前記表示手段の好ましい形態は、前記像面
の回転移動位置に対応した画像を表示する手段を有する
ことを特徴としている。
【００１７】前記結像光学系の好ましい形態は、その射
出瞳の形状を調整する手段を有することを特徴としてい
る。
【００１８】
【００１９】
【００２０】前記像面移動手段の好ましい形態は、それ
によって前記像面を再度同じ回転移動位置に位置せしめ
る所要時間が、１／３０秒以下であることを特徴として
いる。
【００２１】前記表示手段の好ましい形態は、物体を異
なる位置から撮影した画像を交互に表示することを特徴
としている。
【００２２】前記表示手段に表示する画像の好ましい形
態は、予め決められた軸を回転軸として物体または動画
像撮像手段のいずれかを回転移動させて撮影した画像で
あることを特徴としている。また前記表示手段に表示す
る画像の好ましい形態は、前記動画像撮像手段を固定
し、前記物体を前記回転軸を中心に回転させながら撮影
した画像であることを特徴としている。
【００２３】また、本発明の画像表示装置は、前記表示
手段及び前記結像光学系の組が、１つの前記像面移動手
段にたいし、２組以上有することを特徴としている。
【００２４】本発明の画像表示装置は、更に、前記像面
上に再生される像を観察する観察者の両眼の位置を検出
する手段を有し、前記検出結果に基づいて前記像面移動
手段または前記表示手段を制御する手段を有することを
特徴としている。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）図１は本発明の第１の実施例の概略図であ
る。
【００２６】図中１は液晶表示素子（以下ＬＣＤと略称
す）である。画像生成部で生成された画像情報は、ＬＣ
Ｄ駆動回路によって電気的信号に変換され液晶素子の電
気光学的効果により、再び画像としてＬＣＤ上に表示さ
れる。ＬＣＤは背面からバックライト照明されており、
上記画像は諧調のついた明暗の情報として観察すること
が可能である。尚、ＬＣＤはモノクロ画像、カラー画像
のどちらに対応するものでもよいことは言うまでもな
い。また、本実施例においてはＬＣＤを使用している
が、２次元画像表示が可能なディスプレイデバイスであ
れば他のものでも置き換えが可能で、ＣＲＴや映画フィ
ルム等の使用も可能である。
【００２７】２は上記画像を別の位置に結像させるため
の光学系で、ごく一般的なレンズによって構成されてい
る。
【００２８】３は平面ミラーで回転軸付きのホルダー４
に取り付けられ、ベアリング５によって回転軸の位置が
固定されている。このミラーおよびホルダーは上記回転
軸と直接的または、間接的に接続されたモーター６の回
転によって回転運動を行うことが出来る。この回転運動
における回転数はモーターに接続された制御・駆動回路
によって、正確に制御することが出来る。
【００２９】上記モーター制御・駆動回路は回転に同期
して信号を発してタイミング回路に送出している。よっ
てタイミング回路では、ある時刻におけるミラーの回転
数や角度を検知することが出来る。
【００３０】得られた情報信号はさらに画像生成部に送
出され、画像生成部は回転ミラーの回転運動に同期して
画像信号をＬＣＤ駆動回路に伝送し、ＬＣＤ上に画像を
表示することが可能となっている。
【００３１】８は遮光箱で、表示画像光以外の余計な光
を遮断する目的で設置される。
【００３２】７は観察者が再生される画像を観察するた
めの観察窓である。次に、本装置の光学系配置につい
て、図２の光線追跡図を用いて説明する。
【００３３】図２は本装置を鉛直上方より見た概略を示
した図である。ＬＣＤ１上に表示された画像２１は光学
系２によって、拡大した像２２として結像する。
【００３４】像２２はミラー３の回転軸ＯＯ’を含み、
光学系２の光軸ｌに垂直な平面上に結像している。（た
だし、像２２は光学系２の光軸ｌに対して必ずしも垂直
である必要はない。ミラーの回転軸を含む平面的な像面
上に結像していればよい。）さらに、光学系２の射出瞳
２４は光軸ｌに垂直で、像２２よりさらに光学系２から
