JP2009053567A - Projector for displaying stereoscopic image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は立体画像表示用プロジェクタに係り、特にインテグラルフォトグラフィの原理に基づいて、三次元空間像を再生する立体ディスプレイに用いられる立体画像表示用プロジェクタに関する。 The present invention relates to a stereoscopic image display projector, and more particularly to a stereoscopic image display projector used for a stereoscopic display that reproduces a three-dimensional aerial image based on the principle of integral photography.
リップマン(M.G.Lippmann)が1908年に提案したインテグラルフォトグラフィ(Integral Photography:IP)の原理に基づき、実物表面からの光線と同等な光線を空間に再現することにより、自然な三次元画像を再生する三次元ディスプレイの研究開発が盛んに行われている(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3、特許文献1参照)。
Based on the principle of Integral Photography (IP) proposed by MGLippmann in 1908, a natural three-dimensional image is reproduced by reproducing light rays equivalent to those from the real surface in space. Research and development of three-dimensional displays are actively performed (see, for example, Non-Patent
非特許文献1には、レンズアレイと写真乾板を用いて被写体を撮影した後に、現像後の写真をレンズアレイの背後から照明することにより、元の被写体の位置に光線が逆行して集まることから三次元像が再生されることが報告されている。
In
特許文献1及び非特許文献2には、上記プロセスを電子化し、撮像と表示をリアルタイムに行うインテグラル立体テレビシステムが報告されている。非特許文献3には、本出願人により、プロジェクタを用いたインテグラル立体テレビシステムが報告されている。
しかしながら、上記の各文献に記載の従来の投射型IP用プロジェクタは、スクリーン上の平面画像の画質を最適化することはできても、レンズアレイから射出され、IP方式により空間に再生される立体画像を最適化できないという課題がある。 However, the conventional projection type IP projector described in each of the above documents can optimize the image quality of the planar image on the screen, but is emitted from the lens array and reproduced in space by the IP system. There is a problem that the image cannot be optimized.
その理由は次の通りである。レンズアレイから射出される立体画像を最適化するためには、スクリーン上の平面画像のサイズをレンズアレイのサイズに適合するように微調整すると同時に、その画像サイズに応じてスクリーンとレンズアレイとの間の距離や傾きを更に調整しなければならない。しかし、従来の投射型IP用プロジェクタは、スクリーンとレンズアレイとの間の距離や傾きを検出する機能を有しておらず、単にスクリーン上の平面画像の投射サイズを調節するズーム機構及びピントを調節するフォーカス機構を有するのみである。従って、従来の投射型IP用プロジェクタで画像の最適化が行えるのはスクリーン上の平面画像のみであり、立体画像の最適化は、プロジェクタの機能としては行うことができない。 The reason is as follows. In order to optimize the stereoscopic image emitted from the lens array, the size of the planar image on the screen is finely adjusted to match the size of the lens array, and at the same time, the screen and the lens array are adjusted according to the image size. The distance and tilt between them must be further adjusted. However, the conventional projection type IP projector does not have a function of detecting the distance or tilt between the screen and the lens array, and simply has a zoom mechanism and a focus for adjusting the projection size of a planar image on the screen. It only has a focus mechanism to adjust. Therefore, the conventional projection IP projector can optimize the image only for the planar image on the screen, and cannot optimize the stereoscopic image as a function of the projector.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、観察者の位置に応じて立体映像を構成する光線状態を制御でき、最適な立体表示が可能となる立体画像表示用プロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic image display projector capable of controlling a light beam state constituting a stereoscopic image according to the position of an observer and capable of optimal stereoscopic display. And
上記の目的を達成するため、第1の発明は、第1面を拡散面とし、第1面に対向する第2面を光の偏向機能を有する面とする光学部材の第1面の近傍に、二次元画像のインコヒーレント光を照射することにより、第2面の近傍の空間位置に多方向の光線群を集光させて、インテグラルフォトグラフィの原理により三次元の空間像を再生させる立体画像表示用プロジェクタであって、
光学部材の第1面と第2面の相対的な間隔又は相対的な傾きを制御する駆動機構を駆動する制御信号を生成する制御信号生成手段を有し、制御信号により駆動機構を駆動して光学部材の光学的特性を変化させることで、第2面から出射する光線の広がり角を制御すると共に、空間像を観察する観察者の視域を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is in the vicinity of the first surface of the optical member in which the first surface is a diffusion surface and the second surface opposite to the first surface is a surface having a light deflection function. A three-dimensional spatial image is reconstructed by the principle of integral photography by irradiating incoherent light of a two-dimensional image to collect multi-directional light beams at spatial positions near the second surface. An image display projector,
Control signal generating means for generating a control signal for driving a drive mechanism for controlling the relative distance or relative inclination between the first surface and the second surface of the optical member, and driving the drive mechanism by the control signal By changing the optical characteristics of the optical member, the spread angle of the light beam emitted from the second surface is controlled, and the viewing area of the observer who observes the aerial image is controlled.
