JP2006259058A - Three-dimensional picture display device - Google Patents
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Description
本発明は、画像の三次元表示を可能にする三次元画像表示装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image display device that enables three-dimensional display of an image.
従来、三次元画像に関する情報に基づいて三次元画像を表示するとともに観察者に三次元画像を認識させる手段として、両眼視差を含んだ2枚の絵を右眼で右の画像、左眼で左の画像を見る裸眼実体視平行法、液晶シャッタ付きのメガネや右眼と左眼でそれぞれ違うレンズを用いて画像を見るステレオスコープ、赤と青の色違いの両眼視差絵の画像を赤青メガネを通して見るアナグリフ方式等があった。しかしながら、観察者がこれらの方法で三次元画像を見るためには、特殊なメガネや訓練が必要であった。 Conventionally, as a means for displaying a three-dimensional image based on information about the three-dimensional image and for allowing the observer to recognize the three-dimensional image, two images including binocular parallax are displayed with the right eye and the left eye. Autostereoscopic parallelism for viewing the left image, stereoscope for viewing images using glasses with liquid crystal shutters and different lenses for the right and left eyes, red for binocular parallax pictures with different colors of red and blue There was an anaglyph method to look through blue glasses. However, special glasses and training were necessary for an observer to view a three-dimensional image using these methods.
近年、液晶技術の発展により、特殊なメガネを使うことなく画像の三次元表示が可能な液晶ディスプレイが次々と発表されている。この液晶ディスプレイのほとんどが、イメージスプリッター方式の眼鏡なし三次元液晶表示素子、所謂パララックスバリア方式やレンチキュラレンズ方式の水平視差のみを有する三次元画像表示装置である。 In recent years, with the development of liquid crystal technology, liquid crystal displays capable of three-dimensional display of images without using special glasses have been announced one after another. Most of the liquid crystal displays are image splitter type glasses-less 3D liquid crystal display elements, that is, 3D image display devices having only a so-called parallax barrier type or lenticular lens type horizontal parallax.
パララックスバリア方式やレンチキュラレンズ方式の三次元表示装置では、右眼位置から右眼用画像が、左眼位置から左眼用画像が見えるように、空間的に画像光路を分離供給して立体感を生じさせている。従って、空間に周期的に右眼位置と左眼位置に画像光路が分離供給されており、その位置がずれると立体が破綻する。また、原理的に水平方向の視差を含んだ画像を供給するため、右眼位置と左眼位置が水平方向からずれると立体が破綻してしまうという課題がある。このため、長時間にわたって三次元動画像の立体を保ったまま立体視を行なおうとすると、空間の定位置に右眼位置と左眼位置を固定する必要がある。 In a parallax barrier type or lenticular lens type 3D display device, the image light path is spatially separated and supplied so that the right eye image can be seen from the right eye position and the left eye image can be seen from the left eye position. Is caused. Accordingly, image light paths are periodically supplied to the right eye position and the left eye position periodically in the space, and if the position is shifted, the solid is broken. In addition, since an image including a parallax in the horizontal direction is supplied in principle, there is a problem that the solid is broken if the right eye position and the left eye position are deviated from the horizontal direction. For this reason, if stereoscopic viewing is to be performed while maintaining a three-dimensional moving image solid for a long time, it is necessary to fix the right eye position and the left eye position at fixed positions in space.
水平方向の右眼位置と左眼位置のズレに対しては、観察者の眼の位置や顔の位置をセンサーによって特定し、特定した位置のズレに合わせて画像光路を制御修正する方法も考案されているが、装置が大掛かりとなり眼の位置や顔の位置をセンシングするためにマーカーを観察者に付けなければならないという煩わしさが生じる。 For horizontal right-eye position and left-eye position deviations, a method is also devised in which the position of the observer's eyes or face is specified by a sensor, and the image optical path is controlled and corrected according to the specified position deviation. However, the apparatus becomes large and inconvenience that a marker must be attached to the observer in order to sense the position of the eyes and the position of the face.
近年、これらの課題を解決する方法として、M.G.Lipmannによって1908年に提案されたインテグラルフォトグラフィを発展させ、フィルムの変わりに液晶などの二次元表示パネルとピンホールやハエの目レンズアレイを使った三次元の表示方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, as a method for solving these problems, M.I. G. The integral photography proposed by Lipmann in 1908 was developed, and a three-dimensional display system using a two-dimensional display panel such as a liquid crystal and a pinhole or fly-eye lens array instead of a film has been proposed ( For example, see Patent Document 1).