離れた、図中のような位置に存在している。
【００３５】上記像２２および射出瞳２４はミラー３の
反射作用により、ミラーを対称として折り返した位置に
像２３および射出瞳２５となって結像する。図２ではミ
ラー３が光軸ｌに対して４５度の角度を持っている場合
が示されているが、ミラー３は回転して光軸ｌに対する
角度を変化させることができるので、像２３もミラーの
回転に合わせて光軸ｌに対する角度を変えることにな
る。（ただし、本実施例においてはミラーは鉛直上方よ
り見て時計回りに回転するものとしている。）
【００３６】例えば図３のようにミラー３の光軸ｌに対
する角度が３０度となった場合、像２３は光軸ｌに対し
てミラーとは反対方向に３０度傾いて結像する。このと
き射出瞳２５はミラーの回転軸ＯＯ’を中心とした回転
移動を行い、図中のような位置に移動する。このように
ミラーの光軸ｌに対する角度を連続的に変えてゆけば、
像２３、射出瞳２５も連続的に回転移動してゆく。尚、
ＬＣＤ１および光学系２は像２２のミラーの回転軸に対
する相対位置を調整できるように移動機構を有してい
る。
【００３７】次に、以上のような光学系の構成を有する
本装置を用いて、視域の広い２次元画像を両眼で観察す
る方法を図４を用いて説明する。図を簡素化するため光
学系の図示を省き、実際に観察者が観察する像２３およ
び射出瞳２５とミラー３のみを図示する。
【００３８】図４（ａ）の状態において、像２３は観察
者の右眼４１と正対した状態にある。このとき、観察者
の右眼は射出瞳２５を通して像２３を観察することがで
きる。しかし、観察者の左眼４２は射出瞳２５によって
光線がけられているため像２３を観察することが出来な
い。
【００３９】続いて、上記図４（ａ）の状態よりｔ秒経
過した後、像２３は図４（ｂ）のように観察者の左眼４
２と正対した状態にある。このとき、観察者の左眼は射
出瞳２５を通して像２３を観察することができるが、観
察者の右眼は射出瞳２５によって光線がけられているた
め、像２３を観察することが出来ない。図４（ａ）から
図４（ｂ）の状態間で表示する画像が変化しないものと
すれば、観察者は左右それぞれの眼で同一の像を観察す
ることになり、あたかも回転ミラーの軸を含み、観察者
に正対するようにおかれたＬＣＤ表示面上の画像を直接
観察しているかのような状態を生み出すことが出来る。
ただし、観察者の観察する像２３はミラーイメージなの
で、あらかじめ画像生成部において画像の左右反転を実
行したり、像２３の結像するまでの光路中にミラーを用
いたりして画像が反転しないように工夫を行う。
【００４０】一般に眼の残像許容時間は約１／３０秒と
いわれているので、ミラーを１秒間に３０回程度回転
し、ＬＣＤの表示画像切り替えを観察者に画像が観察さ
れないような状態時に行えば、フリッカーの無い鮮明な
動画像が観察可能である。例えば、上記画像切り替えの
瞬間に回転ミラー３が像２２に対して同一平面上または
垂直な平面上に位置する時刻を前記タイミング回路で検
知し、その時刻に合わせて表示画像の切り替えを行うよ
うにすれば、観察者は表示画像切り替えをほとんど観察
せずに済む。
【００４１】また、前記のようなタイミング回路を有し
ていなくても、図５のように遮光箱８の内側、観察窓７
の近傍に光センサーを設置し、画像表示のための光線が
観察窓より出射する時刻と再び遮光箱に遮られる時刻を
検知し、それらの情報信号を画像生成部に送出する機能
を有していれば、画像表示のための光線が観察者の眼に
入射しない時間にＬＣＤの表示画像切り替えを行うこと
が出来る。
【００４２】いずれにしても、回転ミラーの回転は高速
であるため、表示画像切り替えはそれよりも高速である
必要があり、表示器として使用可能なＬＣＤ、ＣＲＴ、
映画フィルム他のディスプレイデバイスは高速表示が十
分可能なものを選択しておく。また、このとき注意しな
くてはならないのは、眼に対して射出瞳を大きく設定し
てしまうと図６のように、一方の眼によって異なる像面
の傾きを持った像が重複して観察されるため、図７のよ
うに非常に見にくい像となってしまうことである。
