JP2005165236A - Method and device for displaying stereoscopic image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体画像を表示する方法および装置に関する。The present invention relates to a method and apparatus for displaying a stereoscopic image.
従来、複数の画像投影装置と各種レンズを組み合わせる立体画像表示装置としては、三次元画像工学(大越孝敬著、朝倉書店)のpp.81−111にまとめられているように、数多くの方式が既に提案されている。しかしながら、これらの方式は、製作や設置の困難、画質の不十分さ、立体像を観測できる領域が限定されているなどの問題を有しており、実用的なレベルで普及するには至っていない。また、ホログラムなど一部の立体表示方式を除いては、特に観察者の手元に映像を提示するとき、目の焦点調節と右目用の画像と左目用の画像の持つ視差に基づく目の輻輳角との間に生じる矛盾が大きくなり、目に与える違和感や疲労などの負担が大きい。この負担を軽減する従来の技術として、特許3425402号において、レンズを利用して観察者の手元に空間像(光学的実像)を生成し、観察者の目に生じる焦点調節と輻輳角の矛盾を小さく抑える手法が提案されているが、これは同時に一人の観測者によってしか、その視点に応じた正しい立体像を観測することができない。一方、ホログラムについては、写真など静止画を表示することは現在可能であるが、計算機から出力された画像をリアルタイムに表示することは困難である。 Conventionally, as a stereoscopic image display device combining a plurality of image projection devices and various lenses, three-dimensional image engineering (Takayoshi Ohkoshi, Asakura Shoten) pp. A number of schemes have already been proposed, as summarized in 81-111. However, these methods have problems such as difficulty in production and installation, inadequate image quality, and limited area in which stereoscopic images can be observed, and have not yet spread on a practical level. . Also, except for some stereoscopic display methods such as holograms, especially when presenting video to the viewer, the eye convergence is based on the eye focus adjustment and the parallax of the right eye image and the left eye image. The contradiction that occurs between and the eye increases, and the burden of discomfort and fatigue on the eyes is large. As a conventional technique for reducing this burden, in Japanese Patent No. 3425402, a spatial image (optical real image) is generated at the observer's hand using a lens, and the contradiction between the focus adjustment and the convergence angle that occurs in the observer's eyes. Although a method of keeping the size small has been proposed, only a single observer can observe a correct stereoscopic image according to the viewpoint at the same time. On the other hand, with respect to holograms, it is currently possible to display still images such as photographs, but it is difficult to display images output from a computer in real time.
このように、従来の立体表示方式においては、製作と設置上の困難、画質、観測領域の広さや同時に観測可能な観察者数の問題に加え、目に与える違和感の小さい立体画像を表示するという点で困難があった。 Thus, in the conventional stereoscopic display method, in addition to the difficulty in production and installation, the image quality, the size of the observation area and the number of observers that can be observed at the same time, a stereoscopic image with a little discomfort given to the eyes is displayed. There was difficulty in terms.
本発明は、製作と設置が現実的に可能であり、一般的立体画像提示用途に耐えうる画質と観測領域を確保すると同時に、目に与える違和感の小さい立体画像を複数の観察者に対して同時に表示する方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention can be practically manufactured and installed, and can ensure an image quality and an observation area that can withstand general stereoscopic image presentation applications, and at the same time, a stereoscopic image with a small sense of discomfort given to the eyes can be simultaneously applied to a plurality of observers. It is an object to provide a method and apparatus for displaying.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、縦横に配置された画像投影装置と、隣り合う画像投影装置から投影された光源からの光を互いに概ね近接して接続するように拡散するフライアイレンズと、概ね近接するように拡散された各光源の実像を生成する凸レンズ光学系とを備え、観察位置の移動に応じて、異なる画像投影装置からの画像が概ね途切れることなく入れ替わって入射する構成を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の装置において、画像投影装置の光源の実像とともにフライアイレンズの実像を生成するように複数箇所に凸レンズ光学系を配置する構成を備えることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the apparatus according to the first aspect, the convex lens optical systems are arranged at a plurality of locations so as to generate a real image of the fly-eye lens together with a real image of the light source of the image projection apparatus. It is characterized by that.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1ないし2のいずれかに記載の装置において、光路中に反射鏡を入れる構成を備えることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus according to any one of the first or second aspect, further comprising a configuration in which a reflecting mirror is provided in the optical path.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の装置において、観察位置の移動に応じた入射画像の入れ替わりが、目の瞳の大きさよりも小さい間隔で生じる構成を備えることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus according to any one of the first to third aspects, the change of the incident image according to the movement of the observation position occurs at an interval smaller than the size of the pupil of the eye. It is characterized by having.
