JP2010054917A - Naked-eye stereoscopic display device - Google Patents

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Akinari Suehiro
晃也 末廣
Yasuyuki Haino
泰行 配野
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve directionality of light beams from a screen, display a stereoscopic image with ample resolution, even at a position which is jumped out from the screen, and obtain a viewing area fully wide for many persons to view. <P>SOLUTION: Projection lenses 20a to 20e are arranged at equal intervals in a Y direction. Spatial light modulating elements 10a to 10e are arranged at positions made eccentric in horizontal and vertical directions, with respect to the projection lenses 20a to 20e. Light beams emitted from the spatial light modulating elements 10a to 10e are converged and imaged on a vertical diffusing screen 50, and form pixels 50A to 50E on the vertical diffusing screen 50. The pixels 50A to 50E emit main light beams having luminance and chromaticity which are different, depending on the directions. Thus, the ranges of the angles of light beams emitted from the projection lenses 20a to 20e can be utilized to a maximum. This enables a configuration that does not use Fresnel lenses, improves the directivity of light beams from the vertical diffusing screen 50, and realizes parallelization of light beams that have large incident angles. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は裸眼立体表示装置に係り、特にメガネを使用しないで自然な立体像を表示する裸眼立体表示装置に関する。   The present invention relates to an autostereoscopic display device, and more particularly to an autostereoscopic display device that displays a natural stereoscopic image without using glasses.

近年のハイビジョン市場の成熟に伴い、特殊なメガネを使用しないで立体像を視覚可能な裸眼立体表示装置の開発が活発に行われている。裸眼立体表示装置の実用化に向けた最大の課題は立体像の解像度と視域(立体像を回り込んで観察することのできる範囲。一般の二次元ディスプレイの場合は視野角と呼ばれる)の両立である。しかし、現行の表示デバイスを用いたのでは、実用的な解像度と視域を得ることは極めて困難である。   With the maturation of the high-definition market in recent years, autostereoscopic display devices capable of visualizing stereoscopic images without using special glasses have been actively developed. The biggest challenge for the practical application of autostereoscopic display devices is to achieve both the resolution of the three-dimensional image and the viewing area (the range in which the three-dimensional image can be observed and referred to as the viewing angle in the case of a general two-dimensional display). It is. However, it is extremely difficult to obtain a practical resolution and viewing zone using the current display device.

これを解決するために、複数の表示デバイスを用いることにより解像度と視域を向上させた三次元画像表示技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。図27は、この特許文献1記載の三次元画像表示装置の一例の構成図を示す。同図に示すように、この特許文献1記載の三次元画像表示装置は、水平方向の間隔が等間隔になるように二次元配置した多数のプロジェクタ内の空間光変調素子10a〜10eから投射レンズ20a〜20eを通して射出された光線をレンズシフトにより偏向させ、スクリーン上に重畳させて投射した後に、当該スクリーンからの光線を垂直方向には拡散するとともに水平方向には平行光として(テレセントリックに)異なる方向に投射することにより、水平方向の立体視に特化した高画質な裸眼立体像を実現する技術が開示されている。   In order to solve this, a three-dimensional image display technique is known in which resolution and viewing zone are improved by using a plurality of display devices (see, for example, Patent Document 1). FIG. 27 shows a configuration diagram of an example of the three-dimensional image display device described in Patent Document 1. As shown in the figure, the three-dimensional image display device described in Patent Document 1 is a projection lens including spatial light modulation elements 10a to 10e in a large number of projectors arranged two-dimensionally so that horizontal intervals are equal. After the light beams emitted through 20a to 20e are deflected by lens shift and superimposed and projected on the screen, the light beams from the screen are diffused in the vertical direction and different as parallel light (telecentric) in the horizontal direction. A technique for realizing a high-quality autostereoscopic image specialized for horizontal stereoscopic vision by projecting in the direction is disclosed.

特開2007−309975号公報JP 2007-309975 A

上記の特許文献1記載の従来の三次元画像表示技術によれば、スクリーンが2枚構成であって、図27に示すように垂直拡散スクリーン50に近接させてフレネルレンズ40が配置されており、フレネルレンズ40により、その物体側焦点距離と投射距離が一致するように構成することによって主光線を互いに平行化(テレセントリックに)するために用いられる。   According to the conventional three-dimensional image display technique described in Patent Document 1 described above, the screen has a two-sheet configuration, and the Fresnel lens 40 is disposed close to the vertical diffusion screen 50 as shown in FIG. By using the Fresnel lens 40 so that the object side focal length and the projection distance coincide with each other, the principal rays are used to make them parallel (telecentric).

しかしながら、この構成ではフレネルレンズ40の光軸近傍の空間光変調素子からの入射光に対してはほぼ平行化できたとしても、光軸から遠く離れた空間光変調素子からの入射光に対しては平行化することは困難である。その理由は、フレネルレンズ40は本質的に単レンズだからである。すなわち、屈折面を高々2面しかもたない1枚のフレネルレンズ40で平行化できる光線の入射角の範囲には限界があり、たとえ非球面フレネルレンズを用いたとしても、複数人で観察するのに十分な角度、例えば全角40度以上で平行化することは、事実上困難である。このため、いくらプロジェクタの数を増やしても十分に視域が広がらないという課題がある。   However, with this configuration, even if the incident light from the spatial light modulation element near the optical axis of the Fresnel lens 40 can be substantially parallelized, the incident light from the spatial light modulation element far from the optical axis can be obtained. Is difficult to parallelize. This is because the Fresnel lens 40 is essentially a single lens. In other words, there is a limit to the range of incident angles of light that can be collimated by a single Fresnel lens 40 having at most two refracting surfaces. Even if an aspherical Fresnel lens is used, multiple people can observe it. It is practically difficult to achieve parallelism at a sufficient angle such as 40 degrees or more. For this reason, there is a problem that the viewing area is not sufficiently widened no matter how many projectors are increased.

また、フレネルレンズの溝で光が拡散することにより、水平方向の光の指向性が低下し、スクリーンから手前に飛び出した位置での立体像の解像度が低下する。このため、スクリーン付近またはスクリーン奥にしか立体像を表示できないという課題がある。   Further, the light is diffused in the groove of the Fresnel lens, so that the directivity of the light in the horizontal direction is lowered, and the resolution of the stereoscopic image at the position protruding forward from the screen is lowered. For this reason, there is a problem that a stereoscopic image can be displayed only near the screen or in the back of the screen.

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、スクリーンからの光線の指向性を向上し、スクリーンから飛び出した位置でも立体像を十分な解像度で表示でき、また、多人数で観察するのに十分に広い視域を実現可能な裸眼立体表示装置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, improves the directivity of light rays from the screen, can display a stereoscopic image with sufficient resolution even at a position protruding from the screen, and is sufficient for observation by a large number of people. An object of the present invention is to provide an autostereoscopic display device capable of realizing a wide viewing area.

上記の目的を達成するため、本発明の裸眼立体表示装置は、水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の投射レンズと、複数の投射レンズに対して1対1に対応して設けられ、対応して設けられた投射レンズの物体面上にあって投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の空間光変調素子と、複数の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、複数の投射レンズの像面上にあって、複数の空間光変調素子の画素からそれぞれ射出される照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素のそれぞれを二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンとを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an autostereoscopic display device according to the present invention includes a plurality of projection lenses that are two-dimensionally arranged in both the horizontal and vertical directions and arranged at equal intervals in the horizontal direction, and a plurality of projection lenses. A plurality of two-dimensional images that are provided in a one-to-one correspondence with each other and that are arranged on the object plane of the projection lens provided in a corresponding manner and are decentered with respect to the optical axis of the projection lens. Each of the plurality of spatial light modulation elements, the illumination optical system that irradiates illumination light to each of the plurality of spatial light modulation elements, and the pixels of the plurality of spatial light modulation elements that are on the image planes of the plurality of projection lenses A chief ray modulated with respect to the luminance and chromaticity of the emitted illumination light is imaged at a predetermined position, and each of the imaged pixels is used as a secondary light source, and the chief rays are different in brightness and color in different directions. By projecting at degrees, Characterized in that it comprises a screen for displaying a stereoscopic image.

また、本発明は、スクリーン上に結像された複数の画素のそれぞれから異なる方向に投射される主光線の角度ピッチを、複数の投射レンズのF値、又はスクリーンの水平拡散角、又は照明光学系のF値に一致させる手段を備えてもよい。   The present invention also provides an angle pitch of principal rays projected in different directions from each of a plurality of pixels imaged on a screen, an F value of a plurality of projection lenses, a horizontal diffusion angle of a screen, or illumination optics. Means for matching the F value of the system may be provided.

また、本発明は、複数の投射レンズ、複数の空間光変調素子、及び照明光学系からなり、複数の投射レンズからそれぞれ投射された主光線によりスクリーンに共通の複数の画素を結像する構成をプロジェクタアレイユニットとしたとき、第1のプロジェクタアレイユニットに対して、水平方向でかつ一方向に所定間隔ずつシフトした複数の第2のプロジェクタアレイユニットを配置すると共に、水平方向でかつ一方向とは反対方向に所定間隔ずつシフトした複数の第3のプロジェクタアレイユニットを配置し、第1乃至第3のプロジェクタアレイユニットからスクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、スクリーンから射出する主光線を互いにテレセントリックに投射させるようにしてもよい。   Further, the present invention includes a plurality of projection lenses, a plurality of spatial light modulation elements, and an illumination optical system, and has a configuration in which a plurality of pixels common to the screen are imaged by principal rays respectively projected from the plurality of projection lenses. When the projector array unit is used, a plurality of second projector array units that are shifted in the horizontal direction and by a predetermined interval in one direction are arranged with respect to the first projector array unit. A plurality of third projector array units shifted by a predetermined interval in the opposite direction are arranged, and each of the plurality of pixels imaged on the screen from the first to third projector array units is used as a secondary light source from the screen. The chief rays to be emitted may be projected in a telecentric manner.

また、本発明は、複数の投射レンズ、複数の空間光変調素子、及び照明光学系からなり、複数の投射レンズからそれぞれ投射された主光線によりスクリーンに結像する複数の画素の像面を共通化しない構成を非共通像面プロジェクタアレイユニットとしたとき、水平方向に所定間隔ずつシフトした複数の非共通像面プロジェクタアレイユニットを配置し、
非共通像面プロジェクタアレイユニットからスクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、スクリーンから射出する主光線を互いにテレセントリックに投射させるようにしてもよい。また、スクリーンに重ねて投射された複数の空間光変調素子からの画像の歪曲収差又は倍率色収差を電気的に補正する手段を備えるようにしてもよい。
In addition, the present invention includes a plurality of projection lenses, a plurality of spatial light modulation elements, and an illumination optical system, and a common image plane of a plurality of pixels that forms an image on a screen by chief rays respectively projected from the plurality of projection lenses. When the non-common image plane projector array unit is configured as a non-common image plane projector array unit, a plurality of non-common image plane projector array units shifted by a predetermined interval in the horizontal direction are arranged,
Each of a plurality of pixels imaged on the screen from the non-common image plane projector array unit may be used as a secondary light source to project the principal rays emitted from the screen in a telecentric manner. Further, there may be provided means for electrically correcting distortion aberration or lateral chromatic aberration of an image from a plurality of spatial light modulation elements projected on the screen.

また、本発明は、水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の第1の投射レンズと、水平及び垂直の両方向に対してそれぞれ傾斜した方向に二次元配置され、かつ、水平方向に対して傾斜した方向に等間隔で配置された複数の第2の投射レンズと、複数の第1の投射レンズに対して1対1に対応して設けられ、対応して設けられた第1の投射レンズの物体面上にあって第1の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第1の空間光変調素子と、複数の第2の投射レンズに対して1対1に対応して設けられ、対応して設けられた第2の投射レンズの物体面上にあって第2の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第2の空間光変調素子と、複数の第1及び第2の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、複数の第1及び第2の投射レンズの像面上にあって、複数の第1及び第2の空間光変調素子の画素からそれぞれ出射される照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素のそれぞれを二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンとを備えることを特徴とする。   Further, the present invention provides a plurality of first projection lenses that are two-dimensionally arranged in both the horizontal and vertical directions and are equally spaced in the horizontal direction, and in directions inclined with respect to both the horizontal and vertical directions. A plurality of second projection lenses that are two-dimensionally arranged and arranged at equal intervals in a direction inclined with respect to the horizontal direction, and provided in a one-to-one correspondence with the plurality of first projection lenses. A plurality of first spaces for displaying a two-dimensional image arranged on the object plane of the first projection lens provided correspondingly and decentered with respect to the optical axis of the first projection lens The light modulation element and the plurality of second projection lenses are provided in a one-to-one correspondence, and the light of the second projection lens is provided on the object plane of the corresponding second projection lens. A plurality of second images displayed at a position eccentric with respect to the axis to display a two-dimensional image; On the image planes of the plurality of first and second projection lenses, the illumination optical system for irradiating illumination light to each of the plurality of first and second spatial light modulation elements, and the first and second projection lenses. The principal rays modulated with respect to the luminance and chromaticity of the illumination light respectively emitted from the pixels of the plurality of first and second spatial light modulation elements are imaged at a predetermined position, and the plurality of pixels thus imaged And a screen that displays a three-dimensional image in space by projecting chief rays in different directions and with different luminance and chromaticity.

ここで、上記の第2の空間光変調素子は、その光軸が第2の投射レンズの光軸と互いに平行に偏心され、かつ、投射レンズの光軸に対して傾きをもって偏心されていてもよい。   Here, even if the optical axis of the second spatial light modulation element is decentered parallel to the optical axis of the second projection lens and decentered with an inclination with respect to the optical axis of the projection lens. Good.