M.G.Lipmannによるインテグラルフォトグラフィは、ハエの目状の凸レンズアレイの焦点位置にフィルムを置きそのフィルムの表面にハエの目状の凸レンズ毎の画像を記録する。そして、記録した画像の再生時には、フィルムに記録させたハエの目状の凸レンズ毎の画像を撮影時と同じハエの目状の凸レンズアレイを用いて立体画像を再生している。
インテグラルフォトグラフィで滑らかな高解像度の三次元画像を表示するには、口径の小さな1つのピンホール又はレンズの中に異なる視差画像を配置する必要がある。この時、見かけの二次元の解像度はピンホール又はレンズアレイのレンズの口径の大きさに左右されるが、見かけの三次元画像の画像情報は奥行き方向に結像した結像画像の密度にも関係してくるため、見かけの三次元画像の画像情報は一概に二次元のピンホール又はレンズアレイのレンズの口径の大きさで一意に決まるものではない。しかしながら、人間が三次元画像を見る場合、レンズの輪郭がはっきりしていると輪郭の大きさを意識することによる解像度の低下が発生する。 In order to display a smooth high-resolution three-dimensional image by integral photography, it is necessary to arrange different parallax images in one pinhole or lens having a small aperture. At this time, the apparent two-dimensional resolution depends on the diameter of the pinhole or lens array lens, but the apparent three-dimensional image information also depends on the density of the image formed in the depth direction. Therefore, the image information of the apparent three-dimensional image is not uniquely determined by the size of the diameter of the lens of the two-dimensional pinhole or lens array. However, when a human views a three-dimensional image, if the lens outline is clear, the resolution decreases due to the awareness of the size of the outline.
従来のインテグラルフォトグラフィ方式又は光線再生方式等では、視差画像を含んだ二次元画像を空間に結像させる手段として硝子や樹脂で形成された凸レンズアレイ又はピンホールアレイを使用していたため、レンズの輪郭がはっきりしておりこの輪郭により二次元解像度が阻害されていた。また、レンチキュラレンズアレイを用いてインテグラルフォトグラフィ方式を実現した例もあるが、これもまたレンチキュラレンズの縦縞の輪郭によって二次元解像度が阻害されていた。 In the conventional integral photography method or light ray reproduction method, a convex lens array or pinhole array formed of glass or resin is used as a means for forming a two-dimensional image including a parallax image in a space. The outline of the image was clear, and the 2D resolution was hindered by this outline. Also, there is an example in which an integral photography system is realized using a lenticular lens array, but this also hinders the two-dimensional resolution due to the vertical stripe contour of the lenticular lens.
また、ハエの目レンズアレイ、レンチキュラレンズアレイやピンホールアレイを用いて三次元画像を表示する場合、隣のレンズ又はピンホールで表示するために設定されている二次元表示部の表示データを結像するクロストークが発生する。このため、短焦点距離のレンズを使用して幾何学的に隣のレンズの表示データを結像しにくくし、クロストークを低減する試みが成されている。単純な構造の光学系で短焦点距離を実現するためには、レンズの曲率半径を小さくすることが有効であるが、曲率半径の小さなレンズアレイを効率的に作ることは非常に困難である。また、遮蔽マスクによりレンズの1つ1つを光学的に絶縁する試みも成されているが、三次元再生画像が暗くなり、遮蔽マスクの輪郭効果によって三次元再生が阻害されるという問題があった。 In addition, when a 3D image is displayed using a fly-eye lens array, a lenticular lens array, or a pinhole array, the display data of the 2D display unit set to display with the adjacent lens or pinhole is connected. Crosstalk occurs. For this reason, attempts have been made to reduce crosstalk by using a lens with a short focal length to make it difficult to geometrically display the display data of the adjacent lens geometrically. In order to realize a short focal length with an optical system having a simple structure, it is effective to reduce the radius of curvature of the lens, but it is very difficult to efficiently produce a lens array having a small radius of curvature. Attempts have also been made to optically insulate each lens with a shielding mask, but there is a problem that the three-dimensional reproduction image becomes dark and the contour effect of the shielding mask impedes the three-dimensional reproduction. It was.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で立体感のある三次元画像再生を行なうことが可能な三次元画像表示装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a three-dimensional image display device capable of reproducing a three-dimensional image having a stereoscopic effect with a simple configuration.
