JP2014016563A - Three-dimensional display device - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional display device that allows a picture of a projector array to be viewed consecutively as a high definition three-dimensional picture even when a viewer moves a point of view, decreases a discrepancy between convergence and adjustment relative to a three-dimensional picture localized in air and enables an interaction with the viewer.SOLUTION: The three-dimensional display device is configured to: project a picture from an exit pupil 41 of each projector of a projector array 4 by focusing on a diffusion plane 3; transmit a ray of light through the diffusion plane 3 and a real mirror picture imaging optical system 2 having a symmetry plane S internally and capable of imaging a ray of light from space on one side of the symmetry plane S at a plane symmetry position in space on the other side as a mirror picture; image the ray of light at the plane symmetry position of the exit pupil 41 relative to the symmetry plane S as diffused imaging pupils 6 and fill a pupil imaging plane 6S serving as a set of the imaging pupils 6; and thereby, allow an image 5 of a picture projected from the projector array 4 and imaged by the real mirror picture imaging optical system 2 to be consecutively viewed even by a point of view movement from a side where each imaging pupil 6 is imaged.

Description

本発明は、被観察物の鏡映像を実像として観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系を利用して、裸眼による観察を可能とする立体表示装置に関するものである。   The present invention relates to a stereoscopic display device that enables observation with the naked eye using a real mirror image forming optical system that forms a mirror image of an object to be observed as a real image in a space on an observer side.

本発明者はこれまで、被観察物の鏡映像を実像として(以下、「実鏡映像」という)として観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系を利用して、空中に被観察物の実鏡映像を結像させて見ることができるようにした表示装置を提案してきている(例えば、特許文献1参照)。   The present inventor has so far utilized a real mirror image forming optical system that forms a mirror image of an object to be observed as a real image (hereinafter referred to as a “real mirror image”) in a space on the viewer side. A display device has been proposed that allows a real mirror image of an object to be observed to be imaged and viewed (see, for example, Patent Document 1).

この表示装置は、被観察物の実鏡映像を観察者側の空間に結像させる実鏡映像結像光学系と、この実鏡映像結像光学系を挟んで観察者とは反対側の空間に配置される被観察物とを備えた表示装置であり、観察者は、被観察物の実鏡映像を見ることができ、あたかも実際に被観察物がその空中に存在するかのようにインタラクションできるようにしたものである。より具体的に、実鏡映像結像光学系は、2つの略直交するマイクロミラーを基本構成とする単位素子(2面コーナーリフレクタ)の集合から構成され、全ての単位素子のマイクロミラーと直交する共通平面を仮想的に素子面としたものである。実鏡映像結像光学系の原理は、被観察物から発した光線(被観察物が直接光を発する場合と、光が被観察物に当たって反射した場合がある)が、各単位素子を透過する際に、それぞれ2つのマイクロミラーで1回ずつ、合計2回反射することによって、素子面を対称面として被観察物の実像が被観察物の面対称位置に結像される、というものである(特許文献1、非特許文献1参照)。   This display device includes a real mirror image forming optical system that forms a real mirror image of an object to be observed in a space on the observer side, and a space on the opposite side of the observer across the real mirror image forming optical system. The display device includes an object to be observed, and the observer can see a real mirror image of the object to be observed, as if the object is actually present in the air. It is something that can be done. More specifically, the real mirror image forming optical system is composed of a set of unit elements (two-surface corner reflectors) having two substantially orthogonal micromirrors as a basic configuration, and is orthogonal to the micromirrors of all unit elements. The common plane is virtually an element surface. The principle of the real mirror image forming optical system is that light rays emitted from the object to be observed (the object to be observed emits light directly or light hits the object to be reflected and is reflected) pass through each unit element. In this case, each of the two micromirrors is reflected once, for a total of twice, so that the real image of the object to be observed is formed on the surface symmetry position of the object to be observed with the element surface as the symmetry plane. (See Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

上述のように、マイクロミラーによる反射を利用した基本的な結像原理を有する実鏡映像結像光学系は、色収差が出ず、また得られる結像が鏡映像であるため固有焦点距離が存在せず、中心となる光軸が存在しないために、任意の位置における被観察物を歪みなく結像できる、という種々の特徴を有している。   As described above, the real mirror image forming optical system having the basic image forming principle using the reflection by the micromirror has no chromatic aberration, and the obtained image is a mirror image, so there is an intrinsic focal length. In addition, since there is no optical axis as a center, it has various characteristics that an object to be observed at an arbitrary position can be imaged without distortion.

一方、上述したような実鏡映像結像光学系を用い、プロジェクタの射出瞳を結像させて特定の視点映像を観察可能とする技術としては、プロジェクタの実像を実鏡映像結像光学系を通して虚像として結像させ、遠距離に映像を見せるようにヘッドマウントディスプレイとして応用した技術(特許文献2参照)や、実鏡映像結像光学系としてハーフミラーとレトロリフレクタアレイを用い、射出瞳を面対称位置に結像させて特定の視点映像を作り出す技術(非特許文献2参照)が知られている。その他、異方性拡散スクリーンとプロジェクタアレイを用いて平面上に浮かぶ映像を表示することができる立体ディスプレイも知られている(非特許文献3参照)。   On the other hand, as a technology that enables the observation of a specific viewpoint image by forming the exit pupil of the projector by using the above-described real mirror image forming optical system, the real image of the projector is passed through the real mirror image forming optical system. The technology used as a head-mounted display to form a virtual image and show the image at a long distance (see Patent Document 2), and a half-mirror and retro-reflector array as a real mirror image-forming optical system. A technique (see Non-Patent Document 2) that creates a specific viewpoint image by forming an image at a symmetric position is known. In addition, a three-dimensional display capable of displaying an image floating on a plane using an anisotropic diffusion screen and a projector array is also known (see Non-Patent Document 3).

国際公開WO2008/041616International Publication WO2008 / 041616 特開2009−288696号JP 2009-288696 A

前川聡ら(S.Maekawa, et al.)、「マイクロミラーアレイを用いた透過型結像光学素子」(”Transmissive imaging device with micromirror array”)、Proc. of SPIE,6392, 63920E、2006年S. Maekawa, et al., “Transmissive imaging device with micromirror array”, Proc. Of SPIE, 6392, 63920E, 2006 吉田匠他、「再帰性投影型多視点立体ディスプレイにおける高解像度化の検討」、3次元画像コンファレンス2010、pp.47−50、2010年Yoshida Takumi et al., “Examination of high resolution in recursive projection multi-view 3D display”, 3D Image Conference 2010, pp. 47-50, 2010 吉田俊介他、「全周囲より観察可能なテーブル型裸眼立体ディスプレイ−表示原理と初期実装に関する検討−」日本バーチャルリアリティ学会論文誌、vol.15,No.2,2010年Shunsuke Yoshida et al., “Table-type autostereoscopic display that can be observed from the entire periphery-Examination on display principle and initial implementation-” Virtual Journal of the Virtual Reality Society of Japan, vol. 15, no. 2, 2010

特許文献2においては、裸眼立体視は可能ではあるが、観察者はプロジェクタが投影する実像を実鏡映像結像光学系により結像した虚像として見ることになるため、実鏡映像結像光学系の対称面よりもずっと奥に表示されることになる。そして、虚像には手や指し棒等を近付けたりその動きに応じて映像を動かしたりといったインタラクションが不能である。さらに、ヘッドマウントディスプレイに応用した技術であるため、頭部の移動による視点の移動が考慮されておらず、結像距離が長いために高解像度化が難しいといえる。   In Patent Document 2, autostereoscopic viewing is possible, but an observer views a real image projected by a projector as a virtual image formed by a real mirror image forming optical system. It will be displayed far behind the symmetry plane. Further, it is impossible to interact with the virtual image such as bringing a hand or a pointing stick close to the virtual image or moving an image in accordance with the movement. Furthermore, since this technique is applied to a head-mounted display, the viewpoint movement due to the movement of the head is not taken into account, and it can be said that it is difficult to increase the resolution because the imaging distance is long.

非特許文献2においては、裸眼立体視及び頭部の移動による視点移動が考慮されてはいるが、観察者から見て対称面となるハーフミラー背面に設置された再帰性反射スクリーン上に映像が結像しているため、空中映像(つまりハーフミラーより観察者側に定位する映像)を表示した時には、輻輳と調節の不一致が甚だしくなる。また、輻輳と調節が一致するスクリーン面近傍に定位する映像を表示した場合には、映像表示面と観察者の間にハーフミラーが挟まって配置されることとなって、像とのインタラクションを行う場合には、ハーフミラーの背面側に手を回す必要がある。   In Non-Patent Document 2, although viewpoint movement due to autostereoscopic vision and movement of the head is taken into consideration, an image is displayed on the retroreflective screen installed on the back of the half mirror that is a symmetric surface as viewed from the observer. Since the image is formed, when an aerial image (that is, an image localized on the viewer side from the half mirror) is displayed, the mismatch between the convergence and the adjustment becomes significant. When a localized image is displayed in the vicinity of the screen surface where the convergence and adjustment match, a half mirror is placed between the image display surface and the observer, and interaction with the image is performed. In this case, it is necessary to turn the hand to the back side of the half mirror.

非特許文献3には、異方性拡散スクリーンを用いたマルチプロジェクション方式の立体表示装置が開示されている。この方式では平面上に浮かぶ映像として提示可能ではあるものの、映像を投影する拡散スクリーンは、平面より距離のある下部に位置することから、平面上に映像表示を行った場合には輻輳と調節の矛盾は大きなものとなる。   Non-Patent Document 3 discloses a multi-projection type stereoscopic display device using an anisotropic diffusion screen. Although this method can be presented as an image floating on a plane, the diffusion screen that projects the image is located at the lower part of the plane, so that when video is displayed on the plane, congestion and adjustment are controlled. The contradiction will be big.

本発明は、このような従来技術の諸問題に着目し、プロジェクタアレイにより投影される映像を、観察者が視点を移動しても途切れることなく連続的に高精細な立体映像として見ることができ、しかも平面上に浮かぶ空中に定位する立体映像に対して輻輳と調節の矛盾を減少させ、観察者とのインタラクションをも可能とする立体表示装置を提供することを主たる目的とするものである。   The present invention pays attention to such problems of the prior art, and the image projected by the projector array can be continuously viewed as a high-definition stereoscopic image without interruption even when the observer moves the viewpoint. In addition, it is a main object to provide a stereoscopic display device that reduces the contradiction between convergence and adjustment with respect to a stereoscopic image localized in the air floating on a plane and enables interaction with an observer.

すなわち本発明は、対称面となるある1つの幾何平面を内部的に有しこの対称面を境にして一方側の空間から出射された光線を透過させて他方側の空間における面対称位置に実像である鏡映像を結像可能な実鏡映像結像光学系と、光線が対称面を透過する前又は後もしくは透過中においてその光線を拡散させる拡散面と、対称面を境にした一方側の空間に配置されて複数のプロジェクタを配列してなるプロジェクタアレイとを備え、拡散面に焦点を合わせて各プロジェクタの射出瞳から投影される光線を実鏡映像結像光学系の対称面及び拡散面を透過させることによって、射出瞳の対称面に対する面対称位置に拡散された実像である鏡映像たる結像瞳として結像させ、各結像瞳によって当該結像瞳の集合が配列することになる瞳結像面を隙間なく埋めることにより、各結像瞳が結像している側から、プロジェクタアレイから投影された映像を前記対称面の位置もしくは結像瞳が結像している空間に結像した像を視点移動によっても連続的に観察し得るように構成したことを特徴とする立体表示装置である。   That is, the present invention internally has a certain geometric plane as a symmetry plane, transmits a light beam emitted from one side space with this symmetry plane as a boundary, and realizes a real image at a plane symmetry position in the other side space. A mirror image imaging optical system that can form a mirror image, a diffusion surface that diffuses the light beam before, after, or during transmission through the symmetry plane, and one side of the symmetry plane A projector array formed by arranging a plurality of projectors arranged in a space, and a light beam projected from an exit pupil of each projector with a focus on the diffusion surface, and a symmetric surface and a diffusion surface of the real mirror image forming optical system , The image is formed as an imaging pupil which is a mirror image that is a real image diffused in a plane-symmetrical position with respect to the symmetry plane of the exit pupil, and a set of imaging pupils is arranged by each imaging pupil. Clearance between pupil image planes By filling the image, the image projected from the projector array from the side where each imaging pupil is imaged is moved to the viewpoint of the image formed in the position of the symmetry plane or the space where the imaging pupil is imaged. 3D display device characterized in that it can be continuously observed.

