JPS62254594A - 立体画像表示方法および装置 - 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、立体テレビ等に好適な立体画像表示方法およ
びその装置に関するものである。

［従来の技術］ 本来、人間が３次元立体像を認識するためには、左右の
目の網膜に結像された像に視差がなければならない。

この現象を第１θ図および第１１図を参照して説明する
。第１０図において、１，２はそれぞれ人間の左目、右
目を示し、３はその左右の目１，２によりこれから認識
しようとする３次元の立体的な被写体、例えば円柱を示
す。また、破線の４，５はそれぞれ左目１．右目２の視
界の範囲を表わしている。このとき、左右の目１，２に
は、第１１図に示すような互いに水平方向の位置のずれ
た２次元の画像（平面画像）が見えていることになる。

すなわち、第１１図において３次元立体像として認識す
るについて重要なことは、被写体３の結像の位置関係で
ある。視界４．°５の相違により、左目１では物体像６
は右寄りに見え、右目２では逆に左寄りに見える。この
像の結像位置関係のずれを一般に視差と称するが、この
視差が人間には立体空間として認識される要因となるの
もである。

よって、３次元立体画像表示を行うには上述の視差を画
像表示装置の表示画面にうまく作り出すことが技術的に
、最も重要である。そのために、従来は、例えば第１２
図に示すような立体表示方法が提供されていた。第１２
図において、８は眼鏡であり、この眼鏡８の左右（左枠
）９に例えば青色フィルターを使用し、眼鏡８の８窓（
右枠）１０には赤色フィルターを使用する。一方、立体
像を表示するための画像表示装置１１の画面では物体の
左像１２を青色で物体の左像１３を赤色で同時に表示す
ると、左右９の青色フィルタを通して見る左目１には左
側の像１２は認識されず、右側の像１３だけが認識され
、また８窓１０の赤色フィルターを通して見る右目２に
ついてはこの逆に左像１２だけが認識される。この結果
、視差が生じて人間には立体像が認識されることになる
。

しかしながら、このような従来の表示方法ではカラーフ
ィルターを使用するため普通の自然なカラー画像（多色
カラー、ナチュラルカラーの画像）を立体視することは
できない。そこで、カラー画像においても、単色画像と
同様に視差を作り出す方法として次のような方法が採用
されていた。すなわち、眼鏡８の左右９．８窓１０をそ
れぞれ偏光板で構成し、その左右の偏光板の互いの偏光
軸の角度を垂直にずらし、−万両像表示装置１１の画面
上では、左右の偏光板の各偏光軸に合わせて偏光させた
それぞれの画像を視差位置に同時表示する。このように
、左右の偏光板の軸が互いに垂直であるので左目１と右
目２は左右別々の画像を個別に択えることができ、カラ
ー画像の視差を作り出すことができ、３次元立体カラー
画像を認識することができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の３次元立体画像表示方
法では、画像表示装置側で偏光させた左右の画像を送り
出すための複雑な機構が必要であり、また認識する側の
目を傾けると左右の像が左右の目に同時に見えてしまい
、視差がなくなるので、立体目の軸を固定しなければな
らないという重大な欠点がある。

そこで、本発明は、左右の画像をそれぞれ別々に時分割
で左右の目に送り込むことにより、カラー画像の視差を
作り出し、これにより見る角度に依存せずに、かつ簡略
な構成で３次元の立体画像を表示し得る立体画像表示方
法およびそのための装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、同一の被
写体を両眼の各々の視界で撮影した各画像を交互に出力
表示する画像表示手段と、両眼への入射光を単眼づつ交
互に遮断する機能を備えた眼鏡とを用い、左眼の視界で
撮影した右画像を画像表示手段で表示しているときには
眼鏡により左眼への入射光を遮断し、次に右眼の視界で
撮影した左画像を画像表示手段で表示しているときには
眼鏡により右眼への入射光を遮断して、時分割で左右の
眼にそれぞれ別々に左右の画像を送り込み、眼の残像効
果で表示画像に対する左右の視差を作り、立体画像を認
識することを特徴とする。

