【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の視点からの観察が可能であり、立体像の再生位置と目の焦点調節位置のずれが少ない超多眼立体表示装置、及び超多眼立体表示装置用の立体画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体画像表示装置として従来から様々な方式の表示装置が考案されている。一般的に実用化されているものでは、両眼視差を用いて観察者に立体視を行わせる、いわゆる２眼式立体表示（偏光メガネ方式、パララックスバリア方式など）がある。この方式では、観察者の両眼視差による立体像の位置感覚と、目の焦点調節による表示位置感覚の間にずれが生じるため、観察者に違和感を与えることが多い。また、２眼式立体表示では観察位置が限定されるため、観察者の観察位置の移動に追従して立体像が変化しないなどの問題がある。こうした問題に対し、より自然な立体表示を実現するための方法が考案されている。例えば、特開平８−２５６３５９号の立体カメラ、立体ディスプレイ、及び、立体映像システムのように、空間上のある集光点に限られた立体角で集光するよう光学的に構成された光源を同一の集光点に異なる方向から集光するように複数個配置し、前記集光点または前記集光点の像をポリゴン鏡やガルバノ鏡やＡＯ結晶等の光走査機器を用いて高速に縦横に走査する機構と電子的な立体映像情報に基づいて前記光源の光量を変調する変調機構を具備する立体ディスプレイが考案されている。また、特許第３２５５０９３号の３次元像再生装置のように、単一指向性の光線を放射する光源部を複数配列した光源列からの光線を独立に任意の方向に出射制御し、光線の集合が３次元空間内の所定の点を一定単位時間内に通過するように光源部の発光状態を制御して所定の点の３次元像の再生を行い、観察位置に入射する最も近接する２つの光線の間隔を観察者の瞳孔径以下とすることで立体表示を行う装置が考案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような、視点移動に対して表示画像が追従して変化し、両眼視差による立体像の位置感覚と、目の焦点調節による表示位置感覚のずれのない立体画像表示装置、及び立体画像表示装置において表示する立体画像を撮像する立体画像撮像装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の立体画像表示装置は、２つの直交する回転軸を有するミラーを２次元的に多数配列したミラーアレイと、各ミラーをそれぞれの第１の回転軸を中心に回転振動させる第１の駆動手段と、それぞれの第２の回転軸を中心に回転振動させる第２の駆動手段と、各ミラーに変調可能な平行光線を入射する光線生成手段を有し、ミラーの第１及び第２の回転軸における回転角に応じて、入射する平行光線の光量の変調を行う光量変調手段を有することを特徴とする。
【０００５】
また本発明の立体表示装置の別の形態においては、２つの直交する回転軸を有するミラーを２次元的に多数配列したミラーアレイと、各ミラーをそれぞれの第１の回転軸を中心に回転振動させる第１の駆動手段と、それぞれの第２の回転軸を中心に回転振動させる第２の駆動手段と、変調可能な光源と、光源からの光を平行光化し、それぞれのミラーに入射する光学系と、ミラーの第１及び第２の回転軸における回転角に応じて、入射する平行光線の光量の変調を行う光量変調手段を有することを特徴とする。
【０００６】
また本発明の立体表示装置では、第１の駆動手段による回転振動数ｆｖと、第２の駆動手段による回転振動数ｆｈと、光量変調手段の最大変調周波数ｆｌが、ｆｌ≧ｆｈかつｆｌ≧ｆｖであることを特徴とする。
【０００７】
また本発明の立体表示装置において、ミラーアレイより観察者側に、拡大光学系を配置することを特徴とする。
【０００８】
また本発明の立体表示装置において、各ミラーの位置間隔が２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明の立体表示装置において、ミラーアレイより観察者側に、拡大光学系を配置した場合、各ミラーの拡大光学系による虚像の位置間隔が２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の立体表示装置では、２つの直交する回転軸を持つミラーは、１つの回転軸を有する支持筐体と、支持筐体の回転軸に直交した回転軸において支持筐体に結合し支持されることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の立体表示装置では、支持筐体はミラーを１次元的に複数支持するものであることを特徴とする。
【００１２】
また本発明の立体表示装置の光線生成手段は、複数の半導体レーザ、もしくは複数の発光ダイオードであることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の立体表示装置において、光源、及び光源からの光を平行光化し、それぞれのミラーに入射する光学系は、複数の発光ダイオード、及び複数のマイクロレンズであり、複数の発光ダイオードは、複数のマイクロレンズの、各レンズの焦点面上に配置する、ことを特徴とする。
【００１４】
また本発明の立体表示装置において、回転軸を中心に回転させる駆動手段の少なくともひとつは、磁性体とその近傍のコイルからなり、磁性体を各ミラーが有し、コイルに電気信号を与えることにより発生する磁界により、ミラーを揺動させる手段であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明の立体表示装置において、ミラーが支持筐体と結合する結合部は、支持筐体に対して揺動可能に支持する弾性支持部であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の立体画像撮像装置は、２つの直交する回転軸を有するミラーを２次元的に多数配列したミラーアレイと、各ミラーをそれぞれの第１の回転軸を中心に回転振動させる第１の駆動手段と、それぞれの第２の回転軸を中心に回転振動させる第２の駆動手段と、各ミラーにより反射される撮像物体からの光を結像する光学系と、光学系の焦点位置における光の強度を電気信号に変換する光電変換素子と、ミラーの第１及び第２の回転軸における回転角と対応して、電気信号を記録する強度記録手段を有することを特徴とする。
【００１７】
また本発明の立体画像撮像装置では、第１の駆動手段による回転振動数ｆｖと、第２の駆動手段による回転振動数ｆｈと、強度記録手段の最大サンプリング周波数ｆｌが、ｆｌ≧ｆｈかつｆｌ≧ｆｖであることを特徴とする。
【００１８】
また本発明の立体画像撮像装置において、ミラーアレイより撮像物体側に、結像光学系を配置することを特徴とする。
【００１９】
また本発明の立体画像撮像装置において、各ミラーの位置間隔が２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明の立体画像撮像装置において、ミラーアレイより観察者側に、結像光学系を配置した場合、各ミラーの結像光学系による虚像の位置間隔が２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の立体画像撮像装置では、２つの直交する回転軸を持つミラーは、１つの回転軸を有する支持筐体と、支持筐体の回転軸に直交した回転軸において支持筐体に結合し支持されることを特徴とする。
【００２２】
また本発明の立体画像撮像装置では、支持筐体は、ミラーを１次元的に複数支持するものであることを特徴とする。
【００２３】