ここで、実鏡映像結像光学系は、対称面を境にして被投影物を面対称位置に歪みのない実像として結像するものであり、上述した2面コーナーリフレクタアレイによって構成したものが適切であるが、マイクロレンズアレイ(アフォーカルレンズアレイを含む)によって構成したものや、その他のレンズや反射鏡等の光学機器を用いて構成した光学系であってもよい。拡散面としては、実鏡映像結像光学系とは独立した光拡散板(硬質な板状のもの、又はフィルムやシートを含み、幾何光学的なものあるいは波動光学的な動作原理であってもよい)を用いたり、実鏡映像結像光学系自体に光の拡散機能を持たせたものを用いることができる。また、本発明で用いるプロジェクタアレイを構成するプロジェクタには、拡散面に焦点を結んで投影できるものであればよく、一般的なプロジェクタあるいは、液晶ディスプレイの画面をレンズアレイ等の光学系によって複数に分割して投影してもよい。拡散面に対して斜め投影となる場合には、プロジェクタの投影光学系が斜め投影を前提に設計されていなければ、レンズから拡散面までの距離が拡散板各点で変化するために、投影画像は台形状となり、投影場所によって焦点位置と解像度が変わることになる。これを避けるためには、プロジェクタの投影光学系を斜め投影を前提として設計することが望ましいが、焦点深度を深めとすることで対応することも可能である。このようなプロジェクタアレイで投影される映像は、カメラで実際物を撮影しながらその映像をプロジェクタアレイに転送してリアルタイムで投影したものであってもよいし、予め撮影済み又は作成済みの映像データを投影したものとしてもよい。   Here, the real mirror image forming optical system forms an image of the projection object as a real image without distortion at a plane symmetrical position with respect to the symmetry plane, and is constituted by the above-described two-surface corner reflector array. As appropriate, an optical system configured by a microlens array (including an afocal lens array) or an optical system such as another lens or a reflecting mirror may be used. As the diffusion surface, a light diffusing plate independent of the real mirror imaging optical system (including a hard plate or a film or sheet, even if it is a geometric optical or wave optical operating principle) Or a real mirror image forming optical system itself having a light diffusing function. In addition, the projector constituting the projector array used in the present invention may be any projector that can focus on the diffusing surface and project, and a general projector or a liquid crystal display screen is divided into a plurality of optical systems such as a lens array. You may divide and project. When oblique projection is performed on the diffusing surface, if the projection optical system of the projector is not designed on the assumption of oblique projection, the distance from the lens to the diffusing surface changes at each point on the diffusing plate. Becomes trapezoidal, and the focal position and resolution change depending on the projection location. In order to avoid this, it is desirable to design the projection optical system of the projector on the assumption of oblique projection, but it is also possible to cope with this by increasing the depth of focus. The image projected by such a projector array may be a real-time image obtained by transferring the image to the projector array while photographing an actual object with a camera, or previously captured or created image data. May be projected.

本発明における拡散面における拡散角の役割は、拡散された結像瞳によって射出瞳の瞳結像面を隙間なく埋めることを目的としている。プロジェクタの映像の結像位置に拡散面を設けたことによって、映像そのものは拡散面自体が透過型スクリーンとして機能するため、プロジェクタから投影される映像の解像度は高いままであるのに対して、射出瞳は結像途中において拡散面で拡散されて、実鏡映像結像光学系を通じて結像するために、ぼやけることになる。そのため、空間に開いた穴として結像した射出瞳の実鏡映像(結像瞳)はその境界(周縁部)もはっきりしなくなり、隣接する結像瞳同士を連続させることができることとなり、ある一つの結像瞳の位置から目が外れても、その映像が突然消えることはなく、徐々に見えなくなるという効果が得られる。また、拡散角が大きすぎる場合には一つの視点においても複数プロジェクタの映像が重なって見えることになるため、適切な重なりが必要となる。なお、瞳結像面と記述しているが、結像には焦点深度があることから、必ずしも厚さのない面を意味するものではない。   The role of the diffusion angle on the diffusion surface in the present invention is intended to fill the pupil image formation surface of the exit pupil with no space by the diffused image formation pupil. By providing a diffusing surface at the image formation position of the projector image, the diffusing surface itself functions as a transmissive screen, so that the resolution of the image projected from the projector remains high. The pupil is diffused on the diffusing surface in the middle of image formation, and is imaged through the real mirror image forming optical system, so that the pupil becomes blurred. For this reason, the real mirror image (imaging pupil) of the exit pupil imaged as a hole opened in space is not clear at its boundary (periphery), and adjacent imaging pupils can be made continuous. Even if the eyes are removed from the positions of the two imaging pupils, the image does not disappear suddenly, and the effect of gradually disappearing is obtained. In addition, when the diffusion angle is too large, the images of a plurality of projectors appear to overlap each other even at one viewpoint, so that an appropriate overlap is required. Although described as a pupil imaging plane, imaging has a depth of focus and does not necessarily mean a plane without thickness.

また、プロジェクタアレイを構成するプロジェクタの数や配置は特に限定されるものではなく、複数のプロジェクタによるプロジェクタアレイの配置態様は、横方向又は縦方向に1列のみの1次元的配置、又は縦横の2次元的配置とすることができる。複数のプロジェクタを1次元的配置とした場合、特に観察者である人間の2つの目が左右の横方向に存在することに対応して複数のプロジェクタを横方向配置とすれば、結像した像の水平視差の表現が可能となる。この場合、拡散面による拡散機能は、横方向には狭角、縦方向には広角の異方性拡散が起こるものとすることが適切である。このようにすることで、結像した像に縦方向視差は与えられないものの、縦方向の視野角を拡大することが可能となる。なお、1次元的配置としては、横一列に直線的あるいは滑らかな曲線的に並べるのが簡単ではあるが、縦方向拡散角が十分大きい場合には、縦方向の多少のずれは問題がなく、また、瞳結像の焦点深度を考慮すると、奥行き方向のずれも多少のずれは問題がない。複数のプロジェクタを2次元的配置とした場合、拡散面による拡散機能は、隣接する射出瞳の実像が適度にオーバーラップする程度のボケが与えられる拡散角を持つものとすることが好適であり、これにより縦方向及び横方向の視差を表現することができる。2次元配置の場合には、四角格子でもよいが、オーバーラップを行うための拡散角を小さくするには三角格子がより適している。また、オーバーラップが適切に作れるのであれば、規則的に並ぶ必要もない。また、平面である必要はなく、曲面上に配置されていても構わない。この場合、瞳結像面も平面ではなく、曲面となる。さらに、瞳結像の焦点深度を考慮すると、必ずしも滑らかな曲面上に並ぶ必要はなく、奥行き方向の多少のずれも問題はない。   Further, the number and arrangement of the projectors constituting the projector array are not particularly limited, and the arrangement form of the projector array by a plurality of projectors may be one-dimensional arrangement of only one column in the horizontal direction or the vertical direction, or the vertical and horizontal directions. It can be a two-dimensional arrangement. When a plurality of projectors are arranged in a one-dimensional manner, an image formed when the plurality of projectors are arranged in a horizontal direction corresponding to the presence of two eyes of a human being who is an observer in the horizontal direction. The horizontal parallax can be expressed. In this case, it is appropriate that the diffusion function by the diffusion surface is such that anisotropic diffusion with a narrow angle in the horizontal direction and a wide angle in the vertical direction occurs. In this way, although the vertical parallax is not given to the image formed, the viewing angle in the vertical direction can be enlarged. As a one-dimensional arrangement, it is easy to arrange in a horizontal line linearly or smoothly, but if the vertical diffusion angle is sufficiently large, there is no problem with some deviation in the vertical direction. Further, considering the depth of focus of pupil imaging, there is no problem with some deviation in the depth direction. When a plurality of projectors are two-dimensionally arranged, it is preferable that the diffusing function by the diffusing surface has a diffusing angle at which blurring is given so that the real images of adjacent exit pupils are appropriately overlapped, As a result, vertical and horizontal parallaxes can be expressed. In the case of a two-dimensional arrangement, a square lattice may be used, but a triangular lattice is more suitable for reducing the diffusion angle for overlapping. Moreover, it is not necessary to line up regularly if the overlap can be made appropriately. Moreover, it does not need to be a plane and may be arranged on a curved surface. In this case, the pupil imaging plane is not a plane but a curved surface. Furthermore, in consideration of the depth of focus of pupil imaging, it is not always necessary to line up on a smooth curved surface, and there is no problem with slight deviation in the depth direction.

プロジェクタと対称面との間に拡散面が配置され、拡散面と対称面の間に空間が空いている場合、プロジェクタの焦点は拡散面に対して合わせられる。拡散面に投影された映像は、実鏡映像結像光学系によって、実像として対称面の反対側に結像する。この場合、実鏡映像結像光学系による結像となるので、解像度は拡散面に投影された映像よりも低下することになる。しかしながら、対称面よりも観察側に実像として提示されるので、プロジェクタアレイを1次元的配置として、縦方向視差を与えない場合においても、視差的に実像位置近辺に提示された立体像を見た場合、上下方向の視点移動に対しても、定位位置の移動ではなく、物体の回転という形での影響に抑えられる。また、拡散面の配置が比較的自由なため、拡散面に対してプロジェクタを垂直配置することは容易となる。なお、拡散面を対称面に対して水平配置等にすることも可能であるが、この場合において、実鏡映像結像光学系として後述する2面コーナーリフレクタアレイを用いた場合、2面コーナーリフレクタアレイには光線が斜めに入射する必要があるため、プロジェクタは拡散面に対して斜め投影とする必要がある。   When a diffusing surface is disposed between the projector and the symmetric surface and a space is provided between the diffusing surface and the symmetric surface, the projector is focused on the diffusing surface. The image projected on the diffusing surface is imaged as a real image on the opposite side of the symmetry plane by the real mirror image forming optical system. In this case, since the image is formed by the real mirror image forming optical system, the resolution is lower than that of the image projected on the diffusion surface. However, since it is presented as a real image closer to the viewer than the plane of symmetry, a stereoscopic image presented in the vicinity of the real image position in terms of parallax was seen even when the projector array was placed in a one-dimensional arrangement and no vertical parallax was given. In this case, the movement of the viewpoint in the vertical direction can be suppressed by the influence of the rotation of the object, not the movement of the localization position. Further, since the arrangement of the diffusion surface is relatively free, it is easy to arrange the projector vertically with respect to the diffusion surface. Although it is possible to arrange the diffusing surface horizontally with respect to the symmetry surface, in this case, when a two-surface corner reflector array (to be described later) is used as the real mirror image forming optical system, the two-surface corner reflector is used. Since it is necessary for light rays to enter the array at an angle, the projector needs to project obliquely to the diffusion surface.

一方、対称面に拡散面をほぼ一致させて配置している場合、観察者は、実鏡映像結像光学系による結像機能を通さずに、拡散面に投影された映像をそのまま観察することになるため、最も高解像度な映像を提示することができる。具体的な例としては、独立した拡散面を備えた拡散板を、実鏡映像結像光学系の上下に密着して配置するか、あるいは、実鏡映像結像光学系そのものに拡散機能を持たせるということが考えられる。例えば、実鏡映像結像光学系として後述する2面コーナーリフレクタアレイを適用し、その2面コーナーリフレクタアレイに拡散機能を持たせる方法の一つは反射面に拡散機能を持たせることであり、具体的には、反射面に微小構造物を形成し、幾何光学的、波動光学的に拡散機能を持たせる方法と、反射面を平面ではなく曲面とする方法、各反射面の角度をわずかにずらす方法等が考えられる。また、単位光学素子への入射面あるいは出射面が透明固体からなる場合には、入射(出射)面に微小構造物を形成し、幾何光学的、波動光学的に拡散機能を持たせる方法と、入射(出射)面を平面ではなく曲面とし、屈折による拡散機能を持たせる方法が考えられる。その他にも、2面コーナーリフレクタアレイの透過経路中に、光線を拡散する微粒子等を配置することや、単位光学素子を十分小さくして回折を生じさせる方法などが挙げられる。なお、対称面と拡散面を一致させた場合であっても、単位光学系と投影された画素は一般的には一致しないため、開口率が100%でなければ、一部は隠されることになる。また、特に、プロジェクタから拡散面に斜め投影した場合には、プロジェクタの投影光学系が斜め投影に対応して設計されていなければ、焦点距離の問題とともに、投影場所によって画素と単位光学系の関係が変化するという問題が生じる。   On the other hand, when the diffusing surface is arranged almost coincident with the symmetry plane, the observer must observe the image projected on the diffusing surface as it is without passing through the imaging function of the real mirror image forming optical system. Therefore, the highest resolution video can be presented. As a specific example, a diffusion plate having an independent diffusing surface is disposed in close contact with the upper and lower sides of the real mirror image forming optical system, or the real mirror image forming optical system itself has a diffusion function. It can be considered that. For example, as a real mirror image forming optical system, a two-surface corner reflector array, which will be described later, is applied, and one of the methods for providing the two-surface corner reflector array with a diffusing function is to provide the reflecting surface with a diffusing function. Specifically, a micro structure is formed on the reflecting surface and a diffusion function is provided geometrically and wave-optically, a method in which the reflecting surface is curved instead of a flat surface, and the angle of each reflecting surface is slightly changed. A method of shifting is conceivable. In addition, when the incident surface or the exit surface to the unit optical element is made of a transparent solid, a method of forming a minute structure on the entrance (exit) surface, and having a diffusion function geometrically and wave-optically, A method is conceivable in which the incident (outgoing) surface is a curved surface instead of a flat surface to provide a diffusion function by refraction. In addition, there are a method of arranging fine particles or the like that diffuse light rays in the transmission path of the two-sided corner reflector array, a method of causing diffraction by making the unit optical element sufficiently small, and the like. Even when the symmetry plane and the diffusing plane are matched, the unit optical system and the projected pixel generally do not match, and therefore, if the aperture ratio is not 100%, a part is hidden. Become. In particular, when oblique projection is performed from the projector onto the diffusion surface, if the projection optical system of the projector is not designed for oblique projection, the relationship between the pixel and the unit optical system depends on the projection location as well as the focal length. Problem arises.