本発明の他の形態では、同一の被写体を両眼の各々の視
界で撮影した各画像を交互に出力表示する画像表示手段
と、両眼への入射光を交互に遮断する機能を備えた眼鏡
と、眼鏡の遮断時期と画像表示手段の表示時期の同期を
とる同期手段とを具備したことを特徴とする。

［作用］ 本発明では、本発明によれば、３次元画像の認識に必要
な左右の画像をそれぞれ別々に時分割で左右の目に交互
に送り込むことによりカラー画像の視差を作り出すよう
にしているので、見る角度や位置に依存せず、かつ簡潔
な構成で３次元の立体画像表示を実現できる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、第１図（Ａ）　、　　（Ｂ）および第２図を参照
して、本発明の基本構成を説明する。

第１図（Ａ）　、　　（Ｂ）において、１４．１５は眼
鏡８に設けられた左右の光遮断膜である。画像表示装置
１１では右目で見える左画像１２と左目て見える右画像
１３を交互に所定のタイミングで時分割で表示する。眼
鏡８の両光遮断膜１４．１５では画像表示装置１１の画
面に左画像１２が表示されているときには、左窓の光遮
断［１４が左目１への入射光を遮断し、右目２だけで画
像表示装置１１を見るようにする。

この状態を第１図（八）に示す。一方、右画像１３につ
いては第１図（Ｂ）　　に示すように、第１図（Ａ）　
　に示す動作とは逆に、眼鏡８の８窓の光遮断膜１５が
右目２への入射光を遮断し、左目ｌだけで画像表示装置
１１に表示された右画像１３を見るようにする以上の表
示操作を時間軸ｔで表わしたのが第２図である。本図の
Ａは画像表示装置１１が左右別々の画像を交互に時分割
で表示する様子を示す。ここで図示の“右”は右側の画
面を表示し、“左”は左側の画面を表示することを示す
。この右側の撮影画面には左画像１３が表示され、左側
の撮影画面には右画像１２が表示される。本図のＢは右
光遮断膜１５、本図のＣは左光遮断１ｉ１４の開閉の時
期を示し“Ｈルベルで開、Ｌ”　レベルで閉となるもの
とする。この開閉の時間間隔ｔｄを例えば数十ｍｓ以下
にすることにより、画像のちらつきをなくすことができ
る。

このように、本発明では、時分割で交互に出力される左
右の出力表示画像１２．１３を、その出力同期して開閉
する左右の光遮断膜１４．　ｉｓにより時分割で左右の
目１．２に別々に送り込むようにしているので両眼１．
２の視差を容易に正確に作り出すことができ、従来のカ
ラーフィルターや偏光フィルターを用いた従来技術とは
根本的に異なり、同時に左右の画像を出力していないの
で、目を傾けても立体感は変化せず、目の軸を所定方向
に固定しなくても自然のカラー表示による３次元立体画
像が認識できる。

Ａ、全体構成 第３図は本発明の実施例の概略構成を示す。第３図にお
いて、１６は立木９人物、車等の立体的な被写体、１７
は人間の左目（左眼球）１の視界を有する左側撮像カメ
ラ、１８は人間の右目（右眼球）２の視界を有する右側
撮像カメラ、１９はアナログスイッチ回路である。アナ
ログスイッチ回路１９は左側撮像カメラ１７から出力さ
れる画像信号りと右側撮像カメラ１８から出力される画
像信号Ｒとを左右画像切換同期信号発振器２０の切換同
期信号２１に同期して切換出力する。２２はアナログス
イッチ回路１９から交互に選択出力される画像信号り、
Ｒを増幅してＣＲＴや液晶ディスプレイ等の画像表示装
置１１へ供給する画像信号増幅回路である。

発振器２０はフレーム同期信号に同期して画像切換同期
信号２１と開閉同期信号２３を発生する。開閉同期信号
２３は右側の光遮断膜１５にそのまま送られると同時に
、位相反転回路２４により反転され、反転された開閉同
期信号２４は左側の光遮断膜１４に送られる。被写体１
６を撮像した左側１最像カメラ１７の画像信号りがアナ
ログスイッチ回路１９を通って画像表示装置１１に表示
されているときに、左目ｌの前方の光遮断膜１４が開、
右目２の光遮断膜１５が閉となり、また右側撮像カメラ
１８の画像信号りが表示されているときには逆動作とな
るように、同期信号２１．２３．２５が発生する。

