JP2002258215A - Stereoscopic image display device - Google Patents

Stereoscopic image display device

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JP2002258215A
JP2002258215A JP2001061290A JP2001061290A JP2002258215A JP 2002258215 A JP2002258215 A JP 2002258215A JP 2001061290 A JP2001061290 A JP 2001061290A JP 2001061290 A JP2001061290 A JP 2001061290A JP 2002258215 A JP2002258215 A JP 2002258215A
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JP
Japan
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image
optical
projection unit
eye
component
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JP2001061290A
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Japanese (ja)
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Toshio Honda
捷夫 本田
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Telecommunications Advancement Organization
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve an observation of a natural stereoscopic image by satisfying a super-multiple eye condition. SOLUTION: Picture images of a subject is taken at certain intervals in a fan like shape. The taken parallactic images are displayed as original images onto LCDs 23 each located within projection unit optical systems 20-1 to 20-n, which are aligned in a fan like shape, opposing a concave mirror 31. Light emitted from light sources 21 within each projection unit optical systems 20-1, etc., is condensed by condenser lenses 22 on projection lenses 24, and the projection lenses 24 then project and image an LCD display image on the face of the concave mirror 31. By condensing the light again by the concave mirror 31 and by locating the eyes 41L and 41R on condensing positions, a whole image can be obtained. Because a plurality of parallactic images enter into the both eyes 41L and 41R, a natural stereoscopic image can be observed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超多眼条件を満足
する立体像表示を実現するために、複数の投影ユニット
光学系を狭い角度間隔で複数配列することにより、自然
な立体像の観察を実現する超多眼方式の立体映像表示装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the observation of a natural stereoscopic image by arranging a plurality of projection unit optical systems at a narrow angle interval in order to realize a stereoscopic image display satisfying the super multi-view condition. The present invention relates to a super multi-view stereoscopic image display device which realizes the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】人間は、実際の物体が持つ連続的な視差
の中から左右の眼の瞳孔を通過する光による像だけを用
いて、3次元空間(即ち、立体)を知覚している。従
来、眼鏡を必要としない両眼視差方式の立体映像表示装
置として、例えば、2眼式と多眼式のものが知られてい
る。2眼式の立体映像表示装置では、左右の眼に1つず
つの視差画像を与え、この2枚の視差画像を用いて立体
像を知覚するようになっている。多眼式の立体映像表示
装置では、視差画像を3枚以上用いて立体像を知覚する
ようになっており、観察位置を変えれば、異なった方向
から見た映像を観察することができる。
2. Description of the Related Art A human perceives a three-dimensional space (that is, a three-dimensional space) by using only an image of light passing through pupils of left and right eyes from a continuous parallax of an actual object. 2. Description of the Related Art Conventionally, as a binocular parallax type stereoscopic image display device that does not require glasses, for example, a binocular type and a multi-view type are known. In the binocular stereoscopic video display device, one parallax image is provided to each of the left and right eyes, and a stereoscopic image is perceived using the two parallax images. In a multi-view type stereoscopic image display device, a stereoscopic image is perceived by using three or more parallax images. If the observation position is changed, images viewed from different directions can be observed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】実際の3次元空間の観
察では、左右各眼の焦点調節(即ち、ピント調節)と、
左右の眼球の回転(これを「輻輳」という。)が、常に
連動して同時に働いている。しかしながら、従来の2眼
式の立体映像表示装置では、ピント調節と輻輳の条件が
同時に満足されないことや、観察者が観察位置を変えて
も常に同じ方向から見た映像しか観察できないことか
ら、違和感や疲労の原因となっており、気分が悪くなる
ケースが非常に多い。特に、25cm〜1m程度の近く
に像を表示する場合に顕著である。
In the actual observation of the three-dimensional space, the focus adjustment (that is, the focus adjustment) of each of the right and left eyes,
The rotation of the left and right eyeballs (this is referred to as “convergence”) always works simultaneously in conjunction. However, in the conventional twin-lens stereoscopic video display device, the conditions of focus adjustment and convergence are not satisfied at the same time, and even if the observer changes the observation position, the observer can always observe only the image viewed from the same direction. In many cases, it causes illness and fatigue and makes you feel sick. In particular, this is remarkable when an image is displayed near 25 cm to 1 m.

【0004】これに対し、多眼式の立体映像表示装置で
は、ピント調節と輻輳の不一致の問題はあるが、観察位
置を変えれば、異なった方向から見た映像を観察するこ
とができる。しかし、実際の3次元空間では、像が連続
的に変化するのに対し、多眼式では、像が離散的に変化
するために、観察者に違和感や疲労をもたらす。本発明
は、従来の2眼式や多眼式の立体映像表示装置で問題と
なるピント調節と輻輳の矛盾を回避できる超多眼条件を
満足する超多眼方式の立体映像表示装置を提供すること
を目的とする。
On the other hand, a multi-view stereoscopic image display device has a problem of inconsistency between focus adjustment and convergence. However, if the observation position is changed, images viewed from different directions can be observed. However, in an actual three-dimensional space, the image continuously changes, whereas in the multi-view system, the image changes discretely, which causes an uncomfortable feeling and fatigue to the observer. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a super multi-view stereoscopic image display device which satisfies a super multi-view condition capable of avoiding inconsistency between focus adjustment and convergence which is a problem in a conventional binocular or multi-view stereoscopic image display device. The purpose is to:

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】超多眼条件を満足する超
多眼方式の立体映像表示装置では、片眼に複数の視差画
像が同時に入る(これを「単眼視差」という。)状態と
なり、観察者がこのとき空間上の像の位置にピントを合
わせると、各視差画像が網膜上の同じ場所に結像する。
これは、実際に空間上に存在する立体像にピントを合わ
せたときと同じ状態であり、ピント調節と輻輳の矛盾を
回避できる可能性がある。超多眼条件とは、片眼の中に
わずかに視差が異なる複数の視差画像が入る表示の条件
を言い、この条件が満足されれば、画像表示面と異なる
立体像の面に眼の調節が誘導される可能性がある。
In a super multi-view stereoscopic image display device satisfying the super multi-view condition, a plurality of parallax images are simultaneously input to one eye (this is called "monocular parallax"). When the observer focuses on the position of the image in space at this time, each parallax image is formed at the same position on the retina.
This is the same state as when focusing on a stereoscopic image actually existing in space, and there is a possibility that contradiction between focus adjustment and convergence can be avoided. The super multi-view condition refers to a display condition in which a plurality of parallax images having slightly different parallaxes are included in one eye, and if this condition is satisfied, the eye is adjusted to a stereoscopic image surface different from the image display surface. May be induced.