本発明によれば、フレネルレンズを使用しない構成にしたため、スクリーンからの光線の指向性が向上し、スクリーンから飛び出した位置でも立体像を十分な解像度で表示できる。また、本発明によれば、大きい入射角同士の光線も平行化することが可能となり、多人数で観察するのに十分に広い視域が得られる。   According to the present invention, since the Fresnel lens is not used, the directivity of light rays from the screen is improved, and a stereoscopic image can be displayed with sufficient resolution even at a position protruding from the screen. Further, according to the present invention, it becomes possible to collimate light beams having large incident angles, and a sufficiently wide viewing zone can be obtained for observation by a large number of people.

次に、本発明を実施するための最良の実施の形態について図面と共に説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明になる裸眼立体表示装置の一実施の形態の電気系の基本構成図を示す。同図において、裸眼立体表示装置1は、パーソナルコンピュータ(PC)2と、PC2からのデータをn分岐するハブ3と、ハブ3に接続されたn台のネットワーク接続ストレージ(Network Attached Storage:NAS)4−1〜4−nと、NAS4−1〜4−nに対して1対1に対応して設けられ、HDMI(High-Definition Multimedia Interface)ケーブルを介して接続されたプロジェクタ(PJ)5−1〜5−nとからなる。   FIG. 1 shows a basic configuration diagram of an electric system of an embodiment of an autostereoscopic display device according to the present invention. In the figure, an autostereoscopic display device 1 includes a personal computer (PC) 2, a hub 3 for branching data from the PC 2, and n network-attached storages (NAS) connected to the hub 3. 4-1 to 4-n and NAS 4-1 to 4-n are provided in a one-to-one correspondence and are connected via a high-definition multimedia interface (HDMI) cable 5- 1 to 5-n.

ネットワーク上で読み取り可能な記憶媒体であるNAS4−1〜4−nのそれぞれは、1台のPC2からマルチキャストにより同時に送信されたデータを受け、映像出力のタイミングをフレーム単位で制御する。NAS4−1〜4−nのそれぞれは、ゲンロック(GENeratorLOCK、ジェンロックともいう)機構又はゲンロックと同等な同期手段を有しており、各視点画像(view1_sig〜viewn_sig)の位相と周波数を同期させる。NAS4−1〜4−nのそれぞれから出力された各視点画像(view1_sig〜viewn_sig)は、HDMIケーブルを介してプロジェクタ5−1〜5−nに入力される。   Each of the NASs 4-1 to 4-n, which are storage media readable on the network, receives data simultaneously transmitted by multicast from one PC 2 and controls video output timing in units of frames. Each of the NASs 4-1 to 4-n has a genlock mechanism (generatorlock) or a synchronization means equivalent to a genlock, and synchronizes the phase and frequency of each viewpoint image (view1_sig to viewn_sig). Each viewpoint image (view1_sig to viewn_sig) output from each of the NASs 4-1 to 4-n is input to the projectors 5-1 to 5-n via the HDMI cable.

プロジェクタ5−1〜5−nは、それぞれ入力された各視点画像を空間光変調素子に供給して二次元画像表示させ、その画像表示された光を投射レンズを通してスクリーン6に投射し、スクリーン6からの空間における各光線の交点に球形の立体像7や直方体の立体像8などの所望の立体像を表示させる。   The projectors 5-1 to 5 -n supply the respective viewpoint images inputted thereto to the spatial light modulator to display a two-dimensional image, project the light displayed on the image onto the screen 6 through the projection lens, and the screen 6. Desired stereoscopic images such as a spherical stereoscopic image 7 and a rectangular parallelepiped stereoscopic image 8 are displayed at the intersections of the respective rays in the space.

以上の構成のうち、本実施の形態の裸眼立体表示装置1は、プロジェクタ5−1〜5−nの配置構成が、以下説明する各実施の形態のいずれかの構成である点に特徴を有し、スクリーン6としてフレネルレンズを使用しない構成のスクリーンを用いることができるようにしたものである。   Among the above configurations, the autostereoscopic display device 1 according to the present embodiment is characterized in that the arrangement configuration of the projectors 5-1 to 5-n is any one of the configurations described below. In addition, a screen without a Fresnel lens can be used as the screen 6.

次に、本発明の裸眼立体表示装置の光学系(プロジェクタ5−1〜5−nの配置構成)の各実施の形態について図面と共に説明する。   Next, embodiments of the optical system (arrangement configuration of projectors 5-1 to 5-n) of the autostereoscopic display device of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図2は、本発明になる裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図において、空間光変調素子10aと投射レンズ20aとは第1のプロジェクタ内に設けられている。同様に、空間光変調素子10bと投射レンズ20b、空間光変調素子10cと投射レンズ20c、空間光変調素子10dと投射レンズ20d、空間光変調素子10eと投射レンズ20eは、それぞれ別々のプロジェクタ内に設けられている。なお、図示を省略したが、空間光変調素子10a〜10eの各照明光学系も各プロジェクタ内に設けられている。
(First embodiment)
FIG. 2 shows a basic configuration diagram of the optical system of the first embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In the figure, the spatial light modulator 10a and the projection lens 20a are provided in the first projector. Similarly, the spatial light modulator 10b and the projection lens 20b, the spatial light modulator 10c and the projection lens 20c, the spatial light modulator 10d and the projection lens 20d, and the spatial light modulator 10e and the projection lens 20e are in separate projectors. Is provided. Although not shown, each illumination optical system of the spatial light modulators 10a to 10e is also provided in each projector.

また、図2の基本構成図及び図3の斜視図に示すように、空間光変調素子10a〜10eと、投射レンズ20a〜20eとが、垂直拡散スクリーン50の前方に配置されている。また、図4の正面図において、実線の円は図2に示した投射レンズ20a〜20e及び図2には図示されていない他のプロジェクタ内の投射レンズを模式的に示す。投射レンズ20a〜20e等の投射レンズは、水平方向に例えば5つ配置され、斜め垂直方向に例えば5つ配置された2次元配置とされている。また、図4において、斜め垂直方向に隣接する投射レンズ間は水平方向に距離X1だけずれて配置され、最上部位置の投射レンズと水平方向に隣接する最下部位置の投射レンズとの間は水平方向に距離X2だけずれて配置されている。更に、図4に示すように、投射レンズ20f等の各投射レンズの有効径内の位置に離間対向して、空間光変調素子10f等の空間光変調素子が設けられている。   Further, as shown in the basic configuration diagram of FIG. 2 and the perspective view of FIG. 3, the spatial light modulation elements 10 a to 10 e and the projection lenses 20 a to 20 e are disposed in front of the vertical diffusion screen 50. In the front view of FIG. 4, solid circles schematically indicate the projection lenses 20a to 20e shown in FIG. 2 and projection lenses in other projectors not shown in FIG. For example, five projection lenses such as the projection lenses 20a to 20e are arranged in the horizontal direction and are arranged in a two-dimensional arrangement in which, for example, five are arranged in the oblique vertical direction. In FIG. 4, the projection lenses adjacent in the oblique vertical direction are arranged to be shifted by a distance X1 in the horizontal direction, and the horizontal position is between the projection lens at the uppermost position and the projection lens at the lowermost position adjacent in the horizontal direction. They are displaced in the direction by a distance X2. Further, as shown in FIG. 4, a spatial light modulation element such as the spatial light modulation element 10f is provided so as to be spaced apart and opposed to a position within the effective diameter of each projection lens such as the projection lens 20f.

図2において、空間光変調素子10a〜10eは、例えば、液晶表示素子(LCD)、反射型液晶表示素子(LCOS)、反射型素子(DMD:登録商標)、光の回折効果を利用して光の向きや色などを制御する投影デバイス「マイクロリボンアレイ」を使用した表示素子(GLV:登録商標)などで構成された二次元画像表示装置である。また、投射レンズ20a〜20eは、1対1に対応して設けられた空間光変調素子10a〜10eで表示された画像からの光を垂直拡散スクリーン50に投射する。ここでは、投射レンズ20a〜20eは1枚の単レンズとして描かれているが、実際には複数のレンズからなるレンズ系、および個々のレンズを保持するホルダー、通過する光線のFナンバーを決める開口絞りからなる。   In FIG. 2, the spatial light modulators 10 a to 10 e are, for example, a liquid crystal display element (LCD), a reflective liquid crystal display element (LCOS), a reflective element (DMD: registered trademark), and light using a light diffraction effect. Is a two-dimensional image display device composed of a display device (GLV: registered trademark) using a projection device “microribbon array” for controlling the orientation and color of the image. The projection lenses 20a to 20e project light from images displayed by the spatial light modulation elements 10a to 10e provided in a one-to-one relationship onto the vertical diffusion screen 50. Here, the projection lenses 20a to 20e are drawn as a single lens, but in reality, a lens system composed of a plurality of lenses, a holder for holding each lens, and an aperture for determining the F number of the light beam passing therethrough. Consists of an aperture.

また、空間光変調素子10a〜10eは、図示しない光源及び照明光学系によってそれぞれ照明されているものとする。照明光学系は超高圧水銀ランプのような周知の白色光源のほか、発光ダイオード(LED)やレーザーのような周知の単色光源でもよい。白色光源の場合は、カラーフィルタやダイクロイックフィルター等を用いた周知のカラー化技術によって色度を付与されるが、ここでは説明を省略する。   The spatial light modulators 10a to 10e are respectively illuminated by a light source and an illumination optical system (not shown). The illumination optical system may be a well-known white light source such as an ultra-high pressure mercury lamp, or a well-known monochromatic light source such as a light emitting diode (LED) or a laser. In the case of a white light source, chromaticity is given by a well-known colorization technique using a color filter, a dichroic filter, or the like, but the description thereof is omitted here.

垂直拡散スクリーン50は、図1に示したスクリーン6に相当し、例えば、レンチキュラースクリーンやホログラフィックスクリーンなどであり、垂直方向に拡散した光を射出する。ここで垂直方向とは図2中、X方向である。また、図2中、水平方向はY方向、奥行き方向はZ方向を指す。垂直拡散スクリーン50上には、投射レンズ20a〜20eから投射された光により画素50A〜50Eが結像されている。また、投射レンズ20a、20b、20c、20d、20eから投射されて垂直拡散スクリーン50から射出される光10a1〜10a5,10b1〜10b5、10c1〜10c5,10d1〜10d5、10e1〜10e5は、主光線を表す。また、主光線10c3の周囲の10c3mは外縁光線を表す。すべての主光線に外縁光線が付随するが、10c3m以外の外縁光線は図の簡略化のため省略している。   The vertical diffusion screen 50 corresponds to the screen 6 shown in FIG. 1 and is, for example, a lenticular screen or a holographic screen, and emits light diffused in the vertical direction. Here, the vertical direction is the X direction in FIG. In FIG. 2, the horizontal direction indicates the Y direction, and the depth direction indicates the Z direction. On the vertical diffusion screen 50, pixels 50A to 50E are imaged by the light projected from the projection lenses 20a to 20e. The light 10a1 to 10a5, 10b1 to 10b5, 10c1 to 10c5, 10d1 to 10d5, and 10e1 to 10e5 projected from the projection lenses 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e and emitted from the vertical diffusion screen 50 are chief rays. To express. Further, 10c3m around the principal ray 10c3 represents an outer edge ray. All principal rays are accompanied by outer edge rays, but outer edge rays other than 10c3m are omitted for simplification of the drawing.

次に、図2の基本動作について説明する。空間光変調素子10a〜10eに対する照明光は、光の強度及び色度が画素単位で変調され、投射レンズ20a〜20eを通過する。投射レンズ20a〜20eは水平方向(Y方向)に等間隔に配置されている。これに対し、投射レンズ20a〜20eのそれぞれの図示しない光軸に対して、各々の空間光変調素子10a〜10eが水平方向及び垂直方向に偏心した位置に配置されている。プロジェクタの周知技術としてレンズシフト機構があるが、ここでは一定間隔で固定されたレンズに対して空間光変調素子10a〜10eをシフトさせている。   Next, the basic operation of FIG. 2 will be described. The illumination light with respect to the spatial light modulators 10a to 10e is modulated in intensity and chromaticity in units of pixels and passes through the projection lenses 20a to 20e. The projection lenses 20a to 20e are arranged at equal intervals in the horizontal direction (Y direction). On the other hand, the spatial light modulators 10a to 10e are arranged at positions decentered in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the optical axes (not shown) of the projection lenses 20a to 20e. As a well-known technique for projectors, there is a lens shift mechanism. Here, the spatial light modulators 10a to 10e are shifted with respect to lenses fixed at regular intervals.

空間光変調素子10a〜10eと垂直拡散スクリーン50とは共役関係にあり、外縁光線10c3mに示すように空間光変調素子10a〜10eから発散する光線は垂直拡散スクリーン50で収束して結像し、垂直拡散スクリーン50上に画素50A〜50Eを形成する。ここで形成された画素50A〜50Eは、一般的なプロジェクタで形成する画素とは異なり、方向によって異なる輝度と色度をもつ光線(主光線とその周りに付随する外縁光線)を発するものである。例えば、画素50Cからの主光線は、図2の上から10e3、10d3、10c3、10b3、10a3で、これらは各々異なる空間光変調素子10e、10d、10c、10b、10aから射出された光によるものである。   The spatial light modulators 10a to 10e and the vertical diffusing screen 50 are in a conjugate relationship, and the light rays emitted from the spatial light modulators 10a to 10e converge on the vertical diffusing screen 50 to form an image as shown by the outer edge light beam 10c3m. Pixels 50 </ b> A to 50 </ b> E are formed on the vertical diffusion screen 50. The pixels 50 </ b> A to 50 </ b> E formed here emit light rays having different luminance and chromaticity depending on directions (principal rays and outer peripheral rays associated therewith), unlike pixels formed by general projectors. . For example, chief rays from the pixel 50C are 10e3, 10d3, 10c3, 10b3, 10a3 from the top of FIG. 2, and these are due to light emitted from different spatial light modulators 10e, 10d, 10c, 10b, 10a, respectively. It is.

