JPH04145788A - 視線一致撮像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は画像通信等において優れた臨場感の得られる視
線一致撮像表示装置に関する。

（従来の技術） テレビ電話やテレビ会議等の画像通信装置は、音声の送
受信装置の他に画像を送受信するための撮像表示装置を
備えているため、通信相手が実際に眼前に居るかのよう
な感覚を与える臨場感の優れた通信装置である。

従来、このような通信装置の撮像表示装置には、テレビ
カメラ等の撮像装置とＣＲＴデイスプレィ等の表示装置
を近接して並べた形態のものが使用されてきた。

しかしこのような通信装置で送受信した画像は、観察者
の視線が表示装置の表示面を向くためカメラの撮像方向
と一致せず、その結果、通信相手と視線が合わなくなっ
て不自然な感覚を与える欠点があった。このことは、表
示画面が大きくなるほど表示面の中心とカメラとの間隔
が離れるため、これまでは大画面の表示装置を用いて画
像通信等を行なう場合、通信相手と視線を一致させるこ
とは困難であった。

しかし最近、相手と視線を一致させることのできる、第
８図に示すような撮像表示装置が提案されている。これ
は、画像を投影表示するための投影機ＬＡ（Ｂ）と、表
示スクリーン２Ａ（Ｂ）と、該表示スクリーンを挾んで
画像を観察する観察者４Ａ（Ｂ）と対向する位置に設け
た撮像機３Ａ（Ｂ）と、表示スクリーン２Ａ（Ｂ）の光
透過状態と光不透過状態を交互に切替え制御する駆動回
路１０Ａ（Ｂ）と撮像機３Ａ（Ｂ）、駆動回路１０Ａ（
Ｂ）の動作の基準となる同期信号を発生させる同期回路
１１Ａ（Ｂ）等で構成されている。つまり、本撮像表示
装置は、表示スクリーン２Ａ（Ｂ）の光透過状態と光不
透過（散乱）状態を駆動回路１０Ａ（Ｂ）で交互に切替
えて、表示スクリーン２Ａ（Ｂ）の光透過状態時に撮像
機３Ａ（Ｂ）への入力を行なうことにより観察者４Ａ（
Ｂ）の両者の視線を一致させる。

上記の撮像表示装置は、原理的には投影機１Ａ（Ｂ）が
映し出すことのできる任意の大きさの大画面表示におい
て通信相手との視線の一致が実現できる、たいへん優れ
た装置である。

さらに、上記の撮像表示装置は、１つの該撮像表示装置
を１つのユニットとみなして、複数のユニットを並べて
設置することにより、画像の明るさや解像度を低下させ
ることなしに視線一致形の大画面表示を実現できる優れ
た特徴を持っている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記第８図のように撮像表示装置の構成
では、次のような問題点があった。

第９図は簡単のための投影機ＩＡ（Ｂ）や駆動回路１０
Ａ（Ｂ）等の制御装置を省略した表示スクリーンに対す
る観察者の視線領域を示す図である。図示せざる投影機
１からの表示が大画面の時には、観察者４が表示スクリ
ーン２の中央部２ａから離れた位置２ｂの画像を見てい
る時は、観察者４の視線と該観察者４と撮像機３を結ぶ
線のなす角度θが太きいため視線が一致しなくなる問題
点があった・ すなわち、上記の撮像表示装置においては、観察者４が
表示スクリーン２の端に寄ったり、表示スクリーン２の
周辺部を指さしたりしたときにもそれを撮像できるよう
にするため、第９図に示すように、撮像機３と表示スク
リーン２の距離をｄ、表示スクリーン２０幅をＷ、観察
者４の視野角をαとすると、α＝２ｔａｎ〜″・　］口
「程度確保しなければならないからである。

このような視線の不一致を避けるためには、撮像機３の
視野を狭くする必要があり、それには、撮像機３を表示
スクリーン２のできるだけ後方に設置して、望遠撮像法
を用いて撮像する、等の手段が必要であった。しかしそ
の場合は、撮像表示装置が奥行きの著しく大きい大形な
ものになる欠点があった。

さらに、上記の撮像表示装置において、撮像機３の視野
角が太きいということは、上記の撮像表示装置を複数ユ
ニット組み合わせて大画面表示を実現しようとしたとき
に、致命的な問題を生じる。