【0006】以下、図2及び図3を参照しつつ、超多眼
条件について説明する。図2は、超多眼条件を満たす立
体表示の概念図である。仮想窓2の位置に多数の撮像手
段(例えば、カメラ)を並べて3次元空間上の物点4を
撮影し、多数のカメラの映像を例えばスクリーン3にて
同時に表示する。ここで、各々の仮想窓2からは、対応
するカメラの映像だけが左眼1L及び右眼1Rで観察さ
れるようにスクリーン3を構成する。超多眼条件とは、
仮想窓2の間隔(即ち、視差画像間隔)dが眼1L,1
Rの瞳孔1aの瞳孔径よりも狭い間隔で並ぶ条件のこと
である。図2の構成の場合、観察者はどの位置にいても
左眼1L及び右眼1Rに左右の異なるカメラの映像が入
射するため、従来の2眼式の立体映像表示装置と同様
に、両眼視差により3次元空間上の物点4の像を立体視
できる。
Hereinafter, the super multi-view condition will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a conceptual diagram of stereoscopic display satisfying the super multi-view condition. A number of imaging means (for example, cameras) are arranged at the position of the virtual window 2 to photograph the object point 4 in the three-dimensional space, and images of the many cameras are simultaneously displayed on, for example, the screen 3. Here, the screen 3 is configured such that only the image of the corresponding camera is observed by the left eye 1L and the right eye 1R from each virtual window 2. What is super multi-view condition?
The interval (ie, the parallax image interval) d of the virtual window 2 is equal to the eyes 1L and 1L.
This is a condition in which the pupils 1a of R are lined up at a smaller interval than the pupil diameter. In the case of the configuration of FIG. 2, the images of the left and right cameras are differently incident on the left eye 1L and the right eye 1R regardless of the position of the observer. The image of the object point 4 in the three-dimensional space can be viewed stereoscopically by the parallax.

【0007】さらに、超多眼条件を満足する場合にはそ
れだけではなく、観察者の単眼1L,1Rには常に複数
のカメラの映像が入射する。眼1L,1Rの瞳孔1aに
入射した複数の映像は、網膜1b上に結像される段階で
重なり合う。観察者が左右又は上下に移動すると、複数
の映像がオーバラップしながら徐々に隣の映像に切り替
わることになる。観察者が実際に観察するのは、網膜1
bに結像された像であるため、観察者が映像の切り替わ
りをあまり感じることがなく、観察位置に応じて自然に
変化する物点4の立体映像を観察できる。しかも、超多
眼条件では、眼1L,1Rのピント調節を立体像に導く
手がかりがある。
Further, when the super multi-view condition is satisfied, not only that, but also the images of a plurality of cameras always enter the observer's monocular 1L, 1R. The plurality of images that have entered the pupils 1a of the eyes 1L and 1R overlap at a stage where they are formed on the retina 1b. When the observer moves left and right or up and down, the plurality of videos are gradually switched to the next video while overlapping. What the observer actually observes is the retina 1
Since the image is formed on the image b, the observer does not feel much switching of the image, and can observe the stereoscopic image of the object point 4 which naturally changes according to the observation position. In addition, under the super multi-view condition, there is a clue to guide the focus adjustment of the eyes 1L and 1R to a stereoscopic image.

【0008】図3(a)、(b)は図2の右眼のピント
調節を示す右眼部分の拡大図であり、同図(a)はスク
リーン面、及び同図(b)は3次元空間上の位置を示す
図である。図3(a)のように、スクリーン3の面にピ
ント調節を合わせた場合には、2つの視差画像5−1,
5−2が網膜1b上の異なる場所に多重像として投影さ
れる。これに対し、図3(b)のように、3次元空間上
の位置にピント調節を合わせた場合には、2つの視差画
像5−1,5−2が網膜1b上の同一の場所に投影され
る。このため、超多眼条件を満足する立体表示により、
眼1L,1Rのピント調節を空間上の立体像に導くため
の調節刺激を生成することができる。
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are enlarged views of the right eye portion showing the focus adjustment of the right eye of FIG. 2, wherein FIG. 3 (a) is a screen surface, and FIG. It is a figure showing a position in space. As shown in FIG. 3A, when the focus adjustment is performed on the surface of the screen 3, two parallax images 5-1 and 5-1 are displayed.
5-2 is projected as a multiple image at different locations on the retina 1b. On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the focus is adjusted to a position in the three-dimensional space, the two parallax images 5-1 and 5-2 are projected on the same place on the retina 1b. Is done. For this reason, by the stereoscopic display that satisfies the super multi-view condition,
An adjustment stimulus for guiding the focus adjustment of the eyes 1L and 1R to a stereoscopic image in space can be generated.

【0009】以上のような超多眼条件を満足する超多眼
方式の立体映像表示装置を提供するために、本発明のう
ちの第1の発明では、特殊なスクリ−ンの働きをする光
学部品と、それぞれの光軸が前記光学部品の中心を通る
ように小さい角度間隔で配列され、該光学部品面に像を
重ねて投影する複数の投影ユニット光学系とを備えてい
る。
In order to provide a super multi-view stereoscopic image display device which satisfies the above super multi-view condition, in the first invention of the present invention, an optical element which functions as a special screen is provided. A component and a plurality of projection unit optical systems that are arranged at small angular intervals so that their optical axes pass through the center of the optical component, and project an image onto the optical component surface in a superimposed manner.

【0010】そして、前記各投影ユニット光学系は、被
写体を前記角度間隔で撮像した視差画像を原画像として
表示する空間光変調器(Spatial Light Modulator 、以
下「SLM」という。)と、前記SLMで表示された原
画像を照明する、発光する部分が小さい光源と、前記小
さい光源の像を所定の位置に集光させるコンデンサレン
ズと、前記所定の位置又はこの近傍に配置され、前記照
明された原画像を前記光学部品面に結像する投影レンズ
とを有している。さらに、前記光学部品は、前記小さい
光源の像の配列を、該光学部品の近傍を見る観察者の眼
の位置の近傍に、該眼の瞳孔径よりも小さい間隔で結像
させる構成にしている。
Each of the projection unit optical systems includes a spatial light modulator (Spatial Light Modulator, hereinafter referred to as “SLM”) for displaying a parallax image obtained by capturing an object at the angular interval as an original image, and the SLM. A light source that illuminates the displayed original image and emits light at a small portion, a condenser lens that condenses the image of the small light source at a predetermined position, and the illuminated original arranged at or near the predetermined position. A projection lens for forming an image on the optical component surface. Further, the optical component is configured to form an array of the images of the small light source in the vicinity of the position of the eye of the observer who views the vicinity of the optical component at an interval smaller than the pupil diameter of the eye. .

【0011】第2の発明では、第1の発明の立体映像表
示装置において、前記光学部品と前記観察者の眼の位置
との間に、光路を変更する光路変更部品を設けている。
このような第1又は第2の発明の構成を採用したことに
より、各投影ユニット光学系内の投影レンズにより、S
LMに表示された原画像が前記光学部品面に投影されて
結像される。これと同時に、SLMを照明する小さい光
源の像が、コンデンサレンズによって投影レンズの中心
あるいは少し手前に結像される。この小さい光源の像が
前記光学部品により直接、又は光路変更部品を介して、
視域内に位置する観察者の眼の瞳孔中に、小さい光スポ
ットとして複数結像される。このように、視差のわずか
に異なる複数の視差画像が、観察者の眼の瞳孔に同時に
入ることにより、投影ユニット光学系で表示された像全
体が見える。そして、左右の眼それぞれに複数の視差画
像が入射することにより、自然な立体像が観察される。
According to a second aspect, in the stereoscopic image display apparatus according to the first aspect, an optical path changing component for changing an optical path is provided between the optical component and the position of the observer's eye.
By adopting such a configuration of the first or second aspect of the present invention, the projection lens in each projection unit optical system allows S
The original image displayed on the LM is projected and formed on the optical component surface. At the same time, an image of a small light source illuminating the SLM is formed by the condenser lens at the center of the projection lens or slightly before. The image of this small light source is directly by the optical component or through the optical path changing component,
Multiple small light spots are imaged in the pupil of the observer's eye located within the viewing zone. As described above, a plurality of parallax images having slightly different parallaxes simultaneously enter the pupil of the observer's eye, so that the entire image displayed by the projection unit optical system can be seen. Then, when a plurality of parallax images enter each of the left and right eyes, a natural stereoscopic image is observed.