上記課題を解決するために本発明の三次元画像表示装置は、三次元画像を再生する際の視差および画像に関する情報を含む複数の視点画像からなる二次元平面上の要素画像を表示する表示部と、表示部が表示する各要素画像を空間内の所定の交差点に三次元画像として結像させるレンズとを有する三次元画像表示装置において、レンズは、表示部からの各要素画像を出射する際に、各要素画像を回折させて出射し回折効果によって三次元画像を結像させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a 3D image display apparatus according to the present invention displays a component image on a 2D plane composed of a plurality of viewpoint images including information on parallax and images when reproducing a 3D image. And a lens for forming each element image displayed on the display unit as a three-dimensional image at a predetermined intersection in the space, the lens emits each element image from the display unit Further, each element image is diffracted and emitted, and a three-dimensional image is formed by a diffraction effect.
本発明によると、三次元画像表示の見かけの解像度が向上するとともに画質が向上し、立体感のある三次元画像を再生することが可能になるという効果を奏する。 According to the present invention, the apparent resolution of the three-dimensional image display is improved, the image quality is improved, and it is possible to reproduce a three-dimensional image having a stereoscopic effect.
本発明の第1の三次元画像表示装置は、三次元画像を再生する際の視差および画像に関する情報を含む複数の視点画像からなる二次元平面上の要素画像を表示する表示部と、表示部が表示する各要素画像を空間内の所定の交差点に三次元画像として結像させるレンズとを有する三次元画像表示装置において、レンズは、表示部からの各要素画像を出射する際に、各要素画像を回折させて出射し回折効果によって三次元画像を結像させる。この構成により、表示部からの各要素画像を出射する際に、レンズが各要素画像を回折効果によって三次元画像を結像させるので、簡易な構成で三次元画像表示の見かけの解像度を向上させるとともに画質を向上させることが可能となる。 A first three-dimensional image display apparatus according to the present invention includes a display unit that displays an element image on a two-dimensional plane including a plurality of viewpoint images including information on parallax and images when reproducing a three-dimensional image, and a display unit In a three-dimensional image display device having a lens that forms each element image displayed by a lens at a predetermined intersection in space as a three-dimensional image, the lens is configured to output each element image from the display unit when each element image is emitted. The image is diffracted and emitted, and a three-dimensional image is formed by the diffraction effect. With this configuration, when each element image is emitted from the display unit, the lens forms a three-dimensional image on each element image by the diffraction effect, so that the apparent resolution of the three-dimensional image display is improved with a simple configuration. At the same time, the image quality can be improved.
本発明の第2の三次元画像表示装置は、第1の三次元画像表示装置において、レンズが同心円状の透明な領域のリングと不透明な領域のリングを交互に形成するゾーンプレートを含んで構成されている。この構成により、ゾーンプレートが各要素画像を再生するので、三次元画像の観察者にレンズの輪郭を意識させにくくすることが可能となる。 A second three-dimensional image display device according to the present invention is the first three-dimensional image display device including a zone plate in which a lens alternately forms a concentric transparent region ring and an opaque region ring. Has been. With this configuration, since the zone plate reproduces each element image, it is possible to make it difficult for the observer of the three-dimensional image to be aware of the lens outline.
本発明の第3の三次元画像表示装置は、第1の三次元画像表示装置において、レンズがブレーズド状の断面形状を有するバイナリー光学素子を含んで構成されている。この構成により、バイナリー光学素子が各要素画像を再生するので、三次元画像の観察者にレンズの輪郭を意識させにくくすることが可能となる。 The third three-dimensional image display device of the present invention is the first three-dimensional image display device, wherein the lens includes a binary optical element having a blazed cross-sectional shape. With this configuration, since the binary optical element reproduces each element image, it is possible to make it difficult for an observer of the three-dimensional image to be aware of the lens outline.