また本発明の立体画像撮像装置において、光電変換素子は、複数のＣＣＤセンサ、もしくは複数のＣＭＯＳセンサであることを特徴とする。
【００２４】
また本発明の立体画像撮像装置において、回転軸を中心に回転させる駆動手段の少なくともひとつは、磁性体とその近傍のコイルからなり、磁性体を各ミラーが有し、コイルに電気信号を与えることにより発生する磁界により、ミラーを揺動させる手段であることを特徴とする。
【００２５】
また本発明の立体画像撮像装置では、ミラーが支持筐体と結合する結合部は、支持筐体に対して揺動可能に支持する弾性支持部であることを特徴とする。
【００２６】
また本発明の立体画像撮像装置では、光強度記録手段により記録された、回転軸における回転角と対応した光強度を、再生時に回転角の符号を反転することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の、第１の実施の形態として、立体画像表示装置の好適な構成のひとつを示す。
【００２８】
図１は本実施の形態の立体画像表示装置の構成の概略を示す図である。図１の半導体レーザアレイ１は、複数の半導体レーザを２次元的に配列したものである。図１の光量変調手段２は、半導体レーザアレイの各半導体レーザの出力を変調するものであり、各半導体レーザの出力を独立に変調する。図１の光線偏向手段３は、直交する２つの回転軸を有する複数のミラーを２次元的に配列したミラーアレイ、及び各ミラーを２つの回転軸それぞれを中心に回転振動させる駆動手段からなる。図１中の実線矢印は、半導体レーザから射出された光線であり、光線偏向手段３により空間的に光線の射出方向が制御される概略を示している。
【００２９】
図２に半導体レーザアレイとミラーアレイの配置関係を示す。図２のＲＧＢ半導体レーザ１・１は、ミラー３・１に１対１で対応しており、ＲＧＢ半導体レーザ１・１からの光線は各対応するミラー３・１の中心に入射するように配置する。図２ではＲＧＢの半導体レーザを用いているが、単色の立体画像表示の場合は、１つのミラーにつき１つの半導体レーザを用い、カラーの立体画像表示の場合は、図２に示すように１つのミラーにつき赤、緑、青の３つの半導体レーザを用いればよい。図２の第１の回転軸４及び第２の回転軸５は、それぞれのミラーの２つの直交する回転軸を示している。各ミラーは第１の回転軸４、及び第２の回転軸５を中心に回転振動し、ＲＧＢ半導体レーザから射出された光線を空間的に多方向に射出制御する。図中１点鎖線矢印で示したものは、ＲＧＢ半導体レーザから射出された光線がミラーにより反射されて観察者側に射出される様子を示したものである。ミラーが２つの直交する回転軸を中心に回転振動することで光線の反射方向が変化し、それによって空間的に多方向に射出制御することが可能となる。この時ミラーの回転角に対応して光量変調手段２により半導体レーザの出力を制御することで、任意の方向に任意の強度の光線を射出制御することができる。
【００３０】
本実施の形態におけるミラーアレイの構成を図３に示す。図３において、３・１、４、及び５は、図２と同様で、それぞれミラー、第１の回転軸、第２の回転軸である。図３の支持筐体３・２は、弾性支持部３・３を介してミラー３・１を１次元的に多数支持するものである。支持筐体３・２を第１の回転軸４を中心として回転振動させることで、各ミラーを第１の回転軸４を中心に回転振動させることが可能になる。弾性支持部３・３は第２の回転軸５上で、支持筐体３・２とミラー３・１を結合する支持部であって、ミラー３・１が第２の回転軸５を中心とした回転振動を行う軸となる。本実施例においては、弾性支持部３・３は、第２の回転軸を中心としたねじりばねであり、ミラー３・１が第２の回転軸を中心とした共振振動をするような構成になっている。上述のミラー３・１、支持筐体３・２、及び弾性支持部３・３は、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術によって一体的に形成することが可能である。
【００３１】
図４に、図３に示した１次元ミラーアレイを用いて構成する光線偏向手段の構成を示す。図４の１次元ミラーアレイ３・４を図４に示すように配列することで、２次元のミラーアレイを構成する。１次元ミラーアレイ３・４の両端に配置された第１の駆動手段３・５は、１次元ミラーアレイ３・４を、図３で示した第１の回転軸４を中心に回転振動させるための手段である。本実施例では、第１の駆動手段３・５としてステッピングモータを用い、ミラーアレイを第１の回転軸を中心とした往復振動させる。振動周波数は３０Ｈｚから６０Ｈｚ程度にすることで観察者がフリッカを感じない画像表示が可能となる。図中では、各１次元ミラーアレイ３・４に第１の駆動手段３・５を配置しているが、いくつかの１次元ミラーアレイをひとつの駆動手段で同時に回転振動させるようにしても構わない。第１の駆動手段３・５による１次元ミラーアレイの最大振れ角は、最大振れ角が大きいほど観察者の観察可能な位置の範囲が大きくなる。そのため少なくとも１５°程度以上の最大振れ角にすることが好ましい。
【００３２】
次にミラーを第２の回転軸を中心として回転振動させる第２の駆動手段ついて、図５を用いて説明する。図５において、ミラー３・１、支持筐体３・２、弾性支持部３・３、第１の回転軸４、及び第２の回転軸５は、図３で示したものと同様である。コイル３・６は、支持筐体３・２上に図示したように配置する。また磁性体３・７はミラーの裏面（反射面の裏面）に配置する。磁性体３・７の模様の違いは異なる磁極であることを表している。このような構成において、コイル３・６に接続された電流源（不図示）から、コイル３・６に電流を流すことで、ミラー３・１の法線方向に磁界が発生し、その磁界により磁性体３・７が磁力を受けて、その結果ミラー３・１を第２の回転軸を中心とした回転振動をさせることができる。この時、電流源から流す電流の方向、電流量を制御することで、ミラー３・１の振動を制御する。第２の駆動手段によるミラー３・１の第２の回転軸を中心とした回転振動も、第１の駆動手段によるミラー３・１の第１の回転軸を中心とした回転振動と同様で、第２の回転軸を中心とした往復振動をさせるが、第２の駆動手段による振動の周波数は、第１の駆動手段による振動の周波数より非常に大きくする必要がある。そのようにすることにより光線の射出方向に斑がないように射出制御することが可能になる。第２の駆動手段による振動の周期は１０ｋＨｚ以上にすることが好ましい。また、ミラー３・１と弾性支持部３・３によって決まる、ミラー３・１の共振周波数と駆動手段による振動の周波数を合わせることにより、小さいトルクでミラーを回転振動させることができるため、ミラーの共振周波数を所望の周波数になるように設計することが望ましい。また最大振れ角に関しては、第１の回転軸を中心とした往復振動と同様に、最大振れ角が大きいほど観察者の観察可能な位置の範囲が大きくなる。そこで少なくとも１５°程度以上の最大振れ角にすることが好ましい。
【００３３】
上記のような構成の光線偏向手段を用い、第１の回転軸を中心とした往復振動の振れ角と、第２の回転軸を中心とした往復振動の振れ角に応じて、各ミラーに入射する光線の強度を変調することで、任意の方向に任意の強度の光線を射出制御することが可能になる。立体画像表示においては、図６のように、表示する立体像の表面位置の各点６において収束点を持つように光線を射出制御する。光線変更手段より観察者と反対側に立体像を表示する為には、光線の観察者と反対側への延長線が立体像の表面位置の各点６において収束するように光線を射出制御すればよい。このようにすることにより、視点移動に対して表示画像が追従して変化し、両眼視差による立体像の位置感覚と、目の焦点調節による表示位置感覚のずれのない立体画像表示が可能になる。このような光線の射出制御を行う為には、光量変調手段２によって変調可能な最大周波数は、少なくとも第１の駆動手段、及び第２の駆動手段によるミラーの往復振動の周波数より大きくする必要がある。また、図７のように光線偏向手段より観察者側に拡大光学系７を設置することにより、装置の小型化や、立体画像の解像度の調整などを行うようにしても構わない。ちなみに図６、及び図７の半導体レーザアレイ１、光量変調手段２、及び光線偏向手段３は、図１において示したものと同様のものである。