【0012】第3の発明では、第1又は第2の発明の立
体映像表示装置において、前記複数の投影ユニット光学
系は、前記光学部品の中心を回転中心として前記小さい
角度間隔で、扇形に配列又は球面上に配列している。こ
れにより、視域が広がり、観察者が動いてもこの動きに
対応する方向の立体像が見える。第4の発明は、第1〜
第3の発明のいずれか1つの立体映像表示装置におい
て、前記光学部品又は前記複数の投影ユニット光学系
は、前記観察者の眼の動きを検出し、この検出結果に基
づき該眼の動きに追従して、該光学部品の中心を回転中
心として回転させる構成にしている。
According to a third aspect of the present invention, in the stereoscopic image display device according to the first or second aspect, the plurality of projection unit optical systems are arranged in a fan shape at the small angular interval around a center of the optical component as a rotation center. Or they are arranged on a spherical surface. As a result, the viewing area is widened, and even when the observer moves, a stereoscopic image in a direction corresponding to the movement can be seen. The fourth invention is directed to the first to fourth aspects.
In the stereoscopic image display device according to any one of the third inventions, the optical component or the plurality of projection unit optical systems detects a movement of the eye of the observer, and follows the movement of the eye based on the detection result. Then, the optical component is rotated around the center of the optical component.

【0013】第5の発明は、第2又は第3の発明の立体
映像表示装置において、前記光路変更部品は、前記観察
者の眼の動きを検出し、この検出結果に基づき該眼の動
きに追従して、該光路変更部品の中心を回転中心として
回転させる構成にしている。このような第4又は第5の
発明の構成を採用したことにより、観察者が動けば、こ
の観察者の眼の動きが検出され、この検出結果に基づき
該眼の動きに追従して光学部品、光路変更部品、あるい
は複数の投影ユニット光学系のいずれか1つが回転す
る。そのため、投影ユニット光学系の個数の削減化が図
れる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the stereoscopic image display device according to the second or third aspect, the optical path changing component detects the movement of the eye of the observer, and determines the movement of the eye based on the detection result. The optical path changing component is configured to rotate around the center of the optical path changing component. By adopting such a configuration of the fourth or fifth aspect, if the observer moves, the movement of the observer's eye is detected, and the optical component follows the movement of the eye based on the detection result. , One of the optical path changing components or the plurality of projection unit optical systems is rotated. Therefore, the number of projection unit optical systems can be reduced.

【0014】第6の発明は、第2又は第3の発明の立体
映像表示装置において、前記光学部品及び前記光路変更
部品のみ、あるいはこれらと前記複数の投影ユニット光
学系とは、前記観察者の眼の動きを検出し、この検出結
果に基づき該眼の動きに追従して、該光学部品の中心を
回転中心として回転させる構成にしている。これによ
り、観察者の眼の動きに追従して光学部品及び光路変更
部品のみが回転、あるいはこれらと複数の投影ユニット
光学系とが回転するので、複数の投影ユニット光学系の
個数の削減化が図れる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the stereoscopic image display device according to the second or third aspect, only the optical component and the optical path changing component, or these and the plurality of projection unit optical systems are connected to the observer. The configuration is such that the movement of the eye is detected, and based on the detection result, the optical component follows the movement of the eye and rotates about the center of the optical component as the rotation center. As a result, only the optical component and the optical path changing component rotate following the movement of the observer's eye, or the plurality of projection unit optical systems rotate with them, so that the number of the plurality of projection unit optical systems can be reduced. I can do it.

【0015】第7の発明は、第1〜第6の発明のいずれ
か1つの立体映像表示装置において、前記光学部品は、
凹面鏡、フレネルミラー、フレネルレンズ又はホログラ
ム光学素子のいずれか1つで構成している。第8の発明
は、第2〜第6の発明のいずれか1つの立体映像表示装
置において、前記光路変更部品は、ハーフミラーで構成
している。このような第7又は第8の発明の構成を採用
したことにより、凹面鏡、フレネルミラー、フレネルレ
ンズ又はホログラム光学素子に投影された像は、直接又
はハーフミラーを介して、観察者の眼に入射する。
According to a seventh aspect, in the stereoscopic image display device according to any one of the first to sixth aspects, the optical component is:
It is composed of any one of a concave mirror, Fresnel mirror, Fresnel lens or hologram optical element. According to an eighth invention, in the stereoscopic video display device according to any one of the second to sixth inventions, the optical path changing component is constituted by a half mirror. By adopting such a configuration of the seventh or eighth aspect, the image projected on the concave mirror, Fresnel mirror, Fresnel lens or hologram optical element enters the eye of the observer directly or via a half mirror. I do.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)超多眼条件を
満足する超多眼方式の立体映像表示装置の例として、投
影光学系扇形配列による立体映像表示装置について説明
する((1)〜(3))。 (1) 投影光学系扇形配列(Fan-like Array of Proj
ection Optics )による立体映像表示(以下「FAPO
方式」という。)の基本原理 図4(a)、(b)は本発明の第1の実施形態を示すF
APO方式の基本原理図であり、同図(a)は撮像系、
及び同図(b)は投影系を示す図である。図5は、図4
の投影ユニット光学系を示す図である。なお、本実施形
態では、例えば、水平方向の視差のみを考慮したFAP
O方式について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) As an example of a super multi-view stereoscopic video display device satisfying super multi-view conditions, a stereoscopic video display device using a fan-shaped arrangement of projection optical systems will be described ((1)). )-(3)). (1) Fan-like Array of Proj
Section Optics) (hereinafter referred to as “FAPO
Method ". 4) FIGS. 4 (a) and 4 (b) show F of the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the basic principle of the APO method, wherein FIG.
(B) is a diagram showing a projection system. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a projection unit optical system. In the present embodiment, for example, FAP considering only the parallax in the horizontal direction is considered.
The O method will be described.

【0017】図4(a)に示すように、撮像系では、複
数の撮像手段(例えば、ビデオカメラ)10−1〜10
−nにより、被写体11を扇形状に一定の間隔で撮影す
る。各ビデオカメラ10−1〜10−nで撮影した視差
画像を原画像として、図4(b)の投影系で使用する。
図4(b)及び図5に示すように、投影系である立体映
像表示装置では、複数の投影ユニット光学系20−1〜
20−nと、特殊なスクリーンの働きをする光学部品
(例えば、凹面鏡)31及び光路変更部品(例えば、ハ
ーフミラー)32とを備えている。複数の投影ユニット
光学系20−1〜20−nは、凹面鏡31の中心を回転
中心として、複数のビデオカメラ10−1〜10−nと
等しい角度間隔で扇形状に配列されている。
As shown in FIG. 4A, in the image pickup system, a plurality of image pickup means (for example, video cameras) 10-1 to 10 are provided.
By -n, the subject 11 is photographed in a fan shape at a constant interval. The parallax images taken by the video cameras 10-1 to 10-n are used as original images in the projection system shown in FIG.
As shown in FIGS. 4B and 5, in the stereoscopic image display device that is a projection system, a plurality of projection unit optical systems 20-1 to 20-1.
20-n, an optical component (for example, a concave mirror) 31 and a light path changing component (for example, a half mirror) 32 that function as a special screen. The plurality of projection unit optical systems 20-1 to 20-n are arranged in a fan shape around the center of the concave mirror 31 at the same angular interval as the plurality of video cameras 10-1 to 10-n.