【００４３】よって射出瞳２５の水平方向の幅は両眼の
幅より十分小さく、眼球の瞳径より十分大きくなるよう
に調整できる手段を有し、観察者の違いによる両眼の幅
および瞳系の違いにも対応している。
【００４４】尚、射出瞳２５は必ずしも回転ミラー３よ
り観察者側にある必要はない。図７のように射出瞳２５
が観察者から見てミラー３より遠くにあっても、ミラー
の大きさのせいで片眼にしか光線が入射しなければ図４
で示した例と同様の効果が得られる。しかしながら、射
出瞳２５は観察者側に位置する方がより多くの光が観察
者の瞳に入射するので輝度の低いディスプレイデバイス
などにはより適している。
【００４５】いずれにしても回転ミラーの回転に伴い、
光学系の射出瞳より射出する光線が観察者の右眼のみに
入射する状況と観察者の左眼のみに入射する状況とを時
間的に前後して独立に生み出すことが出来れば本発明の
効果は失われない。
【００４６】また、このように比較的小さい射出瞳より
像を観察する場合、眼の位置の移動等によって像のケラ
レが生じ易くなるが、本装置においては射出瞳が水平方
向に連続的に移動して行くため、この移動速度が高速に
なれば眼の残像効果により、時間的に平均すると水平方
向に広い瞳を通して像を観察するのと同じような状況を
生み出すことが出来る（ただし、一瞬間においては小さ
い射出瞳より像を観察する場合と等価である。）。
【００４７】このことは、かなり広い範囲から（複数の
観察者から）画像観察が可能であることを意味してい
る。
【００４８】図９は本装置のミラー回転にともなう射出
瞳２５中心の移動の軌跡を示している。つまり、図示さ
れたように１８０度の範囲から画像観察が可能となる。
【００４９】さらに、本装置の性能を向上させるため次
のような改良を加えることが可能である。 （１）垂直方向の視域の拡大 本装置においては、上述したように水平方向は眼の残像
効果により視域の拡大が可能であるが垂直方向の視域は
射出瞳２５の垂直方向の長さによって限定されてしま
う。よって、光学系２の視野絞り（アパチャー）形状は
図１０のように垂直方向に長い楕円形や長方形を使用す
れば、射出瞳２５の水平方向の長さは短く保ったまま、
垂直方向の視域を拡大することができる。
【００５０】（２）画像の輝度の向上（フリッカーの減
少） 回転ミラーが片面ミラーである場合、ミラーが１周する
時間のうち半分の時間は画像表示に寄与していないた
め、時間的に平均すると画像の輝度が低下し、フリッカ
ーが目立ってしまう。よって回転ミラーを両面ミラーに
し、画像表示に寄与する時間を２倍にしてやれば、画像
の輝度は向上し、フリッカーも減少する。
【００５１】（３）水平方向の視域のさらなる拡大 図９で示したように前述した装置の構成では水平方向の
視域は１８０度より大きくはならない。しかし、像２２
を結像するための光学系の数を増やせば、さらなる水平
方向視域の拡大が達成できる（側方、後方からの画像観
察が可能になる）。
【００５２】図１１はこの方法の実施例を示した図であ
る。ＬＣＤおよび結像光学系はミラーをはさんで、光軸
を共有するように対抗して配置されている。さらに、前
記の通り回転ミラーを両面ミラーにし、画像表示に寄与
する時間を２倍としている。この様な構成の場合、前述
の射出瞳２５はミラーの回転軸ＯＯ’に関して対称な位
置に双方同時に存在するため、各光学系によって光線が
けられる領域を除く水平方向の全領域から明るい画像観
察が可能となる。尚、結像光学系の数は２つに限らな
い。３つ以上の結像光学系を用意し、それぞれに画像表
示領域を分担させる方法をとることもできる。
【００５３】（４）回転ミラーの高速化対応 前述の通り、本装置にてフリッカーのない表示像を観察
するためには回転ミラーを１秒間に３０回以上回転させ
ることが必要である。そのため空気抵抗に起因するミラ
ーやモーターの故障や、観察者に対する危険性が懸念さ
れる。
【００５４】そこで図１２のように回転ミラーをほぼ真
空に保った密閉容器１２１内で回転させれば上記の問題
点は解決する。