Ｂ、！？ｌ］作 次に動作を説明すると、まず被写体１６を左右別々の撮
像カメラ１７および１８で撮影して３次元立体画像情報
り、Ｒを得た後、フレーム時間に応じた数十ｍｓの時間
間隔でその左右の画像信号り、Ｒをアナログスイッチ回
路１ｇで切り換えて、画像信号増幅回路２２へ送る。そ
の結果、画像表示装置１１では上述の第１図（Ａ）　、
　（Ｂ）に示すように数＋ｍｓ置に左右の撮像カメラ１
７．１８で択えられた映像が交互に表示されることにな
る。一方、眼鏡の窓に取り付けられた光遮断＠１４およ
び１５は、左右の開閉同期信号（画像切換信号）　２３
．２５によって入射光路の開閉を行う。この遮断膜の動
作は上述した第２図のタイミングチャートに従うものと
すれば、人間の左眼球１には左の撮像カメラ１７で択え
た画像だけが送り込まれ、右眼球２についてはこれと逆
に右の撮像カメラ１８で択えた画像だけが送り込まれる
ことになる。

また、画像の切換時間が上述のように数十ｍｓと速く設
定されているので人間の目には、残像効果によって一連
のちらつきのない映像が認識される。ここで、画像表示
装置１１として通常使用されるカラーテレビのブラウン
管等を用いればカラー画像の立体像を容易にかつ簡単に
表示することができる。また、本発明では時分割で左右
の画像を分けているので人間の目の位置が画像表示装置
に対して多少傾いても左右の画像がだぶって見えるよう
な従来の偏光板方式における欠点は生じない。

Ｃ０光遮断膜 次に、第４図〜第７図を参照して、上述の本発明実施例
で眼鏡８に使用する光遮断膜１４．１５の構成の１例に
ついて説明する。

第４図（＾）　、　　（Ｂ）には、外部電圧によって光
路の開閉ができる液晶光遮断膜の原理を示す。本図にお
いて、２６は眼鏡に入射する入射光、２７は直線偏光板
、２８は透明電極、２９はねじれたネマティックモード
（ＴＮモード）の液晶、３０は直線偏光板２７の偏光軸
と垂直に置かれた検光板、および３１は眼球１．２に直
接入る透過光である。本図のような構成の光遮断膜は現
在量も広く用いられているものであり、液晶としてはＮ
ｐタイプを用いるのが一般的である。このタイプの開閉
応答速度は１０ｎ＋ｓ〜５０ｍ５である。

第４図（Ａ）は２板の電極２８の間の電圧がゼロの状態
のときの液晶分子の配向構造を示している。

周知のように、Ｃｈ液晶（コレステリック液晶）の光学
的性質において、液晶分子の配向のラセンピッチＰと光
の波長λの関係が、Ｐ〉λの場合には、旋光性を示す。

この場合、ねじれ角はほぼ９０度で、旋光角も同じにな
る。従って、第４図（Ａ）に示すように偏光板２７と検
光板３０が互いに９０°となる板の間に液晶２９を挟む
と、電圧ゼロの状態で光が透過できる状態となる。一方
、電圧を印加したときには第４図（Ｂ）　に示すように
、閾値以上の電圧ならば両板２７．３０間の中心部分で
は液晶２９の分子はほぼ垂直に立ってしまい、そのため
旋光能力をほとんど失ってしまう。その結果、光は検光
板３０で遮断され、眼球１．２に達しない。

第５図は第４図（Ａ）　、　　（Ｂ）で示したＴＮモー
ドセルの光遮断膜の遮光特性を実験的に調べた特性値を
示す。本発明のように、カラー画像を取扱う場合には可
視領域において十分な遮光特性が得られなければならな
い。本図から明らかなように、本例の光遮断膜は波長４
００ｎｍ〜７００　ｎｍの可視領域における７ｖの電圧
印加時の光透過率が最大でも４％以下となっていること
が分り、実用上十分な遮光特性が得られることが分る。