それは、第１０図（この図では、簡単のために、投影機
や制御装置等は省いである。）に示すように、複数の撮
像機３で撮像した合成画像が１台の撮像機で撮像したよ
うな画像となるのは破線で示した面を撮像したときだけ
であり、それ以外の場所では、異なった角度から撮られ
た画像の張り合わせとなったり（斜線部）、撮像されず
に画像が途切れたり（ハツチング部）する問題が生じる
のである。

（発明の目的） 本発明は、上述したような問題点を解決するものであり
、大画面画像が表示でき、かつ観察者が表示画面のどの
場所において正面の画面を見ているときにも、視線の一
致する撮像表示装置を提供することを目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決し目的を達成するため請求項（
１）記載の発明は、画像を投影表示する投影機と、撮像
用レンズとして使用されるフレネルレンズと、電気信号
により光透過状態と光不透過状態を交互に制御される表
示スクリーンと、該表示スクリーンを挾んで画像を観察
する観察者と対向する位置に設けた撮像機を用いて、前
記表示スクリーンの光透過状態と光不透過状態を交互に
切替えて、表示スクリーンの光透過状態時に撮像機への
入力を行なうことを特徴とする。

また、請求項（２）記載の発明は、画像を投影表示する
投影機と、撮像用レンズとして使用されるフレネルレン
ズと、電気信号により光透過状態と光不透過状態を交互
に制御される表示スクリーンと、該表示スクリーンを挾
んで画像を観察する観察者と対向する位置に設けた撮像
機とからなる撮像表示装置でもって１ユニットを構成し
、複数のユニットを縦方向または横方向、もしくは縦横
両方向に配置し、各ユニットの表示スクリーンを光透過
状態と光不透過状態に交互に切替えて、表示スクリーン
の光透過状態時に撮像機の視野を該表示スクリーンの大
きさになるように設定して撮像機への入力を行ない、投
影機は表示スクリーンの光不透過状態時に投影画像が表
示スクリーンの大きさになるように設定して投影を行な
うことを特徴とする。

（作　用） 本発明はフレネルレンズを撮像用レンズとして使用し、
あたかも無限遠方から撮像しているかのように撮像機の
視野角を調整するものである。

第１図は本発明の請求項（１）記載に係る発明の基本動
作原理を説明する図であって、簡単のために投影機や制
御装置を省略しである。図に示すように焦点距離がｄ程
度のフレネルレンズ５を表示スクリーン２に近接して配
置することにより、表示スクリーン２より観察者４側で
は、撮像機３が表示スクリーン２より離れても広がらな
いようにすることができる。これは、フレネルレンズ５
が撮像機３への入射光を曲げるためであり、このことは
、撮像機３が無限遠から撮像していることと等しくなる
。したがって、観察者４が表示スクリーン２に正対すれ
ば、表示面のどの位置で画像を見た場合でも撮像機３は
観察者４の正面像を撮像することになり、すなわち、視
線が一致する。

第２図は本発明の請求項（２）記載に係る発明の基本動
作原理を説明する図であって、前記第１図と同様に簡単
のために投影機や制御装置等は省略しである。

図に示すように前記第１図の撮像表示装置を１ユニット
とする複数のユニットを縦方向または横方向もしくは縦
横両方向に接続して配置し、各ユニットの撮像機３は、
その視野を表示スクリーン２の大きさになるよう設定し
て撮像し、各ユニットの投影機は、その投影領域が表示
スクリーン２の大きさになるよう設定して投影を行なう
ことである。

これにより、表示スクリーン２より観察者４側の景観が
、各ユニットの継目の部分でも異なった角度から撮られ
た画像が継ぎはぎになったり、欠は落ちたりすることな
く連続した画像として撮像されることになる。

（実施例） 第３図は本発明の請求項（１）記載に係る発明を実施し
た視線一致撮像表示装置の構成側図を示し、２組対向し
て使用した場合である。図において、ＬＡ、ＩＢは画像
の投影機、２Ａ、２Ｂは表示スクリーン、３Ａ、３Ｂは
撮像機、４Ａ、４Ｂは観察者、５Ａ、５Ｂはフレネルレ
ンズ、９Ａ、９Ｂは投影シャッター、ＩＯＡ、ＩＯＢは
表示スクリーン２の光透過と不透過を制御する駆動回路
、ＩＩＡ。

１１Ｂは基準となる同期信号を発生させる同期回路、１
２Ａ、１２Ｂは撮像機３Ａ、３Ｂの入力動作と駆動回路
により生成した表示スクリーンの光透過動作を同期させ
る同期回路、１３Ａ、１３Ｂは投影シャッターの光透過
と不透過を制御する駆動回路である。