また、上記の目的を達成するため、第2の発明は、コヒーレント光を光学部材の第2面側から入射することにより第1面に形成されるスポットを撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像して得られたスポットのモニタ画像信号に基づき、光学部材の第1面と第2面の相対的な間隔又は相対的な傾きを検出する検出手段とを第1の発明の構成に加え、検出手段により検出された第1面と第2面の相対的な間隔又は相対的な傾きに応じて、制御信号生成手段を介して駆動機構を制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, there is provided an imaging means for imaging a spot formed on the first surface by entering coherent light from the second surface side of the optical member, and imaging by the imaging means. In addition to the configuration of the first invention, detection means for detecting the relative distance or relative inclination between the first surface and the second surface of the optical member on the basis of the monitor image signal of the spot obtained as described above is detected. The drive mechanism is controlled via the control signal generating means in accordance with the relative distance or relative inclination between the first surface and the second surface detected by the means.
また、上記の目的を達成するため、第3の発明は、二次元画像のインコヒーレント光をスクリーンに照射して多数の平面画像をスクリーンに形成させ、その多数の平面画像をスクリーンを透過させて拡散させ、スクリーンに離間対向して設けられた偏向光学素子アレイにより、スクリーンからの拡散光を画素位置に応じて異なる方向にほぼ平行な光線群として投射し、これらの光線群を空間に集光させて、インテグラルフォトグラフィの原理により三次元の空間像を再生させる立体画像表示用プロジェクタであって、
コヒーレント光である略平行光線を偏向光学素子アレイに入射することにより、スクリーン上に形成される一又は二以上のスポットを平面画像と共に撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像して得られたスポットのモニタ画像信号に基づき、スクリーンと偏向光学素子アレイとの相対的な間隔又は相対的な傾きを検出する検出手段と、検出手段により検出されたスクリーンと偏向光学素子アレイとの間隔又は傾きに応じて、スクリーンと偏向光学素子アレイとの間隔及び傾きを可変する駆動機構を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段とを有し、制御信号生成手段は、偏向光学素子アレイから空間に出射する光線の広がり角、及び空間像を観察する観察者の視域の一方又は両方を制御するための制御信号を生成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the third invention is configured to irradiate the screen with incoherent light of a two-dimensional image to form a large number of planar images on the screen, and to transmit the numerous planar images through the screen. Diffuse light is diffused and deflected optical element array is provided facing the screen, and the diffused light from the screen is projected as a group of light rays that are approximately parallel to different directions depending on the pixel position, and these light beams are collected in space. A stereoscopic image display projector that reproduces a three-dimensional aerial image based on the principle of integral photography,
An image pickup means for picking up one or more spots formed on the screen together with a planar image by making a substantially parallel light beam that is coherent light incident on the deflecting optical element array, and a spot obtained by picking up an image by the image pickup means Based on the monitor image signal, detection means for detecting the relative distance or relative inclination between the screen and the deflection optical element array, and the interval or inclination between the screen and the deflection optical element array detected by the detection means And a control signal generating means for generating a control signal for controlling a driving mechanism for changing the distance and inclination between the screen and the deflecting optical element array, and the control signal generating means emits the deflecting optical element array to the space. Generating a control signal for controlling one or both of the divergence angle of the light beam and the viewing zone of the observer observing the aerial image. .
本発明では、光学部材の第1面と第2面の相対的な間隔又は相対的な傾き、あるいはスクリーンと偏向光学素子アレイとの間隔又は傾きを、光学部材の第1面又はスクリーンに形成されるスポットのモニタ画像信号に基づいて、スポット径やスポットが複数の場合はそれらの相対位置関係などにより検出し、その検出結果に基づいて上記の間隔又は傾きを制御するようにしたため、光学部材の第2面や偏向光学素子アレイから空間に出射する光線の広がり角、及び空間像を観察する観察者の視域の一方又は両方を制御することができる。 In the present invention, the relative distance or relative inclination between the first surface and the second surface of the optical member, or the distance or inclination between the screen and the deflection optical element array is formed on the first surface or the screen of the optical member. In the case where there are a plurality of spot diameters or spots based on the monitor image signal of the spot to be detected, the relative position or the like is detected, and the above-described interval or inclination is controlled based on the detection result. One or both of the divergence angle of the light beam emitted from the second surface and the deflection optical element array and the viewing area of the observer observing the aerial image can be controlled.