実鏡映像結像光学系が、対称面を境にして一方側の空間から出射された光線を透過させて他方側の空間における面対称位置に実像である鏡映像を結像する単位光学系を複数備えており、これらの単位光学系の配置と各プロジェクタにより投影される画像の画素配置とを対応させた場合、単位光学系の大きさが投影画像の画素と等しいか大きく、拡散面がこの単位光学系に含まれるあるいはその極近傍に配置されているならば、各単位光学系を独立した画素として観察できることとなり、観察される映像の高解像度化を図ることができる。なお、単位光学系と投影画像の画素を1対1対応させた場合には、プロジェクタ画像の解像度そのままに表示することが可能となる。   A real mirror image forming optical system is a unit optical system that transmits a light beam emitted from a space on one side with respect to a symmetry plane and forms a mirror image as a real image at a plane symmetrical position in the other space. When the arrangement of these unit optical systems is made to correspond to the pixel arrangement of the image projected by each projector, the size of the unit optical system is equal to or larger than the pixel of the projection image, and the diffusion surface is If they are included in the unit optical system or arranged in the immediate vicinity thereof, each unit optical system can be observed as an independent pixel, and the resolution of the observed image can be increased. Note that when the unit optical system and the pixels of the projection image have a one-to-one correspondence, it is possible to display the projector image without changing the resolution.

また、対称面よりも観察側に拡散面が配置され、拡散面と対称面の間に空間が空いている場合、プロジェクタの映像を拡散面の位置に結像させるには、焦点位置に注意が必要である。つまりプロジェクタの映像は、何もない拡散面の対称面に対する面対称位置に焦点を合わせて実像として結像させなければならない。この実像が実鏡映像結像光学系によって、拡散板位置に再び実像として結像される。この方式を採用した場合は、実鏡映像結像光学系による結像結果を見ることになるため、解像度は上述した対称面と拡散面がほぼ一致する場合に比べて低下する。また、観察者が見る映像は、拡散面そのものの上に投影された映像であり、上述したプロジェクタと対称面との間に拡散面を配置した場合のように映像を実像として観察することはできなくなる。   In addition, when the diffusing surface is arranged closer to the observation side than the symmetric surface, and there is a space between the diffusing surface and the symmetric surface, attention must be paid to the focal position in order to form an image of the projector at the position of the diffusing surface. is necessary. In other words, the image of the projector must be focused as a real image by focusing on the plane symmetry position with respect to the symmetry plane of the empty diffusion surface. This real image is formed again as a real image at the position of the diffusion plate by the real mirror image forming optical system. When this method is adopted, since the image formation result by the real mirror image forming optical system is seen, the resolution is lower than the case where the symmetric plane and the diffusion plane substantially coincide with each other. The image seen by the observer is an image projected on the diffusing surface itself, and the image can be observed as a real image as in the case where the diffusing surface is arranged between the projector and the symmetric surface described above. Disappear.

結像瞳を適切に拡散した結果、複数のプロジェクタの各射出瞳の実鏡映像である結像瞳が結像している側から、プロジェクタアレイにより拡散面に投影された映像、又はその映像の実鏡映像結像光学系により結像した実鏡映像を観察すれば、両眼視差による立体映像を観察することが可能となり、しかも観察者の眼の瞳の位置が、結像瞳とその投影している映像の延長線上にあれば、観察位置を移動(すなわち視点移動)しても立体映像が途切れることなく連続的且つ滑らかに切り替わるように観察することができるという、プロジェクタを利用した映像投影方法として視差方式での立体映像の観察環境が得られることとなる。そして、本発明で観察できる立体映像は視差的に対称面よりも手前側に表示したとしても、各プロジェクタの映像を対称面の位置あるいはそれよりも観察者側に結像させることができるため、調節と輻輳の矛盾が小さいという特徴を持つ。   As a result of appropriately diffusing the imaging pupil, the image projected on the diffusion surface by the projector array from the side where the imaging pupil, which is a real mirror image of each exit pupil of the plurality of projectors, forms an image, or the image By observing the real mirror image formed by the real mirror imaging optical system, it is possible to observe stereoscopic images due to binocular parallax, and the position of the observer's eye pupil is the image pupil and its projection. If you are on the extended line of the projected image, you can observe the 3D image continuously and smoothly without interruption even if you move the observation position (that is, move the viewpoint). As a method, a stereoscopic image observation environment in a parallax method is obtained. And even if the stereoscopic image that can be observed in the present invention is displayed on the near side of the symmetry plane in terms of parallax, the image of each projector can be imaged at the position of the symmetry plane or the viewer side more than that, It has the feature that there is little contradiction between regulation and congestion.

また、実鏡映像結像光学系としては、対称面となる所定の平面に略垂直であり相互に略直交する2つの鏡面から構成される2面コーナーリフレクタ(単位光学系に相当)を対称面上に複数並べた構成を有する2面コーナーリフレクタアレイ、又は対称面となる所定の平面に垂直な光軸を有するアフォーカルレンズ(単位光学系に相当)を対称面上に複数並べたアフォーカルレンズアレイを適用することが望ましい。2面コーナーリフレクタアレイを本発明における実鏡映像結像光学系とする場合、プロジェクタは対称面の垂線に対して傾斜した斜め方向から投射するのが好適であるため、プロジェクタを斜めに焦点が合う投影光学系とすることが望ましい。また、2面コーナーリフレクタアレイはマイクロミラーによる反射を基本原理として利用するものであるため、色収差が出ず、また結像される像は鏡映像であるために固有焦点距離がなく、任意の位置に配置したプロジェクタアレイの射出瞳を歪みなく結像できるという利点が得られる。一方、アフォーカルレンズアレイを本発明における実鏡映像結像光学系とする場合、対称面と直交する方向からの垂直投影が可能である。   Further, as a real mirror image forming optical system, a two-surface corner reflector (corresponding to a unit optical system) composed of two mirror surfaces that are substantially perpendicular to a predetermined plane as a symmetry plane and substantially orthogonal to each other is used as a symmetry plane. An afocal lens in which a plurality of afocal lenses (corresponding to a unit optical system) having an optical axis perpendicular to a predetermined plane serving as a symmetry plane are arranged on a symmetry plane. It is desirable to apply an array. When the two-surface corner reflector array is used as the real mirror image forming optical system in the present invention, it is preferable that the projector projects from an oblique direction inclined with respect to the normal of the symmetry plane. A projection optical system is desirable. In addition, since the two-surface corner reflector array uses reflection by a micromirror as a basic principle, chromatic aberration does not occur, and the image to be formed is a mirror image, so there is no intrinsic focal length, and any position An advantage is obtained in that the exit pupil of the projector array arranged at the position can be imaged without distortion. On the other hand, when the afocal lens array is a real mirror image forming optical system according to the present invention, vertical projection from a direction orthogonal to the symmetry plane is possible.

2面コーナーリフレクタアレイは、前掲特許文献1に記載された本発明者の発明による等倍結像光学系である。2面コーナーリフレクタアレイの構造を単純に述べれば、所定の平面にほぼ垂直な2つの鏡面を相互に略直交させた構成の単位光学系(2面コーナーリフレクタ)を多数並べたものである。この2面コーナーリフレクタアレイを本発明の実鏡映像結像光学系に適用した場合、各プロジェクタの射出瞳から発した光線は、2面コーナーリフレクタアレイの対称面を透過する際に、各2面コーナーリフレクタの2つの鏡面でそれぞれ1回ずつ、合計2回反射して、対称面に対する射出瞳の面対称位置にこの瞳の実像として結像するが、拡散面により光線が拡散されるため、結像した像は射出瞳の大きさよりも広がり周縁部がボケたものとなる。なお、2面コーナーリフレクタアレイは、垂直配置された2枚の反射面による2回反射を原理とした結像光学素子であり、その構造も種々のものを用いることができ、四角い貫通穴構造の内壁を反射面としたものや、透明体による四角柱の内壁を反射面としたもの、スリットミラーアレイを直交させて2段重ねにしたもの、波型の板を並べたもの等様々である。また、2回反射の前後で屈折による光路の屈曲を対称的に行うものも同様の原理に含まれる   The double-sided corner reflector array is a 1 × magnification imaging optical system according to the inventor's invention described in the above-mentioned Patent Document 1. To simply describe the structure of the two-surface corner reflector array, a large number of unit optical systems (two-surface corner reflectors) are arranged in which two mirror surfaces substantially perpendicular to a predetermined plane are substantially orthogonal to each other. When this two-surface corner reflector array is applied to the real mirror image forming optical system of the present invention, each light beam emitted from the exit pupil of each projector passes through the symmetry plane of the two-surface corner reflector array. The light is reflected twice by the two mirror surfaces of the corner reflector, a total of two times, and is formed as a real image of the pupil at the plane-symmetric position of the exit pupil with respect to the symmetry plane. The image formed spreads beyond the size of the exit pupil and the peripheral edge is blurred. The dihedral corner reflector array is an imaging optical element based on the principle of twice reflection by two vertically arranged reflecting surfaces, and various structures can be used. There are various types, such as those having an inner wall as a reflection surface, those having a rectangular prism inner wall as a reflection surface, those in which slit mirror arrays are orthogonally arranged in two layers, and those in which corrugated plates are arranged. In addition, the same principle is also included in which the optical path is bent symmetrically by refraction before and after twice reflection.

アフォーカルレンズアレイを本発明において実鏡映像結像光学系として利用する場合には、各レンズの表面の面精度を落としたり、レンズ表面に適度な大きさの突起物を形成したり、各レンズに気泡その他の異物を混入するなどして、アフォーカルレンズアレイ自体に光線の拡散機能を持たせることができる。   When the afocal lens array is used as a real mirror image forming optical system in the present invention, the surface accuracy of the surface of each lens is lowered, a protrusion having an appropriate size is formed on the lens surface, It is possible to give the afocal lens array itself a light diffusing function by mixing bubbles or other foreign matters into the lens.

本発明に係る立体表示装置は、プロジェクタアレイで投影する映像として、複数のプロジェクタと物理的配置と共に光学的に共役となるように複数のカメラからなるカメラアレイで撮影した映像とすることで、カメラアレイで撮影しているものをそのまま再生することができる。1つの結像瞳を覗いた場合、1台のプロジェクタから投影された映像がそのまま観察できるが、プロジェクタと光学的に共役なカメラの映像を投影した場合には、カメラの瞳から眺めた映像がそのまま見えることになる。そして、複数のカメラおよびプロジェクタがその物理的配置をも共役としている場合には、そのままカメラアレイが撮影している情景がプロジェクタアレイで再生される。なお、スケールに関しては不変性を持つため、カメラ配置を物理的に拡大縮小してもそのまま再生することが可能である。   The stereoscopic display device according to the present invention uses an image captured by a camera array including a plurality of cameras so as to be optically conjugate with a plurality of projectors and a physical arrangement as an image projected by the projector array. You can play back what you are shooting with the array. When looking into one imaging pupil, the image projected from one projector can be observed as it is, but when the image of a camera optically conjugate with the projector is projected, the image viewed from the camera pupil is It will look as it is. If a plurality of cameras and projectors are also conjugate in their physical arrangement, the scene captured by the camera array is reproduced as it is on the projector array. Since the scale is invariant, it can be reproduced as it is even if the camera arrangement is physically enlarged or reduced.