本発明の第4の三次元画像表示装置は、第3の三次元画像表示装置において、バイナリー光学素子がフレネルレンズである。この構成により、フレネルレンズが各要素画像を再生するので、三次元画像の観察者にレンズの輪郭を意識させにくくすることが可能となる。 According to a fourth three-dimensional image display device of the present invention, in the third three-dimensional image display device, the binary optical element is a Fresnel lens. With this configuration, since the Fresnel lens reproduces each element image, it is possible to make it difficult for the observer of the three-dimensional image to be aware of the lens outline.
本発明の第5の三次元画像表示装置は、第1の三次元画像表示装置において、レンズがホログラムで形成されるホログラフィックレンズを含んで構成されている。この構成により、ホログラフィックレンズが各要素画像を再生するので、三次元画像の観察者にレンズの輪郭を意識させにくくすることが可能となる。 The fifth three-dimensional image display device of the present invention is configured to include a holographic lens in which the lens is formed of a hologram in the first three-dimensional image display device. With this configuration, since the holographic lens reproduces each element image, it is possible to make it difficult for the observer of the three-dimensional image to be aware of the lens outline.
本発明の第6の三次元画像表示装置は、第1の三次元画像表示装置において、レンズが位相ホログラムであるキノフォームを含んで構成されている。この構成により、キノフォームが各要素画像を再生するので、三次元画像の観察者にレンズの輪郭を意識させにくくすることが可能となる。 The sixth three-dimensional image display device of the present invention is configured by including a kinoform whose lens is a phase hologram in the first three-dimensional image display device. With this configuration, since the kinoform reproduces each element image, it is possible to make it difficult for the observer of the three-dimensional image to be aware of the outline of the lens.
(実施の形態1)
以下、本発明にかかる実施の形態1の三次元画像表示装置について、図1〜図3を参照しながら説明する。図1は、本発明にかかる実施の形態1の三次元画像表示装置の構成を説明するための図である。図1において、1は三次元画像表示装置が表示させる水平垂直視差画像、2は水平垂直視差画像1を表示する表示素子、3は水平垂直視差画像1の各視差画像を空間に結像させるレンズ、4はレンズ3を平面状に集合させたレンズアレイである。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
水平垂直視差画像1、表示素子2、複数のレンズ3で構成されるレンズアレイ4からなる三次元画像表示装置は、インテグラルフォトグラフィ方式によって三次元画像の表示を行なう。なお、ここでの水平垂直視差画像1は、再生の要素となる要素画像であり、三次元画像表示装置による再生によって三次元画像が表示される。また、水平垂直視差画像1は、三次元画像として再生される際の物体の色、光沢、質感、形状などに関する画像情報や、画像を観る視線の位置によって異なる、物体の色、光沢、質感、形状などに関する情報を含んでいる。
A three-dimensional image display device including a horizontal /
三次元画像表示装置は、水平垂直視差画像1を空間の結像点5に投影する。三次元画像表示装置によって結像点5に投影された水平垂直視差画像1は、三次元画像として観察者の眼6に入射し、複数の水平垂直視差を含んだ三次元立体画像7となる。具体的には、三次元画像表示装置の表示素子2に表示される水平垂直視差画像1の各視差画像をレンズ3による回折効果を利用して空間の結像点5に結像させる。
The three-dimensional image display device projects a horizontal /
水平垂直視差画像1は、三次元立体画像7を結像させる元となる画像である。水平垂直視差画像1は、レンズ3の焦点位置にフィルムを配置し、そのフィルムの表面にレンズ3毎の画像を記録することによって予め記録しておく。表示素子2は、水平垂直視差画像1を表示する素子であり、例えば液晶パネル等を備えて構成されている。
The horizontal /
ここで、インテグラルフォトグラフィ方式を詳細に説明する。図2は、インテグラルフォトグラフィ方式の原理を説明するための図である。インテグラルフォトグラフィはM.G.Lipmannによって1908年に提案された三次元画像の再生方法である。 Here, the integral photography method will be described in detail. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the integral photography system. Integral photography G. This is a 3D image reproduction method proposed by Lipmann in 1908.