【0018】各投影ユニット光学系20−1〜20−n
は、発光する部分が小さい光源(カラー像表示の場合に
は白色光源)21と、この光源21の光を集光するコン
デンサレンズ22と、各ビデオカメラ10−1〜10−
nで撮影した視差画像を原画像として表示するSLM
(例えば、カラー表示用又はモノクロ用の液晶表示パネ
ル、以下「LCD」という。)23と、投影レンズ24
とを有し、これらが順に配置されている。
Each of the projection unit optical systems 20-1 to 20-n
Is a light source (a white light source in the case of displaying a color image) 21 having a small light-emitting portion, a condenser lens 22 for condensing light from the light source 21, and each video camera 10-1 to 10-
SLM that displays the parallax image taken with n as the original image
(For example, a liquid crystal display panel for color display or monochrome display, hereinafter referred to as “LCD”) 23 and a projection lens 24
And these are arranged in order.

【0019】コンデンサレンズ22は、小さい光源21
の光を入射してLCD23に表示された原画像を照明す
ると共に、該小さい光源21の像を投影レンズ24の中
心又はその少し手前に結像させるレンズである。コンデ
ンサレンズ22によって小さい光源21の像を投影レン
ズ24の少し手前に結像させる場合、光の広がりを小さ
くするためにその結像位置に開口又はピンホールを置い
てもよい。投影レンズ24は、照明されたLCD23の
原画像を凹面鏡31の面に投影結像するレンズである。
The condenser lens 22 includes a small light source 21
This lens illuminates the original image displayed on the LCD 23 by inputting the light from the light source 21 and forms an image of the small light source 21 at the center of the projection lens 24 or slightly before the center. When the image of the small light source 21 is formed slightly before the projection lens 24 by the condenser lens 22, an opening or a pinhole may be provided at the image forming position in order to reduce the spread of light. The projection lens 24 is a lens that projects and illuminates the illuminated original image of the LCD 23 onto the surface of the concave mirror 31.

【0020】凹面鏡31は、投影レンズ24から入射さ
れる小さい光源21の像を、視域内に位置する観察者4
0の左眼41L及び右眼41Rの瞳孔41a中に、小さ
い集光点(即ち、光スポット)又は垂直な線として、複
数結像させる機能を有している。図4(b)及び図5で
は、表示像が凹面鏡31の入射光線束内に存在して観察
者40が観察できないので、光路変更のためにハーフミ
ラー32を挿入して観察位置を変えている。
The concave mirror 31 converts the image of the small light source 21 incident from the projection lens 24 into the image of the observer 4 located within the viewing zone.
The pupil 41a of the left and right eyes 41L and 41R has a function of forming a plurality of images as a small converging point (that is, a light spot) or a vertical line. In FIG. 4B and FIG. 5, since the display image exists in the incident light beam of the concave mirror 31 and cannot be observed by the observer 40, the observation position is changed by inserting the half mirror 32 to change the optical path. .

【0021】次に、投影系の動作を説明する。各投影ユ
ニット光学系20−1〜20−n内の光源21から発散
された光は、コンデンサレンズ22によって集光され、
LCD23に表示された原画像が照明されると共に、小
さい光源21の像が投影レンズ24の中心又はこの少し
手前に結像される。LCD23に表示された原画像は、
投影レンズ24により、ハーフミラー32を通して凹面
鏡31の面に投影結像される。そして、凹面鏡31によ
って光が再び集光し、ハーフミラー32で反射され、視
域内に位置する観察者40の左眼41L及び右眼41R
の瞳孔41aを通して網膜41bに結像される。つま
り、観察者40はハーフミラー32からの光スポットに
眼41L,41Rを置くことにより、表示像11Aの全
体を見ることができる。これは、いわゆる「マックスウ
エル視」と呼ばれている。観察者40は所定の視域内
で、左眼41L及び右眼41Rに対応する視差画像を観
察し、両眼視差によって立体像を知覚する。両眼41
L,41Rそれぞれに複数の視差画像が入射する超多眼
条件を満たせば、自然な立体像を観察できる。
Next, the operation of the projection system will be described. Light emitted from the light source 21 in each of the projection unit optical systems 20-1 to 20-n is collected by the condenser lens 22,
The original image displayed on the LCD 23 is illuminated, and the image of the small light source 21 is formed at the center of the projection lens 24 or slightly before this. The original image displayed on the LCD 23 is
The projection lens 24 projects an image on the surface of the concave mirror 31 through the half mirror 32. Then, the light is condensed again by the concave mirror 31, reflected by the half mirror 32, and the left eye 41L and the right eye 41R of the observer 40 located in the viewing zone.
Is formed on the retina 41b through the pupil 41a. That is, the observer 40 can see the entire display image 11A by placing the eyes 41L and 41R on the light spot from the half mirror 32. This is called so-called “Maxwellian view”. The observer 40 observes a parallax image corresponding to the left eye 41L and the right eye 41R within a predetermined viewing zone, and perceives a stereoscopic image by binocular parallax. Both eyes 41
If a super multi-view condition in which a plurality of parallax images enter each of L and 41R is satisfied, a natural stereoscopic image can be observed.

【0022】(2) FAPO方式の構成 図1(a)、(b)は本発明の第1の実施形態を示すF
APO方式の立体映像表示装置の構成図であり、同図
(a)は全体図、及び同図(b)は観察面で単眼に2つ
の視差画像が入射している様子を示す図である。なお、
図1(a)では、説明を簡単にするために図4(b)及
び図5のハーフミラー32を省略している。
(2) Configuration of the FAPO system FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention.
1A and 1B are configuration diagrams of an APO stereoscopic image display device. FIG. 1A is an overall diagram, and FIG. 1B is a diagram illustrating a state in which two parallax images are incident on a single eye on an observation surface. In addition,
In FIG. 1A, the half mirror 32 in FIGS. 4B and 5 is omitted for simplicity of description.

【0023】以下、超多眼条件を満足するように、FA
PO方式の配置を決定するための条件(A)〜(E)に
ついて説明する。 (A) 観察距離 凹面鏡31の中心から観察面42にいる観察者40まで
を観察距離rとする。例えば、観察者40が椅子に座っ
て立体映像を観察する場合、観察距離rは普段パーソナ
ルコンピュータを使用する際の観察者40からモニタま
での距離を想定し、約650mmとする。
Hereinafter, the FA will be described so as to satisfy the super multi-view condition.
The conditions (A) to (E) for determining the arrangement of the PO method will be described. (A) Observation distance An observation distance r from the center of the concave mirror 31 to the observer 40 on the observation surface 42 is set. For example, when the observer 40 observes a stereoscopic image while sitting on a chair, the observation distance r is set to about 650 mm, assuming the distance from the observer 40 to the monitor when using a personal computer.