また、第６図（Ａ）には、第４図（Ａ）　、　ＣＢ）に
示した光遮断膜における印加電圧と光透過率の関係を示
している。この実験例では、印加電圧がゼロ（オフ）で
光透過率は約３３％、印加電圧が６ｖ以上（オン）で光
透過率は約３％となることが分る。

第６図（Ｂ）は第６図（Ａ）の特性の光遮断膜の透過光
に対する心理的な明度を示す。第６図（Ａ）と第６図（
Ｂ）　　との特性曲線の相違は、人間の目が暗さに慣れ
た場合や、心理的な明度の直線性が原因となって、心理
的な明度りが物理的な絶対量Ｙとは異なるためである。

実験の結果では、印加電圧がオフで約５２％、印加電圧
がオンで約１５％程度の心理的な明度となることが確認
されている。

Ｄ、眼鏡窓 第７図は第４図（Ａ）　、　（Ｂ）で示した液晶光遮断
膜の原理を利用した眼鏡窓の構成例を示す。液晶光遮断
膜の場合は、光遮断膜に対して垂直方向の光が効率良く
開閉されるので、本図に示すように、眼球１．２を中心
にほぼ球面状に左右の光遮断膜１４．１５を構成する。

光遮断膜１４．１５の光路開閉を行う制御信号は共通線
３２を共通アースとして、本図のように接続した信号線
２３　Ｌ　、　’２５　Ｌを介して供給される。信号線
２３Ｌ、２５Ｌには光遮断時に６Ｖ以上の電圧をそれぞ
れ印加する。

Ｅ、同期信号 画像表示系については、現在のテレビ画像信号の処理系
をそのまま適用することができる。また、眼鏡側と画像
表示側との同期をとるための信号系については第３図の
ように信号線で発振器２１と光遮断膜１４．１５を接続
する必要はなく、例えば第８図に示すように、画像表示
装置１１側に内蔵した発振器２１から開閉同期信号を光
や電波等によって発信し、その受信装置を眼鏡側８に備
えるようにすることにより同期信号を伝送する接続コー
ドを除去できる。

その−例として、第９図に発光ダイオード３４を開閉同
期信号で変調し、その変調光３５をフォトダイオード３
６で受光して同期信号を得る信号伝送方式を示している
。まず、左右画像切換同期信号発振器２０の開閉同期信
号２３を用いて、　ＦＳＫ　（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈ
ｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）変調回路３３により発光ダイオ
ード３４を周波数変調する。その周波数変調は例えば、
左画像の表示においては１２００Ｈｚ、右画像において
は２４００１（ｚとする。発光ダイオード３４からの光
ビーム（変調光）３５を眼鏡８等に取付けられたフォト
ダイオード３６で受光し、その光の変調成分を検波回路
３７で抽出し、光遮断膜１４．１５の開閉信号を得る。

光遮断膜１４．１５を構成する液晶はインピーダンスが
高いので、光遮断のための電力は極めてわずかで済むと
いう特徴を有している。そのため、眼鏡８側の電気回路
を０ＭＯ５−ＩＣ等の低消費電力回路で構成することに
より、小型で携帯に便利な眼鏡を実現できる。眼鏡８か
ら同期のための通信線（通信用コード）を無くすことは
、見る側の自由度を確保する点において極めて重要なこ
とである。