【００３４】
以上、第１の実施の形態は、光源として複数の半導体レーザを用い、複数のミラーにより構成される光線偏向手段により光線を偏向し、光線の射出方向によって半導体レーザの出力を制御することで立体画像表示を行う立体画像表示装置の例として説明した。
【００３５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態の変形として、光源に点光源を用いる立体画像表示装置を示す。
【００３６】
図８は、本発明の第２の実施の形態の、立体画像表示装置の構成の概略を示す図である。図８の光線偏向手段３は、実施例１で述べたものと同様のものである。発光ダイオードアレイ８、及びマイクロレンズアレイ９は、実施例１で述べた半導体レーザアレイ１に相当するものであり、それぞれ複数の発光ダイオードを２次的に配列したもの、マイクロレンズを２次元的に配列したものである。光量変調手段２は、基本的に実施例１の光量変調手段と同様のものであり、実施例１では半導体レーザの出力を制御したが、本実施例では発光ダイオードアレイ８の各発光ダイオードの出力を制御するという部分が異なるだけである。
【００３７】
以下、第２の実施の形態における第１の実施の形態の変形部分である発光ダイオードアレイ、及びマイクロレンズアレイの構成について説明する。その他の部分に関しては、実施例１とほぼ同様であるので、説明を割愛する。発光ダイオードは、実施例１の半導体レーザと同様に、単色表示の場合は各ミラーにつき１つでよいが、カラー表示の場合には赤、緑、青の３色の発光ダイオードを各ミラーにつき１つずつ用いればよい。マイクロレンズは、ミラーにつき１つずつ配置し、２次元的なアレイを構成する。発光ダイオードは各マイクロレンズの焦点面位置に配置し、発光ダイオードからの光がマイクロレンズを介して平行光化される。この平行光化された光線が各ミラーの中心位置に入射するように、マイクロレンズ、及び発光ダイオードを配置する。上記のような構成にすることで、第１の実施の形態で述べたのと同様の立体表示が可能となる。
【００３８】
以上、第２の実施の形態は、第１の実施の形態の半導体レーザを発光ダイオード、及びマイクロレンズに置き換え、光源として点光源を用いた立体表示装置の例として説明した。
【００３９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、上記第１、第２の実施の形態における立体画像表示装置で表示するための立体画像撮像装置を示す。
【００４０】
図９は、本実施の形態の立体画像撮像装置の構成の概略を示す図である。図９の光線偏向手段３、及びマイクロレンズアレイ９は、実施例１、及び実施例２で示したものと同様のものである。ＣＣＤ１０は、実施例２における発光ダイオードと同じ位置に配置する。本実施例ではＣＣＤを用いているが、ＣＭＯＳセンサ等でも構わない。光強度記録手段１１は、各ＣＣＤからの電気信号を、光線偏向手段３のミラーの偏向方向角とともに記録する。結像光学系１２は、撮影物体１３からの光を屈折させる。撮影物体１３の表面から発散する光が、光線偏向手段３により偏向され、マイクロレンズアレイ９入射し、マイクロレンズによりＣＣＤに結像されるという構成になっている。このような構成にすることにより、光強度記録手段１１に、実施例１、及び実施例２で示した立体画像表示装置において再生する立体像の光線分布を記録することができる。再生においては、記録したＣＣＤからの電気信号とミラーの偏向方向角において、偏向方向角の符号を逆にして、前記記録した電気信号の強度と比例した強度で光量変調を行えばよい。
【００４１】
以上、第３の実施の形態は、上記第１、第２の実施の形態における立体画像表示装置で表示するための立体画像撮像装置として説明した。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、視点移動に対して表示画像が追従して変化し、両眼視差による立体像の位置感覚と、目の焦点調節による表示位置感覚のずれのない立体画像表示装置、及び立体画像表示装置において表示する立体画像を撮像する立体画像撮像装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の立体画像表示装置の構成の概略を示す図。
【図２】半導体レーザアレイとミラーアレイの配置関係を示す図。
【図３】ミラーアレイの構成を示す図。
【図４】光線偏向手段の構成を示す図。
【図５】第２の駆動手段の概略を示す図。
【図６】立体画像表示の概略を示す図。
【図７】立体画像表示装置に拡大光学系を用いた場合の図。
【図８】実施例２の立体画像表示装置の構成の概略を示す図
【図９】実施例３の立体画像撮像装置の構成の概略を示す図。
【符号の説明】
１ 半導体レーザアレイ
１・１ ＲＧＢ半導体レーザ
２ 光量変調手段
３ 光線偏向手段
３・１ ミラー
３・２ 支持筐体
３・３ 弾性支持部
３・４ １次元ミラーアレイ
３・５ 第１の駆動手段
３・６ コイル
３・７ 磁性体
４ 第１の回転軸
５ 第２の回転軸
６ 再生像の表面の点
７ 拡大光学系
８ 発光ダイオードアレイ
９ マイクロレンズアレイ
１０ ＣＣＤアレイ
１１ 光強度記録手段
１２ 結像光学系
１３ 撮影物体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a super multi-view stereoscopic display device capable of observing from multiple viewpoints and having a small difference between a reproduction position of a stereoscopic image and a focus adjustment position of an eye, and a stereo image capturing device for the super multi-view stereoscopic display device About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of display devices have been devised as stereoscopic image display devices. In general, there is a so-called binocular stereoscopic display (a polarized glasses system, a parallax barrier system, etc.) in which an observer performs stereoscopic viewing using binocular parallax. In this method, a difference occurs between the sense of position of the stereoscopic image due to the binocular parallax