【0024】(B) 表示像サイズ 例えば、NTSC(National Television System Commi
ttee)ビデオ系の場合、LCDの表示サイズの縦横比は
4:3であるので、表示像サイズSもその比率に等しい
矩形開口とし、対角14〜17inch程度を考える。
(B) Display image size For example, NTSC (National Television System Commi
ttee) In the case of a video system, since the aspect ratio of the display size of the LCD is 4: 3, the display image size S is also a rectangular opening equal to the ratio, and a diagonal of about 14 to 17 inches is considered.

【0025】(C) 投影ユニット光学系の配置 図6は、図1の2つの投影ユニット光学系(例えば、2
0−1,20−2)の配置図である。図1(b)に示す
ように、観察者40の左眼41L及び右眼41Rにおい
て、虹彩41cで囲まれた瞳孔41aの瞳孔径Eを例え
ば4mmと仮定すると、超多眼条件を満足するために
は、視差画像(即ち、光スポットの光源像21A)を2
mm以下の間隔dで表示しなければならない。そのため
には、投影ユニット光学系20−1,20−2,…の間
隔を考慮する必要がある。そして、投影ユニット光学系
20−1,20−2,…の間隔は、該投影ユニット光学
系内のLCD23の幅に依存する。
(C) Arrangement of Projection Unit Optical System FIG. 6 shows two projection unit optical systems (for example, 2
0-1 and 20-2). As shown in FIG. 1B, assuming that the pupil diameter E of the pupil 41a surrounded by the iris 41c is, for example, 4 mm in the left eye 41L and the right eye 41R of the observer 40, the super multi-view condition is satisfied. Shows two parallax images (that is, the light source image 21A of the light spot).
It must be displayed at an interval d of less than mm. For that purpose, it is necessary to consider the interval between the projection unit optical systems 20-1, 20-2,. The distance between the projection unit optical systems 20-1, 20-2,... Depends on the width of the LCD 23 in the projection unit optical systems.

【0026】図6に示すように、例えば、入手可能なフ
ルカラー用LCD23の幅Dが約40mm〜50mm必
要であるならば、凹面鏡31による光源像21Aの倍率
が約1/20〜1/25倍にする必要がある。つまり、
光源21からの光がコンデンサレンズ22によって集光
する点(投影レンズ24付近の位置)から凹面鏡31の
中心までの距離R(=r×D/d)が、観察距離rのD
/d倍と設定すれば、超多眼条件を満足する立体表示が
可能である。
As shown in FIG. 6, for example, if the width D of the available full-color LCD 23 needs to be about 40 mm to 50 mm, the magnification of the light source image 21A by the concave mirror 31 is about 1/20 to 1/25. Need to be That is,
The distance R (= r × D / d) from the point where the light from the light source 21 is condensed by the condenser lens 22 (the position near the projection lens 24) to the center of the concave mirror 31 is represented by D of the observation distance r.
By setting / d times, stereoscopic display that satisfies the super multi-view condition is possible.

【0027】この超多眼条件を満足する立体映像表示装
置では、SLM(例えば、LCD23)のサイズが数イ
ンチと大きい場合には、投影ユニット光学系20−1,
20−2,…の全長は数メートルと長くなるが、NTS
C規格のSLMに比べて、大画素数で画面サイズが1イ
ンチ程度のSLMを使えば、前記全長を短くすることが
できる。またこの場合には、投影ユニット光学系20−
1,20−2,…の一部または全体を一体化できる。
In the three-dimensional image display device satisfying the super multi-view condition, when the size of the SLM (for example, the LCD 23) is as large as several inches, the projection unit optical system 20-1,
20-2, ... is a few meters long, but NTS
If an SLM having a large number of pixels and a screen size of about 1 inch is used as compared with the C standard SLM, the overall length can be shortened. In this case, the projection unit optical system 20-
Some or all of 1, 20-2,... Can be integrated.

【0028】(D) 観察面での光源像の大きさ 観察面42での光源像21Aの強度分布は、凹面鏡31
の収差の影響で該凹面鏡31の光軸外ほど大きくなる。
光源像21Aが瞳孔径Eより大きくなると、投影ユニッ
ト光学系20−1,20−2,…からの表示像全体が見
えなくなる。そして、光源像21Aが視差画像間隔dよ
り大きくなると、隣り合う投影ユニット光学系20−
1,20−2,…間で多重像として観察される。従っ
て、観察面42での光源像21Aの強度分布は、視差画
像間隔d内にほぼ収める必要がある。
(D) Size of Light Source Image on Observation Surface The intensity distribution of the light source image 21 A on the observation surface 42 is
Due to the influence of the aberration (1), the distance from the optical axis of the concave mirror 31 increases.
When the light source image 21A becomes larger than the pupil diameter E, the entire display image from the projection unit optical systems 20-1, 20-2,. When the light source image 21A becomes larger than the parallax image interval d, the adjacent projection unit optical systems 20-
Are observed as a multiple image among 1, 20-2,. Therefore, it is necessary that the intensity distribution of the light source image 21A on the observation surface 42 be substantially within the parallax image interval d.

【0029】(E) 視域(観察者の移動範囲) 図7は、図6の投影ユニット光学系の視域の説明図であ
る。観察者40の左眼41L及び右眼41Rのそれぞれ
に複数の視差画像がそれぞれ入射すれば、自然な立体像
を観察できる。ここで、観察者40が次のように動いた
場合を考える。
(E) Viewing area (moving range of observer) FIG. 7 is an explanatory diagram of the viewing area of the projection unit optical system of FIG. If a plurality of parallax images are respectively incident on the left eye 41L and the right eye 41R of the observer 40, a natural stereoscopic image can be observed. Here, consider the case where the observer 40 moves as follows.

【0030】(i) 観察方向と垂直な方向(水平方向
及び垂直方向)に動いた場合 (ii) 観察方向(前後方向)に動いた場合 複数の観察者40が同時に観察あるいは1人の観察者4
0が大きく動いても、立体像が見えるためには、投影ユ
ニット光学系20−1〜20−nを、凹面鏡31の中心
を回転中心とする球面43上の大きい範囲に多数並べて
視域44を広くする必要がある。
(I) When moving in the direction perpendicular to the observation direction (horizontal direction and vertical direction) (ii) When moving in the observation direction (front-back direction) A plurality of observers 40 observe at the same time or one observer 4
In order for a stereoscopic image to be seen even if 0 moves greatly, a large number of projection unit optical systems 20-1 to 20-n are arranged in a large area on a spherical surface 43 about the center of the concave mirror 31 as a rotation center to form a viewing zone 44. Need to be wider.

【0031】ところが、このように視域44を広くする
ために、例えば、400mm(水平方向)×200mm
(垂直方向)の視域44を、2mm間隔で実現しようと
すれば、200×100=20,000個の投影ユニッ
ト光学系20−1〜20−nが必要となる(なお、ホロ
グラフィは、この間隔がとびとびではなく、連続である
と見なすことができる。)。
However, in order to widen the viewing area 44, for example, 400 mm (horizontal direction) × 200 mm
If the (vertical direction) visual field 44 is to be realized at an interval of 2 mm, 200 × 100 = 20,000 projection unit optical systems 20-1 to 20-n are required. The intervals can be considered continuous rather than discrete.)