図5は、垂直拡散スクリーン50上の一つの画素から射出される光線の様子を示す図である。図5(a)は上面図、同図(b)は側面図、同図(c)は斜視図である。図5(a)に示すように、垂直拡散スクリーン50上の画素からは、水平面上異なる方向(図5では19方向)に細長い扇形の光線が射出されている。各扇形の頂角が、プロジェクタのF値に対応し、隣り合う扇形は重ならず、かつ、隙間が無いようにF値を設計する。この設計が不完全であると、視点をY方向(水平方向)に移動したときに輝度むらが観測されることになる。   FIG. 5 is a diagram showing a state of light rays emitted from one pixel on the vertical diffusion screen 50. 5A is a top view, FIG. 5B is a side view, and FIG. 5C is a perspective view. As shown in FIG. 5A, long, fan-shaped light beams are emitted from the pixels on the vertical diffusion screen 50 in different directions on the horizontal plane (19 directions in FIG. 5). The F value is designed so that the vertical angle of each sector corresponds to the F value of the projector, adjacent sector shapes do not overlap and there is no gap. If this design is incomplete, uneven brightness will be observed when the viewpoint is moved in the Y direction (horizontal direction).

図5(b)の側面図は、画素からの光線が垂直方向に拡散される様子を示している。垂直拡散スクリーン50上で垂直拡散を行うのは、垂直方向の立体情報を放棄することにより、水平方向により高密度な光線を再現するためである。図5(c)の斜視図に示すように、垂直方向に細長い四角錘の形状の光線が多方向に射出されている。   The side view of FIG. 5B shows how the light rays from the pixels are diffused in the vertical direction. The reason why the vertical diffusion is performed on the vertical diffusion screen 50 is to reproduce a higher density light beam in the horizontal direction by discarding the three-dimensional information in the vertical direction. As shown in the perspective view of FIG. 5 (c), light beams in the shape of a rectangular pyramid elongated in the vertical direction are emitted in multiple directions.

図6は、垂直拡散スクリーン50上の複数の画素から射出される光線の様子を示す図である。図6(a)は上面図、同図(b)は側面図、同図(c)は斜視図を示す。図6(a)に示すように、垂直拡散スクリーン50上の複数の画素からの光線は、扇形空間に集積されて点の三次元画像が形成される。一般の三次元画像は、この点の三次元画像が多数個集まったものとして形成される。   FIG. 6 is a diagram showing a state of light rays emitted from a plurality of pixels on the vertical diffusion screen 50. 6A is a top view, FIG. 6B is a side view, and FIG. 6C is a perspective view. As shown in FIG. 6A, light rays from a plurality of pixels on the vertical diffusion screen 50 are accumulated in a fan space to form a three-dimensional image of points. A general three-dimensional image is formed as a collection of many three-dimensional images of this point.

図6(b)は、垂直拡散スクリーン50上で垂直拡散される光線の様子を示す図で、図5(b)で説明したのと同様に、画素からの光線が垂直方向に拡散される様子を示している。図6(c)の斜視図は、垂直方向に細長い四角錐の形状の光線が空間に形成され、水平方向の三次元画像が形成されている様子を示している。   FIG. 6B is a diagram showing the state of light rays vertically diffused on the vertical diffusion screen 50, and the light rays from the pixels are diffused in the vertical direction in the same manner as described in FIG. 5B. Is shown. The perspective view of FIG. 6C shows a state in which light beams in the shape of a quadrangular pyramid elongated in the vertical direction are formed in the space, and a three-dimensional image in the horizontal direction is formed.

そして、上記の垂直拡散スクリーン50上で結像された図2に示す各画素から射出される主光線の周りに付随する外縁光線は拡大像のため、垂直拡散スクリーン50付近ではF10程度の大きなF値となっている。しかも、図5、図6と共に説明したように水平方向(Y方向)には垂直拡散スクリーン50による拡散を全く受けないか、または僅かに拡散されるのみであるため、水平方向には指向性の高い光線が、図2の画素50A〜50Eから異なる方向に発せられることになる。これらの指向性の高い光線が高い密度で空間に投射されると、図7に概念的に示すように光線の交点として奥行きの異なる位置に、図1に示した立体像7、8に相当する立体像31、32が形成される。   Further, the outer edge rays accompanying the principal rays emitted from the respective pixels shown in FIG. 2 imaged on the vertical diffusion screen 50 are magnified images, and therefore a large F of about F10 in the vicinity of the vertical diffusion screen 50. It is a value. In addition, as described with reference to FIGS. 5 and 6, the horizontal direction (Y direction) is not diffused by the vertical diffusion screen 50 at all or is slightly diffused. High rays will be emitted in different directions from the pixels 50A-50E of FIG. When these light beams with high directivity are projected onto the space at a high density, they correspond to the three-dimensional images 7 and 8 shown in FIG. 1 at positions having different depths as intersections of the light beams as conceptually shown in FIG. Three-dimensional images 31 and 32 are formed.

ところで、特許文献1記載の三次元画像表示装置では、前述したように垂直拡散スクリーンに近接させてフレネルレンズが配置された構成のスクリーンを使用していた。ここで、このフレネルレンズによる悪影響について更に詳細に説明する。上記スクリーン中のフレネルレンズの球面収差の影響により、スクリーンから射出する光線はスクリーンに投射されるプロジェクタの光軸から離れるほどテレセントリック性が悪化する。   By the way, the three-dimensional image display device described in Patent Document 1 uses a screen having a configuration in which a Fresnel lens is arranged close to a vertical diffusion screen as described above. Here, the adverse effect of the Fresnel lens will be described in more detail. Due to the influence of the spherical aberration of the Fresnel lens in the screen, the light emitted from the screen becomes more telecentric as it moves away from the optical axis of the projector projected on the screen.

テレセントリック性が悪化すると、光線同士の交点が空間的に歪んだ状態となるため、意図した位置に立体像が表示できなくなる。特に、スクリーンのサイズを大きくすればするほどスクリーン周辺で大きな屈折角が必要になることから、テレセットリック性は悪化する。例えば、スクリーンサイズが200インチ程度の高臨場感立体映像システムを構築する際には、非球面フレネルレンズを用いたとしても全プロジェクタをテレセントリックにすることは極めて困難である。大画面化に制約があることは、プロジェクタを用いた映像システムにとって大きなデメリットといえる。   When the telecentricity is deteriorated, the intersection of the light beams is in a spatially distorted state, so that a stereoscopic image cannot be displayed at the intended position. In particular, as the size of the screen is increased, a larger refraction angle is required around the screen, so that the telesetric property is deteriorated. For example, when constructing a highly realistic stereoscopic video system with a screen size of about 200 inches, it is extremely difficult to make all projectors telecentric even if an aspheric Fresnel lens is used. It is a big demerit for a video system using a projector that there is a restriction on a large screen.

また、フレネルレンズは光線の指向性も悪化させる。これは、フレネルレンズの溝の段差部分(急峻な傾きを有する面で、光の屈折には寄与しない面)に光が照射されることで生じるものであり、スクリーンサイズに関わらず発生する。フレネルレンズの溝部分の拡散により外縁光線が広がり、結像F値よりも小さなF値となって、指向性の低い光線として垂直拡散スクリーンから射出されることになる。このように拡散した光線同士が交わったとしても、垂直拡散スクリーンから離れた位置に立体像を形成することは困難である。   Fresnel lenses also deteriorate the directivity of light rays. This occurs when light is irradiated to a step portion (a surface having a steep inclination and a surface that does not contribute to light refraction) of the Fresnel lens, and occurs regardless of the screen size. Due to the diffusion of the groove portion of the Fresnel lens, the outer edge light beam spreads, becomes an F value smaller than the imaging F value, and is emitted from the vertical diffusion screen as a light beam with low directivity. Even if the light rays diffused in this way intersect, it is difficult to form a stereoscopic image at a position away from the vertical diffusion screen.

そこで、前述したように本発明では、フレネルレンズを排除することにより、光線の指向性を高める。もちろん、単にフレネルレンズを取り除いただけでは不十分である。なぜなら、図2からわかるように、本来テレセントリックであるべき主光線10a1〜10a5、あるいは10b1〜10b5等がテレセントリックでないからである。   Therefore, as described above, in the present invention, the directivity of light is enhanced by eliminating the Fresnel lens. Of course, simply removing the Fresnel lens is not sufficient. This is because, as can be seen from FIG. 2, principal rays 10a1 to 10a5 or 10b1 to 10b5 that should be originally telecentric are not telecentric.

図2において、垂直拡散スクリーン50の中心付近に立体像を表示させるのであれば、このような非テレセントリックな光線を前提とした立体画像をCG(コンピュータグラフィックス)で描画して表示することも可能である。しかしながら、画素50Aや画素50Eから射出される光線が示すように、垂直拡散スクリーン50の周辺部ではスクリーン外側に向かって光線が射出されるため、スクリーン中央付近から観察する場合、スクリーン周辺が欠ける、すなわち視野が限定されるという不具合が生じる。   In FIG. 2, if a three-dimensional image is displayed near the center of the vertical diffusion screen 50, a three-dimensional image based on such non-telecentric rays can be drawn and displayed by CG (computer graphics). It is. However, as shown by light rays emitted from the pixels 50A and 50E, light rays are emitted toward the outside of the screen at the periphery of the vertical diffusing screen 50. That is, there is a problem that the field of view is limited.

そこで、本発明の第1の実施の形態では、フレネルレンズを用いることなく、垂直拡散スクリーン50から射出される光線が互いにテレセントリックになるような光学系として、図2に示した複数のプロジェクタを1つのプロジェクタアレイユニットとしたとき、複数のプロジェクタアレイユニットを互いに水平方向にシフトさせて配置した構成としたものである。   Therefore, in the first embodiment of the present invention, a plurality of projectors shown in FIG. 2 are used as an optical system in which light beams emitted from the vertical diffusion screen 50 are telecentric without using a Fresnel lens. When a single projector array unit is used, a plurality of projector array units are arranged so as to be shifted in the horizontal direction.

図8は、本発明の第1の実施の形態の構成の過程を説明する平面図、図9は、図8の要部の正面図を示す。両図中、同一構成部分には同一符号を付してある。図8において、空間光変調素子10a〜10bおよび各々の投射レンズ20a〜20eからなる複数の投射表示装置を1つのユニットとして扱い、これをプロジェクタアレイユニット10と呼ぶことにする。このプロジェクタアレイユニット10をY方向(水平方向)に一定の間隔だけシフトしたもの(太線で描いてある)を新たなプロジェクタアレイユニット11とする。   FIG. 8 is a plan view for explaining the process of the configuration of the first embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a front view of the main part of FIG. In both drawings, the same components are denoted by the same reference numerals. In FIG. 8, a plurality of projection display devices including the spatial light modulation elements 10 a to 10 b and the respective projection lenses 20 a to 20 e are handled as one unit, and this is referred to as a projector array unit 10. The projector array unit 10 is a new projector array unit 11 that is shifted by a fixed interval in the Y direction (horizontal direction) (drawn with a thick line).

図9の正面図において、細い実線の円の各々はプロジェクタアレイユニット10を構成する各プロジェクタの投射レンズを模式的に示す。また、太い実線の円の各々はプロジェクタアレイユニット11を構成する各プロジェクタの投射レンズを模式的に示す。また、図9において、斜め垂直方向に隣接するプロジェクタアレイユニット10の投射レンズとプロジェクタアレイユニット20の投射レンズとの間は水平方向に距離X3だけずれて配置されている。更に、図9に示すように、投射レンズ21f等のプロジェクタアレイユニット11の各投射レンズの有効径内の位置に離間対向して、空間光変調素子11f等の空間光変調素子が設けられている。   In the front view of FIG. 9, each thin solid-line circle schematically shows a projection lens of each projector constituting the projector array unit 10. Each thick solid line circle schematically represents a projection lens of each projector constituting the projector array unit 11. In FIG. 9, the projection lens of the projector array unit 10 and the projection lens of the projector array unit 20 that are adjacent to each other in the obliquely vertical direction are arranged so as to be shifted by a distance X3 in the horizontal direction. Further, as shown in FIG. 9, a spatial light modulation element such as a spatial light modulation element 11f is provided so as to be spaced apart and opposed to a position within the effective diameter of each projection lens of the projector array unit 11 such as the projection lens 21f. .

図9にX3で示すプロジェクタアレイユニット10とプロジェクタアレイユニット11との間の水平方向のシフト量は、図8に示した垂直拡散スクリーン50上の画素50Dと50Eの間隔に等しくとるものとする。そうすると、新たなプロジェクタユニット11を構成する空間光変調素子11aから射出された主光線11a5は、もとのプロジェクタユニット10を構成する空間光変調素子10aから射出された主光線10a5と、その光路が互い平行になる。   The horizontal shift amount between the projector array unit 10 and the projector array unit 11 indicated by X3 in FIG. 9 is assumed to be equal to the interval between the pixels 50D and 50E on the vertical diffusion screen 50 shown in FIG. Then, the principal ray 11a5 emitted from the spatial light modulation element 11a constituting the new projector unit 11 is the same as the principal ray 10a5 emitted from the spatial light modulation element 10a constituting the original projector unit 10. They are parallel to each other.