of the observer and the sense of display position due to the focus adjustment of the eyes, so that the observer often feels strange. In addition, since the observation position is limited in the binocular stereoscopic display, there is a problem that the stereoscopic image does not change following the movement of the observation position of the observer. To solve such a problem, a method for realizing a more natural three-dimensional display has been devised. For example, a light source that is optically configured to converge at a certain converging point in space at a solid angle, such as a stereoscopic camera, a stereoscopic display, and a stereoscopic video system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-256359 is disclosed. A plurality of light converging points are arranged at the same converging point so as to converge from different directions, and the converging point or the image of the converging point is vertically and horizontally scanned using an optical scanning device such as a polygon mirror, a galvanometer mirror, or an AO crystal. A stereoscopic display including a scanning mechanism and a modulation mechanism for modulating the light amount of the light source based on electronic stereoscopic image information has been devised. Also, as in the three-dimensional image reproducing apparatus disclosed in Japanese Patent No. 3255093, light beams from a light source array in which a plurality of light source units that emit unidirectional light beams are arranged are independently controlled in arbitrary directions to collect light beams. Controls the light emission state of the light source unit so that the light passes through a predetermined point in the three-dimensional space within a certain unit time, reproduces a three-dimensional image of the predetermined point, and outputs the two closest light to the observation position. An apparatus has been devised that performs three-dimensional display by setting the distance between light beams to be equal to or smaller than the pupil diameter of the observer.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention as described above, the display image changes in accordance with the viewpoint movement, the stereoscopic image position perception by binocular parallax, and a stereoscopic image display device without a shift in display position perception by eye focus adjustment, And a stereoscopic image pickup device for picking up a stereoscopic image to be displayed on the stereoscopic image display device.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
A three-dimensional image display device according to the present invention includes a mirror array in which a large number of mirrors having two orthogonal rotation axes are two-dimensionally arranged, and a first drive for rotating and oscillating each mirror about its first rotation axis. Means, second driving means for rotating and oscillating about respective second rotation axes, and light generating means for inputting a modulatable parallel light beam to each mirror, and the first and second rotations of the mirrors are provided. It is characterized by having light quantity modulation means for modulating the quantity of incident parallel light rays according to the rotation angle about the axis.
[0005]
