JP2014026012A - Glasses-free stereoscopic (3d) video system and its adapter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、裸眼でありながらあたかも立体に見える様にした裸眼立体(3D)映像装置及びそのアダプターに関するものである。 The present invention relates to an autostereoscopic (3D) video apparatus and an adapter for the autostereoscopic (3D) video apparatus that can be viewed as if they are stereoscopic.
立体視用の映像は左目と右目で見える位置が違う事(視差)を利用して左目用映像と右目用映像の二つの映像を伝送し、受信側で立体視用の一つの映像に合成しつつ立体視用の特殊メガネや裸眼方式では高精度に加工されたレンズ(レンチキュラーレンズ)等を用いて立体視視聴を行っている。この方式は右目用と左目用の2画面が必ず必要で特別な電子機器や高精度に加工された光学部品が必要である。さらに左右の画面を時分割で交互に表示したり細かく分割したりする為、画面のちらつきや画素数の半減等で画質を大幅に劣化させている。本発明は普通の平面映像を電子的に左右別々の画面に分ける事なく、特別な電子機器も必要もなく、しかも裸眼で画素数の減少による劣化もない立体(3D)映像を実現するものである。 Stereoscopic images are transmitted using two different images (parallax) for the left eye and right eye, and the left and right eye images are transmitted and combined on the receiver side into a single stereoscopic image. On the other hand, stereoscopic viewing is performed using special glasses for stereoscopic viewing and a lens (lenticular lens) processed with high accuracy in the naked eye method. This method always requires two screens for the right eye and left eye, and requires special electronic equipment and optical parts processed with high precision. Furthermore, since the left and right screens are alternately displayed in a time-division manner or finely divided, the image quality is greatly degraded due to flickering of the screen, halving of the number of pixels, and the like. The present invention realizes a stereoscopic (3D) image without dividing a normal plane image electronically into separate left and right screens, no special electronic equipment, and no deterioration due to a reduction in the number of pixels with the naked eye. is there.
本発明が解決しようとする課題は、通常の2D映像を特別な電子機器を使用せずに「3D疲れ」も少なく、奥行き感と立体感(ボリューム感)のある自然な3D映像を楽しめる様にする事である。 The problem to be solved by the present invention is that normal 2D images can be enjoyed with natural 3D images with a sense of depth and three-dimensionality (volume feeling) with little “3D fatigue” without using special electronic devices. Is to do.
人が「3D感」を感じる要素は各種ある。ここで「「3D感」とした理由は「遠近感」と「立体感」の両方が揃ってはじめて自然の風景等を見ている感じになる。両方あわせて「3D(三次元)感」とした。下記の内(1)から(8)項は「遠近感」の要素であり重複しつつ(6)から(8)項が「立体感」を感じる要素である。平面の紙であっても斜めに見れば上下左右の2D(二次元)の他に手前奥の1D(一次元)が増えて3D(三次元)になる。従って遠近感(パース)と立体感(ボリューム)を合わせて三次元感(3D感)が出る。
(1)遠近感(パース)は真っすぐ遠々続く並木路の様に手前は広く遠くに行くに従って狭くなって行き、やがて1点(消失点)に消えて行く。
(2)同じ大きさの物でも手前は大きく奥は小さく見える。
(3)列車の窓から見る風景の様に手前は速く動き遠くはゆっくり動く。
(4)重なっている物は隠している方が手前で、隠されている方が奥にある。
(5)空気で光が揺らぐので近くがはっきり遠くは霞んで見える。
(6)目の水晶体は近くの物を見る時は厚く遠くは薄くしてピントを合わせる。
(7)対象物が視線に対して斜めになるに従って実際より短く見えるようになる視角効果。二次元投影する時に短く描く事を短縮法という。両目で見た場合は左右の目で短縮度合いが変わってくる。
(8)左右の目で物を見る場合、左目と物までと右目と物までの視線同士が成す角(輻輳角)が近くは大きく遠くは小さくなる。従って近くは寄り目になり遠くは平行になる。輻輳角を合わせた距離以外の距離にある物は手前も奥も2重に見える。
(9)比較的近くの物を左右の目で見る場合、左目は物の右側面より左側面の方が広く見え、右目は逆に右側面が広く見える。遠くの物はその差が小さく、さらに遠くは判別できない。
There are various factors that make people feel “3D”. Here, the reason for “3D sensation” is that when both “perspective” and “three-dimensional sensation” are both provided, the natural scenery is viewed. Both were considered as “3D (three-dimensional) feeling”. The following items (1) to (8) are elements of “perspective”, and the items (6) to (8) are elements that feel “stereoscopic” while overlapping. Even if it is a plane paper, if it is viewed obliquely, the 1D (one-dimensional) at the front side increases to 3D (three-dimensional) in addition to the upper, lower, left and right 2D (two-dimensional). Therefore, a sense of perspective (perspective) and a stereoscopic effect (volume) are combined to give a three-dimensional feeling (3D feeling).