また、空間光変調素子11bから射出された主光線11b5と空間光変調素子10aから射出された主光線10b5の各光路も互いに平行になる。同様に、主光線11c5と主光線10c5、主光線11d5と主光線10d5、主光線11e5と主光線10e5の各光路についても各々平行になる。   Further, the optical paths of the principal ray 11b5 emitted from the spatial light modulation element 11b and the principal ray 10b5 emitted from the spatial light modulation element 10a are also parallel to each other. Similarly, the optical paths of the principal ray 11c5 and the principal ray 10c5, the principal ray 11d5 and the principal ray 10d5, and the principal ray 11e5 and the principal ray 10e5 are also parallel to each other.

従って、画素50D、50Eから射出されるこれらの主光線についてはテレセントリックな状態が実現できる。他の画素50A〜50Cからの主光線についても同様にテレセントリックになる。しかし、まだ図8に示す状態では垂直拡散スクリーン50から射出される光線すべてがテレセントリックになっておらず、視野が限定された状態にある。   Accordingly, a telecentric state can be realized for these principal rays emitted from the pixels 50D and 50E. The chief rays from the other pixels 50A to 50C are similarly telecentric. However, in the state shown in FIG. 8, all the light rays emitted from the vertical diffusion screen 50 are not telecentric, and the field of view is limited.

そこで、図10に示すように、新たなプロジェクタアレイユニット12を追加する。このプロジェクタアレイユニット12は、プロジェクタアレイユニット10、11と同一構成であり、プロジェクタアレイユニット11に対して水平方向に前記シフト量X3だけシフトさせて配置される。   Therefore, a new projector array unit 12 is added as shown in FIG. The projector array unit 12 has the same configuration as the projector array units 10 and 11, and is arranged so as to be shifted by the shift amount X3 in the horizontal direction with respect to the projector array unit 11.

図10に示す構成の裸眼立体表示装置では、まだすべての主光線はテレセントリックではないが、図10に示すように画素50Aから射出された光線のうちスクリーン内側に向かう光線も現れるようになる。これは視野が広がることを意味する。同時に、垂直拡散スクリーン50上の1つの画素から射出される光線の角度範囲も広がる。これは立体視する際に回り込んで観察可能な範囲である視域が広がることを意味する。   In the autostereoscopic display device having the configuration shown in FIG. 10, all the principal rays are not telecentric yet, but as shown in FIG. 10, rays that go to the inside of the screen among the rays emitted from the pixels 50A also appear. This means a wider field of view. At the same time, the angular range of rays emitted from one pixel on the vertical diffusion screen 50 is also expanded. This means that the viewing zone, which is a range that can be observed by wrapping around in stereoscopic viewing, is expanded.

そして、更に図11に示すように、プロジェクタアレイユニット10〜12と同一構成のプロジェクタアレイユニット13を新たに追加し、プロジェクタアレイユニット12に対して水平方向に前記シフト量X3だけシフトさせて配置すると、スクリーン端の画素50Aからの光線の射出角が大きくなり、更に視野が拡大すると同時に、視域も拡大する。   Then, as shown in FIG. 11, when a projector array unit 13 having the same configuration as the projector array units 10 to 12 is newly added and shifted by the shift amount X3 with respect to the projector array unit 12 in the horizontal direction, The emission angle of the light beam from the pixel 50A at the screen end is increased, and the visual field is further enlarged, and at the same time, the viewing area is also enlarged.

更に、図12に示すように、プロジェクタアレイユニット10〜13と同一構成のプロジェクタアレイユニット14を新たに追加し、プロジェクタアレイユニット13に対して水平方向に前記シフト量X3だけシフトさせて配置すると、図12に示すように、スクリーン上端の画素50Aからの主光線はZ軸に対して対称になる。その他の画素50B〜50Eからの主光線についてはZ軸に対して非対称であるが、今度はY軸の負の方向に対してプロジェクタアレイユニットを追加しシフトさせることで図13に示すように対称化することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 12, when a projector array unit 14 having the same configuration as the projector array units 10 to 13 is newly added and shifted by the shift amount X3 in the horizontal direction with respect to the projector array unit 13, As shown in FIG. 12, the principal ray from the pixel 50A at the upper end of the screen is symmetric with respect to the Z axis. The chief rays from the other pixels 50B to 50E are asymmetric with respect to the Z axis, but this time, by adding and shifting the projector array unit with respect to the negative direction of the Y axis, the symmetry is as shown in FIG. Can be

すなわち、図13は、本発明になる裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の最終的な構成図を示す。本実施の形態の裸眼立体表示装置は、図13に示すようにY軸の正方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニット11、12、13、14を改めて11R、12R、13R、14Rと記載し、Y軸の負方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニットを11L、12L,13L,14Lとする。   That is, FIG. 13 shows a final configuration diagram of the first embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In the autostereoscopic display device of the present embodiment, as shown in FIG. 13, projector array units 11, 12, 13, and 14 arranged by shifting in the positive direction of the Y axis are referred to as 11R, 12R, 13R, and 14R. The projector array units arranged by shifting in the negative direction of the Y axis are 11L, 12L, 13L, and 14L.

このようにプロジェクタアレイユニット同士をシフトさせることにより、垂直拡散スクリーン50のすべての画素50A〜50Eから射出される主光線が、各画素を通りZ軸に平行な軸に対して対称になり、テレセントリックな光線が射出されるようになる。従って、図13に示した第1の実施の形態の裸眼立体表示装置によれば、図27に示した従来装置におけるフレネルレンズ40とそれに近接したスクリーン50から射出される光線10a1〜10e5と等価な光線が、複数のプロジェクタアレイユニットを互いにシフトさせて配置した構成において実現することができる。   By shifting the projector array units in this way, chief rays emitted from all the pixels 50A to 50E of the vertical diffusion screen 50 are symmetric with respect to an axis that passes through each pixel and is parallel to the Z axis. Light comes out. Therefore, according to the autostereoscopic display device of the first embodiment shown in FIG. 13, it is equivalent to the light beams 10a1 to 10e5 emitted from the Fresnel lens 40 and the screen 50 adjacent thereto in the conventional device shown in FIG. The light beam can be realized in a configuration in which a plurality of projector array units are arranged shifted from each other.

ここで、図27における従来装置の光線状態と図13における本発明の第1の実施の形態の光線状態との間には大きな違いがある。それは画素50A〜50Eの各々から射出される光線の最大射出角(垂直拡散スクリーン50に垂直な方向(Z方向)と光線がなす角度)が図27に比べて図13の方が大きく、視域が広いということである。これを以下に数式を用いて定量的に説明する。   Here, there is a large difference between the light beam state of the conventional apparatus in FIG. 27 and the light beam state of the first embodiment of the present invention in FIG. That is, the maximum emission angle of light emitted from each of the pixels 50A to 50E (direction perpendicular to the vertical diffusion screen 50 (Z direction) and the angle of the light) is larger in FIG. 13 than in FIG. Is wide. This will be described below quantitatively using mathematical formulas.

まず、図27に示した従来装置の最大射出角について説明する。図27に示す光線状態における光線の最大射出角、すなわちZ軸と主光線10a1〜10a5とがなす角度は、空間光変調素子10aと投射レンズ20aとの最大偏心量で決まる。図27において、投射レンズの焦点距離をf、投射レンズ20a〜20eの物体側主点と空間光変調素子10a〜10eの距離をa、投射レンズ20a〜20eの像側主点とフレネルレンズ40(またはそれに近接する垂直拡散スクリーン50)との距離をbとすると、結像関係の次式
(1/a)−(1/b)=1/f (1)
が成立する。
First, the maximum emission angle of the conventional apparatus shown in FIG. 27 will be described. The maximum light emission angle in the light beam state shown in FIG. 27, that is, the angle formed between the Z-axis and the principal light beams 10a1 to 10a5 is determined by the maximum amount of eccentricity between the spatial light modulator 10a and the projection lens 20a. In FIG. 27, the focal length of the projection lens is f, the distance between the object side principal point of the projection lenses 20a to 20e and the spatial light modulators 10a to 10e is a, the image side principal point of the projection lenses 20a to 20e and the Fresnel lens 40 ( Alternatively, if the distance from the vertical diffusion screen 50) adjacent thereto is b,
(1 / a)-(1 / b) = 1 / f (1)
Is established.

また、空間光変調素子10a〜10eの水平方向(Y方向)の長さをy、フレネルレンズ40(またはそれに近接する垂直拡散スクリーン50)の水平方向(Y方向)の長さをyとするとき、投射倍率Mは次式で表される。 Further, the horizontal direction (Y direction) length of the spatial light modulators 10a to 10e is y d , and the horizontal direction (Y direction) length of the Fresnel lens 40 (or the vertical diffusion screen 50 adjacent thereto) is y s . The projection magnification M is expressed by the following equation.

M=ys/yd=b/a (2)
ここで、投射レンズ20a〜20eの各々に対する空間光変調素子10a〜10eのY方向のシフト量をΔyとし、最大のシフト量△y_maxをとる空間光変調素子10aと投射レンズ20aに着目する。光線の最大射出角は、垂直拡散スクリーン50から射出される光線10a1〜10a5と垂直拡散スクリーン50の法線とのなす角であるから、この角度をφ_oldとすると、φ_oldは次式で表される。
M = y s / y d = b / a (2)
Here, the amount of shift in the Y direction of the spatial light modulators 10a to 10e with respect to each of the projection lenses 20a to 20e is Δy, and attention is paid to the spatial light modulator 10a and the projection lens 20a that take the maximum shift amount Δy_max. Since the maximum light emission angle is an angle formed by the light rays 10a1 to 10a5 emitted from the vertical diffusion screen 50 and the normal line of the vertical diffusion screen 50, if this angle is φ_old , φ_old is expressed by the following equation. Is done.

φ_old=tan-1(Δy/a)=tan-1(sy/a) (3)
ただし、(3)式中、sは次式で表されるシフト割合を示す。
φ_ old = tan -1 (Δy / a) = tan -1 (sy / a) (3)
However, in Formula (3), s shows the shift ratio represented by following Formula.

s=Δy/y (4)
ここで、yはY軸と同じ向きの水平方向座標を示し、その座標原点は各々の投射レンズの中心である。
s = Δy / y (4)
Here, y indicates a horizontal coordinate in the same direction as the Y axis, and the coordinate origin is the center of each projection lens.

次に、図13に示す本発明の第1の実施の形態の裸眼立体表示装置における最大射出角について説明する。図13の第1の実施の形態の裸眼立体表示装置における最大射出角は、空間光変調素子10a〜10eの各々の最大物体高から発する光線がなす角である。この角度は図2における光線の最大射出角である10a5と垂直拡散スクリーン50の法線がなす角度に等しい。この角度をφ_newとすると、次式で表される。 Next, the maximum emission angle in the autostereoscopic display device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 13 will be described. The maximum emission angle in the autostereoscopic display device of the first embodiment in FIG. 13 is an angle formed by light rays emitted from the maximum object height of each of the spatial light modulators 10a to 10e. This angle is equal to the angle formed by 10a5 which is the maximum light emission angle in FIG. 2 and the normal line of the vertical diffusion screen 50. When this angle is φ_new , it is expressed by the following equation.

従って、図27に示した従来装置の構成と図13に示す本実施の形態の装置の構成との最大射出角の差△φは次式で表される。 Therefore, the difference Δφ in the maximum emission angle between the configuration of the conventional apparatus shown in FIG. 27 and the configuration of the apparatus of the present embodiment shown in FIG. 13 is expressed by the following equation.

(6)式の右辺は1より大であるから、従来のフレネルレンズを用いた図27に示した装置構成における最大射出角φ_oldよりも、本実施の形態の構成の最大射出角φ_newの方が大きくなる。 Since the right side of the equation (6) is larger than 1, the maximum emission angle φ_new of the configuration of the present embodiment is larger than the maximum emission angle φ_old in the apparatus configuration shown in FIG. 27 using a conventional Fresnel lens. Will be bigger.

図14は、上記の最大射出角φ_old及びφ_newとシフト割合sとの関係の一例のグラフを示す。このグラフは、a=20mm、y=15mmの場合に、シフト割合sに対して最大射出角φ_old及びφ_new、並びに△φ=φ_new−φ_oldがどのようになるかをプロットしたグラフである。同図において、黒四角でプロットした本実施の形態の最大射出角φ_newは、黒丸でプロットした従来の最大射出角φ_oldに対して、シフト割合sが大きくなればなるほど大きくなることが分かる。 FIG. 14 is a graph showing an example of the relationship between the maximum emission angles φ_old and φ_new and the shift ratio s. This graph is a graph in which the maximum injection angles φ_old and φ_new and Δφ = φ_new− φ_old are plotted with respect to the shift ratio s when a = 20 mm and y = 15 mm. is there. In the figure, it can be seen that the maximum emission angle φ_new of the present embodiment plotted with black squares becomes larger as the shift ratio s becomes larger than the conventional maximum emission angle φ_old plotted with black circles.

例えば、レンズシフト機能を有する投射レンズが有する水平方向のシフト割合として一般的な値であるs=30%付近で見ると、従来の最大射出角φ_oldが13度であるのに対し、本実施の形態の最大射出角φ_newは31度となり、本実施の形態の方が最大射出角が2倍以上に拡大できることが分かる。この最大射出角は、そのまま立体視可能な範囲である視域(あるいは視野角)に結びついており、この例の場合は全角で62度の視域が得られ、従来にない広視域の裸眼立体表示装置が実現できる。 For example, when viewed in the vicinity of s = 30%, which is a general value of the horizontal shift ratio of a projection lens having a lens shift function, the conventional maximum emission angle φ_old is 13 degrees, while this embodiment is implemented. In this embodiment, the maximum emission angle φ_new is 31 degrees, and it can be seen that the maximum emission angle can be expanded more than twice in the present embodiment. This maximum emission angle is directly linked to the viewing area (or viewing angle), which is a stereoscopically viewable range. In this example, a viewing angle of 62 degrees can be obtained in all angles, and an unprecedented wide viewing area naked eye. A stereoscopic display device can be realized.