In another embodiment of the stereoscopic display device according to the present invention, a mirror array in which a large number of mirrors having two orthogonal rotation axes are two-dimensionally arranged, and each mirror is rotationally oscillated about its first rotation axis. A first driving means for causing the light to rotate, a second driving means for rotating and oscillating about the respective second rotation axes, a light source capable of being modulated, and a light beam from the light source which is made into parallel light and which is incident on each mirror. The optical system is characterized in that it has a system and light amount modulation means for modulating the light amount of the incident parallel light beam according to the rotation angles of the mirror on the first and second rotation axes.
[0006]
Further, in the stereoscopic display device of the present invention, the rotation frequency fv of the first driving unit, the rotation frequency fh of the second driving unit, and the maximum modulation frequency fl of the light amount modulation unit are fl ≧ fh and fl ≧ fv. It is characterized by being.
[0007]
Further, in the stereoscopic display device according to the present invention, an enlargement optical system is arranged closer to the viewer than the mirror array.
[0008]
Further, in the stereoscopic display device according to the present invention, the distance between the mirrors is 2 mm or less.
[0009]
Further, in the stereoscopic display device according to the present invention, when the magnifying optical system is arranged closer to the observer than the mirror array, a distance between virtual images of the mirrors by the magnifying optical system is 2 mm or less.
[0010]
Further, in the stereoscopic display device of the present invention, the mirror having two orthogonal rotation axes is connected to and supported by the support housing having the one rotation axis and the rotation axis orthogonal to the rotation axis of the support housing. It is characterized by being performed.
[0011]
Further, in the stereoscopic display device according to the present invention, the support housing supports a plurality of mirrors one-dimensionally.
[0012]
The light beam generating means of the stereoscopic display device according to the present invention is a plurality of semiconductor lasers or a plurality of light emitting diodes.
[0013]
In the stereoscopic display device of the present invention, a light source, and an optical system that converts light from the light source into parallel light and enters each mirror are a plurality of light-emitting diodes and a plurality of microlenses. A plurality of microlenses are arranged on the focal plane of each lens.
[0014]
Further, in the stereoscopic display device of the present invention, at least one of the driving means for rotating about the rotation axis is composed of a magnetic material and a coil in the vicinity thereof, and each mirror has a magnetic material, and an electric signal is given to the coil. It is characterized in that it is means for oscillating the mirror by the generated magnetic field.
[0015]
Further, in the stereoscopic display device according to the present invention, the coupling portion where the mirror is coupled to the support housing is an elastic support portion that swingably supports the support housing.