投影機ＩＡ、ＩＢ、撮像機３Ａ、３Ｂ、投影シャッター
９Ａ、９Ｂは保持台２０Ａ、２０Ｂにより夫々保持され
ており、箱２１Ａ、２１Ｂで囲まれている。

駆動回路１０Ａ、ＩＯＢ、同期回路１１Ａ、１２Ａ、ｌ
ｌＢ１２Ｂ、および撮像機３Ａ、３Ｂは同期信号線３１
Ａ。

３１Ｂで夫々結ばれており、駆動回路１３Ａ、１３Ｂと
表示スクリーン２Ａ、、２Ｂおよび投影シャッター９Ａ
、９Ｂは駆動信号線３２Ａ、３２Ｂで結ばれており、投
影機１人と撮像機３Ｂ、および投影機１Ｂと撮像機３Ａ
は映像信号線３０で結ばれており、投影機、撮像機、駆
動回路、同期回路、遅延回路はそれぞれ電源２２Ａ、２
２Ｂに電源線３３Ａ、３３Ｂで結ばれている。

ここで投影機ＩＡは撮像機３Ｂと、投影機ＩＢは撮像機
３Ａとそれぞれ結ばれており、その結果表示スクリーン
２Ａ、２Ｂは互いに相手側を表示する。投影機と撮像機
は電話回線を介して結ばれていてもよい。

光の透過状態と不透過状態を生成できるデバイスとして
は、液晶層を透明電極で挾んでセルを形成したカプセル
形の液晶セル、分散型の液晶セル、動的散乱型の液晶セ
ル等の液晶セルがあげられる。

動的散乱形の液晶は既知の材料であり特に説明を要しな
いと思われるが、カプセル型の液晶及び分散型の液晶は
表示板および調光機能を持つガラス板として最近開発さ
れた物で、カプセル型の液晶としては、日本板硝子製の
「瞬間調光ガラス」、旭ガラス製の「調光ガラスＬＣＷ
Ｊ、味の索類の「調光液晶シートくアクト〉Ｊ等がある
。また、分散型の液晶としては、大日本インキ社がジャ
パンデイスプレィ′　８９国際会議で発表したｒＰＮＬ
ＣＤＪ等があげられる。

光の透過状態と不透過状態を周期的に繰り返す場合、そ
の周期がフリッカを生じない程度短く、光の不透過状態
の時間が透過状態の時間に比べである値以上大きければ
、表示スクリーンは観察者からみて定常的に不透明状態
に見える。

フレネルレンズ５は、プラスチック板の表面に細かい輪
帯状の溝を刻むことで作製できる。プラスチック素材を
成形するため大型のレンズが比較的容易に作製できる。

また、溝の形状を変えることで様々な焦点距離のレンズ
を作製できる。

次に、第３図の同期回路！ＩＡ、１．ｌＢ、１２Ａ。

１２Ｂ、駆動回路１０Ａ、ＩＯＢ、１３Ａ、、１３Ｂの
動作タイミングを第４図を用いて説明する。

同期回路１１Ａ（Ｂ）はまず周期（ＴＩ）の同期信号１
を発生して駆動回路１０Ａ（Ｂ）に送る。次に、駆動回
路１０Ａ（Ｂ）は同期信号１に同期した駆動信号を発生
して表示スクリーン２Ａ（Ｂ）を動作させる。

その結果表示スクリーンは、光の透過状態と不透過状態
を周期ＴＩで繰り返す。

次に、表示スクリーンの光透過時間をＴ２、その同期信
号１に対する遅延がＴ３であるとする。

この時、同期回路１２Ａ（Ｂ）は同期信号１に対してＴ
３の遅延を持ち周期が同じ＜Ｔｌの同期信号２を発生す
る。この同期信号２は撮像機３Ａ（Ｂ）に送られ、この
撮像機は表示スクリーン２Ａ（Ｂ）の動作に同期して周
期ＴＩ、遅延Ｔ３、開時間Ｔ２で動作する。その結果、
撮像機には表示スクリーンが常に透明状態の時の画像が
取り込まれるため、表示スクリーンがあたかも存在しな
いかのような画像が得られる。この撮像機の開閉動作は
、機械的、および電気的・電子的シャッターを用いて行
なうことが出来る。