なお、上述した本発明実施例では立体テレビの如きディ
スプレイ装置に適用した場合を示したが、本発明はこれ
に限定されず、立体映画においても映写コマに同期した
第８図に示すような左右切換眼鏡を用いることにより、
実現できる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、３次元画像の認
識に必要な左右の画像をそれぞれ別々に時分割で左右の
目に交互に送り込むことによりカニ　工１ｔＪ−／１蕾
も１ｋ　ｌ’１山＋し＾１呼１プ１１又ハ弔見る角度や
位置に依存せず、かつ簡潔な構成で３次元の立体画像表
示を実現できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の基本構成を示す斜
視図、 第２図は本発明の原理を示すタイミングチャート、 第３図は本発明の実施例の概略構成を示す回路図、 第４図（Ａ）　、　ＣＢ）は本発明実施例の液晶光遮断
膜の原理を示す斜視図、 第５図は本発明実施例の液晶光遮断膜の光透通事特性を
示す波形図、 第６図（八）　、　（Ｂ）は本発明実施例の液晶光遮断
膜の印加電圧に対する特性を示す波形図、 第７図は本発明実施例の眼鏡窓の構成を示す平面図、 第８図は本発明実施例における同期信号の伝送方式の一
例を示す斜視図、 第９図は第８図の伝送方式を実現する回路の一例を示す
回路図、 第１０図は３次元立体像を認識する原理を示す平面図、 第１１図は左目と右目の映像の位置の相違を示す説明図
、 第１２図は従来の３次元立体表示方法を示す斜視図であ
る。 １・・・左眼球、 ２・・・右眼球 ３・・・被写体、 ４・・・左目の視界、 ５・・・右目の視界、 ６・・・左眼球から見た被写体の２次元画像、７・・−
右眼球から見た被写体の２次元画像、８・・・眼鏡、 ９、ｌＯ・・・左および右眼鏡の窓、 １１・・・画像表示装置、 １２、１３・・・右画像および左画像、１４、１５・・
・左窓および右窓の光遮断膜、１６・・・被写体、 １７、１８・・・左側および右側の撮像カメラ、１９・
・・アナログスイッチ回路、 ２０・・・画像切換同期信号発振器、 ２１・・・切換同期信号、 ２２・・・増幅回路 ２３．２５・・・開閉同期信号、 ２４・・・位相反転回路、 ２６・・・入射光、 ２７・・・偏光板、 ２８・・・電極、 ２９・・・液晶、 ３０・・・検光板、 ３１・・・透過光、 ３２・・・共通アース、 ３３・・・ＦＳに変調回路、 ３４・・・発光ダイオード、 ３５・・・発光ダイオードからの光、 ３６・・・受光用フォトダイオード、 ３７・・・同期信号検波回路。 代　理　人　　弁理士　　谷　　義− 木登Ｂ馳菟本積膚ｔホオａ　４１１図 第１図 ＜　　　　　　＝　　　　　　ロ リ −へ 光透過率（％） （Ａ）ルミナンスＹ 印加電圧Ｖ （Ｂ）心理計測量明度Ｌ＊ 実於イ列の浪晶大」！鴫月臭の特性と示す浪形図第６図 し−一一フ ミ 戸 槽 蝙 第８図の伝送方式芝実現１３回蹄の一１川とホオ回９台
図第９図 ３″Ｊ′に元立１本イ象とｔ胚徴する原理き示す平面図
左目とも目の日東イ象の１廿置の相見＠示す平面図第１
１図 従来の３ン′に元在イ木表示方潰奮ホオや目地図第１２
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）同一の被写体を両眼の各々の視界で撮影した各画像
   を交互に出力表示する画像表示手段と、前記両眼への入
   射光を単眼づつ交互に遮断する機能を備えた眼鏡とを用
   い、 左眼の視界で撮影した右画像を前記画像表示手段で表示
   しているときには前記眼鏡により左眼への入射光を遮断
   し、次に右眼の視界で撮影した左画像を前記画像表示手
   段で表示しているときには前記眼鏡により右眼への入射
   光を遮断して、時分割で左右の眼にそれぞれ別々に左右
   の画像を送り込み、眼の残像効果で表示画像に対する左
   右の視差を作り、立体画像を認識することを特徴とする
   立体画像表示方法。 ２）同一の被写体を両眼の各々の視界で撮影した各画像
   を交互に出力表示する画像表示手段と、 両眼への入射光を交互に遮断する機能を備えた眼鏡と、 該眼鏡の遮断時期と前記画像表示手段の表示時期の同期
   をとる同期手段とを具備したことを特徴とする立体画像
   表示装置。 ３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記眼
   鏡は前記両眼への透過窓がそれぞれ液晶光遮断膜で構成
   され、該液晶光遮断膜の液晶の分子配向を電気的に制御
   することにより前記両眼への透過光を交互に遮断するよ
   うにしたことを特徴とする立体画像表示装置。 ４）特許請求の範囲第２項または第３項に記載の装置に
   おいて、前記同期手段は、前記画像表示手段側に設けた
   発光素子と、前記眼鏡側に設けた受光素子とを有し、前
   記発光素子と前記受光素子とを光通信によって同期させ
   るようにしたことを特徴とする立体画像表示装置。