このように、第1の実施の形態では、水平方向に一定間隔で配置した複数の投射レンズの各々に対して、空間光変調素子を水平方向にシフトさせることにより異なる方向に指向性の高い光線を射出する裸眼立体表示装置において、各々の投射レンズから射出される光線の角度範囲を最大限に利用できるような構成にすることで、フレネルレンズを使用しない構成にしたため、垂直拡散スクリーン50からの光線の指向性が向上し、垂直拡散スクリーン50から飛び出した位置でも立体像を十分な解像度で表示できる。また、本実施の形態によれば、垂直拡散スクリーン50上で光が屈折することがなくなるため、大きい入射角同士の光線も平行化することが可能となり、多人数で観察するのに十分に広い視域が得られるようになるという効果がある。   As described above, in the first embodiment, light beams having high directivity in different directions are obtained by shifting the spatial light modulation element in the horizontal direction for each of the plurality of projection lenses arranged at regular intervals in the horizontal direction. In the autostereoscopic display device that emits light, the configuration in which the angle range of the light beam emitted from each projection lens can be utilized to the maximum is used so that the Fresnel lens is not used. The directivity of light rays is improved, and a three-dimensional image can be displayed with sufficient resolution even at a position protruding from the vertical diffusion screen 50. In addition, according to the present embodiment, since light is not refracted on the vertical diffusion screen 50, it is possible to collimate light beams having large incident angles, which is sufficiently wide for observation by a large number of people. There is an effect that a viewing zone can be obtained.

(第2の実施の形態)
図15は、本発明になる裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図中、図2と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態は、垂直拡散スクリーン50上で各々のプロジェクタアレイの像面を共通化せずに、つまり重ねないで水平方向(Y方向)に最初からシフトさせてある点に特徴がある。このため、空間光変調素子10a〜10eの間隔は、図2及び図13の場合に比べて大きくなっている。
(Second Embodiment)
FIG. 15 shows a basic configuration diagram of an optical system of the second embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. The present embodiment is characterized in that the image plane of each projector array is not made common on the vertical diffusion screen 50, that is, it is shifted from the beginning in the horizontal direction (Y direction) without overlapping. For this reason, the space | interval of the spatial light modulation elements 10a-10e is large compared with the case of FIG.2 and FIG.13.

次に、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態では、プロジェクタアレイユニットが垂直拡散スクリーン50上に投影する各々の画像を水平方向にずらすように投射する。すなわち、最大のシフト量をもつ空間光変調素子10aからの主光線のうち、例えば最大物体高の主光線10a5は、垂直拡散スクリーン50上の画素50Dを通過するように配置する。一方、空間光変調素子10aからの主光線のうち、主光線10a1は、垂直拡散スクリーン50から外れている。このような光線は不要であるから、非表示にするか、あるいは後述するような反射光学系を用いて再利用することもできる。   Next, the operation of the present embodiment will be described. In the present embodiment, each image projected by the projector array unit on the vertical diffusion screen 50 is projected so as to be shifted in the horizontal direction. That is, among the principal rays from the spatial light modulator 10a having the maximum shift amount, for example, the principal ray 10a5 having the maximum object height is arranged so as to pass through the pixel 50D on the vertical diffusion screen 50. On the other hand, of the principal rays from the spatial light modulator 10 a, the principal ray 10 a 1 is out of the vertical diffusion screen 50. Since such light rays are unnecessary, they can be hidden or reused by using a reflection optical system as described later.

このようにプロジェクタアレイユニットを構成する各プロジェクタからの像面を共通化しないで水平方向にシフトさせたプロジェクタアレイユニットを、第1の実施の形態と区別して非共通像面プロジェクタアレイユニットと呼ぶことにする。なお、基本構成である非共通像面プロジェクタアレイユニットは、図13と同様に、水平方向に複数ずらして配置される。   The projector array unit that is shifted in the horizontal direction without sharing the image plane from each projector constituting the projector array unit is called a non-common image plane projector array unit in distinction from the first embodiment. To. Note that the non-common image plane projector array unit, which is the basic configuration, is arranged with a plurality of positions shifted in the horizontal direction as in FIG.

図16は、本発明になる裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の変形例1の基本構成図を示す。この変形例は、図15に示した構成に比べて非共通像面プロジェクタアレイユニットを構成する空間光変調素子10a〜10eの間隔を更に大きくし、空間光変調素子10aからの最大物体高の主光線10aが垂直拡散スクリーン50の中心である画素50Cを形成するように配置した非共通像面プロジェクタアレイユニット構成である。   FIG. 16 shows a basic configuration diagram of Modification Example 1 of the optical system of the second embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In this modification, the space between the spatial light modulators 10a to 10e constituting the non-common image plane projector array unit is further increased as compared with the configuration shown in FIG. 15, and the main object height from the spatial light modulator 10a is increased. This is a non-common image plane projector array unit configuration in which the light beam 10a is arranged to form a pixel 50C which is the center of the vertical diffusion screen 50.

垂直拡散スクリーン50の中心に関しては、第1の実施の形態で述べたのと同様な最大の射出角が得られ、垂直拡散スクリーン50の中心に表示した立体像については、最大の視域で視覚することができる。また、スクリーン端に表示した立体像についても、第1の実施の形態における図2、図13の場合に比べると視野が改善されている。この変形例によれば、経済的な事情からプロジェクタの台数をあまり多くできない場合に、立体表示することも可能である。   With respect to the center of the vertical diffusion screen 50, the maximum emission angle similar to that described in the first embodiment is obtained, and the stereoscopic image displayed at the center of the vertical diffusion screen 50 is visually observed in the maximum viewing zone. can do. In addition, the visual field of the stereoscopic image displayed on the screen edge is improved as compared with the cases of FIGS. 2 and 13 in the first embodiment. According to this modification, stereoscopic display is also possible when the number of projectors cannot be increased due to economic circumstances.

図17は、本発明になる裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の変形例2の基本構成図を示す。この変形例は、図16に示した構成における非共通像面プロジェクタユニットをシフトさせた構成である。シフト後の非共通像面プロジェクタアレイユニットは、太線で描いている。図17は、図の一部が重なっているため判別しづらいが、シフト後の非共通像面プロジェクタアレイユニットの構成要素である空間光変調素子10aから射出される主光線10a5は、垂直拡散スクリーン50の画素50Bを形成する。   FIG. 17 shows a basic configuration diagram of Modification Example 2 of the optical system of the second embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In this modification, the non-common image plane projector unit in the configuration shown in FIG. 16 is shifted. The non-common image plane projector array unit after the shift is drawn with a bold line. FIG. 17 is difficult to discriminate because parts of the figure overlap, but the principal ray 10a5 emitted from the spatial light modulation element 10a, which is a component of the non-common image plane projector array unit after the shift, is a vertical diffusion screen. 50 pixels 50B are formed.

図18は、本発明になる裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の変形例3の基本構成図を示す。この変形例は、非共通像面プロジェクタアレイユニットをさらにシフトさせて主光線10a5が垂直拡散スクリーン50の中心の画素50Cを形成するように配置した図である。この構成は、第1の実施の形態における図12に対応している。図12との違いは、この変形例の方がプロジェクタ数が少ないため光線数が少なく、またプロジェクタ間隔も疎であるため主光線の角度ピッチも疎であることが挙げられる。   FIG. 18 shows a basic configuration diagram of Modification 3 of the optical system of the second embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In this modification, the non-common image plane projector array unit is further shifted so that the principal ray 10a5 forms the pixel 50C at the center of the vertical diffusion screen 50. This configuration corresponds to FIG. 12 in the first embodiment. The difference from FIG. 12 is that the modification has a smaller number of projectors because the number of projectors is smaller, and the angle between principal rays is also sparse because the projector spacing is sparse.

この主光線の角度ピッチは、外縁光線10c3mの広がり角、つまりF値とマッチさせる必要がある。これには、(1)垂直拡散スクリーン50に水平拡散特性をもたせる方法(すなわち、スクリーン上の画素から異なる方向に投射される各々の主光線の角度ピッチをスクリーンの水平拡散角と一致させる方法)と、(2)垂直拡散スクリーン50では何ら水平拡散は行わずに、プロジェクタの投射レンズ20aの開口サイズで結像F値を調整する方法(すなわち、スクリーン上の画素から異なる方向に投射される各々の主光線の角度ピッチを投射レンズのF値と一致させる方法)と、(3)スクリーン上の画素から異なる方向に投射される各々の主光線の角度ピッチを照明光学系のF値と一致させる方法とがある。F値と角度ピッチがマッチしない場合は、ストライプ状の輝度むらとして視覚されることになる。   It is necessary to match the angular pitch of the principal ray with the spread angle of the outer edge ray 10c3m, that is, the F value. For this purpose, (1) a method of providing the vertical diffusion screen 50 with horizontal diffusion characteristics (that is, a method of matching the angle pitch of each principal ray projected in a different direction from the pixels on the screen with the horizontal diffusion angle of the screen). (2) A method of adjusting the imaging F value with the aperture size of the projection lens 20a of the projector without performing any horizontal diffusion on the vertical diffusion screen 50 (ie, each of the images projected in different directions from the pixels on the screen) And (3) matching the angle pitch of each principal ray projected from a pixel on the screen in a different direction with the F value of the illumination optical system. There is a method. When the F value and the angular pitch do not match, it is visually recognized as stripe-like luminance unevenness.

図15〜図18に示した第2の実施の形態及びその変形例によれば、プロジェクタユニットを最初から水平シフト状態で構成するため、第1の実施の形態に比べて必要なプロジェクタ数を減らすことができるとともに、プロジェクタ間隔が大きいために、設置の自由度が高まるというメリットがある。   According to the second embodiment and its modification shown in FIGS. 15 to 18, since the projector unit is configured in the horizontal shift state from the beginning, the number of necessary projectors is reduced as compared with the first embodiment. In addition, since the projector interval is large, there is an advantage that the degree of freedom of installation is increased.

(第3の実施の形態)
図19は、本発明になる裸眼立体表示装置の第3の実施の形態の光学系の上面図、図20は、本発明になる裸眼立体表示装置の第3の実施の形態の光学系の正面図を示す。図19及び図20中、図2と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施の形態は、プロジェクタアレイユニット10と、プロジェクタアレイユニット10に対してY軸の正方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニット11Rと、Y軸の負方向にシフトして配置したプロジェクタアレイユニットを11Lとを有する。
(Third embodiment)
FIG. 19 is a top view of the optical system of the third embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention, and FIG. 20 is the front view of the optical system of the autostereoscopic display device according to the third embodiment of the present invention. The figure is shown. 19 and 20, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the present embodiment, the projector array unit 10, the projector array unit 11R arranged so as to be shifted in the positive direction of the Y axis with respect to the projector array unit 10, and the projector array unit arranged so as to be shifted in the negative direction of the Y axis 11L.

第1の実施の形態では、プロジェクタアレイユニット10に対して、プロジェクタアレイユニット11Rと11Lとがそれぞれ同じ垂直線上に投射レンズの中心位置が重複する位置にシフトされているものがあるのに対し、本実施の形態は、図19及び図20に示すように、投射レンズは同じ垂直線上には互いに重複することなく配置されている点に特徴がある。また、図19及び図20に示すように、投射レンズ20c、21Lc、21Rcは同一水平線上に一定間隔で配置され、かつ、空間光変調素子10c、11Rc、11Lcは投射レンズ20c、21Lc、21Rcの光軸に対して互いに異なるシフト量偏心した位置に配置されている。   In the first embodiment, in contrast to the projector array unit 10, the projector array units 11 </ b> R and 11 </ b> L are shifted to positions where the center positions of the projection lenses overlap on the same vertical line. As shown in FIGS. 19 and 20, the present embodiment is characterized in that the projection lenses are arranged on the same vertical line without overlapping each other. Further, as shown in FIGS. 19 and 20, the projection lenses 20c, 21Lc, and 21Rc are arranged on the same horizontal line at regular intervals, and the spatial light modulators 10c, 11Rc, and 11Lc are the projection lenses 20c, 21Lc, and 21Rc. They are arranged at positions shifted from each other by different shift amounts with respect to the optical axis.

同一水平線上にある他の投射レンズ20aと21Laの各光軸に対する空間光変調素子10aと11La、同一水平線上にある他の投射レンズ20bと21Lbの各光軸に対する空間光変調素子10bと11Lb、同一水平線上にある他の投射レンズ20dと21Rbの各光軸に対する空間光変調素子10dと11Rb、同一水平線上にある他の投射レンズ20eと21Rcの各光軸に対する空間光変調素子10eと11Rcも同様に、偏心した位置に配置されている。   Spatial light modulation elements 10a and 11La for the optical axes of other projection lenses 20a and 21La on the same horizontal line, Spatial light modulation elements 10b and 11Lb for the optical axes of other projection lenses 20b and 21Lb on the same horizontal line, Spatial light modulation elements 10d and 11Rb for the optical axes of the other projection lenses 20d and 21Rb on the same horizontal line, and spatial light modulation elements 10e and 11Rc for the optical axes of the other projection lenses 20e and 21Rc on the same horizontal line. Similarly, it is arranged at an eccentric position.