本発明に係る立体表示装置は、対称面に対する被投影物の面対称位置に歪みのない実像を結像する実鏡映像結像光学系と、光線を拡散させる拡散面とを併用し、プロジェクタアレイを構成する各プロジェクタの射出瞳から照射された映像を、その射出瞳の対称面を境とした面対称位置に、境界部(周縁部)をぼかした鏡映像である実像として結像させることができる。そのため、拡散面を備えない場合と比較して、観察者が射出瞳の結像を観察している目の位置を移動させた場合、結像から目が外れると突然映像が見えなくなるという不具合を解消し、映像が徐々に見えなくなるという視覚効果が得られるようにすることができる。現実的には、ある視点で観察していた射出瞳の結像は、その位置から視点をずらすと徐々に見えなくなるが、すぐ隣の射出瞳の結像が同じく境界部(周縁部)をボカした状態で形成されているため、視点移動を行っても略連続的に映像(結像)の観察を行うことができる。さらに、観察される像は対称面の位置もしくは対称面よりも観察者側に結像するため、対称面よりも手前側に飛び出す視差を与えた場合においても、調節と輻輳の矛盾を最小限に抑えられる。また、プロジェクタアレイが1次元的であって、縦方向視差を与えない場合においても、結像位置が視差位置近傍となっているために、縦方向の視点移動の際の定位の破たんを最小限に抑えることができる。   A stereoscopic display device according to the present invention uses a real mirror image-forming optical system that forms a real image without distortion at a plane-symmetric position of a projection object with respect to a symmetry plane, and a diffusion surface that diffuses light rays, and a projector array. The image irradiated from the exit pupil of each projector that constitutes the image is formed as a real image that is a mirror image in which the boundary portion (peripheral portion) is blurred at a plane symmetry position with the symmetry plane of the exit pupil as a boundary. it can. Therefore, compared to the case without a diffusing surface, if the observer moves the position of the eyes observing the image formation of the exit pupil, the image suddenly disappears when the eyes are removed from the image formation. The visual effect that the image is gradually disappeared can be obtained. In reality, the image of the exit pupil observed from a certain viewpoint gradually disappears when the viewpoint is shifted from that position, but the image of the immediately adjacent exit pupil also blurs the boundary (periphery). Therefore, even when the viewpoint is moved, the image (image formation) can be observed almost continuously. In addition, since the observed image is formed on the viewer side of the position of the symmetry plane or the symmetry plane, even if parallax popping out from the symmetry plane is given, the contradiction between adjustment and convergence is minimized. It can be suppressed. In addition, even when the projector array is one-dimensional and does not give vertical parallax, the image formation position is in the vicinity of the parallax position, so that the disruption of localization when moving the viewpoint in the vertical direction is minimized. Can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る立体表示装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the three-dimensional display apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態に適用される2面コーナーリフレクタアレイを模式的に示す平面図。The top view which shows typically the 2 surface corner reflector array applied to the same embodiment. 図2におけるA部を拡大して模式的に示す斜視図。The perspective view which expands and schematically shows the A section in FIG. 同2面コーナーリフレクタアレイにおける光線の結像様式を示す説明図。Explanatory drawing which shows the image formation mode of the light ray in the same 2 plane corner reflector array. 同2面コーナーリフレクタアレイとプロジェクタの投影画素を対応させた例の説明図。Explanatory drawing of the example which matched the 2nd surface corner reflector array and the projection pixel of the projector. 同実施形態の第1変形例に係る立体表示装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the three-dimensional display apparatus which concerns on the 1st modification of the embodiment. 第1変形例を利用して垂直方向への視点移動の影響を説明する図。The figure explaining the influence of the viewpoint movement to a perpendicular direction using a 1st modification. 同立体表示装置により観察される表示画像例を示す図。The figure which shows the example of a display image observed with the same three-dimensional display apparatus. 同実施形態の第2変形例に係る立体表示装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the three-dimensional display apparatus which concerns on the 2nd modification of the embodiment. 第2変形例に適用されるアフォーカルレンズアレイの結像様式を示す説明図。Explanatory drawing which shows the imaging style of the afocal lens array applied to a 2nd modification.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る立体表示装置1は、図1に示すように、実鏡映像結像光学系2と、拡散面として機能する光拡散板3と、プロジェクタアレイ4とから構成され、プロジェクタアレイ4から投射された映像を、光拡散板3に結像させている。プロジェクタアレイ4の各射出瞳41は、実鏡映像結像光学系2及び光拡散板3を透過させることにより実像である鏡映像として各結像瞳6のように空中に結像され、空間に空いた穴のように作用してこの穴を覗いた観察者によって裸眼で立体映像が観察されるようにしたものである。同図において、プロジェクタアレイ4を構成する各プロジェクタは、それぞれの射出瞳41で代用して表している。以下、本実施形態の各構成要素について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the stereoscopic display device 1 according to the present embodiment includes a real mirror image forming optical system 2, a light diffusion plate 3 that functions as a diffusion surface, and a projector array 4. Is projected on the light diffusing plate 3. Each exit pupil 41 of the projector array 4 is imaged in the air like each imaging pupil 6 as a mirror image which is a real image by transmitting through the real mirror image forming optical system 2 and the light diffusing plate 3, and is formed in the space. A stereoscopic image is observed with the naked eye by an observer who acts like a vacant hole and looks into the hole. In the figure, each projector constituting the projector array 4 is represented by a respective exit pupil 41 instead. Hereinafter, each component of the present embodiment will be described.

実鏡映像結像光学系2は、図2に示すように、本実施形態では2面コーナーリフレクタアレイを適用したものである(以下、本実施形態及び図面において2面コーナーリフレクタアレイを符号2で示す)。この2面コーナーリフレクタアレイ2は、単位光学系として2面コーナーリフレクタ21を多数備えたものである。ここでは、2面コーナーリフレクタ21及び2面コーナーリフレクタアレイ2の基本機能を説明するため、被投影物を符号O、被投影物Oの2面コーナーリフレクタアレイ2により結像する実像である鏡映像(以下、実鏡映像)を符号Pで示す(図4参照)。全ての2面コーナーリフレクタ21を各々構成する隣接する2つの鏡面21a,21bに対してほぼ垂直な平面を素子平面Sとしているが、この素子平面Sが本発明における対称面に相当する。すなわち、2面コーナーリフレクタアレイ2においては、素子平面Sを対称面として、素子平面Sで区画された空間のうち一方に被投影物Oを配置すると、被投影物Oから発した光線(被投影物O自体が発光する場合と、被投影物Oに当たった光が反射する場合の両方を含む)が2面コーナーリフレクタアレイ2を透過する際に、2つの鏡面21a,21bで1回ずつ、合計2回反射することにより、素子平面Sの他方側の空間において被投影物Oの素子平面Sに対する面対称位置に被投影物Oの実鏡映像Pが結像する。本実施形態では、概略矩形状をなす2面コーナーリフレクタアレイ2を適用している。   As shown in FIG. 2, the real mirror image forming optical system 2 uses a two-surface corner reflector array in this embodiment (hereinafter, the two-surface corner reflector array is denoted by reference numeral 2 in this embodiment and the drawings). Show). This two-surface corner reflector array 2 includes a large number of two-surface corner reflectors 21 as a unit optical system. Here, in order to explain the basic functions of the two-surface corner reflector 21 and the two-surface corner reflector array 2, a mirror image that is a real image formed by the two-surface corner reflector array 2 of the projection object O with the symbol O and the projection object O. (Hereinafter, a real mirror image) is indicated by a symbol P (see FIG. 4). A plane substantially perpendicular to the two adjacent mirror surfaces 21a and 21b constituting each of the two-surface corner reflectors 21 is defined as an element plane S. This element plane S corresponds to a symmetry plane in the present invention. That is, in the two-surface corner reflector array 2, when the projection object O is arranged in one of the spaces defined by the element plane S with the element plane S as a symmetry plane, light rays (projection target) emitted from the projection object O are arranged. (Including the case where the object O itself emits light and the case where the light hitting the projection object O is reflected) are transmitted through the two-surface corner reflector array 2, once at the two mirror surfaces 21 a and 21 b, By reflecting twice in total, the real mirror image P of the projection object O is formed at a plane symmetrical position with respect to the element plane S of the projection object O in the space on the other side of the element plane S. In the present embodiment, a two-surface corner reflector array 2 having a substantially rectangular shape is applied.

具体的に2面コーナーリフレクタアレイ2は、図2及び図3(図3は図2のA領域拡大斜視図である)に示すように、平板状の基盤20を備え、この基盤20に、平らな基盤表面に対して垂直に肉厚を貫通する正方形の穴20hを多数形成し、各穴20hの内壁面を2面コーナーリフレクタ21として利用するために、穴20hの内壁面のうち直交する2つにそれぞれ鏡面21a,21bを形成したものである。基盤20は、厚み寸法が例えば50〜1000μm、本実施形態では150μmの薄板状をなす平面視正方形状のものを適用している。なお。基盤20の厚さや平面形状、平面寸法は適宜設定することができる。詳述すると、2面コーナーリフレクタアレイ2は、2つの鏡面21a,21bに対してほぼ垂直な平面を素子平面Sとするものであり、この素子平面Sを対称面として、面対称位置に被投影物Oの実鏡映像Pが結像する。なお、2面コーナーリフレクタ21は2面コーナーリフレクタアレイ2の全体と比べて非常に微小であるので、図1においては2面コーナーリフレクタ21の集合全体をグレーで表し、その内角の向きをV字形状で模式的に表してある。また、図3に示したように、2面コーナーリフレクタ21は、光を透過させるために基盤20に形成した物理的・光学的な穴20hを利用して形成したものである。本実施形態では、まず基盤20に平面視ほぼ矩形状(具体的に本実施形態では正方形状)の穴20hを多数形成し、各穴20hのうち隣接して直交する2つの内壁面に平滑鏡面処理を施して鏡面21a,21bとし、これら鏡面21a,21bを反射面として機能する2面コーナーリフレクタ21としている。2面コーナーリフレクタ21は、基盤20上において鏡面21a,21bがなす内角が全て同じ向きとなるように形成している。以下、この鏡面21a,21bの内角の向きを、2面コーナーリフレクタ21の向き(方向)と称することがある。本実施形態では、2面コーナーリフレクタ21の向きを全て同一方向に設定している。鏡面21a,21bの形成にあたって本実施形態では、金属製の金型をまず作成し、鏡面21a,21bを形成すべき内壁面をナノスケールの切削加工処理をすることによって鏡面形成を行い、これらの面粗さを10nm以下とし、可視光スペクトル域に対して一様に鏡面となるようにしている。   Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3 (FIG. 3 is a region A enlarged perspective view of FIG. 2), the two-sided corner reflector array 2 includes a flat base 20, and the base 20 is flat. In order to form a large number of square holes 20h penetrating the wall thickness perpendicular to the surface of the base and to use the inner wall surface of each hole 20h as the two-surface corner reflector 21, two of the inner wall surfaces of the hole 20h are orthogonal to each other. The mirror surfaces 21a and 21b are respectively formed on the two. The base plate 20 has a square shape in plan view that is a thin plate shape with a thickness dimension of, for example, 50 to 1000 μm, and in this embodiment, 150 μm. Note that. The thickness, planar shape, and planar dimensions of the substrate 20 can be set as appropriate. More specifically, the two-surface corner reflector array 2 has a plane substantially perpendicular to the two mirror surfaces 21a and 21b as an element plane S. The element plane S is used as a symmetry plane and projected onto a plane-symmetrical position. A real mirror image P of the object O is imaged. Since the two-sided corner reflector 21 is very small compared to the whole of the two-sided corner reflector array 2, in FIG. 1, the whole set of the two-sided corner reflectors 21 is shown in gray, and the direction of the inner angle is V-shaped. It is schematically represented by shape. Further, as shown in FIG. 3, the two-sided corner reflector 21 is formed using a physical / optical hole 20h formed in the base 20 in order to transmit light. In this embodiment, first, a large number of holes 20h having a substantially rectangular shape in plan view (specifically, a square shape in the present embodiment) are formed in the base 20, and smooth mirror surfaces are formed on two adjacent inner wall surfaces orthogonal to each other among the holes 20h. The mirror surfaces 21a and 21b are processed to form a two-surface corner reflector 21 that functions as a reflecting surface. The double-sided corner reflector 21 is formed on the base 20 so that the inner angles formed by the mirror surfaces 21a and 21b are all in the same direction. Hereinafter, the direction of the inner angle of the mirror surfaces 21a and 21b may be referred to as the direction (direction) of the two-surface corner reflector 21. In the present embodiment, the orientations of the two-surface corner reflectors 21 are all set in the same direction. In forming the mirror surfaces 21a and 21b, in the present embodiment, a metal mold is first created, and the inner wall surface on which the mirror surfaces 21a and 21b are to be formed is subjected to nanoscale cutting processing to form the mirror surfaces. The surface roughness is 10 nm or less, and the surface is uniformly mirrored with respect to the visible light spectrum region.