本発明によれば、観察者の位置に応じて立体画像を構成する光線状態(光線の広がり角や観察者の視域)を制御でき、これにより最適な立体画像表示ができる。 According to the present invention, it is possible to control the light ray state (the spread angle of light rays and the viewing area of the observer) that constitutes a stereoscopic image according to the position of the observer, thereby enabling optimal stereoscopic image display.
次に、発明を実施するための最良の形態について図面と共に詳細に説明する。 Next, the best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明になる立体画像表示用プロジェクタを備えた立体画像表示システムの一例のシステム構成図を示す。同図に示すよう、この立体画像表示システム100は、本発明の立体画像表示用プロジェクタ1の前面に設けられたスクリーン2と、スクリーン2に離間対向して設けられた偏向光学素子アレイの一例としてのレンズアレイ3と、レンズアレイ3をスクリーン2からの光の照射面とは反対側面から照射するレーザー光41を出射するレーザー光源4と、レンズアレイ3の位置を調整するための駆動機構6とからなる。駆動機構6を制御する駆動信号は立体画像表示用プロジェクタ1により生成される。
FIG. 1 shows a system configuration diagram of an example of a stereoscopic image display system provided with a stereoscopic image display projector according to the present invention. As shown in the figure, this stereoscopic
この構成の立体画像表示システム100において、本発明の立体画像表示用プロジェクタ1の投射レンズ11から投影された光はスクリーン2上で結像して多数の平面画像21を形成する。この多数の平面画像21からの光はスクリーン2を透過して拡散し、その拡散光はスクリーン2に対してプロジェクタ1とは反対側面に離間対向して設けられたレンズアレイ3に入射する。
In the stereoscopic
レンズアレイ3は多数個のレンズが規則的に二次元配置された構成であり、スクリーン2からの拡散光を画素位置に応じて異なる方向にほぼ平行な光線群として投射し、これらの光線群を空間に集光させる。この集光位置に、インテグラルフォトグラフィ(IP)の原理により三次元の空間像31が再生される。
The
この立体画像表示システム100では、空間像31を観察する観察者(その眼球を7で示す)の近傍に、コヒーレント光であるレーザー光を出射するレーザー光源4が配置される。具体的には、レーザー光源4としては小型レーザーポインタが適している。このレーザー光源4からのレーザー光41はレンズアレイ3に照射され、レンズアレイ3の個々のレンズのいずれかにより屈折されて、スクリーン2に入射する。もし、スクリーン2がレンズアレイ3の焦点面に配置されていれば、レーザー光41はスクリーン2上で結像することになる。
In the stereoscopic
図2(A)、(B)は、かかる結像の様子を示す図である。図2(A)、(B)において、レーザー光源4から射出されたレーザー光線41a、41bは、レンズアレイ3により屈折されてスクリーン2付近で集光する。図2(A)、(B)に示すように、レンズアレイ3がスクリーン2に対して傾いていた場合、スクリーン2のレンズアレイ3の焦点面とずれた位置では同図(A)に示すように、レーザー光線41aがスクリーン2上ではデフォーカスした状態となる。これに対し、スクリーン2のレンズアレイ3の焦点面に一致した位置では同図(B)に示すように、レーザー光線41bがオンフォーカスされた状態となり、スクリーン2上のスポットの径は最小となる。従って、スクリーン2上のスポットの径により、レンズアレイ3とスクリーン2との距離と傾きが分かる。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing such an image formation state. 2A and 2B, the laser beams 41a and 41b emitted from the
このレーザー光源4から射出されたレーザー光41(41a、41b)によりスクリーン2上に形成されるスポットは、図2(A)、(B)に示すように、プロジェクタ1に装着したカメラ5により、スクリーン2の背後(レーザー光源4に対して反対側位置)からモニタされる。カメラ5により撮像して得られたスクリーン2上のレーザー光41のスポットのモニタ画像信号は、レンズアレイ3とスクリーン2との相対位置(距離)と傾きを示しているので、後述する方法によりモニタ画像信号から上記の相対位置(距離)と傾きを検出する。
Spots formed on the
それらを検出した後は、スクリーン2上の上記のスポットが例えば最小の径になるように(換言すると、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔がレンズアレイ2の各レンズの焦点距離になるように)、レンズアレイ3を図1に示す駆動機構6により駆動する。この場合、駆動機構6によりレンズアレイ3を前後に微小に変位させて、上記のスポットのモニタ画像信号を観察することにより、スポットの径を判別することができる。
After detecting them, the above spot on the
なお、上記のスクリーン2とレンズアレイ3とは広義のスクリーンを構成しており、スクリーン2はこの広義のスクリーンの第1の面(拡散面)を構成し、レンズアレイ3はこの広義のスクリーンの第2の面(光の偏向機能を有する面)を構成しているともいうことができる。そして、上記の駆動機構6によりレンズアレイ3とスクリーン2との相対位置(距離)と傾きが変化するようにレンズアレイ3を駆動することは、この広義のスクリーンの光学的特性を変化させることと等価である。
The
次に、本発明の立体画像表示用プロジェクタ1の構成について説明する。