[0016]
A three-dimensional image capturing apparatus according to the present invention includes a mirror array in which a large number of mirrors having two orthogonal rotation axes are two-dimensionally arranged, and a first drive for rotating and oscillating each mirror about its first rotation axis. Means, second driving means for rotating and oscillating about respective second rotation axes, an optical system for forming an image of light from the imaging object reflected by each mirror, and light at a focal position of the optical system. It is characterized by having a photoelectric conversion element for converting the intensity into an electric signal, and intensity recording means for recording the electric signal corresponding to the rotation angles of the mirror on the first and second rotation axes.
[0017]
In the three-dimensional image pickup apparatus of the present invention, the rotation frequency fv of the first driving unit, the rotation frequency fh of the second driving unit, and the maximum sampling frequency fl of the intensity recording unit are fl ≧ fh and fl ≧ fv.
[0018]
Further, in the three-dimensional image pickup device of the present invention, an image forming optical system is arranged closer to the image pickup object than the mirror array.
[0019]
Further, in the three-dimensional image pickup device of the present invention, the distance between the mirrors is 2 mm or less.
[0020]
Further, in the stereoscopic image pickup apparatus of the present invention, when an imaging optical system is arranged closer to the observer than the mirror array, the distance between virtual images of the mirrors by the imaging optical system is 2 mm or less.
[0021]
Further, in the stereoscopic image pickup device of the present invention, the mirror having two orthogonal rotation axes is coupled to the support housing at the support housing having one rotation axis and the rotation axis orthogonal to the rotation axis of the support housing. It is characterized by being supported.
[0022]
Further, in the three-dimensional image pickup device of the present invention, the support housing supports a plurality of mirrors one-dimensionally.
[0023]
Further, in the stereoscopic image pickup device of the present invention, the photoelectric conversion element is a plurality of CCD sensors or a plurality of CMOS sensors.
[0024]
Further, in the stereoscopic image pickup apparatus of the present invention, at least one of the driving means for rotating about the rotation axis is composed of a magnetic material and a coil in the vicinity thereof, and each mirror has the magnetic material, and an electric signal is applied to the coil. And a means for oscillating the mirror by the magnetic field generated by.
[0025]
Further, in the three-dimensional image pickup device of the present invention, the coupling portion where the mirror is coupled to the support housing is an elastic support portion that swingably supports the support housing.
[0026]
Further, the stereoscopic image pickup device of the present invention is characterized in that the sign of the rotation angle is inverted during reproduction of the light intensity recorded by the light intensity recording means and corresponding to the rotation angle on the rotation axis.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
As a first embodiment of the present invention, a preferred configuration of a stereoscopic image display device will be described.
[0028]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of the stereoscopic image display device according to the present embodiment. The semiconductor laser array 1 of FIG. 1 has a plurality of semiconductor lasers arranged two-dimensionally. 1 modulates the output of each semiconductor laser of the semiconductor laser array, and independently modulates the output of each semiconductor laser. The light beam deflecting means 3 shown in FIG. 1 includes a mirror array in which a plurality of mirrors having two orthogonal rotation axes are two-dimensionally arranged, and a driving means for rotating and oscillating each mirror about each of the two rotation axes. The solid arrows in FIG. 1 indicate light beams emitted from the semiconductor laser, and schematically show how the light deflecting means 3 spatially controls the light emission direction.
[0029]
FIG. 2 shows an arrangement relationship between the semiconductor laser array and the mirror array. The RGB semiconductor laser 1.1 in FIG. 2 has a one-to-one correspondence with the mirror 3.1, and the light from the RGB semiconductor laser 1.1 is arranged so as to be incident on the center of each corresponding mirror 3.1. I do. Although an RGB semiconductor laser is used in FIG. 2, one semiconductor laser is used for one mirror in the case of monochromatic stereoscopic image display, and one semiconductor laser is used in the case of color stereoscopic image display as shown in FIG. Three semiconductor lasers of red, green and blue may be used for the mirror. The first rotation axis 4 and the second rotation axis 5 in FIG. 2 indicate two orthogonal rotation axes of each mirror. Each mirror rotationally oscillates about the first rotation axis 4 and the second rotation axis 5, and controls the emission of light rays emitted from the RGB semiconductor laser spatially in multiple directions. The one indicated by the dashed-dotted arrow in the drawing indicates a state where the light beam emitted from the RGB semiconductor laser is reflected by the mirror and emitted to the observer side. When the mirror rotates and oscillates about two orthogonal rotation axes, the reflection direction of the light beam changes, thereby making it possible to spatially control emission in multiple directions. At this time, by controlling the output of the semiconductor laser by the light amount modulation means 2 in accordance with the rotation angle of the mirror, it is possible to control the emission of a light beam having an arbitrary intensity in an arbitrary direction.