(1) Perspective (perth) becomes narrower as it goes farther away, like a tree-lined road that continues straight away, and eventually disappears to one point (disappearance point).
(2) Even if it is the same size, the front is large and the back is small.
(3) Like the scenery seen from the train window, the foreground moves fast and the distance moves slowly.
(4) The overlapping object is hidden in the foreground and the hidden object is in the back.
(5) Since the light fluctuates in the air, the near area is clearly visible in the distance.
(6) When looking at nearby objects, the eye lens should be thicker and thinner and focused.
(7) A viewing angle effect that makes the object appear shorter than the actual angle as it becomes oblique to the line of sight. Drawing in short when performing two-dimensional projection is called a shortening method. When viewed with both eyes, the degree of shortening varies between the left and right eyes.
(8) When an object is viewed with the left and right eyes, the angle (convergence angle) formed by the lines of sight between the left eye and the object, and the right eye and the object is close and large. Therefore, the near part is a close eye and the far part is parallel. An object at a distance other than the convergence angle is doubled in front and back.
(9) When a relatively close object is viewed with the left and right eyes, the left eye looks wider on the left side than the right side of the object, and the right eye looks wider on the right side. Distant objects have small differences and cannot be distinguished further.
上記の内(1)のパースから(7)の短縮法は片目でも3D感を感じる要素である。自然の風景を両目でみると3D感を感じる。その時片目をつぶっても3D感が無くなり急に風景がペタッと平面になることは無い。これは(1)から(7)の要素で3D感を感じているからである。立体感(ボリューム感)は必ずしも必要ではない。従って、2D(平面)の写真や映像機器でもこれらの要素に注意すれば3D感のある映像ができる。遠景ばかりの映像であればボリューム感は必要ないので平面の2D映像でも3D感がある場合がある。画質(画面を構成する画素のドット)が低いと見ている物がドットで構成されているのできっと表示器に映しだされている映像なので平面であろうと脳が認識してしまう可能性がある。高画質になればドット感が無くなり自然の風景を見ているのと脳が区別できなくなり、高画質になるだけで3D感が出てくる場合がある。映画やテレビ等の表示器が平面でも一般的に3D感があるものになればドット感があっても脳は3Dとして認識するようになる可能性はある。 Among the above (1), the shortening method from (1) to (7) is an element that feels 3D feeling with one eye. If you look at the natural scenery with both eyes, you will feel 3D. At that time, even if one eye is closed, the 3D feeling disappears and the landscape does not suddenly become flat. This is because a 3D feeling is felt by the elements (1) to (7). A three-dimensional feeling (volume feeling) is not always necessary. Therefore, even with 2D (planar) photographs and video equipment, if you pay attention to these elements, you can create a 3D video. If the image is just a distant view, there is no need for a volume, so even a flat 2D image may have a 3D effect. If the image quality (dots of the pixels that make up the screen) is low, what you see is made up of dots, so the brain may recognize even if it is a plane because it is surely displayed on the display . If the image quality becomes high, the sense of dots disappears and the brain cannot be distinguished from seeing a natural landscape. Even if a display such as a movie or a television is flat and has a 3D feeling, the brain may be recognized as 3D even if there is a dot feeling.