まず、本発明の概要及び本発明の第一の実施形態を図1を用いて説明する。図1は、縦横に配列された画像投影装置1と、フライアイレンズ2と、凸レンズ光学系をなすフレネルレンズ3からなる。画像投影装置1から投射された光はフライアイレンズ2により拡散されるが、適当な焦点距離をもつフライアイレンズ2を適切な位置に配置することにより、その拡散の結果、画像投影装置1から投射された光は互いに概ね近接するようになる。また、フレネルレンズ3により、各画像投影装置から投影された光の実像が観察者4の右目5、左目6の付近に生成され、観察者4はその視点位置に応じて異なった画像投影装置から投影された光を観測することになる。それぞれの画像投影装置に、その画像投影装置光源の実像ができる場所から見える画像を表示させることにより、観察者4はその視点に応じた立体像を観測することができる。画像投影装置の数を増やすことにより、立体像が観測される領域を広げることが可能であり、その結果複数の観測者がそれぞれの視点に応じた立体像を同時に観測することが可能となる。フライアイレンズ2が伴わない場合、図2のように、観察者の位置によっては、右目5または左目6に光が入射しない状態になり、立体像を観測することができなくなる。 First, the outline | summary of this invention and 1st embodiment of this invention are demonstrated using FIG. FIG. 1 includes an
以下に本発明の第二の実施形態を図3を用いて説明する。この実施形態においては、第一の実施形態の光学系に、さらに凸レンズ光学系をなすフレネルレンズ30を追加する。第一の実施形態では、光を拡散するフライアイレンズ2の虚像が、観察者4から見てフライアイレンズ2よりもさらに奥に離れた場所に生成され、そこが観察者4の焦点調節点となる。この場合、視差提示のみで観察者4に近い場所に立体像を提示しようとすると、目の輻輳調節の矛盾により、立体像が融像しなかったり、あるいは目に極度の疲労を与えたりするなどの弊害がしばしば起きる。第二の実施形態では、フレネルレンズ30を画像投影装置光源の実像ができる場所からさらに手前の場所に設置する。この場合、観察者4の付近で画像投影装置光源の実像が再び結ばれるため、第一の実施形態と同様に、観察者4はその視点位置に応じて異なった画像投影装置から投影された光を観測することができる。また、フライアイレンズ2の実像20がフレネルレンズ30と観察者4の間に結ばれるため、観察者4の焦点調節点は実像20の位置となる。よって、観察者4に近い場所に立体像を提示する場合、輻輳調節の矛盾は小さくなり、立体視特有の弊害が抑えられる。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a Fresnel
以下に本発明の第三の実施形態を図4を用いて説明する。この実施形態においては、第二の実施形態と同じ光学系中のフレネルレンズ30とフレネルレンズ31の間に反射鏡7を設置している。これにより、第二の実施形態と同様の光学系を省スペースに設置することができる。 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the reflecting mirror 7 is installed between the Fresnel
以下に本発明の第四の実施形態を図5を用いて説明する。この実施形態においては、第一の実施形態における画像投影装置の設置間隔を細かくし、目の瞳孔の大きさの中に複数の画像投影装置からの光が入射するようにする。これにより焦点調節に基づく単眼立体視が可能となるとともに、両眼立体視における輻輳調節の矛盾が解消され、立体視特有の目への悪影響を除去することができる。 Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the installation interval of the image projection apparatus in the first embodiment is narrowed so that light from a plurality of image projection apparatuses enters the size of the pupil of the eye. As a result, monocular stereoscopic vision based on focus adjustment becomes possible, contradiction of convergence adjustment in binocular stereoscopic vision is resolved, and adverse effects on eyes peculiar to stereoscopic vision can be eliminated.
以下に本発明の第五の実施形態を図6を用いて説明する。この実施形態においては、第二の実施形態における画像投影装置の設置間隔を細かくし、目の瞳孔の大きさの中に複数の画像投影装置からの光が入射するようにする。第四の実施形態によっても、各画像投影装置から投影される画素の解像度が十分高い場合は、観察者4の手元に輻輳調節の矛盾を解消した立体像を提示することができるが、画素の解像度が低い場合はそのような光線再現をすることは難しい。一方、この実施形態では、画素の解像度が低くても、観察者4の手元に輻輳調節の矛盾を解消する立体像の光線再現をすることは容易であるとともに、観察者4から離れた場所への立体像提示も、第四の実施形態における手元への立体像提示に比べて目に与える違和感の少ない形で光線再現を行うことが可能である。 Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the installation interval of the image projection apparatus in the second embodiment is narrowed so that light from a plurality of image projection apparatuses enters the size of the pupil of the eye. Also according to the fourth embodiment, when the resolution of the pixels projected from each image projection device is sufficiently high, it is possible to present a stereoscopic image in which the contradiction of the convergence adjustment is resolved to the
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。Since this invention consists of an above-described structure, there can exist an effect which is demonstrated below.
請求項1に記載の発明では、観察者の視点の移動に応じて、異なる画像投影装置からの映像が概ね途切れることなく入れ替わって入射されるように画像を表示することが可能となり、複数の観察者がその視点に応じた立体像を同時に観測することが可能となった。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to display an image so that images from different image projection apparatuses are incident on each other without being interrupted in accordance with the movement of the observer's viewpoint. The person can observe the stereoscopic image according to the viewpoint at the same time.
請求項2に記載の発明では、観察者の手元に目の輻輳調節の矛盾の小さい立体像を提示することが可能となった。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to present a stereoscopic image with a small contradiction in eye convergence adjustment to the observer.
請求項3に記載の発明では、小さなスペースで立体画像提示を行うことが可能になった。 In the invention according to
請求項4に記載の発明では、観察者の目に輻輳調節の矛盾のない立体像を提示することが可能になった。 In the invention according to the fourth aspect, it is possible to present a stereoscopic image having no contradiction in convergence adjustment to the observer's eyes.
1 画像投影装置
2 フライアイレンズ
3 フレネルレンズ
4 観察者
5 右目
6 左目
7 反射鏡
20 フライアイレンズの実像
30 フレネルレンズ
31 フレネルレンズDESCRIPTION OF
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JP2003436078A JP2005165236A (en) | 2003-12-01 | 2003-12-01 | Method and device for displaying stereoscopic image |
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