インテグラルフォトグラフィは、ハエの目状の凸レンズアレイの焦点位置にフィルムを配置し、そのフィルムの表面にハエの目状の凸レンズ毎の画像を記録する。そして、記録した画像の再生時には、フィルムに記録させたハエの目状の凸レンズ毎の画像を撮影時と同じハエの目状の凸レンズアレイを用いて立体画像を再生する。 In integral photography, a film is placed at the focal position of a fly-eye convex lens array, and an image of each fly-eye convex lens is recorded on the surface of the film. When the recorded image is reproduced, a stereoscopic image is reproduced using the same fly-eye convex lens array as that used for photographing the image of each fly-eye convex lens recorded on the film.
図2に示すように、再生要素画像8を表示するための表示素子9に、再生要素画像8をハエの目状の凸レンズアレイ10の凸レンズ11毎に対応させて表示すると、再生要素画像8は各凸レンズ11を介して、元の画像表面の画素位置に対応する結像点12に結像する。このため、実際に結像点12から光線13が発生して光線13が観察者の眼14に入射する事により、観察者へは立体感の有る三次元立体画像15が再生される。
As shown in FIG. 2, when the reproduction element image 8 is displayed on the display element 9 for displaying the reproduction element image 8 so as to correspond to each convex lens 11 of the
観察者は、実際に空間に結像点12があるため、三次元画像表示装置を設置する角度や観察者が三次元立体画像15を観る角度を変えても、また眼の位置を動かしても、立体感の有る三次元立体画像15を安定して見る事が出来る。本実施の形態1では、ハエの目状の凸レンズアレイ10の代わりに回折効果を利用してなるレンズの一種であるゾーンプレートを用いる。
Since the observer actually has the
ここで、実施の形態1の三次元画像表示装置で用いるゾーンプレートについて説明する。図3は、実施の形態1の三次元画像表示装置が備えるゾーンプレートの概念を説明するための図である。
Here, the zone plate used in the three-dimensional image display apparatus of
図3において、16はゾーンプレートの全体形状である。ゾーンプレート16は、光の回折現象を利用して光の進行方向を曲げる事により、光線を一点に集めて結像させることができる光学素子である。
In FIG. 3, 16 is the overall shape of the zone plate. The
ゾーンプレート16は、基板上に同心円状の透明な領域のリングと不透明な領域のリングを交互に形成して作ったものであり、各リング径は例えば中心から数えた自然数の平方根に比例して多数描かれている。例えば、ゾーンプレート16を構成するリングの半径rは焦点距離をf、入射させる光の波長をλ、自然数をnとするとr=√nλfによって算出できる。
The
ゾーンプレート16としては、予め所定の計算で得られたリングの形状を写真や感光性樹脂に焼き付けておく。このゾーンプレート16の焼き付け面と垂直な方向に、平行な入射光17を入射させると入射光17はゾーンプレートの回折部18で回折され、進行方向が曲げられた出射光19となって出ていく。そして、出射光19がゾーンプレート16のリングパターンの中心を通る光軸20上の焦点21に結像することによって、ゾーンプレート16がレンズとしての機能を果たすこととなる。
As the
更に図1によってゾーンプレート16の詳細を説明すると、本発明ではゾーンプレート16を用いたレンズ3の直径が例えば1mmのものを使用し、水平垂直視差画像1を表示する表示素子2である液晶パネルの解像度が例えば200dpiのものを使用する。
Further, the details of the
この場合、1つのゾーンプレート16を用いたレンズの再生要素画像8は10×10ピクセルの画像で構成され、水平垂直方向の視差数はそれぞれ10視野の滑らかな三次元立体画像を再生することが可能となる。自然な三次元立体画像を得るには、例えば200〜700dpiの解像度の再生要素画像8を直径1mm以下のゾーンプレート16を用いたレンズアレイ4で再生することが有効である。なお、水平垂直視差画像1を表示する手段(表示素子2)としては液晶パネルに限られず、プラズマディスプレイパネル、有機ELパネル等を用いてもよい。
In this case, the reproduction element image 8 of the lens using one