Next, the configuration of the stereoscopic
図3は、本発明になる立体画像表示用プロジェクタの一実施の形態の概略ブロック図を示す。同図中、図1、図2と同一構成部分には同一符号を付してある。図3に示すように、立体画像表示用プロジェクタ1は、光源101と、照明光学系1021〜102nと、液晶表示素子1031〜103nと、投射レンズユニット104と、投影レンズ11とよりなる従来のプロジェクタと同様の構成に加えて、撮像素子105、信号処理部106、演算回路107、制御信号生成部108及び入力部109が追加された構成である。
FIG. 3 is a schematic block diagram of an embodiment of a stereoscopic image display projector according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 3, the stereoscopic
光源101は、発光ダイオード(LED)、レーザー光源、あるいはキセノンランプなどで構成されている。照明光学系1021〜102nは水平方向(図3の紙面と平行方向)及び垂直方向(図3の紙面の直交方向)にそれぞれ全部でn個規則的に配列されており、光源101からの入射光を均一な照明光にそれぞれ変換して出射する。光源101が出射する照明光は三原色光(白色光)でもよいし、単色光であってもよい。
The
液晶表示素子1031〜103nは、水平方向及び垂直方向にそれぞれ全部でn個規則的に配置されており、対応して設けられた照明光学系1021〜102nからの照明光が入射され、表示しようとする画像を構成する各画素の画像を表示する。液晶表示素子1031〜103nは、例えばLCOS(Liquid Crystal On Silicon)による反射型液晶表示素子でもよいし、HTPS(High Temperature Poly-Silicon:高温ポリシリコンTFT結晶)に代表される透過型液晶表示素子やDLP(Digital Light Processing:登録商標)などの他のマイクロデバイスを用いることも可能である。
The liquid
投射レンズユニット104は、例えば複数のレンズが二次元的に複数配置されたレンズアレイと、そのレンズアレイを構成する各レンズに対応して形成された開口が二次元的に複数配置された開口アレイとからなる。投射レンズユニット104内の開口アレイから射出された液晶表示素子1031〜103nからの二次元画像の光線は、レーザー光源以外の一般的な光源を使用した場合にはインコヒーレント光であり、投影レンズ11を透過して前記スクリーン2に投射される。
The
この立体画像表示用プロジェクタ1は、投影光学系を有する二次元画像表示装置であり、全体としては水平方向及び垂直方向に二次元的に配置されて、二次元画像表示装置アレイを構成している。このアレイ数は使用する液晶表示素子103の解像度(画素数)に依存する。もし、十分に解像度が高い液晶表示素子が使用可能な場合には、アレイを構成せずに通常の1枚(単板式)または3枚(すなわちRGB3板式)の構成で実施してもよい。その場合には、投射レンズユニット104は不要であり、単板式の場合には液晶表示素子103から直接に投射レンズ11に入射させ、3板式の場合には図示しない公知の色合成光学系により合成した後に投射レンズ11に入射させればよい。
The stereoscopic
撮像素子105は、CCD(Charge Coupled Devise:電荷結合素子)やCMOSセンサなどの公知の固体撮像素子であり、入射光を光電変換して撮像信号を出力する。信号処理部106は、撮像信号に対して相関二重サンプリング(CDS)によるノイズ低減処理その他公知の撮像信号処理を行って映像信号を出力する。この撮像素子105及び信号処理部106は図1、図2に示したカメラ5を構成している。演算回路107は、信号処理部106からの映像信号に対して所定の演算処理を行って、例えば撮像被写体のスポット径などを算出する。制御信号生成部108は、演算回路107からの信号に基づいて、駆動機構6を駆動制御するための制御信号を生成する。この駆動機構6によりスクリーン2とレンズアレイ3との間隔をどの程度にするかを、入力部109からの入力情報により制御することが可能である。
The
次に、本実施の形態の動作について説明する。光源101から出射した照明光は、照明光学系1021〜102nに入射してそれぞれ直線偏光でテレセントリックな状態とされた後、液晶表示素子1031〜103nをそれぞれ照明する。液晶表示素子1031〜103nはそれぞれ図示しない再生装置とドライブ回路により二次元画像を表示する。液晶表示素子1031〜103nから出射された二次元画像の光線は、投射レンズユニット104に入射する。投射レンズユニット104は、投影レンズ11を通して液晶表示素子1031〜103nから出射された二次元画像の拡大像をスクリーン2付近に結像させる。
Next, the operation of the present embodiment will be described. The illumination light emitted from the
一方、撮像素子105は図1のレーザー光源4から出射されたレーザー光41によるスクリーン2上のスポットを撮像して光電変換した撮像信号を信号処理部106に供給する。信号処理部106は、入力された撮像信号に対して、公知の信号を施してモニタ画像信号を生成して演算回路107に供給する。演算回路107はモニタ画像信号から上記のスポットの径を判定し、その判定結果に基づいて、制御信号生成部108により制御信号を生成させる。その制御信号は駆動機構6に供給され、駆動機構6によりレンズアレイ3の位置や傾きを変化させる。
On the other hand, the
このように、本実施の形態の立体画像表示用プロジェクタ1は、カメラ5で撮像して得られたスクリーン2上のレーザー光41のスポットのモニタ画像信号に基づき駆動機構6を駆動制御して、レンズアレイ3とスクリーン2との距離がレンズアレイ2の各レンズの焦点距離になるように、あるいは後述するように視域を拡大したり、立体像を飛び出させるなどのために、レンズアレイ3とスクリーン2の相対位置(距離)と傾きを変化させることで、レンズアレイ3からの光線の広がり角(あるいは指向性)を最適化するのみならず、観察者の視域をも自動的に最適化可能とする。
As described above, the stereoscopic