プロジェクタアレイユニット10を構成する空間光変調素子に供給される視差画像は、プロジェクタアレイユニット11R、11Lに供給される視差画像とは異なる。すなわち、両者の視差画像の注視点の位置は、共通像面の水平方向シフト量に対応してシフトさせるようにする。   The parallax images supplied to the spatial light modulation elements constituting the projector array unit 10 are different from the parallax images supplied to the projector array units 11R and 11L. That is, the position of the gazing point of both parallax images is shifted according to the horizontal shift amount of the common image plane.

このようにプロジェクタアレイユニット同士をシフトさせることにより、垂直拡散スクリーン50のすべての画素から射出される主光線が、各画素を通りZ軸に平行な軸に対して対称になり、テレセントリックな光線が射出されるようになる。従って、本実施の形態も、第1、第2の実施の形態と同様に、図27に示した従来装置におけるフレネルレンズ40とそれに近接したスクリーン50から射出される光線10a1〜10e5と等価な光線を射出するように実現することができる。   By shifting the projector array units in this way, chief rays emitted from all the pixels of the vertical diffusion screen 50 are symmetric with respect to an axis that passes through each pixel and is parallel to the Z axis. It comes to be injected. Accordingly, in the present embodiment as well, as in the first and second embodiments, light rays equivalent to the light rays 10a1 to 10e5 emitted from the Fresnel lens 40 and the screen 50 adjacent thereto in the conventional apparatus shown in FIG. Can be realized.

図26は、本発明になる裸眼立体表示装置の第3の実施の形態の光学系の変形例の斜視図を示す。同図中、図19、図20と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。この変形例は、プロジェクタアレイユニット10に対してY軸の正方向にプロジェクタアレイユニットが11R、・・・で示すように2以上シフトして配置され、かつ、Y軸の負方向にプロジェクタアレイユニットが11L、12L、・・・で示すように2以上シフトして配置されている点に特徴がある。   FIG. 26 shows a perspective view of a modification of the optical system of the third embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 19 and 20 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In this modification, the projector array unit is shifted by two or more as indicated by 11R,... Relative to the projector array unit 10 in the positive direction of the Y axis, and the projector array unit is positioned in the negative direction of the Y axis. Is characterized by being shifted by two or more as shown by 11L, 12L,.

各プロジェクタの水平方向間隔は等間隔に配置されている。プロジェクタアレイユニット10は、投射レンズに対して空間光変調素子をシフトさせることにより投射方向を変え、垂直拡散スクリーン50上に共通像面を形成する。共通像面を形成することができるプロジェクタアレイの数は、上記シフト機構により制限されており、シフトの限界値を超えた場合には、共通像面に重ねて投射させることができない。そこで、プロジェクタアレイユニット11R、11Lは、プロジェクタアレイの共通像面から水平方向にシフトした位置に共通像面を形成する。   The horizontal intervals of the projectors are arranged at equal intervals. The projector array unit 10 changes the projection direction by shifting the spatial light modulation element with respect to the projection lens, and forms a common image plane on the vertical diffusion screen 50. The number of projector arrays that can form a common image plane is limited by the shift mechanism. When the limit value of the shift is exceeded, the projector array cannot be projected on the common image plane. Therefore, the projector array units 11R and 11L form a common image plane at a position shifted in the horizontal direction from the common image plane of the projector array.

(第4の実施の形態)
図21は、本発明になる裸眼立体表示装置の第4の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図において、図2と同一符号の空間光変調素子10a〜10e、投射レンズ20a〜20e、垂直拡散スクリーン50等は第1の実施の形態と同一構成であるためその説明を省略する。本実施の形態では、第1の実施の形態の空間光変調素子10a及び投射レンズ20aの外側に、空間光変調素子10f、10g等の複数の空間光変調素子と、投射レンズ20f、20g等の複数の投射レンズとを配置した点に特徴を有する。
(Fourth embodiment)
FIG. 21 shows a basic configuration diagram of an optical system of a fourth embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In the figure, the spatial light modulation elements 10a to 10e, the projection lenses 20a to 20e, the vertical diffusion screen 50, and the like having the same reference numerals as those in FIG. 2 have the same configurations as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. In the present embodiment, a plurality of spatial light modulation elements such as the spatial light modulation elements 10f and 10g and the projection lenses 20f and 20g are provided outside the spatial light modulation element 10a and the projection lens 20a of the first embodiment. It is characterized in that a plurality of projection lenses are arranged.

次に、本実施の形態の動作について説明する。投射レンズ20fは、空間光変調素子10fを物体面として、垂直拡散スクリーン50上に結像する。第1の実施の形態の場合と異なり、空間光変調素子10fからのすべての光線が垂直拡散スクリーン50上に投射される。当然ながら、このためには、投射レンズ20fには大きな角度で投射される主光線すなわち、10f1、10f3,10f5(10f2および10f4については図の簡略化のため図示していない)の周囲に付随する外縁光線(不図示)が垂直拡散スクリーン50上で収束するような結像性能を有することが要求される。   Next, the operation of the present embodiment will be described. The projection lens 20f forms an image on the vertical diffusion screen 50 using the spatial light modulator 10f as an object plane. Unlike the case of the first embodiment, all the light rays from the spatial light modulator 10 f are projected on the vertical diffusion screen 50. Of course, for this purpose, the projection lens 20f accompanies the principal rays projected at a large angle, ie, 10f1, 10f3, 10f5 (10f2 and 10f4 are not shown for simplicity of illustration). It is required to have an imaging performance such that an outer edge ray (not shown) converges on the vertical diffusion screen 50.

すなわち、投射レンズ20fはイメージサークル径(有効径)が大きくなければならない。イメージサークル径の外側の光線は垂直拡散スクリーン50で各種収差を発生し、像のぼけや歪みなどが生じる。しかし、空間光変調素子10fに表示させる画像を予め補正しておくことにより、収差の発生を低減させることが可能である。当然ながら、すべての収差を電気的に補正することは不可能であるが、少なくとも結像位置に関する収差である歪曲収差、倍率色収差については電気的な画像処理により補正可能である。そこで、電気的な補正によりイメージサークルを実質的に拡大した後に、第1または第2の実施の形態で述べたようにプロジェクタアレイユニットを用いて視野および視域を拡大すればよい。   That is, the projection lens 20f must have a large image circle diameter (effective diameter). Light rays outside the image circle diameter cause various aberrations on the vertical diffusion screen 50, resulting in image blurring and distortion. However, it is possible to reduce the occurrence of aberrations by correcting in advance the image to be displayed on the spatial light modulator 10f. Naturally, it is impossible to electrically correct all the aberrations, but at least distortion aberrations and chromatic aberrations of magnification that are aberrations related to the imaging position can be corrected by electrical image processing. Thus, after substantially enlarging the image circle by electrical correction, the field of view and viewing area may be enlarged using the projector array unit as described in the first or second embodiment.

次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態は、投射レンズの光学性能に対する要求は一般的に厳しくなるが、第1の実施の形態とは異なり、空間光変調素子上のすべての光線を有効に利用することができる。また、電気的な補正を併用することにより、投射レンズの光学性能の要求を抑えながら、第1〜第3の実施の形態に比べてシンプルな構成で本発明の第4の実施の形態と同一構成を実施することができる。   Next, the effect of this embodiment will be described. In the present embodiment, the requirements for the optical performance of the projection lens are generally stricter, but unlike the first embodiment, all the light beams on the spatial light modulator can be used effectively. In addition, by using electrical correction together, the optical performance of the projection lens is suppressed, and the configuration is simpler than that of the first to third embodiments, and is the same as that of the fourth embodiment of the present invention. A configuration can be implemented.

また、本実施の形態ではすべての空間光変調素子上のすべての画素を点灯させる構成であるため、照明光を有効利用できるため明るい立体像を形成しやすく、このため、より大画面な立体表示を行うことができる。   In this embodiment, since all the pixels on all the spatial light modulation elements are turned on, it is easy to form a bright three-dimensional image because illumination light can be used effectively. It can be performed.

更に、本実施の形態では、電気的補正を行うことにより、実質的なイメージサークル径を拡大でき(偏心可能な範囲を実質的に拡大させることができ)、第1〜第3の実施の形態で述べたプロジェクタアレイユニットを構成することにより、視野または視域の周辺部分では電気的補正によりやや画質が劣化した立体像となるが、実用上重要な視野または視域の中心部分では画質劣化のない立体像が得られる。   Further, in the present embodiment, by performing electrical correction, the substantial image circle diameter can be enlarged (the range where eccentricity can be made can be substantially enlarged), and the first to third embodiments. By constructing the projector array unit described in, a 3D image with a slight deterioration in image quality due to electrical correction is obtained in the peripheral area of the visual field or viewing area, but the image quality is deteriorated in the central part of the visual field or viewing area that is practically important. No stereoscopic image is obtained.

(第5の実施の形態)
図22は、本発明になる裸眼立体表示装置の第5の実施の形態の光学系の基本構成図を示す。同図において、図2と同一符号の空間光変調素子10a〜10e、投射レンズ20a〜20e、垂直拡散スクリーン50等は第1の実施の形態と同一であるため、その説明を省略する。本実施の形態では、第1の実施の形態の空間光変調素子10a及び投射レンズ20aの外側に、光軸がZ軸に対して傾いた空間光変調素子10h、10i等の複数の空間光変調素子と、投射レンズ20h、20i等の複数の投射レンズとを配置した点に特徴を有する。
(Fifth embodiment)
FIG. 22 shows a basic configuration diagram of an optical system of the fifth embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In the figure, the spatial light modulation elements 10a to 10e, the projection lenses 20a to 20e, the vertical diffusion screen 50, and the like having the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In the present embodiment, a plurality of spatial light modulation elements such as the spatial light modulation elements 10h and 10i whose optical axes are inclined with respect to the Z axis are provided outside the spatial light modulation element 10a and the projection lens 20a of the first embodiment. It is characterized in that the element and a plurality of projection lenses such as projection lenses 20h and 20i are arranged.

次に、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態では、空間光変調素子10h、10i等の複数の空間光変調素子と、投射レンズ20h、20i等の複数の投射レンズの各光軸が垂直拡散スクリーン50のスクリーン面に対して垂直でないため、当然ながらキーストーン歪が生じる。このため、これをキャンセルするような電気的歪み補正を行う。周知の電気的歪み補正の方法についての説明は省略する。   Next, the operation of the present embodiment will be described. In the present embodiment, the optical axes of a plurality of spatial light modulation elements such as the spatial light modulation elements 10 h and 10 i and a plurality of projection lenses such as the projection lenses 20 h and 20 i are perpendicular to the screen surface of the vertical diffusion screen 50. As a matter of course, keystone distortion occurs. For this reason, electrical distortion correction that cancels this is performed. A description of a known electrical distortion correction method is omitted.

本実施の形態では、イメージサークル径が大きくない固定の投射レンズのプロジェクタを用いた場合であっても、プロジェクタを傾斜させて、さらに電気的歪補正を行うことで、所期の動作を実施することができる。本実施の形態では、第1の実施の形態に比べて、空間光変調素子と投射レンズとの平行偏心の量を低減させることができる。   In this embodiment, even when a fixed projection lens projector having a large image circle diameter is used, the expected operation is performed by tilting the projector and performing electrical distortion correction. be able to. In the present embodiment, the amount of parallel decentering between the spatial light modulation element and the projection lens can be reduced as compared with the first embodiment.

(第6の実施の形態)
図23(b)は、本発明になる裸眼立体表示装置の第6の実施の形態の光学系の要部の基本構成図を示す。一般的には、投射レンズ20の光軸は、図23(a)に示すように、空間光変調素子10の光軸と一致しており傾きや偏心はない。これに対し、本実施の形態では、図23(b)に示すように、投射レンズ20の光軸が空間光変調素子10に対して傾斜しており、つまり傾き偏心をもった投射レンズである点に特徴がある。本実施の形態によれば、投射レンズ20に傾き偏心をもたせることにより、投射レンズを通過する光線が屈折し、傾き偏心がない場合に比べてより大きな角度で投射することができる。
(Sixth embodiment)
FIG. 23B is a basic configuration diagram of the main part of the optical system of the sixth embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In general, the optical axis of the projection lens 20 coincides with the optical axis of the spatial light modulator 10 as shown in FIG. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 23B, the optical axis of the projection lens 20 is inclined with respect to the spatial light modulator 10, that is, the projection lens has an inclination eccentricity. There is a feature in the point. According to the present embodiment, by providing the projection lens 20 with an inclination eccentricity, the light beam passing through the projection lens is refracted and can be projected at a larger angle than when there is no inclination eccentricity.

もちろん、傾き偏心の量が過大になれば、各種の収差が無視できなくなる。そのため、垂直拡散スクリーン50上の画質劣化が許容される範囲内で実施するよう、図23(c)に示すように、投射レンズ20の光軸を空間光変調素子10の光軸に対してシフトする通常のレンズシフト(平行偏心)と併用することが好ましい。   Of course, if the amount of tilt eccentricity becomes excessive, various aberrations cannot be ignored. Therefore, as shown in FIG. 23C, the optical axis of the projection lens 20 is shifted with respect to the optical axis of the spatial light modulator 10 so that the image quality deterioration on the vertical diffusion screen 50 is allowed. It is preferable to use in combination with a normal lens shift (parallel eccentricity).

本実施の形態によれば、プロジェクタの配置は傾けないで投射レンズ20のみを傾けることにより、プロジェクタアレイの設置を容易化することができる。また、投射レンズ20に傾き偏心をもたせることにより、これまで述べた通常のシフト、つまり平行偏心の量を減らすことができる。   According to the present embodiment, it is possible to facilitate installation of the projector array by tilting only the projection lens 20 without tilting the projector. Further, by providing the projection lens 20 with the tilt eccentricity, the amount of the normal shift described above, that is, the parallel eccentricity can be reduced.