このように実施の形態1によれば、ゾーンプレート16を用いたレンズアレイ4によって再生要素画像8を再生するので、観察者にレンズの輪郭を意識させにくくなり、短焦点距離のレンズを使用して容易にクロストークを低減することが可能となる。したがって、三次元画像表示装置は簡易な構成で三次元画像表示の見かけの解像度を向上させるとともに画質を向上させることが可能となる。これにより、三次元画像表示装置は立体感のある画像再生を行なうことが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, since the reproduction element image 8 is reproduced by the lens array 4 using the
(実施の形態2)
次に、本発明にかかる実施の形態2の投影型三次元表示装置について、図4および図5を参照しながら説明する。図4は、本発明にかかる実施の形態2の三次元画像表示装置の構成を示す図である。図4において、22は光源、23は光源22から発せられた光、24はコンデンサレンズ、25は投影デバイス、26は投射レンズ、27はプリズム、28は結像スクリーン、29は回折効果を利用してなるバイナリー光学素子、30は三次元立体画像である。
(Embodiment 2)
Next, a projection type three-dimensional display device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, 22 is a light source, 23 is light emitted from the
光源22は、光23を発生させる装置であり、例えば白色LED(Light Emitting Diode)を備えて構成されている。コンデンサレンズ24は、光源22から発せられた光23を集光する。
The
投影デバイス25は、投影画像の形状を制御させるための投影手段であり、コンデンサレンズ24が集光した光を入射する。投影デバイス25は、入射した光を投影画像(投影デバイス25の反射面に形成される変調パターン)として変調し、画像情報を付加する。投影デバイス25は、例えば透過型の液晶を備えて構成されている。
The
投射レンズ26は、投影デバイス25が変調した光を入射し、プリズム27に送出する。プリズム27は、投射レンズ26からの光の投影角を変更し、結像スクリーン28に投射する。
The
結像スクリーン28は、プリズム27から投射された光を投影画像として結像する。結像スクリーン28は、例えばホログラム拡散板を備えて構成されている。バイナリー光学素子29は、光の回折効果を利用して光を空間に制御結像する手段であり、結像スクリーン28に結像された投影画像を三次元立体画像30として空間に結像する。
The
つぎに、三次元表示装置が投影画像を結像する手順を説明する。図4において、光源22から発せられた光23は、コンデンサレンズ24によって集光され、投影デバイス25に入射する。投影デバイス25は、コンデンサレンズ24からの光を投影画像に変調するとともに画像情報を付加する。これによって、投影デバイス25は投影画像の形状を制御する。
Next, a procedure for forming a projection image by the three-dimensional display device will be described. In FIG. 4, the light 23 emitted from the
投影デバイス25によって変調された光は、投射レンズ26を通りプリズム27で投影角が変更される。プリズム27で投影角が変更された光は、結像スクリーン28に投射され投影画像が結像される。
The light modulated by the
結像スクリーン28に結像された投影画像は、インテグラルフォトグラフィ方式のレイトレイス画像となっているため、空間に制御結像する手段としての回折効果を利用してなるバイナリー光学素子29を通して空間に三次元立体画像30を結像することが可能となる。
Since the projection image formed on the
本実施の形態2では、回折効果を利用してなる画像情報を含む要素画像を空間に制御結像する手段としてバイナリー光学素子を用いる。バイナリー光学素子29は、結像スクリーン28が投影画像を結像する面内と平行な面内上で二次元に配列され、レンズアレイとして機能する。
In the second embodiment, a binary optical element is used as means for controlling and forming an element image including image information using the diffraction effect in a space. The binary
ここで、実施の形態2の三次元画像表示装置で用いるバイナリー光学素子を詳細に説明する。図5は、実施の形態2の三次元画像表示装置が備えるバイナリー光学素子の概念を説明するための図である。 Here, the binary optical element used in the three-dimensional image display apparatus of Embodiment 2 will be described in detail. FIG. 5 is a diagram for explaining the concept of the binary optical element included in the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment.