また、上記のレーザー光源4は観察者が持っているので、観察者の位置に応じてスクリーン2上のスポット位置が移動するので、観察者の位置に応じて立体画像を構成する光線状態を制御でき、最適な立体画像表示が可能となる。
Further, since the observer has the
図4は本発明になる立体画像表示用プロジェクタを備えた立体画像表示システムの一実施例のシステム構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付してある。図4において、観察者が保持するレーザー光源40は、同時に複数本の光線が照射可能な光源で、例えば通常のレーザーポインタに光線を分岐する回折光学素子を装着した構成である。レーザー光源40から出射するレーザー光は、レンズアレイ3の中心を照射する光線41と、レンズアレイ3の中心の周辺を照射する光線411,412,413,414の計5本からなる。この5本の光線(レーザー光)41、411、412、413及び414は、レンズアレイ3を同時に照射する。
FIG. 4 shows a system configuration diagram of an embodiment of a stereoscopic image display system provided with a stereoscopic image display projector according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. In FIG. 4, a
これにより、スクリーン2には5つのスポットが同時に形成されるので、この5つのスポットをカメラ5で撮像して得られたモニタ画像信号に基づいて、5つのスポットの相対位置関係を判定することで、レンズアレイ3の傾きが検出できる。
As a result, five spots are simultaneously formed on the
次に、本発明の立体画像表示用プロジェクタによるレンズアレイ3とスクリーン2との間の距離(以下、間隔ともいう)の調整方法について説明する。
Next, a method for adjusting a distance (hereinafter also referred to as an interval) between the
図5は、レンズアレイ3とスクリーン2の間隔が、レンズアレイ3の焦点距離よりも短い場合について図示したものである。この場合は、図5に示すようにレーザー光源4(図4ではレーザー光源40)から射出されたレーザー光41は、スクリーン2上でぼけた状態で集光する。
FIG. 5 illustrates a case where the distance between the
一方、立体画像表示用プロジェクタ1の投射レンズ11から投影された光は、スクリーン2上で結像した後スクリーン2を透過して拡散してレンズアレイ3に入射し、レンズアレイ3から画素位置に応じて異なる方向にほぼ平行な光線群として空間に投射される。このとき、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が、レンズアレイ3の焦点距離よりも短い場合は、レンズアレイ3から射出される光線は図5に示すような発散光となる。この状態ではレンズアレイ3の手前の実像としては、図5に示すような、ぼけた空間像32しか表示することができない。
On the other hand, the light projected from the
しかしながら、これらの発散光の経路を光の進行方向とは逆向きに、つまりスクリーン2の背後(立体画像表示用プロジェクタ1側)に向かう方向に延長すれば集光するため、上記の延長によりレンズアレイ3の背後の位置には、見かけ上ぼけの少ない虚像としての空間像(図示なし)が表示できる。
However, since the diverging light path is condensed in the direction opposite to the traveling direction of the light, that is, in the direction toward the back of the screen 2 (on the stereoscopic
従って、スクリーン2に対して奥に表示すべきコンテンツを表示する場合や、立体像の飛び出し量を犠牲にして(立体像をスクリーン2の背後に表示させるようにして)視域をできるだけ広くして多人数で観察したい場合には、立体画像表示用プロジェクタ1は、スクリーン2上のレーザー光41のスポットをカメラ5によりモニタし、そのモニタ画像信号に基づいて、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔を図5の状態になるように制御するための制御信号を生成し、図1や図4に示した駆動機構6をその制御信号を供給して駆動制御する。
Therefore, when the content to be displayed in the back is displayed on the
この場合、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が広がるようにレンズアレイ3を駆動機構6で微小変位させると、スクリーン2上のスポットの径が更に小さくなるので、間隔が狭すぎることが分かる。
In this case, if the
図6は、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が、レンズアレイ3の焦点距離である場合について図示したものである。この場合は、図6に示すようにレーザー光源4(図4ではレーザー光源40)から射出されたレーザー光41は、スクリーン2上で集光する。このとき、スクリーン2に投射された要素画像からの光線は、レンズアレイ3によりほぼ平行な状態で射出されて、回折限界では個々のレンズアレイ3の径と同程度の光束の交点に空間像33が形成される。
FIG. 6 illustrates the case where the distance between the
図6のような平行光線として射出される状態では、先に述べたスクリーン2の背後の虚像についても、ほぼ同じサイズの交点が形成されるため、表示させたい立体像がレンズアレイ3の前後にわたっている場合に適している。
In the state of being emitted as parallel rays as shown in FIG. 6, the virtual image behind the