(第7の実施の形態)
図24は、本発明になる裸眼立体表示装置の第7の実施の形態の光学系の構成図を示す。同図中、図8と同一構成部分には同一符号を付してある。本実施の形態は、図8に示した構成にミラー70Rおよび70Lを追加した点に特徴がある。ミラー70Rの一端は垂直拡散スクリーン50の垂直方向の一側端に一致し、かつ、その長手方向が投射レンズ20a〜20e等の光軸と平行になるように配置されている。また、ミラー70Lの一端は垂直拡散スクリーン50の垂直方向の他の側端に一致し、かつ、その長手方向が投射レンズ20a〜20e等の光軸と平行になるように配置されている。更に、ミラー70Rと70Lの各反射面は互いに対向するように配置されている。なお、図24において、空間光変調素子11a’及び投射レンズ21a’は、水平方向のサイズが空間光変調素子11a及び投射レンズ21aの水平方向のサイズのそれぞれ1/2倍とされている。
(Seventh embodiment)
FIG. 24 shows a configuration diagram of an optical system of the seventh embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. This embodiment is characterized in that mirrors 70R and 70L are added to the configuration shown in FIG. One end of the mirror 70R coincides with one side end of the vertical diffusion screen 50 in the vertical direction, and the longitudinal direction thereof is arranged to be parallel to the optical axis of the projection lenses 20a to 20e. One end of the mirror 70L coincides with the other side end of the vertical diffusion screen 50 in the vertical direction, and the longitudinal direction thereof is arranged in parallel with the optical axes of the projection lenses 20a to 20e. Further, the reflecting surfaces of the mirrors 70R and 70L are arranged to face each other. In FIG. 24, the spatial light modulation element 11a ′ and the projection lens 21a ′ are each ½ times the horizontal size of the spatial light modulation element 11a and the projection lens 21a.

本実施の形態では、ミラー70R及び70Lは本来垂直拡散スクリーン50から外れた方向に向かう光線を反射させ、再び垂直拡散スクリーン50に結像させる機能を有する。この結果、図24において、15で示す位置にはミラー70R及び70Lで囲まれた範囲内にある空間光変調素子及び投射レンズと同じ構成の空間光変調素子及び投射レンズが存在するかのような虚像が形成され、その虚像からの光が出射される。これにより、上述した実施の形態では垂直拡散スクリーン50の外側にプロジェクタが配置されていたが、本実施の形態では不要となり、プロジェクタ数及び設置スペースが節約されることになる。   In the present embodiment, the mirrors 70 </ b> R and 70 </ b> L have a function of reflecting light rays that are originally deviated from the vertical diffusion screen 50 and forming an image on the vertical diffusion screen 50 again. As a result, in FIG. 24, the spatial light modulation element and the projection lens having the same configuration as the spatial light modulation element and the projection lens in the range surrounded by the mirrors 70R and 70L exist at the position indicated by 15 as if there is. A virtual image is formed, and light from the virtual image is emitted. As a result, the projector is arranged outside the vertical diffusion screen 50 in the above-described embodiment, but is unnecessary in this embodiment, and the number of projectors and the installation space are saved.

ここで、本実施の形態では、ミラー70R及び70Lを用いることにより、コマ収差やミラー70R及び70Lの平面度に依存した歪曲等が発生するため、垂直拡散スクリーン50上の画素のスポット形状や位置は、ミラー70R及び70Lで反射した光線によるものとそうでないものとで異なる。   In this embodiment, since the coma aberration and the distortion depending on the flatness of the mirrors 70R and 70L are generated by using the mirrors 70R and 70L, the spot shape and position of the pixels on the vertical diffusion screen 50 are generated. Is different depending on whether the light is reflected by the mirrors 70R and 70L or not.

そのため、これを補正する光学系が必要となるが、コマ収差に関しては画像の一部のみが収差の影響を受けているのであれば補正は困難である。歪曲収差については電気的な歪補正でキャンセルすることが可能である。従って、ミラーは設置スペースの関係で使用せざるをえない場合に限り、画質劣化が許される範囲内で使用すべきである。   For this reason, an optical system for correcting this is required. However, with respect to coma aberration, correction is difficult if only part of the image is affected by the aberration. The distortion can be canceled by electrical distortion correction. Therefore, the mirror should be used within a range in which image quality deterioration is allowed only when it must be used due to the installation space.

(第8の実施の形態)
図25(a)は、本発明になる裸眼立体表示装置の第8の実施の形態の要部の構成図、同図(b)は、本発明になる裸眼立体表示装置の第8の実施の形態の要部の変形例の構成図を示す。図25(a)に示す第8の実施の形態は、垂直拡散スクリーン50の替りに、光拡散面(レンチキュラー又はホログラム面)52にアルミニウムなどの金属反射膜あるいは誘電体反射膜53をコートした反射性垂直拡散スクリーン51Aを使用したものである。
(Eighth embodiment)
FIG. 25A is a configuration diagram of a main part of an eighth embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention, and FIG. 25B is an eighth embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention. The block diagram of the modification of the principal part of a form is shown. In the eighth embodiment shown in FIG. 25A, a light diffusing surface (lenticular or hologram surface) 52 is coated with a metal reflecting film such as aluminum or a dielectric reflecting film 53 instead of the vertical diffusing screen 50. The vertical diffusion screen 51A is used.

また、図25(b)に示す第8の実施の形態の変形例は、垂直拡散スクリーン50の替りに、表面に光拡散面(レンチキュラー又はホログラム面)54を形成し、裏面にアルミニウムなどの金属反射膜あるいは誘電体反射膜55をコートした反射性垂直拡散スクリーン51Bを使用したものである。   Further, in the modification of the eighth embodiment shown in FIG. 25B, a light diffusion surface (lenticular or hologram surface) 54 is formed on the front surface instead of the vertical diffusion screen 50, and a metal such as aluminum is formed on the rear surface. A reflective vertical diffusion screen 51B coated with a reflective film or a dielectric reflective film 55 is used.

この実施の形態では、反射膜付垂直拡散スクリーン51A、51Bに対して、前面に空間光変調素子及び投射レンズを配置してフロント投射する。反射膜付垂直放散スクリーン51A、51Bでは水平方向には反射又は僅かな拡散のみを行い、垂直方向には拡散したストライプ状の光線が形成される。   In this embodiment, a spatial light modulation element and a projection lens are disposed on the front surface of the vertical diffusion screens 51A and 51B with reflective films, and front projection is performed. The vertical divergence screens 51A and 51B with a reflecting film perform reflection or slight diffusion only in the horizontal direction, and form diffused striped light rays in the vertical direction.

本実施の形態によれば、リア投射の場合に比べて、スクリーン基材の通過による像のぼけが発生しないため、スクリーン上の画素を鮮明に結像することができるため、より解像感の高い立体像を形成することができる。   According to the present embodiment, as compared with the case of rear projection, image blur due to the passage of the screen base material does not occur, and thus the pixels on the screen can be clearly imaged. A high stereoscopic image can be formed.

(第9の実施の形態)
本発明になる裸眼立体表示装置の第9の実施の形態は、第1〜第8の実施の形態のうちのいずれか一の実施の形態の垂直拡散スクリーン50又は反射膜付垂直拡散スクリーン51A、51Bの替りに、円筒スクリーンを用いたものである。円筒スクリーンは、半円筒状の内面又は外面をスクリーンとするもので、リア投射とフロント投射とがある。リア投射の場合の円筒スクリーンは、プロジェクタアレイユニットを円筒スクリーンの外面側の後方に配置して円筒スクリーンの外面上に画素を形成し、その画素を二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で円筒スクリーンの内面側に投射することにより空間に形成される立体像を円筒スクリーンの内面側に位置する観測者により観測させる。
(Ninth embodiment)
The ninth embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention includes a vertical diffusing screen 50 or a reflecting film-equipped vertical diffusing screen 51A according to any one of the first to eighth embodiments. Instead of 51B, a cylindrical screen is used. The cylindrical screen uses a semicylindrical inner surface or outer surface as a screen, and includes a rear projection and a front projection. In the case of rear projection, the cylindrical screen has a projector array unit arranged behind the outer surface side of the cylindrical screen to form pixels on the outer surface of the cylindrical screen, and the pixels are used as secondary light sources in different directions from each other. A three-dimensional image formed in the space by projecting on the inner surface side of the cylindrical screen with brightness and chromaticity is observed by an observer located on the inner surface side of the cylindrical screen.

また、フロント投射の場合の円筒スクリーンは、円筒スクリーンの外面に金属反射膜あるいは誘電体反射膜をコートした反射性スクリーンとし、プロジェクタアレイユニットを円筒スクリーンの内面側前方に円筒スクリーンの曲率にほぼ一致させて配置して円筒スクリーン上に画素を形成し、その画素を二次光源として反射される主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより空間に形成される立体像を円筒スクリーンの内面側に位置する観測者により観測させる。   In addition, the cylindrical screen in the case of front projection is a reflective screen in which the outer surface of the cylindrical screen is coated with a metal reflective film or a dielectric reflective film, and the projector array unit approximately matches the curvature of the cylindrical screen in front of the inner surface of the cylindrical screen. The three-dimensional image formed in the space is formed by projecting the principal rays reflected by the pixels as secondary light sources in different directions and with different brightness and chromaticity. Observed by an observer located on the inner surface of the screen.

本実施の形態によれば、円筒スクリーンを用いることで、光線の最大射出角に対する要求を緩和することができる。   According to the present embodiment, the use of the cylindrical screen can alleviate the requirement for the maximum light emission angle.

(第10の実施の形態)
本発明になる裸眼立体表示装置の第10の実施の形態は、第1〜第9の実施の形態のうちのいずれか一の実施の形態のスクリーンの替りに、拡散特性が等方的なスクリーンを用いたものである。
(Tenth embodiment)
In the tenth embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention, a screen having isotropic diffusion characteristics instead of the screen of any one of the first to ninth embodiments. Is used.

本実施の形態によれば、空間光変調素子からの光線はスクリーン上で結像された後、スクリーン上の画素を二次光源として主光線が垂直方向と水平方向にそれぞれ拡散され、垂直方向と水平方向それぞれに同様な結像Fナンバーで射出される。従って、本実施の形態では、垂直方向にも輝度と色度が異なる光線が射出され、水平方向と同様な運動視差が実現される。これはレンズアレイを用いないIP(インテグラルフォトグラフィー)である。   According to the present embodiment, after the light beam from the spatial light modulator is imaged on the screen, the chief light beam is diffused in the vertical direction and the horizontal direction using the pixels on the screen as the secondary light source, respectively. The same image formation F number is emitted in each horizontal direction. Therefore, in the present embodiment, light beams having different luminance and chromaticity are emitted also in the vertical direction, and motion parallax similar to that in the horizontal direction is realized. This is IP (integral photography) that does not use a lens array.

本実施の形態と通常のIPとの違いは、レンズアレイの収差の影響を受けないことから広い視域を得られ易い点が挙げられる。反面、画像の輝度の一様性についてはレンズアレイを用いた方がより容易に一様な輝度特性が得られやすい。   The difference between this embodiment and normal IP is that it is easy to obtain a wide viewing zone because it is not affected by the aberration of the lens array. On the other hand, with respect to the uniformity of the luminance of the image, it is easier to obtain uniform luminance characteristics by using the lens array.

(第11の実施の形態)
本発明になる裸眼立体表示装置の第11の実施の形態は、第1〜第10の実施の形態のうちのいずれか一の実施の形態のスクリーンの替りに、ドームスクリーンを用いたものである。ドームスクリーンは、中空の半球状の内面又は外面をスクリーンとするもので、リア投射の透過型ドームスクリーンとフロント投射の反射型ドームスクリーンとがある。
(Eleventh embodiment)
In the eleventh embodiment of the autostereoscopic display device according to the present invention, a dome screen is used instead of the screen of any one of the first to tenth embodiments. . The dome screen has a hollow hemispherical inner surface or outer surface as a screen, and includes a rear projection transmission dome screen and a front projection reflection dome screen.

リア投射の場合の透過型ドームスクリーンは、プロジェクタアレイユニットをドームスクリーンの外部の後方に配置してドームスクリーンの外面上に画素を形成し、その画素を二次光源として主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度でドームスクリーンの内部に投射することにより空間に形成される立体像をドームスクリーンの内部に位置する観測者により観測させる。   In the case of a rear projection, a transmissive dome screen has a projector array unit arranged behind the dome screen to form pixels on the outer surface of the dome screen, and the pixels are used as secondary light sources in different directions from each other. A three-dimensional image formed in the space by projecting inside the dome screen with different luminance and chromaticity is observed by an observer located inside the dome screen.

また、フロント投射の場合の反射型ドームスクリーンは、ドームスクリーンの外面に金属反射膜あるいは誘電体反射膜をコートした反射性スクリーンとし、プロジェクタアレイユニットをドームスクリーンの内部の曲率中心位置にほぼ一致させて配置してドームスクリーン上に画素を形成し、その画素を二次光源として反射される主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより空間に形成される立体像をドームスクリーンの内部に位置する観測者により観測させる。   In the case of front projection, the reflective dome screen is a reflective screen in which the outer surface of the dome screen is coated with a metal reflective film or a dielectric reflective film, and the projector array unit is made to substantially coincide with the center of curvature inside the dome screen. The three-dimensional image formed in the space is formed by projecting the principal rays reflected by the pixels as secondary light sources in different directions with different luminance and chromaticity. Observed by an observer located inside

この実施の形態では、ドームスクリーンの前方又は後方の球面上に配置した空間光変調素子からの光線は広角の投射レンズを介して拡散角の小さなドームスクリーンに反射または透過し、指向性の高い光線として空間に集積されて立体像を形成することで、本発明の非共通像面プロジェクタアレイユニットを適用しながら、スクリーン前面に投影像をずらしながら立体像を形成することができる。   In this embodiment, a light beam from a spatial light modulation element arranged on a spherical surface in front of or behind the dome screen is reflected or transmitted to a dome screen having a small diffusion angle through a wide-angle projection lens, and has a high directivity. As a result, the three-dimensional image can be formed while shifting the projection image on the front surface of the screen while applying the non-common image plane projector array unit of the present invention.