図5において、31はバイナリー光学素子の全体形状である。バイナリー光学素子31は、例えばフレネルレンズ等のブレーズド状の断面形状を有する回折光学素子を素子断面部32のような階段状の形状で近似することによって作成されている。
In FIG. 5,
素子断面部32を有するバイナリー光学素子31は、透明な基板上で基板の表面に微細な形状を有する回折格子を形成している。バイナリー光学素子31は、光の回折現象を利用して光の進行方向を曲げる事によって、光を一点に集め結像させる。
The binary
バイナリー光学素子31の表面方向に対して素子断面部32の背面部と垂直な方向に、平行な入射光33を入射させると、入射光33はバイナリー光学素子31の回折部34で回折され、進行方向が曲げられた出射光35となってバイナリー光学素子31から出射する。
When parallel incident light 33 is incident in a direction perpendicular to the back surface of the
バイナリー光学素子31から出射された出射光35は、バイナリー光学素子31のパターンの中心を通る光軸36上の焦点37で結像する。これにより、バイナリー光学素子31はレンズとしての機能を果たしている。
The
本発明のバイナリー光学素子31として、例えばバイナリー光学素子31の直径が1.5mmのものを使用する。また、結像スクリーン28に投射され結像される投影画像の解像度を例えば200dpiとする。この場合、1つのバイナリー光学素子31の再生要素画像は10×10ピクセルの画像で構成され、水平垂直方向の視差数はそれぞれ10視野の滑らかな三次元立体画像を再生することが可能となる。自然な三次元立体画像を得るには、例えば200〜700dpiの解像度の再生要素画像を直径1.5mm以下のバイナリー光学素子31で再生することが有効である。
As the binary
なお、本実施の形態2においては、三次元画像表示装置が光源22として白色LEDを備える構成としたが、光源22は白色LEDに限られず各色のLED、有機EL(Electro Luminescence)、ハロゲンランプ等を用いてもよい。
In the second embodiment, the three-dimensional image display device includes a white LED as the
また、本実施の形態2においては、三次元画像表示装置が結像スクリーン28としてホログラム拡散板を備える構成としたが、結像スクリーン28はホログラム拡散板に限られず、エンボス型拡散板やホログラムスクリーン等を用いてもよい。
In the second embodiment, the three-dimensional image display device is configured to include the hologram diffusion plate as the
このように実施の形態2によれば、バイナリー光学素子31を用いたバイナリー光学素子29によって三次元映像を結像するので、観察者にレンズの輪郭を意識させにくくなり、短焦点距離のレンズを使用して容易にクロストークを低減することが可能となる。したがって、三次元画像表示装置は簡易な構成で三次元画像表示の見かけの解像度を向上させるとともに画質を向上させることが可能となる。これにより、三次元画像表示装置は立体感のある画像再生を行なうことが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, since the binary
(実施の形態3)
次に、本発明にかかる実施の形態3の三次元画像表示装置について、図6および図7を参照しながら説明する。図6は、本発明にかかる実施の形態3の三次元画像表示装置の構成を説明するための図である。図6において、1は三次元画像表示装置が表示させる水平垂直視差画像、2は水平垂直視差画像1を表示する表示素子、43は水平垂直視差画像1の各視差画像を空間に結像させるレンズ、44はレンズ43を平面状に集合させたレンズアレイである。
(Embodiment 3)
Next, a three-dimensional image display apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6,
水平垂直視差画像1、表示素子2、複数のレンズ43で構成されるレンズアレイ44からなる三次元画像表示装置は、インテグラルフォトグラフィ方式によって三次元画像の表示を行なう。
A three-dimensional image display device including a horizontal /
三次元画像表示装置は、水平垂直視差画像1を空間の結像点5に投影する。三次元画像表示装置によって結像点5に投影された水平垂直視差画像1は、三次元画像として観察者の眼6に入射し、複数の水平垂直視差を含んだ三次元立体画像7となる。具体的には、三次元画像表示装置の表示素子2に表示される水平垂直視差画像1の各視差画像をレンズ43による回折効果を利用して空間の結像点5に結像させる。
The three-dimensional image display device projects a horizontal /
水平垂直視差画像1は、三次元立体画像7を結像させる元となる画像である。水平垂直視差画像1は、レンズ43の焦点位置にフィルムを配置し、そのフィルムの表面に回折効果を利用してなるレンズ43毎の画像を記録することによって予め記録しておく。
The horizontal /
表示素子2は、水平垂直視差画像1を表示する素子であり、例えば液晶パネル等を備えて構成されている。本実施の形態3においては、レンズアレイ44を例えばホログラフィックレンズで構成する。
The display element 2 is an element that displays the horizontal /
ここで、実施の形態3の三次元画像表示装置で用いるホログラフィックレンズについて説明する。図7は、実施の形態3の三次元画像表示装置が備えるホログラフィックレンズの概念を説明するための図である。 Here, the holographic lens used in the three-dimensional image display device of Embodiment 3 will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining the concept of the holographic lens included in the three-dimensional image display device according to the third embodiment.