図7は、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が、レンズアレイ3の焦点距離よりも長い場合について図示したものである。この場合は、図7に示すようにレーザー光源4(図4ではレーザー光源40)から射出されたレーザー光41は、スクリーン2上ではデフォーカスした状態で集光する。
FIG. 7 illustrates a case where the distance between the
一方、立体画像表示用プロジェクタ1の投射レンズ11から投影された光は、スクリーン2上で結像した後スクリーン2を透過して拡散してレンズアレイ3に入射し、レンズアレイ3から画素位置に応じて異なる方向にほぼ平行な光線群として空間に投射される。このとき、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が、レンズアレイ3の焦点距離よりも長い場合は、レンズアレイ3から射出される光線は図7に示すように、図6に示した場合よりもレンズアレイ3に対して遠方位置にレンズアレイ3の径より小径の光束の交点に空間像34が形成される。
On the other hand, the light projected from the
従って、空間像34を観察する観察者(その眼球を7で示す)の視域は狭くなるが、できるだけ立体画像を飛び出させたい場合は、図7に示すように、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が、レンズアレイ3の焦点距離よりも長くなるように、本実施の形態のプロジェクタ1はカメラ5のモニタ画像信号に基づいて、図1や図4に示した駆動機構6の制御信号を生成して、駆動機構6を制御する。
Therefore, although the viewing area of the observer who observes the aerial image 34 (the eyeball is indicated by 7) is narrowed, in order to make a stereoscopic image pop out as much as possible, as shown in FIG. Is longer than the focal length of the
この場合、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が広がるようにレンズアレイ3を駆動機構6で微小変位させると、スクリーン2上のスポットの径が更に大きくなるので、間隔が広すぎることが分かる。
In this case, if the
次に、本発明の立体表示用プロジェクタ1が形成する立体像を観察可能な範囲である視域について、図8と共に説明する。図8では、レンズアレイ3の背後のスクリーン2に配置された要素画像から射出される多数の光線のうち、最外周の画素からの主光線のみを描いている。
Next, a viewing area that is a range in which a stereoscopic image formed by the
図8において、V字型の太い実線の範囲が視域8を示している。この視域8は観察者が移動しながら立体像を回り込んで見ることのできる範囲を示しており、2本の太線が交わる角度(全角)としてΩで表すことにすると、視域角Ωはレンズアレイ3とスクリーン2との間隔(これをgとする)及びレンズアレイ3のレンズピッチ(これをPLとする)に依存し、図8に示す幾何学的関係から次式で表される。
In FIG. 8, the range of the thick V-shaped solid line indicates the
Ω=2tan-1(2PL/g)
つまり、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔gを小さくすると、視域角Ωが大きくなり、逆にレンズアレイ3とスクリーン2との間隔gを大きくすると、視域角Ωが小さくなる。そこで、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔gを変化させることで、視域8を調整する。
Ω = 2 tan -1 (2PL / g)
That is, when the distance g between the
この視域8内に観察者の眼球7があるときは、観察位置に応じて連続的に変化する立体像を観察することができる。眼球7が視域8から外れると、隣のレンズ越しに要素画像を眺めることになり、立体像の特性が悪化する。また、視域8の境界では立体像の切り替わり(フリッピング)が生じる。従って、視域8をどれくらいの広さに設定するかは立体表示装置における重要な調整事項である。
When the
本発明の立体画像表示用プロジェクタ1は、前述したレンズアレイ3からの光線の広がり角を最適化するのみならず、視域8をも自動的に最適化可能とするものである。すなわち、図8に示すように、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔が、レンズアレイ3の焦点距離よりも短い場合、この間隔が焦点距離に一致した場合に比べて視域8は広くなる。この場合、レンズアレイ3から射出される光線としては図5に示すような発散光となり、スクリーン2の奥側に立体像を表示させることになり、手前側の表示はできなくなるが、同時に観察可能な観察者の数を増やすことができる。
The stereoscopic
従来の立体画像表示用プロジェクタでは視域は固定されていたが、本発明では状況に応じて自動的に視域を拡大することを可能にするものである。逆に、観察者の数が少ないときは、視域を敢えて狭くすることによって、視域内の光線密度を増やし、立体像の飛び出し量を増やすことも可能にする。これは図7の光線状態に対応する。 In conventional projectors for stereoscopic image display, the viewing zone is fixed, but the present invention enables the viewing zone to be automatically enlarged according to the situation. Conversely, when the number of observers is small, the viewing area is deliberately narrowed, thereby increasing the light density in the viewing area and increasing the amount of projection of the stereoscopic image. This corresponds to the light beam state of FIG.