本実施の形態では、フレネルレンズを使用しないことにより、スクリーン射出角の制限はほとんどなく、メガネなしで立体プラネタリムなどの3Dドームコンテンツを視聴できるようになる。これはフレネルレンズを使用する構成では不可能であり、本実施の形態によりこれまでにない臨場感が飛躍的に向上した裸眼立体表示が実現できる。   In the present embodiment, since the Fresnel lens is not used, there is almost no limitation on the screen emission angle, and it is possible to view 3D dome content such as a three-dimensional planetary rim without glasses. This is not possible with a configuration using a Fresnel lens, and the present embodiment can realize an autostereoscopic display in which the unprecedented presence has been dramatically improved.

本発明の裸眼立体表示装置の電気系の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the electric system of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の光学系の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the optical system of 1st Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. プロジェクタアレイとスクリーンの関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between a projector array and a screen. 図1及び図2中のプロジェクタアレイユニットの概略正面図である。FIG. 3 is a schematic front view of the projector array unit in FIGS. 1 and 2. スクリーン上の1画素から射出される光線を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the light ray inject | emitted from 1 pixel on a screen. スクリーン上の異なる画素からの光線が立体像を形成する概念図である。It is a conceptual diagram in which the light rays from different pixels on the screen form a stereoscopic image. 立体像が形成されるしくみを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the mechanism in which a three-dimensional image is formed. 本発明の裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の構成の過程を説明する平面図(その1)である。It is a top view (the 1) explaining the process of the structure of 1st Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 図8の要部の正面図である。It is a front view of the principal part of FIG. 本発明の裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の構成の過程を説明する平面図(その2)である。It is a top view (the 2) explaining the process of the structure of 1st Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の構成の過程を説明する平面図(その3)である。It is a top view (the 3) explaining the process of the structure of 1st Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の構成の過程を説明する平面図(その4)である。It is a top view (the 4) explaining the process of the structure of 1st Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第1の実施の形態の光学系の構成図である。It is a block diagram of the optical system of 1st Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明により視域が拡大されることを例示するグラフである。It is a graph which illustrates that a viewing zone is expanded by the present invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の基本構成図である。It is a basic block diagram of the optical system of 2nd Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の変形例1の基本構成図である。It is a basic composition figure of the modification 1 of the optical system of 2nd Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の変形例2の基本構成図である。It is a basic composition figure of the modification 2 of the optical system of 2nd Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第2の実施の形態の光学系の変形例3の基本構成図である。It is a basic block diagram of the modification 3 of the optical system of 2nd Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第3の実施の形態の光学系の上面図である。It is a top view of the optical system of 3rd Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第3の実施の形態の光学系の正面図である。It is a front view of the optical system of 3rd Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第4の実施の形態の光学系の基本構成図である。It is a basic block diagram of the optical system of 4th Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第5の実施の形態の光学系の基本構成図である。It is a basic block diagram of the optical system of 5th Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第6の実施の形態の光学系の要部の基本構成図と一般的な構成図及び変形例を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the principal part of the optical system of 6th Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention, a general block diagram, and a modification. 本発明の裸眼立体表示装置の第7の実施の形態の光学系の構成図である。It is a block diagram of the optical system of 7th Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第8の実施の形態の要部の各例の構成図である。It is a block diagram of each example of the principal part of 8th Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 本発明の裸眼立体表示装置の第3の実施の形態の光学系の変形例の斜視図である。It is a perspective view of the modification of the optical system of 3rd Embodiment of the autostereoscopic display apparatus of this invention. 従来の裸眼立体表示装置の一例の光学系の構成図である。It is a block diagram of the optical system of an example of the conventional autostereoscopic display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 裸眼立体表示装置
2 パーソナルコンピュータ(PC)
3 ハブ
4−1〜4−n ネットワーク接続ストレージ(Network Attached Storage:NAS)
5−1〜5−n プロジェクタ(PJ)5
6 スクリーン
10〜14、11R、11L、12R、12L、13R、13L、14R、14L プロジェクタアレイユニット
10a〜10i 空間光変調素子
20a〜20i、21a〜21f 投射レンズ
50 垂直拡散スクリーン
50A〜50E スクリーン上の画素
51A、51B 反射性垂直拡散スクリーン
52、55 光拡散面(レンチキュラー又はホログラム面)
53 金属反射膜又は誘電体反射膜
70R、70L ミラー
1 Autostereoscopic display device 2 Personal computer (PC)
3 Hub 4-1 to 4-n Network Attached Storage (NAS)
5-1 to 5-n Projector (PJ) 5
6 screen 10-14, 11R, 11L, 12R, 12L, 13R, 13L, 14R, 14L Projector array unit 10a-10i Spatial light modulator 20a-20i, 21a-21f Projection lens 50 Vertical diffusion screen 50A-50E On screen Pixel 51A, 51B Reflective vertical diffusion screen 52, 55 Light diffusion surface (lenticular or hologram surface)
53 Metal reflective film or dielectric reflective film 70R, 70L Mirror

Claims (7)

水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の投射レンズと、
前記複数の投射レンズに対して1対1に対応して設けられ、対応して設けられた前記投射レンズの物体面上にあって前記投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の空間光変調素子と、
前記複数の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、
前記複数の投射レンズの像面上にあって、前記複数の空間光変調素子の画素からそれぞれ射出される前記照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素のそれぞれを二次光源として前記主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンと
を備えることを特徴とする裸眼立体表示装置。
A plurality of projection lenses that are two-dimensionally arranged in both the horizontal and vertical directions, and arranged at equal intervals in the horizontal direction;
Provided in a one-to-one correspondence with the plurality of projection lenses, and disposed on the object plane of the projection lens provided correspondingly and decentered with respect to the optical axis of the projection lens. A plurality of spatial light modulators for displaying a two-dimensional image;
An illumination optical system for irradiating illumination light to each of the plurality of spatial light modulation elements;
A principal ray modulated on the luminance and chromaticity of the illumination light emitted from the pixels of the plurality of spatial light modulators on the image plane of the plurality of projection lenses is imaged at a predetermined position, A screen for displaying a stereoscopic image in space by projecting the principal ray in different directions and with different brightness and chromaticity using each of the plurality of imaged pixels as a secondary light source. 3D display device.
前記スクリーン上に結像された複数の画素のそれぞれから異なる方向に投射される前記主光線の角度ピッチを、前記複数の投射レンズのF値、又は前記スクリーンの水平拡散角、又は前記照明光学系のF値に一致させる手段を備えることを特徴とする請求項1記載の裸眼立体表示装置。   The angle pitch of the principal ray projected in a different direction from each of the plurality of pixels imaged on the screen, the F value of the plurality of projection lenses, the horizontal diffusion angle of the screen, or the illumination optical system The autostereoscopic display device according to claim 1, further comprising means for matching the F value. 前記複数の投射レンズ、前記複数の空間光変調素子、及び前記照明光学系からなり、前記複数の投射レンズからそれぞれ投射された前記主光線により前記スクリーンに共通の複数の画素を結像する構成をプロジェクタアレイユニットとしたとき、第1のプロジェクタアレイユニットに対して、水平方向でかつ一方向に所定間隔ずつシフトした複数の第2のプロジェクタアレイユニットを配置すると共に、前記水平方向でかつ前記一方向とは反対方向に前記所定間隔ずつシフトした複数の第3のプロジェクタアレイユニットを配置し、
前記第1乃至第3のプロジェクタアレイユニットから前記スクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、前記スクリーンから射出する前記主光線を互いにテレセントリックに投射させることを特徴とする請求項1又は2記載の裸眼立体表示装置。
A configuration comprising the plurality of projection lenses, the plurality of spatial light modulation elements, and the illumination optical system, wherein a plurality of pixels common to the screen are imaged by the principal rays respectively projected from the plurality of projection lenses. When a projector array unit is used, a plurality of second projector array units that are shifted in the horizontal direction and by a predetermined interval in one direction are arranged with respect to the first projector array unit, and the horizontal direction and the one direction are arranged. A plurality of third projector array units shifted by the predetermined interval in the opposite direction, and
The chief rays emitted from the screen are projected in a telecentric manner with each of a plurality of pixels imaged on the screen from the first to third projector array units as a secondary light source. Item 3. The autostereoscopic display device according to Item 1 or 2.
前記複数の投射レンズ、前記複数の空間光変調素子、及び前記照明光学系からなり、前記複数の投射レンズからそれぞれ投射された前記主光線により前記スクリーンに結像する複数の画素の像面を共通化しない構成を非共通像面プロジェクタアレイユニットとしたとき、水平方向に所定間隔ずつシフトした複数の非共通像面プロジェクタアレイユニットを配置し、
前記非共通像面プロジェクタアレイユニットから前記スクリーン上に結像させた複数の画素のそれぞれを二次光源として、前記スクリーンから射出する前記主光線を互いにテレセントリックに投射させることを特徴とする請求項1又は2記載の裸眼立体表示装置。
The plurality of projection lenses, the plurality of spatial light modulation elements, and the illumination optical system, and the image planes of the plurality of pixels that form an image on the screen by the principal rays respectively projected from the plurality of projection lenses. When the non-common image plane projector array unit is configured as a non-common image plane projector array unit, a plurality of non-common image plane projector array units shifted by a predetermined interval in the horizontal direction are arranged,
2. The chief rays emitted from the screen are telecentrically projected to each other using each of a plurality of pixels imaged on the screen from the non-common image plane projector array unit as a secondary light source. Or the autostereoscopic display device according to 2.
前記スクリーンに重ねて投射された前記複数の空間光変調素子からの画像の歪曲収差又は倍率色収差を電気的に補正する手段を備えることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の裸眼立体表示装置。   6. The apparatus according to claim 1, further comprising means for electrically correcting distortion or lateral chromatic aberration of an image from the plurality of spatial light modulation elements projected on the screen. Autostereoscopic display device. 水平及び垂直の両方向に二次元配置され、かつ、水平方向に等間隔で配置された複数の第1の投射レンズと、
水平及び垂直の両方向に対してそれぞれ傾斜した方向に二次元配置され、かつ、前記水平方向に対して傾斜した方向に等間隔で配置された複数の第2の投射レンズと、
前記複数の第1の投射レンズに対して1対1に対応して設けられ、対応して設けられた前記第1の投射レンズの物体面上にあって前記第1の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第1の空間光変調素子と、
前記複数の第2の投射レンズに対して1対1に対応して設けられ、対応して設けられた前記第2の投射レンズの物体面上にあって前記第2の投射レンズの光軸に対して偏心した位置に配置された、二次元画像を表示する複数の第2の空間光変調素子と、
前記複数の第1及び第2の空間光変調素子のそれぞれに対して照明光を照射する照明光学系と、
前記複数の第1及び第2の投射レンズの像面上にあって、前記複数の第1及び第2の空間光変調素子の画素からそれぞれ出射される前記照明光の輝度及び色度について変調された主光線が所定の位置で結像され、結像された複数の画素(50A〜50E)のそれぞれを二次光源として前記主光線を互いに異なる方向に異なる輝度と色度で投射することにより、空間に立体像を表示させるスクリーンと
を備えることを特徴とする裸眼立体表示装置。
A plurality of first projection lenses that are two-dimensionally arranged in both the horizontal and vertical directions and arranged at equal intervals in the horizontal direction;
A plurality of second projection lenses that are two-dimensionally arranged in directions inclined with respect to both the horizontal and vertical directions and arranged at equal intervals in a direction inclined with respect to the horizontal direction;
The plurality of first projection lenses are provided in a one-to-one correspondence with each other on the object plane of the first projection lens provided in correspondence with the optical axis of the first projection lens. A plurality of first spatial light modulation elements arranged at positions eccentric with respect to each other to display a two-dimensional image;
The plurality of second projection lenses are provided in a one-to-one correspondence with each other on the object plane of the second projection lens provided in correspondence with the optical axis of the second projection lens. A plurality of second spatial light modulators that display a two-dimensional image and are arranged at positions that are eccentric with respect to each other;
An illumination optical system for irradiating illumination light to each of the plurality of first and second spatial light modulation elements;
The brightness and chromaticity of the illumination light that is on the image planes of the plurality of first and second projection lenses and emitted from the pixels of the plurality of first and second spatial light modulation elements, respectively, are modulated. The principal ray is imaged at a predetermined position, and each of the imaged pixels (50A to 50E) is used as a secondary light source to project the principal ray in different directions and with different luminance and chromaticity, An autostereoscopic display device comprising: a screen for displaying a stereoscopic image in space.
前記第2の空間光変調素子は、その光軸が前記第2の投射レンズの光軸と互いに平行に偏心され、かつ、前記投射レンズの光軸に対して傾きをもって偏心されていることを特徴とする請求項6記載の裸眼立体表示装置。   The optical axis of the second spatial light modulator is decentered in parallel to the optical axis of the second projection lens, and is decentered with an inclination with respect to the optical axis of the projection lens. The autostereoscopic display device according to claim 6.
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