具体的に2面コーナーリフレクタ21を構成する鏡面21a,21bは、一辺が例えば50〜1000μm、本実施形態では基盤20の厚さに対応させた150μmとしており、先に作成した金型を用いたプレス工法をナノスケールに応用したナノインプリント工法又は電鋳工法により、1つの基盤20に所定ピッチで複数形成されている。本実施形態では、全ての2面コーナーリフレクタ21が素子平面S上に想定される規則的な格子点上に整列されて同一方向を向くようにしている。なお、隣り合う2面コーナーリフレクタ21同士の離間寸法を極力小さく設定することで、光線の透過率を向上させることができる。そして、前記基盤20のうち、2面コーナーリフレクタ21を形成した部分以外の部位には遮光処理を施し、基盤20の上面及び下面に図示しない薄板状をなす透明な補強材を設けている。本実施形態では、このような2面コーナーリフレクタ21を平面視正方形状の基盤20に数万ないし数十万個設けた2面コーナーリフレクタアレイ2を採用している。なお、電鋳工法によりアルミニウムやニッケル等の金属で基盤20を形成した場合、鏡面21a,21bは、金型の面粗さが十分小さければ、それによって自然に鏡面となる。また、ナノインプリント工法を用いて、基盤20を樹脂製などとした場合には、鏡面21a,21bを作成するには、スパッタリング等によって、鏡面コーティングを施す必要がある。   Specifically, the mirror surfaces 21a and 21b constituting the two-surface corner reflector 21 have a side of 50 to 1000 μm, for example, 150 μm corresponding to the thickness of the base 20 in this embodiment, and the previously created mold was used. A plurality of substrates are formed at a predetermined pitch on one substrate 20 by a nanoimprint method or an electroforming method in which the press method is applied to the nanoscale. In the present embodiment, all the two-surface corner reflectors 21 are arranged on regular lattice points assumed on the element plane S and face the same direction. In addition, the transmittance | permeability of a light ray can be improved by setting the separation | spacing dimension of adjacent 2 surface corner reflectors 21 as small as possible. Then, a portion of the base 20 other than the portion where the two-surface corner reflector 21 is formed is subjected to a light shielding process, and a transparent reinforcing material having a thin plate shape (not shown) is provided on the upper and lower surfaces of the base 20. In the present embodiment, the two-surface corner reflector array 2 in which tens of thousands to several hundreds of thousands of such two-surface corner reflectors 21 are provided on the base 20 having a square shape in plan view is employed. When the base 20 is formed of a metal such as aluminum or nickel by an electroforming method, the mirror surfaces 21a and 21b naturally become mirror surfaces if the surface roughness of the mold is sufficiently small. Further, when the substrate 20 is made of resin or the like using the nanoimprint method, it is necessary to perform mirror coating by sputtering or the like in order to create the mirror surfaces 21a and 21b.

また、穴20hを、上述のような物理的な貫通穴構造として、隣接2内壁を鏡面としたものの他、樹脂やガラスなどの透明体による四角柱を形成して光学的な穴20hを持つ単位光学素子とし、その隣接2内壁を全反射もしくは反射膜による鏡面とすることで、2面コーナーリフレクタとして利用することもできる。さらに、短冊状の細長い鏡面を平行に並べたスリットミラーアレイを直交させて2段に重ねることによっても、2回反射によって実鏡映像が結像する2面コーナーリフレクタアレイを構成することができる。この場合、直交する上側スリットと下側スリットによって作られる四角い光学的な穴が単位光学素子として機能する。   Further, the hole 20h has a physical through-hole structure as described above, and a unit having an optical hole 20h by forming a square column made of a transparent body such as resin or glass in addition to a mirror surface of the adjacent two inner walls. An optical element can be used as a two-surface corner reflector by making the two inner walls adjacent to each other a total reflection or a mirror surface by a reflection film. Furthermore, a two-sided corner reflector array in which a real mirror image is formed by two-time reflection can also be configured by orthogonally stacking slit mirror arrays in which strip-like long and narrow mirror surfaces are arranged in parallel and overlapping in two stages. In this case, a square optical hole formed by the orthogonal upper and lower slits functions as a unit optical element.

このようにして基盤20に形成した2面コーナーリフレクタ21は、基盤20の表面側(又は裏面側)から穴20hに入った光を一方の鏡面(21a又は21b)で反射させ、さらにその反射光を他方の鏡面(21b又は21a)で反射させて基盤20の裏面側(又は表面側)へと通過させる機能を有し、この光の進入経路と射出経路とが基盤20を挟んで面対称をなすことから、上述のように基盤20上に多数の2面コーナーリフレクタ21を形成することで、2面コーナーリフレクタアレイ2として機能する。すなわち、斯かる2面コーナーリフレクタアレイ2の素子平面S(基盤20の肉厚の中央部を通り各鏡面と直交する面を仮定し、図3中に想像線で示す)は、基盤20の一方側にある被投影物Oの実鏡映像Pを他方側の面対称位置にとして結像させる対称面となる。   The two-sided corner reflector 21 formed on the base 20 in this way reflects the light that has entered the hole 20h from the front surface side (or back surface side) of the base 20 with one mirror surface (21a or 21b), and further reflects the reflected light. Is reflected by the other mirror surface (21b or 21a) and passes to the back surface side (or the front surface side) of the substrate 20, and the light entrance and exit paths are symmetrical with respect to the substrate 20. Therefore, as described above, a large number of two-surface corner reflectors 21 are formed on the substrate 20 to function as the two-surface corner reflector array 2. That is, the element plane S of the two-surface corner reflector array 2 (assuming a plane that passes through the central portion of the thickness of the base 20 and is orthogonal to each mirror surface and is indicated by an imaginary line in FIG. 3) The real mirror image P of the projection object O on the side becomes a symmetrical plane that forms an image at the plane symmetrical position on the other side.

ここで、2面コーナーリフレクタアレイ2による結像様式について、被投影物として点光源Oから発せられた光の経路とともに簡単に説明する。図4(a)に平面的な模式図で、同図(b)に模式的な側面図でそれぞれ示すように、点光源Oから発せられる光線(矢印方向、実線で示す。3次元的には紙面奥側から紙面手前側へ進行する)は、2面コーナーリフレクタアレイ2の基盤20(同図では省略)に形成した穴20h(同図では省略)を通過する際に、2面コーナーリフレクタ21を構成する一方の鏡面21a(又は21b)で反射して更に他方の鏡面21b(又は21a)で反射しながら素子平面Sを透過し(透過光の光線を破線で示す)、2面コーナーリフレクタアレイ2の素子平面S(図4(b)参照)に対して点光源Oの面対称位置(同図では、Pの位置)を広がりながら通過する。すなわち、結局は点光源Oの素子平面Sに対する面対称位置に透過光が集まり、実鏡映像Pとして結像することになる。   Here, an image formation mode by the two-surface corner reflector array 2 will be briefly described along with a path of light emitted from the point light source O as a projection object. 4A is a schematic plan view, and as shown in the schematic side view of FIG. 4B, light rays emitted from a point light source O (in the direction of an arrow and indicated by a solid line. Three-dimensionally, (Traveling from the back side of the drawing to the front side of the drawing) passes through a hole 20h (not shown in the figure) formed in the base 20 (not shown in the figure) of the double-sided corner reflector array 2, and the two-sided corner reflector 21 2 is reflected by one mirror surface 21a (or 21b) constituting the light source, and further passes through the element plane S while being reflected by the other mirror surface 21b (or 21a) (the light beam of the transmitted light is indicated by a broken line), a two-surface corner reflector array It passes through the plane of symmetry of the point light source O (position P in the figure) with respect to the second element plane S (see FIG. 4B). That is, eventually, the transmitted light gathers at a plane-symmetrical position with respect to the element plane S of the point light source O and forms an image as a real mirror image P.

光拡散板3は、本実施形態では板状又はフィルム状のものを適用し、2面コーナーリフレクタアレイ2の基盤20の下面側(プロジェクタアレイ4の配置側)に貼り付けるなどして密着させて素子平面Sと略平行に配置している。光拡散板3が光線を透過させる際の拡散特性は、結像の観察態様に伴うプロジェクタアレイ4の各プロジェクタの配置態様に応じて異なるものを採用すればよいが、本実施形態では、後述するようにプロジェクタを2次元配置したプロジェクタアレイ4を適用することに伴い、上下左右に隣接する各プロジェクタの射出瞳41の実鏡映像(結像瞳6)同士が相互にオーバーラップする程度の等方的な散乱角を持つような光拡散板3を用いることとしている。光拡散板3の具体的な例としては、水平方向については拡散角3.3度(実測値)のレンティキュラレンズアレイを挙げることができる。このような光拡散板3を用いることにより、後述するようなプロジェクタアレイの実装品を用いる場合、1つのプロジェクタの射出瞳41は約13mmの大きさに拡大されて、実像として結像することとなる。なお、後述するように、例えばプロジェクタの設置間隔を約12mmとする場合、水平方向については拡散して結像した射出瞳41の像(以下、「結像瞳」6)は、多数の結像瞳6の集合が配列した平面である瞳結像面6Sを埋めるようになっている。垂直方向についても、プロジェクタアレイ4の配置を考慮して、水平方向と同様に結像瞳6の重なりを考慮している。   In this embodiment, the light diffusing plate 3 is in the form of a plate or a film, and is adhered to the lower surface side (the side where the projector array 4 is disposed) of the base 20 of the two-sided corner reflector array 2. It is arranged substantially parallel to the element plane S. What is necessary is just to employ | adopt what differs according to the arrangement | positioning mode of each projector of the projector array 4 accompanying the observation mode of image formation for the diffusion characteristic at the time of the light diffusing plate 3 permeate | transmitting a light ray, but this embodiment mentions later. As the projector array 4 in which the projectors are two-dimensionally arranged is applied as described above, the real mirror images (imaging pupils 6) of the exit pupils 41 of the projectors adjacent vertically and horizontally are overlapped with each other. The light diffusing plate 3 having a typical scattering angle is used. As a specific example of the light diffusing plate 3, a lenticular lens array having a diffusion angle of 3.3 degrees (actual measurement value) in the horizontal direction can be exemplified. By using such a light diffusing plate 3, when a projector array mounted product as will be described later is used, the exit pupil 41 of one projector is enlarged to a size of about 13 mm and formed as a real image. Become. As will be described later, for example, when the installation interval of the projector is about 12 mm, the image of the exit pupil 41 (hereinafter referred to as “imaging pupil” 6) diffused and imaged in the horizontal direction has a large number of images. A pupil imaging plane 6S, which is a plane on which a set of pupils 6 is arranged, is filled. Also in the vertical direction, the overlapping of the imaging pupils 6 is considered in the same manner as in the horizontal direction in consideration of the arrangement of the projector array 4.