【００５５】（実施例２）前記第１実施例と同一の構成
を有する装置にて、立体像を両眼で観察する方法を説明
する。
【００５６】前述の通り、本装置によれば回転ミラーの
回転に伴い、光学系の射出瞳より射出する光線が観察者
の右眼のみに入射する状況と観察者の左眼のみに入射す
る状況とを時間的に前後して独立に生み出すことが出来
る。よって光線が観察者の右眼のみに入射する状況にお
いては、ステレオ画像（右眼と左眼に相当する視差を含
んだ２枚の画像）の右眼用画像を、観察者の左眼のみに
入射する状況においては、ステレオ画像の左眼用画像を
表示してやれば、観察者は両眼視差により、回転ミラー
の軸付近に存在する立体像を観察することが出来る。
【００５７】図１３はステレオ画像の入力方法を示した
図である。
【００５８】カメラａとカメラｂは人の眼の幅と同程度
離して配置され、どちらも同一の物体を撮影している。
カメラａの光軸とカメラｂの光軸は一点Ｐにおいて交わ
っている。カメラａにて撮影した画像と、カメラｂにて
撮影した画像は視差を有しており、前者は左眼用画像、
後者は右眼用画像となる。
【００５９】図１４は上記ステレオ画像の表示により、
立体像を両眼で観察する装置の概略図である。
【００６０】主な構成は第１実施例と同様であるが、画
像表示機構に差異が生じている。
【００６１】ミラーの回転数や角度を検知するタイミン
グ回路には調整器が接続される。調整器は画像表示のタ
イミングを観察者が調整するための装置である。調整器
から画像生成部に送出される信号には回転ミラーの回転
の同期信号及び観察者の意志の反映された命令信号が含
まれている。調整器の具体的役割については後述する。
【００６２】次に、上記の構成の装置を用いて、立体像
を両眼で観察する方法を図１５を用いて説明する。
【００６３】図１５（ａ）のように像２３の中心はミラ
ーの回転軸上にあり、前述の通り回転ミラーの回転に合
わせて向きを変える。そして像２３と射出瞳２５の光軸
ｌ’の方向が図１３におけるカメラａの光軸の方向と一
致したときには、ＬＣＤ上に左眼用画像を表示する。こ
のとき観察者の右眼では画像は観察されない。
【００６４】また、図１５（ｂ）のように像２３と射出
瞳２５の光軸ｌ’の方向が図１３におけるカメラｂの画
像撮影時の光軸の方向と一致したときには、ＬＣＤ上に
右眼用画像を表示する。このとき観察者の左眼では画像
は観察されない。
【００６５】観察者は時間的に前後してすなわち交互に
左眼用画像と右眼用画像をそれぞれ対応する眼で独立に
観察するから、両眼視差により回転ミラー付近に立体像
を認識することが出来る。
【００６６】ただし、観察者の両眼の位置は常に一定の
位置にあるとは限らないため、左右眼用画像表示のタイ
ミングは観察者の両眼の位置に応じて変化しなければな
らない。よって、観察者は立体像を観察できる画像表示
のタイミングを、像を見ながら前記調整器を用いて調整
する。
【００６７】また、こうした観察者の両眼の位置検知を
自動化し、観察者の位置が多少移動しても 鮮明な立体
像が観察できるようにすることもできる。
【００６８】図１６は本装置において観察者両眼位置の
自動検知機構を装備した例を示している。
【００６９】１６１は複眼カメラで、その位置は常に回
転ミラーの回転軸に対して固定されている。複眼カメラ
は観察者を撮影しており、観察者の画像を画像処理部に
送出する。画像処理部では実時間画像処理により観察者
の両眼の位置を検出し、その時刻において観察者が鮮明
な立体像を観察できる条件を計算して、正しい画像表示
のタイミング情報を画像生成部に送出する。または、回
転ミラーのモーター制御・駆動回路を制御して、観察者
が鮮明な立体像を観察できるように、回転ミラーからの
画像を観察者の瞳に向けるようにする。よって観察者の
位置が多少移動しても自動的に鮮明な立体像が観察でき
るように調整することができる。
【００７０】以上、ステレオ画像による立体像表示方法
について述べたが、本装置によればステレオ画像による
立体像表示のみではなく、水平方向の様々な角度から観
察出来る立体像の再生も可能となる。