8)の輻輳角は現在の3D映画や3Dテレビが使っている要素である。2つの映像を作り左右の目で見える映像の間隔を変える事で遠近感を得られる。2つの映像を左目用の画像は左目だけに右目用は右目だけに見える様にするには3D用メガネ等が必要になる。左右2つの画像を一つに重なっている場合はその画像が表示器までの距離と等しいところに見える。表示器を基準として右目用の画像を右へ、左目用の画像を左へ離して行くと左右の視線が合わさるところは表示器よりも奥で一つに合わさるので映像は奥にある様に見える。逆に右目用の映像を左へ左目用の映像を右へ離すと左右の視線が合わさるところは表示器よりも手前で一つに合わさるので映像は手前にある様に見える。しかし表示器は平面なのでピント調整する(6)の水晶体を動かす要素が無くなり3D感も減ってしまうばかりか、人が経験したことがない「水晶体の厚さを変えずに輻輳角を頻繁に変える(頻繁に寄り目にする)。」ことになる。その為、「3D疲労」の原因にもなり長時間見ると疲れる。 The convergence angle of 8) is an element used by current 3D movies and 3D televisions. Perspective can be obtained by creating two images and changing the interval between the images visible to the left and right eyes. In order to make the two images look like only the left eye for the left eye and only the right eye for the right eye, 3D glasses are required. When the left and right images overlap each other, the image appears to be equal to the distance to the display. When the image for the right eye is moved to the right and the image for the left eye is moved to the left with reference to the display unit, the left and right line of sight are combined in the back rather than the display unit, so the image appears to be in the back. . On the contrary, when the image for the right eye is moved to the left and the image for the left eye is moved to the right, the left and right line of sight are combined in front of the display so that the image appears to be in front. However, since the display is flat, there is no element to move the lens for focus adjustment (6), and the 3D feeling is reduced, and the human has never experienced "the convergence angle is changed frequently without changing the thickness of the lens. (I often get close to it.) ” For this reason, it can cause “3D fatigue” and it can be tired when viewed for a long time.
さらに、遠景は左右の画像が離れて行くが人の目の距離約6cmを超えると人類史上経験したことがない目の動きをする事になる。人は近い物を見る時は寄り目で遠くの物を見る時は視線が平行に近くなり一番遠くにある夜空の星を見る場合でも視線が平行になるところまでしか動かしたことが無い。表示器の画面の大きさを考えて最遠方の星空でも目の間隔である6cm、子供は狭くなり5cmなのでその5cm以下になる様に映像は作っているはずだが、予想外の大きい画面に映した場合左右の視線は平行を超え広角になってしまうので目に悪影響があるかないかも判っていない。 Furthermore, in the distant view, the left and right images move away, but if the distance between the human eyes exceeds about 6 cm, the eyes will move which has never been experienced in human history. When looking at a close object, a person has a close eyesight and when looking at a distant object, the line of sight is almost parallel, and even when looking at the farthest star in the night sky, he has only moved to the point where the line of sight is parallel. Considering the size of the display screen, the farthest starry sky is 6cm, which is the distance between the eyes, and the child is narrow and 5cm, so the video should be made to be less than 5cm, but it is projected on an unexpectedly large screen. In that case, the left and right lines of sight are parallel and wide angle, so it is not known whether there is any adverse effect on the eyes.
要素(8)のは目の間隔と同じだけ離した2台のカメラか2眼のカメラで撮影すると得られる。しかし(7)の輻輳角はどこかの位置に固定される為、ある距離は表現できるが、他の距離は違和感のある映像になる。2つのカメラや2眼の輻輳角に相当する角度を撮影しながら調整する方法もあるが、視聴者が必ずしもその方向をみるとは限らないので、余計に不自然な映像になる可能性がある。また、この場合でも表示器は平面であり要素(6)のピント調整は行わないので違和感がある。要素(1)から(8)を同時に満足する為に期待されているのがインテグラルフォトグラフィー方式だが、先に述べた様にまだ実験段階であり複雑で高価な特別な電子機器が必要になる。 The element (8) can be obtained by photographing with two cameras or two cameras separated by the same distance as the distance between eyes. However, since the convergence angle of (7) is fixed at a certain position, a certain distance can be expressed, but the other distance becomes an uncomfortable image. There is also a method of adjusting while photographing the angle corresponding to the convergence angle of two cameras or two eyes, but the viewer does not always look in the direction, so there is a possibility that the image will be unnatural. . Even in this case, the display device is flat and does not adjust the focus of the element (6). The integral photography method is expected to satisfy the elements (1) to (8) at the same time. However, as described above, it is still an experimental stage and requires complicated and expensive special electronic equipment. .