視域を自動的に調整するためには、現在のレンズアレイ3とスクリーン2との間隔を認識し、図1等に示した駆動機構6で調整を行うようにする。この間隔は、駆動機構6でいずれかの向きに変動したときスクリーン2上のスポットサイズの変化量の傾き(微分係数)をカメラ5でモニタすることにより、焦点距離より長いか短いかを判断することができることは前述した通りである。
In order to automatically adjust the viewing zone, the current distance between the
なお、レンズアレイ3とスクリーン2との間隔gを小さくしたときは、スクリーン2上の画像(1個のレンズの背後の要素画像)のサイズをレンズピッチPLよりも少し大きくする必要があり、逆に上記間隔gを大きくしたときは、上記要素画像のサイズをレンズピッチPLよりも少し小さくする必要がある。本実施の形態では、スクリーン2上のスポットサイズの変化量の傾き(微分係数)をカメラ5でモニタすることにより、投射レンズ11のズームを調整し、スクリーン2に投射される要素画像サイズの調整を行う。
When the distance g between the
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば偏向光学素子アレイとして上記の実施の形態ではレンズアレイ3を用いたが、これ以外に回折光学素子(光の回折現象を利用した素子)、曲面ミラーアレイ(光の反射を利用した素子)、開口アレイなどを用いることもできる。また、水平方向にも垂直方向にも斜め方向にも偏向機能をもつレンズアレイ3のような素子の代わりに、水平方向にのみ偏向機能をもつ偏向光学素子アレイである公知のレンチキュラーレンズや公知のパララックスバリア等を利用し、垂直方向視差のない裸眼立体ディスプレイに対しても本発明がそのまま適用できることは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
1 立体画像表示用プロジェクタ
2 スクリーン(広義のスクリーンの拡散面)
3 レンズアレイ(広義のスクリーンの光の偏向機能を有する面)
4、40 レーザー光源
41、411、412、413、414 レーザー光(光線)
5 カメラ
6 駆動機構
7 観察者の眼球
8 視域
11 投影レンズ
31、32、33、34 空間像
101 光源
1021〜102n 照明光学系
1031〜103n 液晶表示素子
104 投射レンズユニット
105 撮像素子
106 信号処理部
107 演算回路
108 制御信号生成部
109 入力部
1 3D
3. Lens array (surface with wide screen deflection function)
4, 40 Laser
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記光学部材の前記第1面と前記第2面の相対的な間隔又は相対的な傾きを制御する駆動機構を駆動する制御信号を生成する制御信号生成手段を有し、
前記制御信号により前記駆動機構を駆動して前記光学部材の光学的特性を変化させることで、前記第2面から出射する光線の広がり角を制御すると共に、前記空間像を観察する観察者の視域を制御することを特徴とする立体画像表示用プロジェクタ。 Irradiating incoherent light of a two-dimensional image to the vicinity of the first surface of the optical member having the first surface as a diffusion surface and the second surface facing the first surface as a surface having a light deflection function. A stereoscopic image display projector for condensing multi-directional light beams at a spatial position near the second surface and reproducing a three-dimensional spatial image according to the principle of integral photography,
Control signal generating means for generating a control signal for driving a driving mechanism for controlling a relative distance or a relative inclination between the first surface and the second surface of the optical member;
The driving mechanism is driven by the control signal to change the optical characteristics of the optical member, thereby controlling the spread angle of the light beam emitted from the second surface and viewing the aerial image. A stereoscopic image display projector characterized by controlling a region.
前記撮像手段により撮像して得られた前記スポットのモニタ画像信号に基づき、前記光学部材の前記第1面と前記第2面の相対的な間隔又は相対的な傾きを検出する検出手段とを更に有し、
前記検出手段により検出された前記第1面と前記第2面の相対的な間隔又は相対的な傾きに応じて、前記制御信号生成手段を介して前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項1記載の立体画像表示用プロジェクタ。 Imaging means for imaging a spot formed on the first surface by injecting coherent light from the second surface side of the optical member;