【００７１】この方法について説明する。まず、図１７
のように水平方向の様々な角度から物体を撮影する。図
１７ではａ〜ｅの５方向からの視差画像を入力したこと
になる。
【００７２】再生時はこれらの視差画像を各々撮影した
ときと同じような条件で再生するのが望ましい。
【００７３】図１８（ａ）のように像２３と射出瞳２５
の光軸ｌ’の方向が図１７のａでの画像撮影時の光軸の
方向と一致したときには、ＬＣＤ上にａの画像を表示す
る。
【００７４】次に図１８（ｂ）のように像２３と射出瞳
２５の光軸ｌ’の方向が図１７のｂでの画像撮影時の光
軸の方向と一致したときには、ＬＣＤ上にｂの画像を表
示する。
【００７５】この要領で像２３と射出瞳２５の光軸ｌ’
の方向に応じて画像を順次ａ〜ｅまで同期して切り替え
て表示すれば、５方向からの視差画像を表示できる。
【００７６】さらに、これら視差画像の入力時のカメラ
間隔をより密にしたり、カメラの設置範囲をより広い範
囲にし、上記の要領で再生を行えば、水平方向の様々な
角度から、なめらかな（連続して観察できる）立体像を
観察することが出来る。
【００７７】尚、前述の通り、一般に眼の残像許容時間
は約１／３０秒といわれているので、ミラーを１秒間に
３０回程度回転させればフリッカーの無い鮮明な動画像
が観察可能である。ただし、立体像表示を行う場合、Ｌ
ＣＤの表示画像は像２３が少なくとも、観察者の右眼に
正対する位置から左眼に正対する位置まで、向きを変え
る間に切り替わる必要がある。
【００７８】また、本装置を用いて水平方向の様々な角
度からなめらかな（連続して観察できる）立体像を観察
する方法を図１７、図１８を用いて示したが、画像表示
可能な視域すべてにおいて上記の方法を実行すること
は、撮影に必要なカメラの台数等を考慮するとかなり困
難である。そこで、あらかじめ視域を限定したミラーの
運動を行い、用意すべき視差画像の枚数を減らす工夫を
行うことも可能である。
【００７９】例えば図１９のように回転ミラーではな
く、ある角度からある角度までを往復運動するようなミ
ラーを用いて本装置を構成すれば、視差画像入力時の負
担軽減やＬＣＤ等の表示画像切り替え時の負担軽減を達
成できる。
【００８０】また、視差画像の入力方法についても負担
軽減は可能である。複数カメラによる多視点からの画像
入力はコストや場所の制約が多い、そこで、図２０のよ
うに立体物を回転台に載せ、回転ミラーと同期をとって
回転させ、その様子を１台のカメラで撮影する。そうす
れば立体物を水平方向の３６０度から多数のカメラで、
視点位置が異なる画像を時間的に交互に前後して撮影し
たのと等価な画像情報が得られる。この時、ごく自然な
立体感のある立体像を観察するためには回転台の回転数
とミラーの回転数との比が２：１となるように調整を行
う。なぜなら、ミラーがθ回転すると光軸は２θ回転す
るからである。例えば、回転台の回転数を６０回／秒、
撮影用カメラのシャッター速度１／２１６００秒とする
と、水平方向１度間隔の視差画像が１秒間に１０８００
枚得られ、この画像信号を１枚当たり１／２１６００秒
で伝送し、１枚につき１／２１６００秒で画像表示可能
なディスプレイデバイス上に表示し、回転ミラーの回転
数を３０回／秒に設定すれば、停止した立体物の像が水
平方向の様々な角度から観察できる。
【００８１】また、画像表示の周波数は変えずに表示の
タイミングのみを遅延させたり、早めたりすれば、観察
者の観察位置は固定したままで、様々な方向からの立体
像を観察することが出来る。さらに、回転ミラーの回転
数と立体物を載せる回転台の回転数とに、相対的な差を
作為的に生み出せば、その相対回転数で回転する立体物
の観察が可能となる。尚、この視差画像入力方法を行う
場合、ＬＣＤに表示する画像は回転する物体の動画像と
なるが、図２１（ａ）のように、このときの動画像の回
転軸の位置と回転ミラーの回転軸とが一致していないと
自然な立体視状態を再現できないので、図２１（ｂ）の
ように、動画像の回転軸の位置と回転ミラーの回転軸と