次に、表示スクリーンの光不透過時間をＴ６、その同期
信号１に対する遅延がＴ５であるとする。

この時、駆動回路１３Ａ（Ｂ）は同期信号１に対してＴ
５の遅延を持ち周期が同じ＜ＴＩの駆動信号２を発生す
る。この駆動信号２は投影シャッター９Ａ（Ｂ）に送ら
れ、投影シャッターは表示スクリーン２Ａ（Ｂ）の動作
に同期して周期Ｔｌ、遅延Ｔ５、開時間Ｔ６で動作する
。その結果、投影シャッターは、表示スクリーンが透明
状態の時には投影光を遮断するため、観察者には投影機
の直接光が見えないことになる。

ただし、投影機からの直接光の観察者の目に入らないよ
うな位置に投影機を設置できる場合には、上記の投影シ
ャッターおよびその駆動回路は不要である。

ここでは、同期回路は周期Ｔ１で周期信号を発生する場
合を説明したが、同期信号は必ずしも周期的である必要
はない。しかし、同期信号を周期的にし、その周期Ｔ１
を映像規格の１フイ一ルド時間や１フイ一ルド時間の整
数倍の時間とすれば、カウンター回路等を用いることに
よりＮＴＳＣやＰＡＬ等の規格に合った映像機器を使用
することができる利点がある。

また、同期回路と駆動回路の構成と配置はこの例に限ら
れるわけではなく、要は、表示スクリーンが光透過状態
の時に撮像機の入力ができるように、必要な回路が付加
されていれば良い。

上述した視線−散機像表示装置を構成する各部の具体例
について説明すると、投影機ＩＡ（Ｂ）には液晶プロジ
ェクタ−（シャープ製、商品名［液晶ビジョンＸＶ−１
００ＺＪ）、表示スクリーン２Ａ（Ｂ）には液晶シート
をガラスに挾んだ約４０インチのガラススクリーン（日
本板硝子製、商品名「瞬間調光ガラス」）、フレネルレ
ンズ５Ａ（Ｂ）には大きさが約４０インチで焦点距離４
００ｍｍのアクリル製レンズ、撮像機３Ａ（Ｂ）には電
子シャッター付きのテレビカメラ（ソニー製、商品名［
ＸＣ−７１１Ｊ　）、同期回路１１Ａ（Ｂ）、１２Ａ（
Ｂ）には同期信号発生器（山下電子製、商品名ｒｓＧ−
３０００ＢＪ）、遅延回路にはパルスジェネレータ（ヒ
ユーレットパラカード製、商品名ｒ８１１２ＡＪ）、駆
動回路１０Ａ（Ｂ）、１３Ａ（Ｂ）にはファンクション
ジェネレータ（ヒユーレットバラカード製、商品名「８
１１６Ａ」）と増幅器（ＮＦ回路製。

商品名「高速電力増幅器４０１０」）をそれぞれ２組用
いて第３図の構成の視線−散機像表示装置を作製した。

フレネルレンズと表示スクリーンは重ねて固定した。

画像の撮像及び投影周波数、および表示スクリーンの透
明・不透明の切り替え周波数は６０比とした。

表示スクリーンの駆動信号に関しては、印加電圧は通常
Ｏｖにして表示スクリーン２Ａ（Ｂ）を不透明状態にし
ておき、６０比周期で１〜５ミリ秒の時間、電圧が±１
００Ｖで周波数１ｋＨｚの両極性パルス電圧を印加して
瞬間的に透明状態を形成した。

次に、前記のパルス信号を印加してから表示スクリーン
２Ａ（Ｂ）が最も透明になる時間だけテレビカメラの電
子シャッターが開くよう、駆動信号の同期信号とテレビ
カメラの同期信号の遅延を調節した。

その結果、相手が相手側の表示スクリーンに正対してど
の位置から表示像を見ていても、自分側の表示スクリー
ンには相手側の正面像が写り、かつ視線が一致した状態
で相対することができ、極めて自然な臨場感が得られた
。

第５図は本発明の請求項（１）記載に係る発明の他の実
施例（ここでは、片方の撮像表示装置の主要構成要素だ
けを図示しである）を示すものである。第３図と異なり
、投影機ＩＡは表示スクリーン２Ａに対して観察者４Ａ
と同じ側にあるが、画像が表示スクリーン２Ａに反射し
て観察されることを除けば、装置の動作および効果は第
３図と全く同様である。