プロジェクタアレイ4は、2面コーナーリフレクタアレイ2の下面側の空間において、何れも同等な複数のプロジェクタ(図示省略)をそれぞれの射出瞳41…が図1に示すように2次元格子状に整列して並ぶように配置したものである。詳述すると、各プロジェクタは、各射出瞳41の光軸が2面コーナーリフレクタアレイ2の素子平面S及び光拡散板3に対して斜めの角度で交差するように、傾斜姿勢で配置される。各プロジェクタの射出瞳41からは、光拡散板3をスクリーンとして焦点を合わせて映像が投影される。そのため、各プロジェクタは、光拡散板3に対して斜めに焦点が合うように映像を投影するよう調整されていることが望ましいが、焦点深度の範囲内であれば通常の正面投影型のプロジェクタも使用可能である。なお、プロジェクタアレイ4と光拡散板3との間に、各プロジェクタからの光線を一方向に屈曲させる屈曲光学系を配置し、プロジェクタから光拡散板3に対して垂直投影できるようにすれば、斜め投影に伴う調整は不要とすることができる。このような屈曲光学系としては、例えばプリズムアレイ、若しくは傾斜させた鏡面を持つスリットミラーアレイ等を利用することができる。さらに、光拡散板3に各射出瞳41から投影された映像7の各画素71,72の配置と、2面コーナーリフレクタアレイ2における単位光学素子としての穴20hの配置構成とが対応するようにしている。ただし、図5に示すように、穴20hの配列と画素71,72の配列が45度方向に回転している場合には、穴20hと一致する画素71(図中、グレイに塗りつぶされ穴20hに内接する正方形で表される)のみを利用することで、単位光学素子としての穴20hを単一の画素として独立に表示を行えるため、最も高解像度な画像提示が可能となる。各プロジェクタから投影される映像は、動画か静止画かを問わず予め撮影若しくは作成された映像データ(画像データ)や、カメラで撮影しているリアルタイムの映像データを利用することができる。例えば、各プロジェクタの結像瞳41と物理的配置と共に光学的に共役となるように配置した複数台のカメラからなるカメラアレイ配置した場合、撮影対象からの光線は各カメラに入り、その光線をそのまま再現して対応する各プロジェクタから投影されることになり、カメラアレイとプロジェクタアレイ4とを相互に離れた場所に設置していれば、結果として撮影対象である3次元物体が映像としてそのまま伝送されることになる。具体的なプロジェクタアレイ4の実装としては、マルチプロジェクションの1方式として、プロジェクタ毎に独立して画像生成を行う分散システムによるものとすることが望ましい。このような実装とすることで、プロジェクタの追加が1台毎に行えるようになる。このような分散システムによるプロジェクタアレイ4では、図示しないが、各プロジェクタユニットは独立したMPUボードに接続されている。使用するプロジェクタユニットは、例えばqHD(960X540)解像度で、大きさ30X31X7mm、明るさは6lmのものを適用する。MPUボードは、所定のCPUコア及びGPUを搭載しているものとし、適宜の有線及び無線LAN等の外部接続インターフェースを有しており、所定のOSで動作するものとする。すなわち、各プロジェクタは、独立したOSを搭載したコンピュータに接続されており、自由に画像表示が可能としている。各コンピュータは、視点だけが異なる画像を表示するため、立体データ及びプログラムを共通として、視点のみを相対的に変更すればよいようにしている。なお、プロジェクタ間の相対視点は不変であることから、予め固定パラメータとして指定することができる。つまり、新たな視点に対応するプロジェクタを増設する場合は、ハードウェア、ソフトウェアを共通のものとして、相対視点パラメータだけを変更すればよい。表示映像に対する視点を変更するには、基準視点のみを各コンピュータにブロードキャストすればよく、通信量は抑えられる。さらに、制御用のコンピュータも導入するが、表示時には視点情報を送るのみであり、特に処理能力は要求されない。本実施形態では、以上のようなプロジェクタユニット(射出瞳41のみを図示している)及びコンピュータを組として、複数台を例えば12mm間隔でアレイ状に並べてプロジェクタアレイ4を構成している。   In the projector array 4, in the space on the lower surface side of the two-surface corner reflector array 2, a plurality of equivalent projectors (not shown) are arranged in a two-dimensional lattice form with their exit pupils 41 as shown in FIG. They are arranged in a line. Specifically, each projector is arranged in an inclined posture so that the optical axis of each exit pupil 41 intersects the element plane S of the dihedral corner reflector array 2 and the light diffusion plate 3 at an oblique angle. From the exit pupil 41 of each projector, an image is projected with the light diffusing plate 3 as a screen in focus. Therefore, each projector is preferably adjusted so as to project an image so that the light diffusing plate 3 is focused obliquely. However, a normal front-projection type projector may be used as long as it is within the depth of focus range. It can be used. If a bending optical system that bends light rays from each projector in one direction is arranged between the projector array 4 and the light diffusing plate 3 so that the projector can project the light diffusing plate 3 vertically. Adjustment associated with oblique projection can be eliminated. As such a bending optical system, for example, a prism array or a slit mirror array having an inclined mirror surface can be used. Furthermore, the arrangement of the pixels 71 and 72 of the image 7 projected from the exit pupil 41 on the light diffusing plate 3 corresponds to the arrangement configuration of the holes 20h as unit optical elements in the two-surface corner reflector array 2. ing. However, as shown in FIG. 5, when the array of the holes 20h and the array of the pixels 71 and 72 are rotated in the 45 degree direction, the pixels 71 that coincide with the holes 20h (in FIG. 5, the holes 20h filled with gray are filled in). (Indicated by a square inscribed in the circle), the hole 20h as a unit optical element can be independently displayed as a single pixel, so that the highest resolution image can be presented. The video projected from each projector can use video data (image data) captured or created in advance, whether it is a moving image or a still image, or real-time video data captured by a camera. For example, when a camera array comprising a plurality of cameras arranged so as to be optically conjugate with the imaging pupil 41 of each projector is arranged physically, the light rays from the imaging target enter each camera, If the camera array and the projector array 4 are installed at locations separated from each other, the three-dimensional object to be photographed is transmitted as an image as it is. Will be. As a specific implementation of the projector array 4, it is desirable to use a distributed system that generates an image independently for each projector as one method of multi-projection. With this implementation, it is possible to add projectors for each projector. In the projector array 4 by such a distributed system, although not shown, each projector unit is connected to an independent MPU board. The projector unit to be used is, for example, a qHD (960 × 540) resolution, a size of 30 × 31 × 7 mm, and a brightness of 6 lm. The MPU board is equipped with a predetermined CPU core and GPU, has an external connection interface such as a wired or wireless LAN, and operates on a predetermined OS. That is, each projector is connected to a computer equipped with an independent OS, and can freely display an image. Since each computer displays an image that differs only in the viewpoint, the stereoscopic data and the program are shared, and only the viewpoint needs to be changed relatively. Since the relative viewpoint between the projectors does not change, it can be designated as a fixed parameter in advance. That is, when adding projectors corresponding to a new viewpoint, it is only necessary to change the relative viewpoint parameters by using the same hardware and software. In order to change the viewpoint for the displayed video, only the reference viewpoint needs to be broadcast to each computer, and the amount of communication can be suppressed. Furthermore, although a control computer is also introduced, only the viewpoint information is sent at the time of display, and no processing capability is required. In the present embodiment, a projector array 4 is configured by arranging a plurality of projector units in an array, for example, at intervals of 12 mm, with the above projector unit (only the exit pupil 41 is shown) and a computer as a set.

以上のような各構成を有する本実施形態の立体表示装置1による結像方法及び観察方法について以下に説明する。この説明では、プロジェクタアレイ4における複数のプロジェクタの各射出瞳41と、上述したようなカメラアレイにおける各カメラとを物理的光学的に共役となるように対応付け、カメラアレイで撮影した映像をプロジェクタアレイ4で投影し、その映像を観察する場合について説明する。まず、この立体表示装置1とは異なる位置に配置した物体をカメラアレイの各カメラで撮影し、その映像をプロジェクタアレイ4の対応する各プロジェクタの射出瞳41から光拡散板3に焦点を合わせて斜め下方から投影する。投影された映像は光拡散板3をスクリーンとして投影される。2面コーナーリフレクタアレイ2の単位光学系である2面コーナーリフレクタ21と光拡散板3に投影された映像7の画素71,72の配置とが対応するように配列されているため、光拡散板3が2面コーナーリフレクタアレイ2と一致もしくは十分接近している場合には、一つの画素71に対応する光線が、一つの2面コーナーリフレクタによって反射されるため、投影画像の画素そのままの高解像度が得られる。また2面コーナーリフレクタアレイ2は光線の面対称変換を行うものであることから、映像が投影された光拡散板3は、2面コーナーリフレクタアレイ2の基盤20の上面にそのまま結像(光拡散板実像51)する。このとき、光拡散板3は2面コーナーリフレクタアレイ2に密着されているため、回折の影響をほぼ受けることなく高解像度で結像する。また、2面コーナーリフレクタアレイ2の単位光学系である2面コーナーリフレクタ21が光拡散板3に投影された映像の画素配置と一致するように配列されているため、2面コーナーリフレクタアレイ2によって結像した光拡散板実像51上の映像の実鏡映像5は、プロジェクタと全く同一の解像度として得られることとなる。また、各プロジェクタの射出瞳41はそれ自体が光線を射出するものであるため、その光線が光拡散板3で一旦等方向的に拡散され、2面コーナーリフレクタアレイ2に到達し、各2面コーナーリフレクタ21のそれぞれ2つの鏡面21a,21bで1回ずつ、合計2回反射して2面コーナーリフレクタアレイ2を透過して、各射出瞳41の素子平面Sに対する面対称位置となる2面コーナーリフレクタアレイ2の上方の空間に実鏡映像として結像する。この結像した射出瞳41の実鏡映像である結像瞳6は、光拡散板3で拡散された光線が結像したものであるため、射出瞳41の正面視形状である円形よりも径が大きい円形とはなるが、その周縁部は明瞭ではなくぼやけた状態となって、隣接する射出瞳41の結像瞳6同士が部分的に繋がった連続したものとなる。   An imaging method and an observation method by the stereoscopic display device 1 of the present embodiment having the above-described configurations will be described below. In this description, the exit pupils 41 of a plurality of projectors in the projector array 4 and the cameras in the camera array as described above are associated with each other so as to be physically and optically conjugate. The case of projecting with the array 4 and observing the image will be described. First, an object placed at a position different from that of the stereoscopic display device 1 is photographed by each camera of the camera array, and the image is focused on the light diffusion plate 3 from the exit pupil 41 of each projector corresponding to the projector array 4. Project from diagonally below. The projected image is projected using the light diffusion plate 3 as a screen. Since the two-surface corner reflector 21 which is a unit optical system of the two-surface corner reflector array 2 and the arrangement of the pixels 71 and 72 of the image 7 projected on the light diffusion plate 3 are arranged to correspond to each other, the light diffusion plate When 3 is coincident with or sufficiently close to the two-surface corner reflector array 2, the light beam corresponding to one pixel 71 is reflected by one two-surface corner reflector, so that the high resolution of the projected image as it is is high. Is obtained. In addition, since the dihedral corner reflector array 2 performs surface symmetry conversion of light rays, the light diffusion plate 3 on which the image is projected is directly imaged (light diffusion) on the upper surface of the base 20 of the dihedral corner reflector array 2. Plate real image 51). At this time, since the light diffusing plate 3 is in close contact with the dihedral corner reflector array 2, an image is formed with high resolution almost without being affected by diffraction. Further, since the two-surface corner reflector 21 which is a unit optical system of the two-surface corner reflector array 2 is arranged so as to coincide with the pixel arrangement of the image projected on the light diffusion plate 3, the two-surface corner reflector array 2 The real mirror image 5 of the image on the formed light diffusing plate real image 51 is obtained with exactly the same resolution as the projector. Further, since the exit pupil 41 of each projector itself emits a light beam, the light beam is once diffused in the isotropic direction by the light diffusion plate 3 and reaches the two-surface corner reflector array 2 to each two surfaces. A two-plane corner that is reflected by the two mirror surfaces 21a and 21b of the corner reflector 21 twice, is transmitted a total of two times, passes through the two-plane corner reflector array 2, and is a plane-symmetrical position with respect to the element plane S of each exit pupil 41 An image is formed as a real mirror image in the space above the reflector array 2. The imaging pupil 6, which is a real mirror image of the imaged exit pupil 41, is an image of the light beam diffused by the light diffusion plate 3, and therefore has a diameter larger than the circular shape that is the front view shape of the exit pupil 41. However, the peripheral edge thereof is not clear but blurred, and the imaging pupils 6 of the adjacent exit pupils 41 are partially connected to each other.

このように結像した各射出瞳41の結像瞳6の集合は、2面コーナーリフレクタアレイ2の上方の空間、詳細にはプロジェクタアレイ4の素子平面Sに対する面対称位置となる空間中の位置に、仮想的に開いた覗き窓となり、各結像瞳6から結像している光拡散板3の実像(光拡散板実像51上の光拡散板3に投影された映像の実鏡映像5)を観察できることとなる。特に、観察者が両眼V,Vの位置(視点の位置)をそれぞれ近傍にある結像瞳6に合わせることで、光拡散板3に投影された映像の実鏡映像5を両眼視差による立体映像として、各プロジェクタの射出瞳41から投影されたほぼそのままの高い解像度で観察することが可能である。すなわち、本実施形態の立体表示装置1は、1つの結像瞳6からは1台のプロジェクタ(射出瞳41)から投影された映像がそのまま観察できるものであるため、まさにプロジェクタからの投影映像の解像度のままに観察することが可能である。さらに、各プロジェクタの射出瞳41から投影された映像は、対応するカメラアレイの各カメラによって撮影された対象物そのものであるため、カメラアレイによる撮影とプロジェクタアレイ4による投影とをリアルタイムで同期させることで、離れた場所にある撮影対象をそのまま伝送して3次元像として高い解像度で観察することができる。さらに本実施形態では、マイクロミラーによる反射を利用した2面コーナーリフレクタアレイ2により光線を結像させるという構成を利用しているため、色収差が出にくく、結像される像(プロジェクタアレイ2から光拡散板3に投影された映像の実鏡映像5や、各プロジェクタの射出瞳41の実像である結像瞳6)は鏡映像であるために固有焦点距離がなく、任意の位置に配置したプロジェクタアレイ2の射出瞳41やそれによる映像を歪みなく結像することが可能である。   The set of imaging pupils 6 of the respective exit pupils 41 thus imaged is a position in the space above the dihedral corner reflector array 2, specifically, a position in a space that is a plane symmetric position with respect to the element plane S of the projector array 4. In addition, a real image of the light diffusing plate 3 formed from each imaging pupil 6 (a real mirror image 5 of the image projected on the light diffusing plate 3 on the light diffusing plate real image 51 is formed as a virtually open viewing window. ) Can be observed. In particular, the observer aligns the positions of both eyes V and V (viewpoint positions) with the imaging pupil 6 in the vicinity so that the real mirror image 5 of the image projected on the light diffusion plate 3 can be obtained by binocular parallax. As a three-dimensional image, it is possible to observe with almost the same high resolution projected from the exit pupil 41 of each projector. That is, the stereoscopic display device 1 of the present embodiment can observe the image projected from one projector (exit pupil 41) as it is from one imaging pupil 6, so that the projected image from the projector is exactly the same. It is possible to observe with the resolution. Further, since the image projected from the exit pupil 41 of each projector is the object itself photographed by each camera of the corresponding camera array, the photographing by the camera array and the projection by the projector array 4 are synchronized in real time. Thus, a subject to be photographed at a distant place can be transmitted as it is and observed as a three-dimensional image with high resolution. Further, in the present embodiment, since the light beam is imaged by the two-surface corner reflector array 2 using the reflection by the micromirror, the chromatic aberration is not easily generated, and the image to be formed (light from the projector array 2). The actual mirror image 5 projected on the diffusion plate 3 and the imaging pupil 6) that is a real image of the exit pupil 41 of each projector are mirror images, and therefore have no intrinsic focal length and are disposed at arbitrary positions. It is possible to form the exit pupil 41 of the array 2 and the image resulting therefrom without distortion.