が一致するようＬＣＤおよび結像光学系の位置を調整す
ると良い。
【００８２】この視差画像入力方法によれば画像生成部
の構成も簡潔化でき、フリッカーを許容すれば（ミラー
の回転速度を遅くし、遅い画像表示切り替えに対応すれ
ば）、現行のビデオ信号を用いた簡単な撮像・表示シス
テムを利用して、立体像の記録・表示が可能となり、現
行の通信・放送システムの流用も可能である。
【００８３】現行のビデオ信号は１秒間に６０枚の視差
画像を記録するものなので、上記回転台および回転ミラ
ーの回転数をｎとすると視差画像は６ｎ度間隔で記録・
再生される。例えば、回転台および回転ミラーの回転数
を２回／秒とすると、１２度間隔の視差画像の記録・再
生が可能となる。フリッカーはかなり目立つレベルだ
が、ＴＶカメラを水平方向に１２度間隔で多数配置して
撮像する手間を考慮すると大きな負担軽減となる。
【００８４】また、視差画像入力時のカメラの台数を減
らすその他の方法として次の２つがある。
【００８５】第一に、カメラとカメラの間の視点からの
映像を画像処理技術により、補間して創出し、実際に設
置したカメラの台数以上の枚数の視差画像を得る方法が
ある。
【００８６】例えば、図１７のように５台のカメラにて
撮影を行った場合に各々のカメラの間の視点からの画像
を４枚ずつ補間して内挿してやれば、５台のカメラで２
１枚の視差画像を得ることが出来る。
【００８７】第二に、カメラに移動機構を持たせ移動の
過程で時間的に前後して、被写体の撮影を行えば、多数
のカメラによる撮影と同等の効果を生み出すことが出来
る。
【００８８】図２２はこの撮影方法の概略を示した図で
ある。物体を撮影するカメラは一台であるが、物体との
距離を一定に保つような円弧軌道を描きながら水平方向
に移動する移動台に積載されている。よって、カメラの
存在する位置は時刻によって異なり、異なる時刻にカメ
ラのシャッターを切れば、異なる視点からの画像を数枚
得ることが出来る。
【００８９】尚、物体までの距離が不定の場合、移動台
の軌跡の円弧半径を特定することが出来ないので、物体
までの距離に応じて円弧半径を変えたり、図２３のよう
に直線的な軌跡を描いたとしても、ほぼ同等の視差画像
入力ができる。
【００９０】また、カメラ台数を複数にして各々の移動
領域を分担する構成にすれば、より効率のよい視差画像
入力が可能となる。
【００９１】その他に、常に実画像ばかりでなくＣＧ
（コンピューターグラフィックス）やアニメーション等
を利用すれば、撮影用のカメラや場所が必要なくなり入
力時の大幅な負担軽減となる。
【００９２】（実施例３）図２４は本発明を実施例１、
２のような回転ミラーを用いずにＶＡＰ（頂角可変プリ
ズム）を用いた実施例３を示している。回転ミラー部の
代わりにＶＡＰを配置した以外は、前述の実施例１、２
と基本的な構成は相違ない。
【００９３】ＶＡＰは一般のプリズムと同様に光線を偏
向させる光学素子であるが、頂角を自在に変化させるこ
とができるため、偏向する光線のふれ角を自在に制御す
ることができる。
【００９４】図２４において、ＬＣＤ上の２１は結像光
学系２を介してＶＡＰ上に像２２を結像する。２４はそ
の時の射出瞳である。ＶＡＰはＶＡＰ制御・駆動回路に
接続され、タイミング回路から送られるタイミング信号
に同期して、頂角を変化させる。頂角の変化により、像
２２は中心軸ＯＯ’を中心とした回転移動により像２
２’となる。また射出瞳２４も中心軸ＯＯを中心とした
回転移動により２４’に移動する。この結果、像２２お
よび射出瞳２４は実施例１、２で用いた回転ミラーとま
ったく同等の効果をもたらす。しかし、回転ミラーより
も駆動部分がはるかに少なくてすみ、観察者にたいする
安全性や装置の大きさを抑えるなどの利点がある。また
図２５のようにＶＡＰを二つ使用する構成も考えられ
る。
【００９５】
【発明の効果】本発明によれば、回転するミラーまたは
ＶＡＰ及び一般の結像光学系等の簡単な構成によって、
視域（観察域）の広い２次元画像表示装置を構成するこ
とができる。また、同一の構成で、表示する画像の種類