【0032】本実施形態では、垂直方向に比べて立体像
観察でより重要な水平方向についてのみ考慮し、投影ユ
ニット光学系20−1〜20−nを扇形状に配列してい
るので、必要な投影ユニット光学系20−1〜20−n
の数は200個になる。勿論、後述の図8の視点追従方
式を導入すれば、この数を数個〜数10個に減らすこと
ができる。これにより、投影ユニット光学系20−1〜
20−nの数を少なくすることができる。このように、
投影ユニット光学系20−1〜20−nの数(=視差
数)と視差画像間隔dにより、水平方向の視域44が決
定されることになる。
In the present embodiment, the projection unit optical systems 20-1 to 20-n are arranged in a fan shape while considering only the horizontal direction which is more important in stereoscopic image observation than the vertical direction. Projection unit optical systems 20-1 to 20-n
Becomes 200. Of course, if the viewpoint tracking method shown in FIG. 8 described later is introduced, this number can be reduced to several to several tens. Thereby, the projection unit optical systems 20-1 to 20-1
20-n can be reduced. in this way,
The viewing area 44 in the horizontal direction is determined by the number of the projection unit optical systems 20-1 to 20-n (= the number of parallaxes) and the parallax image interval d.

【0033】(3) FAPO方式の効果等((a)〜
(e)) (a) 1つの眼41L,41Rの中に複数の視差画像
が入る超多眼条件を満たすため、画像表示面と異なる立
体像(即ち、表示像11A)面に眼41L,41Rの調
節が誘導され、観察者40は立体像を観察できる。さら
に、両眼41L,41Rそれぞれに複数の視差画像が入
射する超多眼条件を満たすので、自然な立体像を観察で
きる。
(3) Effects of FAPO method ((a)-
(E)) (a) In order to satisfy the super multi-view condition in which a plurality of parallax images are included in one eye 41L, 41R, the eyes 41L, 41R are placed on a three-dimensional image (that is, display image 11A) surface different from the image display surface. Is adjusted, and the observer 40 can observe a stereoscopic image. Further, since a super multi-view condition in which a plurality of parallax images are incident on both eyes 41L and 41R is satisfied, a natural stereoscopic image can be observed.

【0034】(b) 複数の投影ユニット光学系20−
1〜20−nを扇形状に配列したので、観察方向と垂直
な水平方向について、所定の視域44内において観察者
40が動いても、少ない数の投影ユニット光学系20−
1〜20−nによって立体像を観察できる。 (c) 観察者40が観察方向と垂直な垂直方向に動い
た場合、立体像を観察できなくなるが、凹面鏡31に垂
直視域拡大用の拡散板(例えば、レンチキュラレンズ
等)を付加すれば、観察者40が垂直方向に動いても立
体像を観察できる。
(B) A plurality of projection unit optical systems 20-
Since 1 to 20-n are arranged in a fan shape, even if the observer 40 moves within the predetermined viewing zone 44 in the horizontal direction perpendicular to the observation direction, a small number of the projection unit optical systems 20-n
A stereoscopic image can be observed by 1 to 20-n. (C) When the observer 40 moves in a vertical direction perpendicular to the observation direction, a stereoscopic image cannot be observed. However, if a diffusing plate (for example, a lenticular lens or the like) for expanding the vertical viewing zone is added to the concave mirror 31, Even if the observer 40 moves in the vertical direction, a stereoscopic image can be observed.

【0035】(d) 凹面鏡31として、収差を小さく
する特殊非球面凹面鏡(例えば、放物面鏡等)を使用す
れば、より実物体の観察に近い自然な立体像を観察でき
る。 (e) 特殊なスクリーンの働きをする光学部品として
凹面鏡31を使用したが、これに代えて、平板状のフレ
ネルミラーを使用してもよい。このようなフレネルミラ
ーは、凹面鏡31と同様の結像作用を有するので、観察
者40は立体像の観察が可能になる。
(D) If a special aspherical concave mirror (for example, a parabolic mirror) for reducing aberration is used as the concave mirror 31, a natural stereoscopic image closer to the observation of a real object can be observed. (E) Although the concave mirror 31 is used as an optical component that functions as a special screen, a flat Fresnel mirror may be used instead. Such a Fresnel mirror has the same image forming function as the concave mirror 31, so that the observer 40 can observe a stereoscopic image.

【0036】(第2の実施形態)図7に示すように、凹
面鏡31の中心を回転中心として球面43上に多数の投
影ユニット光学系20−1〜20−nを配列すれば、視
域44の範囲を拡大できる。このため、複数の観察者4
0が同時に観察あるいは1人の観察者40が大きく動い
ても(観察方向と垂直な水平方向及び垂直方向と、観察
方向に対して前後方向に動いても)、その視域44内に
おいて立体像を正確に見ることができる。但し、本実施
形態では、投影ユニット光学系20−1〜20−nの数
が多くなる。
(Second Embodiment) As shown in FIG. 7, if a large number of projection unit optical systems 20-1 to 20-n are arranged on a spherical surface 43 with the center of the concave mirror 31 as the center of rotation, the visual field 44 Range can be expanded. Therefore, a plurality of observers 4
Even if 0 is observed at the same time or one observer 40 moves greatly (in the horizontal and vertical directions perpendicular to the observation direction, and also moves in the front-back direction with respect to the observation direction), the stereoscopic image in the viewing zone 44 is obtained. Can be seen exactly. However, in the present embodiment, the number of the projection unit optical systems 20-1 to 20-n increases.

【0037】(第3の実施形態)図8は、本発明の第3
の実施形態を示すFAPO方式の視点追従型立体映像表
示装置の構成図である。例えば、観察者40が1人の場
合、ビデオカメラ、赤外線センサ、磁気センサ、超音波
センサ等の検出手段45により、観察者40の眼41
L,41Rの動きを検出し、この検出結果に基づきモー
タ等の駆動手段46により、その眼41L,41Rの動
きに追従して凹面鏡31の中心である投影中心を回転中
心として、凹面鏡31のみを回転、凹面鏡31とハーフ
ミラー32を回転、投影ユニット光学系20−1〜20
−nのみを回転、あるいは立体映像表示装置全体を回転
させる。又は、眼41L,41Rの動きに追従して、ハ
ーフミラー32の中心を回転中心として該ハーフミラー
32を回転させる。このような構成にすれば、前述した
ように投影ユニット光学系20−1〜20−nの数を少
なくして視域44を拡大できる。
(Third Embodiment) FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a configuration diagram of a viewpoint-following stereoscopic video display device of the FAPO method showing the embodiment. For example, when the number of the observer 40 is one, the detection unit 45 such as a video camera, an infrared sensor, a magnetic sensor, or an ultrasonic sensor detects the eye 41 of the observer 40.
The movement of the L and 41R is detected, and based on the detection result, the driving means 46 such as a motor follows the movement of the eyes 41L and 41R and sets only the concave mirror 31 around the projection center which is the center of the concave mirror 31 as the rotation center. Rotation, rotation of concave mirror 31 and half mirror 32, projection unit optical systems 20-1 to 20-20
Rotate only −n or rotate the entire stereoscopic video display device. Alternatively, following the movement of the eyes 41L and 41R, the half mirror 32 is rotated about the center of the half mirror 32 as a rotation center. With such a configuration, the viewing zone 44 can be expanded by reducing the number of the projection unit optical systems 20-1 to 20-n as described above.