普通の2D映像の動画を変換ソフトも特別な電子機器も必要とせず裸眼で3D感を感じる要素(1)〜(8)の全てを満たす課題を、本発明の裸眼立体(3D)映像アダプターによって解決される。本発明は従来の「輻輳角(寄り目の度合い)」に頼った3D映像と違い、「輻輳角」に加え視角によって見える面積を変え、目ピント調整動作も行う事で脳が3D感を認識する能力を使って、今までに無い自然な3D感を実現している。 With the autostereoscopic (3D) video adapter of the present invention, the problem of satisfying all of the elements (1) to (8) that feel the 3D feeling with the naked eye without the need for conversion software or special electronic devices for ordinary 2D video is required. Solved. Unlike the conventional 3D video that relies on the “convergence angle (degree of crossing)”, the present invention changes the visible area according to the viewing angle in addition to the “convergence angle” and performs the eye focus adjustment operation so that the brain recognizes the 3D feeling. The ability is used to achieve a natural 3D feeling that has never been seen before.
本発明の裸眼立体(3D)映像装置及びアダプターによって、普通の2D表示を疑似3D表示として楽しむ事が出来る。また従来のTV、パソコン、タブレット端末等の映像機器にも、本発明のアダプターを取り付ければ普通の2D映像を自然な3D映像として安価で手軽に楽しむ事が出来る。高価な3D専用の映像ソフトや電子機器及び3D対応機器もメガネも要らない。 With the autostereoscopic (3D) video apparatus and adapter of the present invention, a normal 2D display can be enjoyed as a pseudo 3D display. In addition, if the adapter of the present invention is attached to conventional video equipment such as a TV, a personal computer, and a tablet terminal, ordinary 2D video can be enjoyed as natural 3D video at low cost and easily. There is no need for expensive 3D-only video software, electronic equipment, 3D-compatible equipment, or glasses.
人間は通常2D映像(ディスプレイ上の映像)を見る時は映像のどの部分を見る場合でも左右の目は同じ距離、同じ形で見ている。厳密に言えば右目は中央より目の幅の半分に相当する約3cm右よりから見て、左目は同じく約3cm左よりから見ている。この為、表示されている映像を左右の視差から立体として認識することも出来るはずである。しかし、ディスプレイは平面なので映し出される映像は左右の視差があっても脳は、画像はあくまで平面として認識する。同様に、ディスプレイ上の奥行き感のある映像や立体感のある映像でも脳は平面であると認識する。立体と認識してしまう事は「錯覚」である。従って平面のディスプレイで脳をいかに立体と「錯覚」させるかがキーポイントになる。 When viewing a 2D image (image on the display), humans usually see the left and right eyes at the same distance and in the same shape when viewing any part of the image. Strictly speaking, the right eye is seen from the right about 3 cm, which is half the width of the eye from the center, and the left eye is also seen from about 3 cm from the left. Therefore, it should be possible to recognize the displayed image as a three-dimensional image from the left and right parallaxes. However, since the display is flat, the brain recognizes the image as a flat plane even if the projected video has left and right parallax. Similarly, the brain is recognized as a flat surface even in a video image with a sense of depth or a stereoscopic effect on the display. Recognizing it as a solid is an “illusion”. Therefore, the key point is how to make the brain "illusion" with a flat display.