等を変えるだけで、特殊なメガネを必要とせずに誰でも
簡単に視域（観察域）が広く、解像度の高いカラー立体
像を観察できる立体像表示装置を構成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の概略図。
【図２】本発明の装置を鉛直上方より見た概略図。
【図３】ミラーの回転により像や射出瞳が回転移動する
様子を説明する図。
【図４】本発明の本装置を用いて視域の広い画像を両眼
で観察する方法を示す図。
【図５】画像切替の説明図。
【図６】射出瞳を大きく設定した場合の様子を示した
図。
【図７】射出瞳を大きく設定した場合に観察される画像
を示した図。
【図８】射出瞳の位置が観察者から見てミラーより遠く
にある場合を示した図。
【図９】ミラー回転にともなう射出瞳中心の移動の軌跡
を示した図。
【図１０】垂直方向視差を拡大する視野絞り形状を示し
た図。
【図１１】光学系の数を増やし、水平方向の視域を拡大
する方法を示した図。
【図１２】回転ミラー部を真空密閉する図。
【図１３】立体物の水平方向の１方向からの視差画像を
入力する方法を示した図。
【図１４】水平方向の１方向から見た立体像を観察する
方法を示した図。
【図１５】回転往復運動をするミラーを用いて観察域を
制限する方法を示した図。
【図１６】本発明の装置に観察者の瞳位置検出手段を設
けた場合の説明図。
【図１７】立体物の水平方向の様々な角度からの視差画
像を入力する方法を示した図。
【図１８】水平方向の様々な角度から見た立体像を観察
する方法を示した図。
【図１９】本発明の装置に往復運動するミラーを適用し
た図。
【図２０】１台のカメラで、立体物の水平方向の様々な
角度からの視差画像を入力する方法を示した図。
【図２１】水平方向の様々な角度から見た立体像を観察
する方法を示した図。
【図２２】立体物の水平方向の様々な角度からの視差画
像を入力する方法を示した図。
【図２３】立体物の水平方向の様々な角度からの視差画
像を入力する方法を示した図。
【図２４】本発明の装置にＶＡＰを適用した図。
【図２５】本発明の装置に２つのＶＡＰを適用した図。
【図２６】従来の立体像表示方法についての説明図。
【図２７】従来の立体像表示方法についての説明図。
【図２８】従来の立体像表示方法についての説明図。
【符号の説明】
１ ＬＣＤ ２ 結像光学系 ３ 回転ミラー ２２ 像 ２４ 射出瞳 ＶＡＰ 頂角可変プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−280992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−96314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−176017（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−259348（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−242910（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−103351（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／2845（ＷＯ，Ａ１) Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈ ｅ ＳＩＤ，Ｖｏｌ．27／２（1986）Ａ ＬＦＲＥＤ，Ｓ．，「Ｈｅａｄ Ｔｒａ ｃｋｉｎｇ Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ」ｐｐ．133−137 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/22 H04N 13/04

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２次元画像表示が可能な表示手段と； 該表示手段に表示された画像を該表示手段と異なる位置