[0030]
FIG. 3 shows the configuration of the mirror array according to the present embodiment. In FIG. 3, reference numerals 3, 1, 4, and 5 denote a mirror, a first rotation axis, and a second rotation axis, respectively, as in FIG. 3 supports one-dimensionally a large number of mirrors 3.1 via elastic support portions 3.3. By rotating and vibrating the support housings 3 and 2 about the first rotation axis 4, it is possible to rotate and oscillate each mirror about the first rotation axis 4. The elastic support portion 3.3 is a support portion on the second rotary shaft 5 for connecting the support housing 3.2 and the mirror 3.1, and the mirror 3.1 is provided around the second rotary shaft 5. This is the axis that performs the rotational vibration. In the present embodiment, the elastic support portions 3.3 are torsion springs about the second rotation axis, and the mirrors 3.1 generate resonance vibration about the second rotation axis. Has become. The above-mentioned mirrors 3.1, the support housings 3.2, and the elastic support portions 3.3 can be integrally formed by a micro-machining technique using a semiconductor manufacturing technique.
[0031]
FIG. 4 shows a configuration of a light beam deflecting unit configured using the one-dimensional mirror array shown in FIG. By arranging the one-dimensional mirror arrays 3 and 4 in FIG. 4 as shown in FIG. 4, a two-dimensional mirror array is formed. First driving means 3.5 arranged at both ends of the one-dimensional mirror arrays 3.4 rotate and vibrate the one-dimensional mirror arrays 3.4 around the first rotating shaft 4 shown in FIG. Means. In the present embodiment, a stepping motor is used as the first driving means 3 and 5, and the mirror array is reciprocally oscillated about the first rotation axis. By setting the vibration frequency from about 30 Hz to about 60 Hz, it is possible to display an image in which an observer does not feel flicker. In the figure, the first driving means 3 and 5 are arranged in each one-dimensional mirror array 3 and 4, however, several one-dimensional mirror arrays may be rotated and vibrated simultaneously by one driving means. Absent. Regarding the maximum shake angle of the one-dimensional mirror array by the first driving means 3/5, the larger the maximum shake angle, the larger the range of the position where the observer can observe. Therefore, it is preferable to set the maximum deflection angle to at least about 15 ° or more.
[0032]
Next, second driving means for rotating and oscillating the mirror about the second rotation axis will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the mirrors 3.1, the support housings 3.2, the elastic support portions 3.3, the first rotating shaft 4, and the second rotating shaft 5 are the same as those shown in FIG. The coils 3 and 6 are arranged on the support housings 3 and 2 as illustrated. The magnetic bodies 3 and 7 are arranged on the back surface of the mirror (the back surface of the reflection surface). The difference between the patterns of the magnetic bodies 3 and 7 indicates different magnetic poles. In such a configuration, a magnetic field is generated in the normal direction of the mirror 3.1 by flowing a current from the current source (not shown) connected to the coil 3.6 to the coil 3.6, and the magnetic field generates The magnetic bodies 3.7 receive the magnetic force, and as a result, the mirror 3.1 can be caused to rotate and vibrate around the second rotation axis. At this time, the vibration of the mirror 3.1 is controlled by controlling the direction and amount of current flowing from the current source. The rotation vibration of the mirror 3.1 about the second rotation axis by the second driving means is the same as the rotation vibration of the mirror 3.1 about the first rotation axis by the first driving means. The reciprocating vibration about the second rotation axis is performed, and the frequency of the vibration by the second driving means needs to be much higher than the frequency of the vibration by the first driving means. By doing so, it is possible to perform emission control so that there is no unevenness in the light emission direction. The cycle of the vibration by the second driving means is preferably set to 10 kHz or more. Further, the mirror can be rotated and vibrated with a small torque by matching the resonance frequency of the mirror 3.1 determined by the mirror 3.1 and the elastic support portion 3.3 with the frequency of the vibration by the driving means. It is desirable to design the resonance frequency to be a desired frequency. As for the maximum shake angle, similarly to the reciprocating vibration about the first rotation axis, the larger the maximum shake angle, the larger the range of the position that can be observed by the observer. Therefore, it is preferable to set the maximum deflection angle to at least about 15 °.
[0033]
Using the light beam deflecting means having the above-described configuration, light is incident on each mirror in accordance with the deflection angle of the reciprocating vibration about the first rotation axis and the deflection angle of the reciprocating vibration about the second rotation axis. By modulating the intensity of the light beam to be emitted, it is possible to control the emission of a light beam of any intensity in any direction. In the stereoscopic image display, as shown in FIG. 6, light emission control is performed so that each point 6 of the surface position of the stereoscopic image to be displayed has a convergence point. In order to display a three-dimensional image on the side opposite to the observer by the light ray changing means, it is necessary to control the emission of rays so that the extension of the ray toward the opposite side to the observer converges at each point 6 on the surface position of the three-dimensional image. Just fine. By doing so, the display image changes following the movement of the viewpoint, and it is possible to display a stereoscopic image without displacement between the sense of position of the stereoscopic image due to binocular parallax and the sense of display position due to the focus adjustment of the eyes. Become. In order to perform such light emission control, it is necessary that the maximum frequency modulatable by the light quantity modulating means 2 be at least higher than the frequency of the reciprocating vibration of the mirror by the first driving means and the second driving means. is there. Further, as shown in FIG. 7, by installing the magnifying optical system 7 closer to the observer than the light beam deflecting means, the size of the apparatus may be reduced, and the resolution of a stereoscopic image may be adjusted. Incidentally, the semiconductor laser array 1, the light quantity modulating means 2, and the light beam deflecting means 3 of FIGS. 6 and 7 are the same as those shown in FIG.