なお本発明の構成は、上述した実施形態に限られるものではない。例えば光拡散板3は、2面コーナーリフレクタアレイ2の基盤20の上面側に配置したり、2面コーナーリフレクタアレイ2の基盤20の下面又は上面からごくわずかの距離だけ離間させて配置する構成も採用することができる。2面コーナーリフレクタアレイ2の上面側に光拡散板3を配置する場合には、この光拡散板3の実鏡映像結像光学系の対称面に対する面対称位置に焦点を合わせてプロジェクタから映像を投影する。これにより、対称面下面側に実像として結像した映像が、実鏡映像結像光学系によってさらに面対称位置に実像として結像する。また、この2面コーナーリフレクタアレイ2の上面側の実像結像位置には、光拡散板3が配置されていることによって、この光拡散板3に焦点が合った映像が投影されることになる。   The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the light diffusing plate 3 may be disposed on the upper surface side of the base 20 of the two-sided corner reflector array 2 or may be disposed at a very small distance from the lower or upper surface of the base 20 of the two-sided corner reflector array 2. Can be adopted. When the light diffusing plate 3 is arranged on the upper surface side of the two-surface corner reflector array 2, the image is projected from the projector by focusing on the plane symmetric position of the light diffusing plate 3 with respect to the symmetric plane of the real mirror image forming optical system. Project. Thereby, the image formed as a real image on the lower surface side of the symmetry plane is further formed as a real image at a plane symmetry position by the real mirror image forming optical system. Further, since the light diffusing plate 3 is disposed at the real image forming position on the upper surface side of the two-sided corner reflector array 2, a focused image is projected onto the light diffusing plate 3. .

図6に示した上記実施形態の第1変形例である立体表示装置100は、実鏡映像結像光学系としては上述の2面コーナーリフレクタアレイ2と同様のものを用い、複数のプロジェクタ射出瞳41を1次元的に横方向に配列したプロジェクタアレイ140を適用し、プロジェクタアレイ140の各射出瞳41から投射される光線に略正対させて当該プロジェクタアレイ140と2面コーナーリフレクタアレイ2の下面側との間の空間に光拡散板3を配置した構成を採用したものである。2面コーナーリフレクタアレイ2については、単位光学系である個々の2面コーナーリフレクタ21を図3に示したような基盤20に形成した四角形状の穴の2つの内面により形成されるものとして示しているが、各2面コーナーリフレクタ21の大きさは図6では誇張して示してあり、実際は極めて小さいものである。各プロジェクタの映像は、光拡散板3に焦点を合わせて投影される。光拡散板3に投影された映像は、2面コーナーリフレクタアレイ2によって面対称位置となる2面コーナーリフレクタアレイ2の上面側の空間に実鏡映像150として結像する。この実鏡映像150は、光拡散板3そのものが2面コーナーリフレクタアレイ2によって面対称位置に結像している光拡散板実像151上に結像していると考えることができる。さらに、プロジェクタアレイ140の各射出瞳41も2面コーナーリフレクタアレイ2によって面対称位置に結像しているが、その結像瞳6は、光拡散板3を透過した光線により生成されるものであるためボカされている。観察者が、表示された実鏡映像150上のある点を向いているとして、観察者の両眼V,V(視点)と実鏡映像150上の当該点を結ぶ直線上にプロジェクタの射出瞳41の結像瞳6が存在しており、その結像瞳6から出射している光線が観察者の眼Vに入射するのであれば、観察者は実鏡映像150上の当該点を観察することができる。つまり、広い視点から連続した視点移動によって途切れることなく実鏡映像150を観察できるためには、結像瞳6によって空間中のある平面(すなわち結像瞳6の集合により形成される瞳結像面160S)を埋め尽くすことが必要となる。一般的に、プロジェクタの射出瞳41は小さく、その射出瞳41の像だけで瞳結像面160Sを埋め尽くすことは困難であるため、この変形例においても、拡散板3によって射出瞳41の像をボカして拡大するという手法を用いている。上述したように、1次元的にプロジェクタアレイ140を構成していることから、水平方向は隣接する結像瞳6が重なる程度に拡散させ、垂直方向には適度に視域を確保できる程度に拡散させることで、瞳結像面160Sを拡散された瞳の実像で埋めることができるようにしている。なお、光拡散板3の垂直方向の拡散角については、視域を決定する役割を持つだけであるのでそれほど重要とはならない。この変形例においても、射出瞳41の結像瞳6の位置に視点を置いて映像を観察する場合、1台のプロジェクタが投影する映像の実鏡映像150をそのまま見ることができ、横に視点移動するとその視点の映像を投影するプロジェクタからの映像の実鏡映像150をそのまま観察することができる。   A stereoscopic display device 100, which is a first modification of the above-described embodiment shown in FIG. 6, uses the same mirror image imaging optical system as that of the above-described two-surface corner reflector array 2, and a plurality of projector exit pupils. 41 is applied to the projector array 140 in a one-dimensionally horizontal direction, and the projector array 140 and the bottom surface of the two-surface corner reflector array 2 are arranged so as to be substantially opposed to the light rays projected from the exit pupils 41 of the projector array 140. A configuration in which the light diffusing plate 3 is arranged in a space between the two is adopted. For the two-sided corner reflector array 2, the individual two-sided corner reflectors 21 that are unit optical systems are shown as being formed by two inner surfaces of a square hole formed in the base 20 as shown in FIG. 3. However, the size of each two-sided corner reflector 21 is exaggerated in FIG. 6 and is actually very small. The image of each projector is projected on the light diffusing plate 3 in focus. The image projected on the light diffusing plate 3 is imaged as a real mirror image 150 in a space on the upper surface side of the two-surface corner reflector array 2 that is in a plane-symmetrical position by the two-surface corner reflector array 2. This real mirror image 150 can be considered to be formed on the light diffusion plate real image 151 in which the light diffusion plate 3 itself forms an image at a plane-symmetrical position by the two-surface corner reflector array 2. Further, each exit pupil 41 of the projector array 140 is also imaged at a plane-symmetrical position by the two-surface corner reflector array 2, but the imaging pupil 6 is generated by a light beam transmitted through the light diffusion plate 3. Because there is, it is blurred. Assuming that the observer is facing a certain point on the displayed real mirror image 150, the exit pupil of the projector is on a straight line connecting the observer's eyes V and V (viewpoint) and the point on the real mirror image 150. If there are 41 imaging pupils 6 and light rays emitted from the imaging pupil 6 enter the observer's eye V, the observer observes the point on the real mirror image 150. be able to. That is, in order to be able to observe the real mirror image 150 without interruption by continuous viewpoint movement from a wide viewpoint, a certain plane in space (that is, a pupil imaging plane formed by a set of imaging pupils 6) by the imaging pupil 6. 160S) must be filled. In general, since the exit pupil 41 of the projector is small and it is difficult to fill the pupil imaging surface 160S only with the image of the exit pupil 41, the image of the exit pupil 41 is also obtained by the diffusion plate 3 in this modification. The method of blurring and expanding is used. As described above, since the projector array 140 is configured one-dimensionally, the horizontal direction is diffused so that the adjacent imaging pupils 6 overlap, and the vertical direction is diffused so that an appropriate viewing area can be secured. By doing so, the pupil imaging plane 160S can be filled with the diffused pupil real image. The vertical diffusion angle of the light diffusing plate 3 is not so important because it only serves to determine the viewing zone. Also in this modification, when observing an image with the viewpoint at the position of the imaging pupil 6 of the exit pupil 41, the real mirror image 150 of the image projected by one projector can be seen as it is, and the viewpoint is viewed sideways. When moving, the real mirror image 150 of the image from the projector that projects the image of the viewpoint can be observed as it is.

以上の実施形態及びその変形例では、射出瞳41の結像瞳6の位置に視点を置いて映像を観察した場合に、1台のプロジェクタが投影する映像の実鏡映像5をそのまま見ることができ、横に視点移動するとその視点の映像を投影するプロジェクタからの映像の実鏡映像5をそのまま観察できることになる場合を説明した。本発明では、各プロジェクタの射出瞳41の拡散された実鏡映像6の集合によって、空間中のある面(瞳結像面)を埋めるようにしていることから、視点の位置と瞳結像面とは必ずしも一致させる必要はなく、その位置関係を、次のように変更しても映像の観察が可能である。すなわち、瞳結像面よりも視点が後ろ(2面コーナーリフレクタアレイ2から遠ざかる方向)にあるときは、瞳結像面の実像6がまるで空間に空いた穴のように働き、その穴を通して映像が観察できる。また、瞳結像面よりも視点が前(2面コーナーリフレクタアレイ2に近付く方向)にあるときには、この穴に吸い込まれていく光線によって映像が観察できる。なお、視点の位置と瞳結像面とが一致していない場合には、観察者の瞳に入る光線は、複数のプロジェクタが投影する光線となり、これらを合成した映像が観察される。   In the above embodiment and its modification, when the image is observed with the viewpoint at the position of the imaging pupil 6 of the exit pupil 41, the real mirror image 5 projected by one projector can be viewed as it is. A case has been described in which the actual mirror image 5 of the image from the projector that projects the image of the viewpoint can be observed as it is when the viewpoint is moved sideways. In the present invention, since a certain plane (pupil imaging plane) in space is filled with a set of diffused real mirror images 6 of the exit pupil 41 of each projector, the position of the viewpoint and the pupil imaging plane However, it is not always necessary to make them coincide with each other, and the image can be observed even if the positional relationship is changed as follows. In other words, when the viewpoint is behind the pupil imaging plane (in the direction away from the two-plane corner reflector array 2), the real image 6 of the pupil imaging plane works like a hole in the space, and the image is transmitted through the hole. Can be observed. Further, when the viewpoint is in front of the pupil imaging plane (in the direction approaching the two-plane corner reflector array 2), the image can be observed by the light rays sucked into the holes. If the viewpoint position and the pupil image plane do not match, the light rays entering the observer's pupil become light rays projected by a plurality of projectors, and an image obtained by combining these is observed.

ここで、上記変形例を利用して、プロジェクタアレイ配列が1次元で横方向視差しか与えていない立体表示装置100における垂直方向への視点移動の影響について、図7を参照して説明する。例えば、同図に示すように、光拡散板実像151の位置と視差による定位位置をほぼ一致させたとする。この場合、垂直視点移動(観察者の眼Vの垂直方向への移動)を行っても、実鏡映像150の見かけの垂直位置は、実像として光学的には、まさにそこに存在しているために変化することがない。ただし、実鏡映像150は2次元映像であり、視点が移動しても映像が変化しないため、立体としての解釈を行うと実鏡映像150は、視点移動に追従するように回転しているように見えることは避けられないが、垂直運動に伴う定位感、実在感の破綻を最小限に抑えることが可能となる。   Here, the influence of the viewpoint movement in the vertical direction in the stereoscopic display device 100 in which the projector array array provides only one-dimensional lateral parallax will be described with reference to FIG. For example, as shown in the figure, it is assumed that the position of the light diffusing plate real image 151 and the localization position due to parallax are substantially matched. In this case, even if vertical viewpoint movement (movement of the observer's eye V in the vertical direction) is performed, the apparent vertical position of the real mirror image 150 exists optically as a real image. Will not change. However, since the real mirror image 150 is a two-dimensional image and does not change even if the viewpoint moves, the real mirror image 150 seems to rotate so as to follow the movement of the viewpoint when interpreted as a three-dimensional image. However, it is possible to minimize the failure of the sense of orientation and realism that accompanies vertical movement.