    に結像させる結像光学系と； 前記結像光学系の像面内の一つの軸を回転軸として前記
    像面を回転移動せしめる像面移動手段と； を備え、 前記結像光学系の射出瞳の形状が、前記回転軸に直交す
    る方向に比べ前期回転軸方向の方が長くなるように構成
    されている ことを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項２】 ２次元画像表示が可能な表示手段と； 該表示手段に表示された画像を該表示手段と異なる位置
    に結像させる結像光学系と； 前記結像光学系の像面内の一つの軸を回転軸として前記
    像面を回転移動せしめる像面移動手段と； を備え、 前記結像光学系の射出瞳の位置が、前記像面に対し、前
    記像面上に再生される像を観察する観察者側に あること
    を特徴とする画像表示装置。
  3. 【請求項３】 前記像面移動手段は前記回転軸を回転軸
    として回転移動するミラ-であることを特徴とする請求
    項１または２の画像表示装置。
  4. 【請求項４】 前記像面移動手段は頂角可変プリズムを
    有することを特徴とする請求項１または２の画像表示装
    置。
  5. 【請求項５】 前記表示手段は前記像面の回転移動位置
    に対応した画像を表示する手段を有することを特徴とす
    る請求項１または２の画像表示装置。
  6. 【請求項６】 前記像面上に再生される像を観察する観
    察者の両眼の位置を検出する手段を有し、前記検出結果
    に基づいて前記像面移動手段または前記表示手段を制御
    する手段を有することを特徴とする請求項１または２の
    画像表示装置。
  7. 【請求項７】 前記結像光学系の射出瞳の形状を調整す
    る手段を有することを特徴とする請求項１または２の画
    像表示装置。
  8. 【請求項８】 前記像面移動手段が、前記像面を再度同
    じ回転移動位置に位置せしめる所要時間は、１／３０秒
    以下であることを特徴とする請求項１または２の画像表
    示装置。
  9. 【請求項９】 前記表示手段は、物体を異なる位置から
    撮影した画像を交互に表示することを特徴とする請求項
    １または２の画像表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記表示手段及び前記結像光学系の組
    が、１つの前記像面移動手段にたいし、２組以上有する
    ことを特徴とする請求項１または２の画像表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記表示手段に表示する画像は、予め
    決められた軸を回転軸として物体または動画像撮像手段
    のいずれかを回転移動させて撮影した画像であることを
    特徴とする請求項１または２の画像表示装置。
  12. 【請求項１２】 前記表示手段に表示する画像は、前記
    動画像撮像手段を固定し、前記物体を前記回転軸を中心
    に回転させながら撮影した画像であることを特徴とする
    請求項１１の画像表示装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１または２において、前記表示
    手段に表示する画像は、予め決められた軸を回転軸とし
    て物体または動画像撮像手段のいずれかを回転移動させ
    て前記物体の画像を撮像することを特徴とする撮像方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記表示手段に表示する画像は、前記
    動画像撮像手段を固定し、前記物体を前記回転軸を中心
    に回転させながら撮影した画像であることを特徴とする
    請求項１３の撮像方法。
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