Detection means for detecting a relative interval or a relative inclination between the first surface and the second surface of the optical member based on a monitor image signal of the spot obtained by imaging by the imaging unit; Have
The drive mechanism is controlled via the control signal generation unit according to a relative distance or a relative inclination between the first surface and the second surface detected by the detection unit. Item 3. A stereoscopic image display projector according to Item 1.
コヒーレント光である略平行光線を前記偏向光学素子アレイに入射することにより、前記スクリーン上に形成される一又は二以上のスポットを前記平面画像と共に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像して得られた前記スポットのモニタ画像信号に基づき、前記スクリーンと前記偏向光学素子アレイとの相対的な間隔又は相対的な傾きを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記スクリーンと前記偏向光学素子アレイとの間隔又は傾きに応じて、前記スクリーンと前記偏向光学素子アレイとの間隔及び傾きを可変する駆動機構を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段と
を有し、前記制御信号生成手段は、前記偏向光学素子アレイから空間に出射する光線の広がり角、及び前記空間像を観察する観察者の視域の一方又は両方を制御するための制御信号を生成することを特徴とする立体画像表示用プロジェクタ。 The screen is irradiated with incoherent light of a two-dimensional image to form a large number of flat images on the screen, the large number of flat images are transmitted through the screen and diffused, and the deflection is provided so as to be opposed to the screen. The diffused light from the screen is projected as a group of light beams that are substantially parallel in different directions depending on the pixel position by the optical element array, and these light beam groups are condensed in space, and are three-dimensionally based on the principle of integral photography. A stereoscopic image display projector for reproducing a spatial image of
Imaging means for imaging one or two or more spots formed on the screen together with the planar image by making substantially parallel light rays that are coherent light incident on the deflection optical element array;
Detecting means for detecting a relative interval or a relative inclination between the screen and the deflection optical element array based on a monitor image signal of the spot obtained by imaging by the imaging means;
A control signal for controlling a drive mechanism that varies the interval and inclination between the screen and the deflection optical element array is generated according to the interval or inclination between the screen and the deflection optical element array detected by the detection means. Control signal generation means, and the control signal generation means controls one or both of a spread angle of light emitted from the deflection optical element array into space and a viewing area of an observer observing the aerial image. A control signal for generating a stereoscopic image display.
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