本実施形態の立体表示装置100による表示画像例を図8に示す。同図は、テーブルに載置されたポットと、ポットの先端に棒を近付けた画像を示しており、同図左側は観察者の左目の視点から観察される画像であり、同図右側は観察者の右目の視点から観察される画像である。画面上に見える棒の先端は、空間上のある1点を指している。この棒の先端は、映像であるポットの先端と一致しているが、視点を上下に移動させてもこの関係が維持される位置に表示されている。なお、このような垂直方向の視点移動に対しては、拡散板3の実像(すなわち光拡散板3に投影された映像の実鏡映像5)の位置が重要な要素となる。拡散板3の実像の位置と視差上の位置が一致している場合には、垂直視点移動によっても定位位置は動かない。   An example of a display image by the stereoscopic display device 100 of the present embodiment is shown in FIG. The figure shows a pot placed on a table and an image with a stick approaching the tip of the pot. The left side of the figure is an image observed from the viewpoint of the left eye of the observer, and the right side of the figure is an observation. It is an image observed from the viewpoint of a person's right eye. The tip of the bar visible on the screen points to a certain point in space. The tip of this bar coincides with the tip of the pot as an image, but is displayed at a position where this relationship is maintained even if the viewpoint is moved up and down. Note that the position of the real image of the diffusion plate 3 (that is, the real mirror image 5 of the image projected on the light diffusion plate 3) is an important factor for such vertical viewpoint movement. When the position of the real image of the diffusing plate 3 matches the position on the parallax, the localization position does not move even by the vertical viewpoint movement.

また、拡散面として、光拡散板3を用いず、2面コーナーリフレクタアレイ2自体に光拡散機能を付帯させることも可能である。例えば、各2面コーナーリフレクタ21の鏡面21a,21bの鏡面粗さを、光線が適度に拡散する程度に粗いものとしたり、曲面(凸面、凹面)にするなどの上述したような加工を施すことにより、幾何光学的あるいは波動光学的に2面コーナーリフレクタアレイ2に拡散面の機能を兼ねさせることができる。また、光拡散板3に投影される映像の画素よりも、2面コーナーリフレクタアレイ2の単位光学系である2面コーナーリフレクタ21を十分小さくすれば、1つの画素に複数の2面コーナーリフレクタ21を対応づけることができるため、解像度をより細かく調整することが可能となる。また、拡散面(光拡散板3)は、平面だけでなく曲面とすることも可能である。   Further, as the diffusing surface, the light diffusing plate 3 is not used, and the two-surface corner reflector array 2 itself can be provided with a light diffusing function. For example, the mirror surfaces 21a and 21b of each of the two-sided corner reflectors 21 are roughened to such an extent that light rays are appropriately diffused, or processed as described above, such as curved surfaces (convex surfaces, concave surfaces). Thus, the two-surface corner reflector array 2 can also function as a diffusing surface geometrically or wave-optically. Further, if the two-surface corner reflector 21 which is a unit optical system of the two-surface corner reflector array 2 is made sufficiently smaller than the image pixels projected on the light diffusion plate 3, a plurality of two-surface corner reflectors 21 per pixel. Therefore, the resolution can be adjusted more finely. Further, the diffusion surface (light diffusion plate 3) can be a curved surface as well as a flat surface.

実鏡映像結像光学系としては、上述した実施形態の2面コーナーリフレクタアレイ2に代えて、図9に別の変形例(第2変形例)として示す立体表示装置200のようなアフォーカルレンズアレイ220を適用することも可能である。アフォーカルレンズアレイ220は、図10に示すように、多数のアフォーカルレンズ221を1つの素子平面220S上に並べて構成される。具体的にアフォーカルレンズ221は、素子平面200Sに垂直な光軸gを共有し且つ互いの焦点距離fs,feを隔てた2つのレンズ221a、221bから構成される。この例では、レンズ221a、221bとして共に凸レンズを適用している。これにより、素子平面220Sの一方側からレンズ221a…に入射した光は、それぞれ対をなす他方側のレンズ221b…から出射して、光源とは素子平面220Sに対して面対称となる位置に集光する。すなわち、光源となるプロジェクタの各射出瞳41から光拡散板3に投影された映像は、光拡散板3の素子平面220Sに対する面対称位置に結像する(光拡散板実像251)。また、プロジェクタアレイ240の各射出瞳41は、アフォーカルレンズアレイ220により結像し(結像瞳6)、光路の途中で光拡散板3によりボカされたことにより一定の平面(瞳結像面260S)を埋める。なお、アフォーカルレンズアレイ220を用いて映像を素子平面220Sに対する面対称位置に実像として結像させる場合、視野角は素子平面220Sに対して垂直に近い方向に制限される。そのため、この変形例では、プロジェクタアレイ240をアフォーカルレンズアレイ220の真下から直上にアフォーカルレンズアレイ220の光軸gと平行に映像を投影するように配置し、プロジェクタアレイ240とアフォーカルレンズアレイ220との間において投影される映像と垂直となるように光拡散板230を配置している。この変形例の場合、観察者は両眼V,Vの視点をアフォーカルレンズアレイ220の直上に位置付けて真下を覗き込むようにすれば、投影された映像の実鏡映像250を、結像した光拡散板実像251上に観察することができる。   As a real mirror image forming optical system, an afocal lens such as a stereoscopic display device 200 shown as another modified example (second modified example) in FIG. 9 is used instead of the two-surface corner reflector array 2 of the above-described embodiment. It is also possible to apply the array 220. As shown in FIG. 10, the afocal lens array 220 is configured by arranging a large number of afocal lenses 221 on one element plane 220S. Specifically, the afocal lens 221 includes two lenses 221a and 221b that share an optical axis g perpendicular to the element plane 200S and are spaced from each other by focal lengths fs and fe. In this example, convex lenses are applied as the lenses 221a and 221b. As a result, light incident on the lenses 221a... From one side of the element plane 220S exits from the other pair of lenses 221b..., And is collected at a position that is plane-symmetric with respect to the element plane 220S. Shine. In other words, the image projected from the exit pupil 41 of the projector serving as the light source onto the light diffusion plate 3 forms an image at a plane symmetrical position with respect to the element plane 220S of the light diffusion plate 3 (light diffusion plate real image 251). In addition, each exit pupil 41 of the projector array 240 is imaged by the afocal lens array 220 (imaging pupil 6), and is blurred by the light diffusing plate 3 in the middle of the optical path, so that a fixed plane (pupil imaging surface) 260S). Note that when an image is formed as a real image at a plane-symmetrical position with respect to the element plane 220S using the afocal lens array 220, the viewing angle is limited to a direction close to perpendicular to the element plane 220S. Therefore, in this modification, the projector array 240 is arranged so as to project an image parallel to the optical axis g of the afocal lens array 220 from directly below the afocal lens array 220, and the projector array 240 and the afocal lens array. The light diffusing plate 230 is arranged so as to be perpendicular to the image projected between the two. In the case of this modification, if the observer locates the viewpoints of both eyes V and V directly above the afocal lens array 220 and looks directly underneath, the real mirror image 250 of the projected image is imaged. It can be observed on the light diffusion plate real image 251.

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、立体映像を見せながら行うアミューズメントや会議、調査等の他にも、特に高解像度立体映像生中継が必要とされる用途として例えば遠隔手術等における好適な立体映像表示・伝送システムにも利用可能である。   In addition to amusements, conferences, surveys, etc. that are performed while showing stereoscopic images, the present invention is also suitable for stereoscopic image display / transmission systems suitable for, for example, remote surgery as applications that require live broadcast of high-resolution stereoscopic images. Is available.

1,100,200…立体表示装置
2,200…実鏡映像結像光学系(2面コーナーリフレクタアレイ,アフォーカルレンズアレイ)
21…単位光学系(2面コーナーリフレクタ)
3…拡散面(光拡散板)
4,140,240…プロジェクタアレイ
41…射出瞳
5,150,250…光拡散板3に投影された映像の実鏡映像
6…結像瞳
6S,160S,260S…瞳結像面
7…プロジェクタの投影画像
71,72…プロジェクタの投影画素
1,100,200 ... stereoscopic display device 2,200 ... actual mirror image forming optical system (two-sided corner reflector array, afocal lens array)
21 ... Unit optical system (two-sided corner reflector)
3 ... Diffusion surface (light diffusion plate)
4, 140, 240 ... projector array 41 ... exit pupil 5, 150, 250 ... real mirror image of image projected on light diffusing plate 3 6 ... imaging pupil 6S, 160S, 260S ... pupil imaging plane 7 ... projector Projection image 71, 72 ... Projection pixel of projector

Claims (6)

対称面となるある1つの幾何平面を内部的に有し当該対称面を境にして一方側の空間から出射された光線を透過させて他方側の空間における面対称位置に鏡映像を結像可能な実鏡映像結像光学系と、前記光線が前記対称面を透過する前又は後もしくは透過中において当該光線を拡散させる拡散面と、前記対称面を境にした一方側の空間に配置され複数のプロジェクタを配列してなるプロジェクタアレイとを備え、
前記拡散面に焦点を合わせて各プロジェクタの射出瞳から投影される光線を前記実鏡映像結像光学系の対称面及び前記拡散手段を透過させることによって、前記射出瞳を前記対称面に対する面対称位置に拡散された実像である鏡映像たる結像瞳として結像させ、前記各結像瞳によって当該結像瞳の集合が配列することになる瞳結像面を隙間なく埋めることにより、当該各結像瞳が結像している側から、前記プロジェクタアレイから投影された映像を前記対称面の位置もしくは当該結像瞳が結像している側の空間に結像した像を視点移動によっても連続的に観察し得るように構成したことを特徴とする立体表示装置。
A mirror image can be formed at a plane symmetrical position in the other space by transmitting a light beam emitted from one side of the space with a single geometric plane as a symmetry plane. A real mirror image forming optical system, a diffusion surface for diffusing the light beam before, after or during transmission through the symmetry plane, and a plurality of spaces disposed on one side of the symmetry plane And a projector array formed by arranging projectors of
The exit pupil is plane-symmetrical with respect to the symmetry plane by allowing the light beam projected from the exit pupil of each projector to be focused on the diffusion plane and passing through the symmetry plane of the real mirror image forming optical system and the diffusion means. Each of the imaging pupils is imaged as an imaging pupil which is a mirror image that is a real image diffused at a position, and each of the imaging pupils fills a pupil imaging plane in which the set of imaging pupils are arranged without gaps. An image formed by projecting the image projected from the projector array from the side on which the imaging pupil is imaged on the position of the symmetry plane or the space on the side on which the imaging pupil is imaged can also be moved by the viewpoint movement. A stereoscopic display device characterized in that it can be continuously observed.
前記プロジェクタアレイを構成する複数のプロジェクタの前記射出瞳を、1次元的又は2次元的に配置している請求項1に記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the exit pupils of a plurality of projectors constituting the projector array are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. 前記プロジェクタアレイが投影する映像の結像位置が、前記対称面よりも前記プロジェクタアレイ側に位置する前記拡散面上であって、前記結像した映像を当該拡散面により拡散させつつ実鏡映像結像光学系によって実像として結像して提示するものである請求項1又は2の何れかに記載の立体表示装置。 The imaging position of the image projected by the projector array is on the diffusion surface located on the projector array side with respect to the symmetry plane, and a real mirror image is formed while diffusing the imaged image by the diffusion surface. The three-dimensional display device according to claim 1, wherein the stereoscopic display device forms and presents a real image by an image optical system. 前記実鏡映像結像光学系は、複数の単位光学系の集合として構成されるものであり、当該複数の単位光学系の配置と、前記各プロジェクタにより投影される画素配置とを対応させている請求項1乃至3の何れかに記載の立体表示装置。 The real mirror image forming optical system is configured as a set of a plurality of unit optical systems, and the arrangement of the plurality of unit optical systems is associated with the pixel arrangement projected by each projector. The stereoscopic display device according to claim 1. 前記実鏡映像結像光学系は、前記対称面に対して略垂直姿勢で相互に略直交する2枚の鏡面を備えた2面コーナーリフレクタを単位光学系として、当該2面コーナーリフレクタを前記対称面上に複数配置した構成を有する2面コーナーリフレクタアレイである請求項1乃至4の何れかに記載の立体表示装置。 The real mirror image-forming optical system uses, as a unit optical system, a two-surface corner reflector having two mirror surfaces substantially perpendicular to each other in a substantially vertical posture with respect to the symmetry plane, and the two-surface corner reflector is the symmetric 5. The stereoscopic display device according to claim 1, which is a two-surface corner reflector array having a configuration in which a plurality of surfaces are arranged on a surface. 前記プロジェクタアレイで投影する映像を、複数のプロジェクタと物理的配置と共に光学的に共役となるように複数のカメラからなるカメラアレイで撮影した映像とする請求項1乃至5の何れかに記載の立体表示装置。 6. The three-dimensional image according to claim 1, wherein an image projected by the projector array is an image photographed by a camera array including a plurality of cameras so as to be optically conjugate with a plurality of projectors and a physical arrangement. Display device.
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