[0034]
As described above, the first embodiment uses a plurality of semiconductor lasers as the light source, deflects the light by the light beam deflecting means constituted by the plurality of mirrors, and controls the output of the semiconductor laser by controlling the output direction of the light. This has been described as an example of the stereoscopic image display device that performs image display.
[0035]
(Second embodiment)
In the second embodiment, as a modification of the first embodiment, a stereoscopic image display device using a point light source as a light source will be described.
[0036]
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a stereoscopic image display device according to the second embodiment of the present invention. The light beam deflecting means 3 in FIG. 8 is the same as that described in the first embodiment. The light-emitting diode array 8 and the micro-lens array 9 correspond to the semiconductor laser array 1 described in the first embodiment. They are arranged. The light quantity modulating means 2 is basically the same as the light quantity modulating means of the first embodiment. In the first embodiment, the output of the semiconductor laser is controlled. In the present embodiment, the output of each light emitting diode of the light emitting diode array 8 is controlled. The only difference is in the control of.
[0037]
Hereinafter, configurations of a light emitting diode array and a microlens array which are modified parts of the first embodiment in the second embodiment will be described. The other parts are almost the same as those in the first embodiment, and the description is omitted. As in the case of the semiconductor laser of the first embodiment, one light emitting diode may be provided for each mirror in the case of monochromatic display. However, in the case of color display, three light emitting diodes of red, green and blue are provided for each mirror. It may be used one by one. The microlenses are arranged one by one for each mirror to form a two-dimensional array. The light emitting diode is arranged at the focal plane position of each micro lens, and the light from the light emitting diode is collimated through the micro lens. The microlenses and the light emitting diodes are arranged so that the collimated light beam enters the center position of each mirror. With the above configuration, the same three-dimensional display as that described in the first embodiment can be performed.
[0038]
The second embodiment has been described above as an example of a three-dimensional display device in which the semiconductor laser of the first embodiment is replaced with a light emitting diode and a microlens and a point light source is used as a light source.
[0039]
(Third embodiment)
In the third embodiment, a three-dimensional image pickup device for displaying on the three-dimensional image display device in the first and second embodiments will be described.
[0040]
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating the configuration of the stereoscopic image capturing apparatus according to the present embodiment. The light beam deflecting means 3 and the microlens array 9 in FIG. 9 are the same as those shown in the first and second embodiments. The CCD 10 is arranged at the same position as the light emitting diode in the second embodiment. Although a CCD is used in this embodiment, a CMOS sensor or the like may be used. The light intensity recording means 11 records the electric signal from each CCD together with the deflection direction angle of the mirror of the light beam deflecting means 3. The imaging optical system 12 refracts light from the photographing object 13. Light diverging from the surface of the photographing object 13 is deflected by the light beam deflecting means 3, enters the microlens array 9, and is imaged on the CCD by the microlens. With such a configuration, the light intensity recording unit 11 can record the light distribution of the stereoscopic image reproduced in the stereoscopic image display devices described in the first and second embodiments. In reproduction, the sign of the deflection direction angle may be reversed between the recorded electric signal from the CCD and the deflection direction angle of the mirror, and the light quantity modulation may be performed at an intensity proportional to the intensity of the recorded electric signal.
[0041]
As described above, the third embodiment has been described as the three-dimensional image capturing device for displaying on the three-dimensional image display device in the first and second embodiments.
[0042]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the display image changes following a viewpoint movement, and the stereoscopic image display apparatus which does not have a shift of the stereoscopic image position sense by binocular parallax and the display position sense by eye focus adjustment, and a stereoscopic image display device. It is possible to realize a three-dimensional image capturing device that captures a three-dimensional image displayed on the image display device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a stereoscopic image display device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an arrangement relationship between a semiconductor laser array and a mirror array.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a mirror array.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a light beam deflecting unit.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a second driving unit.
FIG. 6 is a view schematically showing a stereoscopic image display.
FIG. 7 is a diagram when a magnifying optical system is used in a stereoscopic image display device.
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a stereoscopic image display device according to a second embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of a stereoscopic image capturing device according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser array 1.1 RGB semiconductor laser 2 Light quantity modulation means 3 Light beam deflection means 3.1 Mirror 3.2 Support housing 3.3 Elastic support part 3.4 One-dimensional mirror array 3.5 First driving means 3 6 Coil 3 7 Magnetic body 4 First rotation axis 5 Second rotation axis 6 Point on surface of reproduced image 7 Magnifying optical system 8 Light-emitting diode array 9 Microlens array 10 CCD array 11 Light intensity recording means 12 Imaging Optical system 13 shooting object