【0038】(第4の実施形態)図9は、本発明の第4
の実施形態を示す立体映像表示装置の構成図である。凹
面鏡31の光軸に対し、投影ユニット光学系20−1,
…をずらして投影することにより、観察者40の観察位
置を投影位置からずらすことができ、これによってハー
フミラー32を省略することも可能である。ハーフミラ
ー32を省略することにより、立体映像表示装置の構成
を簡単にできる。
(Fourth Embodiment) FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
1 is a configuration diagram of a stereoscopic image display device according to an embodiment. With respect to the optical axis of the concave mirror 31, the projection unit optical system 20-1,
Are shifted, and the observation position of the observer 40 can be shifted from the projection position, whereby the half mirror 32 can be omitted. By omitting the half mirror 32, the configuration of the stereoscopic video display device can be simplified.

【0039】(第5の実施形態)図10は、本発明の第
5の実施形態を示すフレネルレンズを用いた立体映像表
示装置の構成図である。特殊なスクリーンの働きをする
光学部品として、図9の凹面鏡31に代えて、平板状の
フレネルレンズ47を使用してもよい。この場合、観察
者40はフレネルレンズ47の裏側に位置する。フレネ
ルレンズ47は、凸レンズと同様の結像作用を有し、観
察者40は立体像の観察が可能になる。
(Fifth Embodiment) FIG. 10 is a configuration diagram of a stereoscopic video display apparatus using a Fresnel lens according to a fifth embodiment of the present invention. A flat Fresnel lens 47 may be used instead of the concave mirror 31 of FIG. 9 as an optical component that functions as a special screen. In this case, the observer 40 is located behind the Fresnel lens 47. The Fresnel lens 47 has the same imaging function as the convex lens, and allows the observer 40 to observe a stereoscopic image.

【0040】(第6の実施形態)図11(a)、(b)
は本発明の第6の実施形態を示すホログラム光学素子を
用いた立体映像表示装置の構成図であり、同図(a)は
平面図、及び同図(b)は側面図である。特殊なスクリ
ーンの働きをする光学部品として、図9の凹面鏡31に
代えて、平板状のホログラム光学素子48を使用しても
よい。ホログラム光学素子48を用いることにより、裏
側に位置する観察者40は立体像の観察が可能になる。
(Sixth Embodiment) FIGS. 11A and 11B
FIGS. 7A and 7B are configuration diagrams of a stereoscopic image display device using a hologram optical element according to a sixth embodiment of the present invention, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a side view. As an optical component that functions as a special screen, a flat hologram optical element 48 may be used instead of the concave mirror 31 in FIG. By using the hologram optical element 48, the observer 40 located on the back side can observe a stereoscopic image.

【0041】(変形例)なお、本発明は上記実施形態に
限定されず、種々の変形が可能である。この変形例とし
ては、例えば、次の(a)〜(d)のようなものがあ
る。 (a) 特殊なスクリーンの働きをする光学部品とし
て、凹面鏡31、フレネルミラー、フレネルレンズ4
7、あるいはホログラム光学素子48以外のものを用い
てもよい。 (b) 光路変更部品として、ハーフミラー32以外
に、プリズムや他の光路変更素子等を用いたり、あるい
はこれらを図10や図11の装置に設けてもよい。
(Modifications) The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, there are the following modifications (a) to (d). (A) Concave mirror 31, Fresnel mirror, Fresnel lens 4
7, or other than the hologram optical element 48 may be used. (B) As an optical path changing component, other than the half mirror 32, a prism, another optical path changing element, or the like may be used, or these may be provided in the apparatus shown in FIGS.

【0042】(c) 投影ユニット光学系20−1〜2
0−nは、例えば、SLMをLCD23以外のもので構
成する等、図示以外のもので構成してもよい。また、他
の光学素子を付加することも可能である。例えば、視差
画像間隔dを狭めるために、投影ユニット光学系20−
1〜20−nに、コンバイナ等を設けてもよい。 (d) 図8の検出手段45及び駆動手段46は、図9
〜図11の装置に適用してもよい。
(C) Projection unit optical systems 20-1 and 20-2
0-n may be configured by something other than the illustration, for example, by configuring the SLM with something other than the LCD 23. Further, other optical elements can be added. For example, the projection unit optical system 20-
A combiner or the like may be provided for 1 to 20-n. (D) The detecting means 45 and the driving means 46 in FIG.
11 to 11 may be applied.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、投影ユニット光学系によって原画像を光学部
品に投影し、この光学部品により、小さい光源の像を視
域内に位置する観察者の眼の瞳孔中に光スポットとして
複数結像させる構成にしたので、超多眼条件が満たさ
れ、画像表示面と異なる立体像の面に眼の調節が誘導さ
れ、観察者は立体像を観察できる。さらに、両眼それぞ
れに複数の視差画像が入射する超多眼条件を満たすよう
にすれば、自然な立体像を観察できる。
As described in detail above, according to the first aspect, the original image is projected onto the optical component by the projection unit optical system, and the image of the small light source is located in the visual field by the optical component. Since a plurality of images are formed as light spots in the pupil of the observer's eye, the super multi-view condition is satisfied, and the eye is guided to a stereoscopic image plane different from the image display surface, and the observer can view the stereoscopic image. Can be observed. Furthermore, if a super multi-view condition in which a plurality of parallax images enter both eyes is satisfied, a natural stereoscopic image can be observed.

【0044】第2の発明によれば、光路変更部品を設け
たので、観察位置の設定変更が容易になる。第3の発明
によれば、複数の投影ユニット光学系を扇形に配列した
場合、観察方向(光が進む方向)と垂直な面内におい
て、所定の視域内で観察者が動いても、少ない数の投影
ユニット光学系によって立体像を観察できる。また、複
数の投影ユニット光学系を球面上に配列した場合、所定
の視域内において観察者がどのような方向に動いても、
立体像を観察できる。
According to the second aspect, since the optical path changing component is provided, the setting of the observation position can be easily changed. According to the third aspect, when a plurality of projection unit optical systems are arranged in a fan shape, a small number of the moving units may move within a predetermined viewing zone in a plane perpendicular to the observation direction (the direction in which light travels). A stereoscopic image can be observed by the projection unit optical system. Further, when a plurality of projection unit optical systems are arranged on a spherical surface, no matter what direction the observer moves in a predetermined viewing zone,
A stereoscopic image can be observed.

【0045】第4〜第6の発明によれば、観察者の眼の
動きに追従して光学部品等を回転させるようにしたの
で、少ない数の投影ユニット光学系によって立体像の観
察可能な視域の範囲を拡大できる。第7の発明によれ
ば、凹面鏡、フレネルミラー、フレネルレンズ又はホロ
グラム光学素子のいずれか1つで光学部品を構成したの
で、比較的簡単にこの光学部品を構成できる。第8の発
明によれば、光路変更部品をハーフミラーで構成したの
で、簡単な構造で観察位置の設定変更が可能になる。
According to the fourth to sixth aspects of the present invention, the optical parts and the like are rotated following the movement of the observer's eye, so that a small number of projection unit optical systems can view a stereoscopic image. The range of the area can be expanded. According to the seventh aspect, since the optical component is configured by any one of the concave mirror, the Fresnel mirror, the Fresnel lens, and the hologram optical element, the optical component can be configured relatively easily. According to the eighth aspect, since the optical path changing component is constituted by the half mirror, the setting of the observation position can be changed with a simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を示す立体映像表示装
置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a stereoscopic video display device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】超多眼条件を満たす立体表示の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of stereoscopic display satisfying a super multi-view condition.