次に本発明の請求項（２）記載に係る発明の実施例につ
いて説明する。

前記第３図に示した視線−散機像表示装置を基本ユニッ
トとして、ユニットを縦横２台ずつ、計４台並べて大型
の視線−散機像表示装置を構成した。

第６図は各ユニットにおける表示スクリーン２に対する
投影領域（破線図示）と撮像領域（実線図示）の関係を
説明するための図である。投影領域と撮像領域が共に表
示スクリーン面で等しい大きさとなるよう、投影機１と
撮像機３の位置を調整し、また、必要があればズームレ
ンズ等で調整する。

第７図に４ユニットの正面図を示し、図面上では簡単の
ためスクリーン２、投影機ｌ、撮像機３の概略配置のみ
を示した。図中の破線は各ユニットの継目を示している
。各ユニットごとにスクリーンおよびフレネルレンズの
支持枠を設けた場合には、枠幅の２倍程度の非表示部分
が現われる。

これを避けるためには、表示スクリーンとフレネルレン
ズを１枚とし、４倍の面積の表示スクリーンとフレネル
レンズを用いる必要がある。ただし、フレネルレンズは
、全体で１つのレンズとなるのではなく、ユニットの数
だけレンズが形成されている必要がある。

４つのユニットの同期信号、駆動信号９等を調整して、
４つのユニットの表示スクリーンの光透過動作と撮像機
の撮像動作がほぼ等しくなるようにした。さらに、上記
の４ユニットから構成される視線−散機像表示装置を２
組用い構成した。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の請求項（１）記載に係る発
明は、表示スクリーンの光の透過と不透過を撮像機と同
期させて高速に切替えることと、表示スクリーンに近接
したスクリーンと同程度の大きさのフレネルレンズを用
いて撮像視野を曲げるため、大画面画像を表示させなが
ら相手と視線を一致させることができて、非常に優れた
臨場感が得られる利点がある。

また、本発明の請求項（２）記載に係る発明は表示スク
リーンの大きさに撮像領域と投影領域を調整した撮像表
示装置を複数弦べて配置することにより、視線−散機能
を持つ任意の大きさの大画面撮像表示装置を形成でき、
その有用性は著しく高い。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本発明の請求項（１）及び（２
）記載の発明に関する基本動作原理を説明する図、第３
図は本発明の請求項（１）記載に係る発明を実施した視
線−散機像表示装置の構成例図、第４図は第３図の各部
の動作タイミングを示す図、第５図は第３図と異なる他
の実施例の構成例図、第６図及び第７図は本発明の請求
項（２）記載に係る発明の実施した視線−散機像表示装
置の構成例図、第８図は従来の視線−散機像表示装置の
構成例図、第９図は第８図による視察者の視野領域を示
す図、第１０図は第８図の視線−散機像表示装置を用い
て大画面表示を実現した場合の視野領域を示す図である
。 １、ＩＡ、ＩＢ　・・・投影機、　２，２Ａ。 ２Ｂ　・・・表示スクリーン、　３．３Ａ。 ３Ｂ・・・撮像機、　４．４Ａ、４Ｂ　・・・観察者、
　５．５Ａ、５Ｂ　・・・フレネルレンズ、 １ＯＡ。 １１Ａ。 ２０Ａ。 箱。 ９Ａ、９Ｂ　・・・投影シャッター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像を投影表示する投影機と、撮像用レンズとし
   て使用されるフレネルレンズと、電気信号により光透過
   状態と光不透過状態を交互に制御される表示スクリーン
   と、該表示スクリーンを挾んで画像を観察する観察者と
   対向する位置に設けた撮像機を用いて、前記表示スクリ
   ーンの光透過状態と光不透過状態を交互に切替えて、表
   示スクリーンの光透過状態時に撮像機への入力を行なう
   ことを特徴とする視線一致撮像表示装置。
2. （２）画像を投影表示する投影機と、撮像用レンズとし
   て使用されるフレネルレンズと、電気信号により光透過
   状態と光不透過状態を交互に制御される表示スクリーン
   と、該表示スクリーンを挾んで画像を観察する観察者と
   対向する位置に設けた撮像機とからなる撮像表示装置で
   もって１ユニットを構成し、複数のユニットを縦方向ま
   たは横方向、もしくは縦横両方向に配置し、各ユニット
   の表示スクリーンを光透過状態と光不透過状態に交互に
   切替えて、表示スクリーンの光透過状態時に撮像機の視
   野を該表示スクリーンの大きさになるように設定して撮
   像機への入力を行ない、投影機は表示スクリーンの光不
   透過状態時に投影画像が表示スクリーンの大きさになる
   ように設定して投影を行なうことを特徴とする視線一致
   撮像表示装置。