図7において、45はホログラフィックレンズの全体形状である。ホログラフィックレンズ45は、例えばフォトポリマやハロゲン化銀ゼラチン等の感光性ゼラチンにホログラムを形成した回折光学素子である。
In FIG. 7,
ホログラフィックレンズ45は、フォトポリマやハロゲン化銀ゼラチン等の基板46上に構成されている。基板46の焦点位置から点光源47により球面波48を発生させるとともに、画像再生として想定した入射光方向とは逆の方向から基板46に対して平行光49を入射させて基板46を感光させると、その内部に屈折率の変化によって回折格子が形成される。この回折格子により、光の回折現象を利用して光の進行方向を曲げる事ができ、光を一点に集めて結像させることができる。
The
ホログラフィックレンズ45に、所定の平行な入射光50を入射させると入射光50はホログラフィックレンズ45の回折格子で回折され、進行方向が曲げられた出射光51となってホログラフィックレンズ45から出射する。
When predetermined parallel incident light 50 is incident on the
ホログラフィックレンズ45からの出射光51は、ホログラフィックレンズ45の中心を通る光軸52上の焦点53に結像する。これにより、ホログラフィックレンズ45はレンズとしての機能を果たしている。
The outgoing light 51 from the
更に図6によってホログラフィックレンズ45の詳細を説明する。本発明のホログラフィックレンズ45として、例えばホログラフィックレンズ45の直径が1mmのものを使用する。また、水平垂直視差画像1を表示する表示素子2である液晶パネルの解像度が例えば200dpiのものを使用する。この場合、1つのホログラフィックレンズ45の水平垂直視差画像は10×10ピクセルの画像で構成され、水平垂直方向の視差数はそれぞれ10視野の滑らかな三次元立体画像7を再生することが可能となる。自然な三次元立体画像7を得るには、例えば200〜700dpiの解像度の水平垂直視差画像1を直径1mm以下のホログラフィックレンズ45で再生することが有効である。
Further, details of the
なお、本実施の形態3においては、三次元画像表示装置がホログラフィックレンズ45を備える構成としたが、ホログラフィックレンズ45に限られず、三次元画像表示装置がキノフォームを備える構成としてもよい。
In the third embodiment, the three-dimensional image display device includes the
このように実施の形態3によれば、ホログラフィックレンズ45を用いたレンズアレイ44によって水平垂直視差画像1を再生するので、観察者にレンズの輪郭を意識させにくくなり、短焦点距離のレンズを使用して容易にクロストークを低減することが可能となる。したがって、三次元画像表示装置は簡易な構成で三次元画像表示の見かけの解像度を向上させるとともに画質を向上させることが可能となる。これにより、三次元画像表示装置は立体感のある画像再生を行なうことが可能となる。
As described above, according to the third embodiment, since the horizontal /
以上のように、本発明にかかる三次元画像表示装置は、画像の三次元表示に適している。 As described above, the three-dimensional image display device according to the present invention is suitable for three-dimensional display of images.
1 水平垂直視差画像
2 表示素子
3,43 レンズ
4,44 レンズアレイ
5 結像点
6,14 眼
7,15 三次元立体画像
8 再生要素画像
9 表示素子
10 凸レンズアレイ
11 凸レンズ
12 結像点
13 光線
16 ゾーンプレート
17,33,50 入射光
18,34 回折部
19,35,51 出射光
20,36,52 光軸
21,37,53 焦点
22 光源
23 光
24 コンデンサレンズ
25 投影デバイス
26 投射レンズ
27 プリズム
28 結像スクリーン
29,31 バイナリー光学素子
32 素子断面部
46 基板
47 点光源
48 球面波
49 平行光
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記レンズは、前記表示部からの前記各要素画像を出射する際に、前記各要素画像を回折させて出射し回折効果によって三次元画像を結像させることを特徴とする三次元画像表示装置。 A display unit that displays an element image on a two-dimensional plane including a plurality of viewpoint images including parallax when reproducing a three-dimensional image and information about the image, and each element image displayed by the display unit is displayed in a predetermined space. In a three-dimensional image reproducing apparatus having a lens that forms an image as a three-dimensional image at an intersection,
The lens, when emitting each element image from the display unit, diffracts and emits each element image to form a three-dimensional image by a diffraction effect.
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