【図3】図2のピント調節を示す右眼部分の拡大図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged view of a right eye portion showing a focus adjustment of FIG. 2;

【図4】本発明の第1の実施形態を示すFAPO方式の
基本原理図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a basic principle of a FAPO method according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図4の投影ユニット光学系を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a projection unit optical system of FIG. 4;

【図6】図1の2つの投影ユニット光学系の配置図であ
る。
FIG. 6 is a layout diagram of the two projection unit optical systems of FIG. 1;

【図7】図6の視域の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a viewing zone in FIG. 6;

【図8】本発明の第3の実施形態を示すFAPO方式の
視点追従型立体映像表示装置の構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a viewpoint-following three-dimensional image display device of the FAPO system showing a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施形態を示す立体映像表示装
置の構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a stereoscopic image display device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第5の実施形態を示すフレネルレン
ズを用いた立体映像表示装置の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a stereoscopic video display device using a Fresnel lens according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第6の実施形態を示すホログラム光
学素子を用いた立体映像表示装置の構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a stereoscopic image display device using a hologram optical element according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1L,41L 左眼 1R,41R 右眼 1a,41a 瞳孔 1b,41b 網膜 2 仮想窓 3 スクリーン 4 3次元空間上の物点 5−1,5−2 視差画像 10−1〜10−n ビデオカメラ 11 被写体 11A 表示像 20−1〜20−n 投影ユニット光学系 21 光源 21A 光源像 22 コンデンサレンズ 23 LCD 24 投影レンズ 31 凹面鏡 32 ハーフミラー 40 観察者 42 観察面 43 球面 44 視域 45 検出手段 46 駆動手段 47 フレネルレンズ 48 ホログラム光学素子 d 視差画像間隔 E 瞳孔径 r 観察距離 R 投影ユニット光学系距離 S 表示像サイズ 1L, 41L Left eye 1R, 41R Right eye 1a, 41a Pupil 1b, 41b Retina 2 Virtual window 3 Screen 4 Object point in three-dimensional space 5-1, 5-2 Parallax image 10-1 to 10-n Video camera 11 Subject 11A Display image 20-1 to 20-n Projection unit optical system 21 Light source 21A Light source image 22 Condenser lens 23 LCD 24 Projection lens 31 Concave mirror 32 Half mirror 40 Observer 42 Observation surface 43 Spherical surface 44 Viewing area 45 Detecting means 46 Driving means 47 Fresnel lens 48 Hologram optical element d Parallax image interval E Pupil diameter r Observation distance R Projection unit optical system distance S Display image size

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 特殊なスクリ−ンの働きをする光学部品
と、 それぞれの光軸が前記光学部品の中心を通るように小さ
い角度間隔で配列され、該光学部品面に像を重ねて投影
する複数の投影ユニット光学系とを備え、 前記各投影ユニット光学系は、 被写体を前記角度間隔で撮像した視差画像を原画像とし
て表示する空間光変調器と、 前記空間光変調器で表示された原画像を照明する、発光
する部分が小さい光源と、 前記小さい光源の像を所定の位置に集光させるコンデン
サレンズと、 前記所定の位置又はこの近傍に配置され、前記照明され
た原画像を前記光学部品面に結像する投影レンズとを有
し、 前記光学部品は、前記小さい光源の像の配列を、該光学
部品の近傍を見る観察者の眼の位置の近傍に、該眼の瞳
孔径よりも小さい間隔で結像させる構成にしたことを特
徴とする立体映像表示装置。
An optical component acting as a special screen, and respective optical axes are arranged at a small angular interval so as to pass through the center of the optical component, and an image is projected onto the optical component surface in a superimposed manner. A plurality of projection unit optical systems, wherein each of the projection unit optical systems includes: a spatial light modulator that displays a parallax image obtained by capturing an object at the angular interval as an original image; and an original light that is displayed by the spatial light modulator. A light source that illuminates the image and emits light at a small portion; a condenser lens that condenses the image of the small light source at a predetermined position; and a light source configured to dispose the illuminated original image at or near the predetermined position. A projection lens that forms an image on a component surface, wherein the optical component arranges the image of the image of the small light source in the vicinity of the position of the observer's eye looking in the vicinity of the optical component, and the pupil diameter of the eye. Image at small intervals Stereoscopic image display device being characterized in that a configuration in which.
【請求項2】 請求項1記載の立体映像表示装置におい
て、前記光学部品と前記観察者の眼の位置との間に、光
路を変更する光路変更部品を設けたことを特徴とする立
体映像表示装置。
2. The stereoscopic video display according to claim 1, further comprising an optical path changing component for changing an optical path between the optical component and a position of an eye of the observer. apparatus.
【請求項3】 前記複数の投影ユニット光学系は、前記
光学部品の中心を回転中心として前記小さい角度間隔
で、扇形に配列又は球面上に配列したことを特徴とする
請求項1又は2記載の立体映像表示装置。
3. The projection unit optical system according to claim 1, wherein the plurality of projection unit optical systems are arranged in a fan shape or on a spherical surface at the small angular interval with the center of the optical component as a center of rotation. 3D image display device.
【請求項4】 前記光学部品又は前記複数の投影ユニッ
ト光学系は、前記観察者の眼の動きを検出し、この検出
結果に基づき該眼の動きに追従して、該光学部品の中心
を回転中心として回転させる構成にしたことを特徴とす
る請求項1〜3のいずれか1項に記載の立体映像表示装
置。
4. The optical component or the plurality of projection unit optical systems detects the movement of the eye of the observer and follows the movement of the eye based on the detection result to rotate the center of the optical component. The three-dimensional image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the three-dimensional image display device is configured to rotate as a center.
【請求項5】 前記光路変更部品は、前記観察者の眼の
動きを検出し、この検出結果に基づき該眼の動きに追従
して、該光路変更部品の中心を回転中心として回転させ
る構成にしたことを特徴とする請求項2又は3記載の立
体映像表示装置。
5. A configuration in which the optical path changing component detects movement of the eye of the observer and follows the movement of the eye based on the detection result, and rotates around the center of the optical path changing component as a rotation center. The three-dimensional image display device according to claim 2 or 3, wherein:
【請求項6】 前記光学部品及び前記光路変更部品の
み、あるいはこれらと前記複数の投影ユニット光学系と
は、前記観察者の眼の動きを検出し、この検出結果に基
づき該眼の動きに追従して、該光学部品の中心を回転中
心として回転させる構成にしたことを特徴とする請求項
2又は3記載の立体映像表示装置。
6. The optical component and the optical path changing component alone, or these and the plurality of projection unit optical systems detect the movement of the eye of the observer and follow the movement of the eye based on the detection result. 4. The stereoscopic image display device according to claim 2, wherein the optical component is configured to rotate around the center of the optical component.
【請求項7】 前記光学部品は、凹面鏡、フレネルミラ
ー、フレネルレンズ又はホログラム光学素子のいずれか
1つで構成したことを特徴とする請求項1〜6のいずれ
か1項に記載の立体映像表示装置。
7. The stereoscopic image display according to claim 1, wherein the optical component is configured by any one of a concave mirror, a Fresnel mirror, a Fresnel lens, and a hologram optical element. apparatus.
【請求項8】 前記光路変更部品は、ハーフミラーで構
成したことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に
記載の立体映像表示装置。
8. The three-dimensional image display device according to claim 2, wherein the optical path changing component is constituted by a half mirror.
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