本発明はフレネルレンズを使用する。フレネルレンズの通常の使い方は画面の前に焦点距離以下の数センチから数十センチの距離に配置し、目から物がはっきり見える距離(明視距離とよばれ25cmと定義されている)以上から画面を見ると画面が拡大されて見える。しかし2D映像はそのまま大きくなった2D映像として見えるだけである。3D映像には見えない。フレネルレンズは単焦点レンズ(平行光線を当てると1点に集まる)である。横手方向が長い長方形のフレネルレンズを横手方向に狭め、凸型に半円筒形近くまで曲げる。フレネルレンズ各点からの焦点の距離は同じままなのでフレネルレンズの焦点の位置はフレネルレンズの変形に従う。このフレネルレンズを平面ディスプレイの前に配置すると映像とフレネルレンズの距離は、中央付近が遠く左右の端付近では近くなる。この配置でフレネルレンズを通して映像を見ると映像の大きさ、相対位置、形状等が左右の目で異なる映像となる。 The present invention uses a Fresnel lens. The normal way to use a Fresnel lens is to place it in front of the screen at a distance of several centimeters to several tens of centimeters below the focal length, and from above the distance at which objects can be clearly seen from the eyes (defined as the clear vision distance is defined as 25 cm). When you look at the screen, the screen appears enlarged. However, the 2D image can only be seen as an enlarged 2D image. Invisible in 3D video. The Fresnel lens is a single focus lens (collected at one point when a parallel light beam is applied). A rectangular Fresnel lens with a long transverse direction is narrowed in the transverse direction and bent into a convex shape close to a semi-cylindrical shape. Since the focal distance from each point of the Fresnel lens remains the same, the focal position of the Fresnel lens follows the deformation of the Fresnel lens. When this Fresnel lens is placed in front of the flat display, the distance between the image and the Fresnel lens is far from the center and near the left and right edges. When the image is viewed through the Fresnel lens with this arrangement, the size, relative position, shape, etc. of the image are different between the left and right eyes.
この大きくなった左右の視差が脳に達すると脳は表示されている映像は平面として認識出来なくなる。左右の視差は僅かなので2個の物であるとも脳は認識出来ない。脳は辻褄を合わす為に、「左右の映像が異なっているのできっと遠近があるか立体物なのだ。」と認識してしまう。「トリックアート」や「だまし絵」などを見るときに遠近や凹凸が逆転していても過去の経験や見ていて楽な方向で脳が認識し納得してしまう。これが「錯覚」である。その為2D映像にも関わらず、奥行き感やボリューム感のある3D映像と捉えてしまう。人口的に加工されて過度に誇張された従来の3D映像とは異なり、本発明は僅かな視差なのでごく自然な遠近感およびボリューム感がある3D映像として見える。自然な3D感でメガネも不要なので「3D疲れ」と言われる疲労感も少なく、非常に見やすい映像で楽しめる。 When the increased left and right parallax reaches the brain, the displayed image cannot be recognized as a plane. Since the left and right parallax are small, the brain cannot recognize even two objects. In order for the brain to match the eyelids, it recognizes that “the right and left images are different, so there must be a perspective or a three-dimensional object.” When looking at "trick art" or "foolish picture", the brain will recognize and convince you in the past direction and experience in an easy direction even if the perspective and unevenness are reversed. This is the “illusion”. For this reason, it can be regarded as a 3D image with a sense of depth and volume in spite of 2D images. Unlike conventional 3D images that have been artificially processed and overexaggerated, the present invention appears to be a very natural 3D image with a sense of perspective and volume because of its slight parallax. Because it is a natural 3D feeling and glasses are unnecessary, there is little fatigue feeling called “3D fatigue” and you can enjoy it with very easy-to-view images.
本発明のアダプターは、普通に普及している2D映像用のTV、パソコン、タブレットPC、スマートフォン等の表示機器の画面前面にアダプターが取りつくフレームを設けアダプターを配置すると自然な3D映像を楽しめる。アダプターは光学的な機構で出来ているので、取り付けるだけで手持ちの映像表示機器で安価に手軽に3D映像を楽しめる。 The adapter of the present invention can enjoy natural 3D images when a frame is attached to the front of the screen of a display device such as a TV, a personal computer, a tablet PC, and a smartphone for 2D images that are widely used, and the adapter is arranged. Since the adapter is made of an optical mechanism, you can enjoy 3D images easily and inexpensively on your own video display device by simply attaching it.
フレキシブルなフレネルレンズを使用しているので非視聴時や持ち運び時は半円筒形から平らに変形できるので、かさ張らない。スマートフォンやタブレットPCのタッチパネル操作も問題ない。 Because it uses a flexible Fresnel lens, it can be deformed flat from a semi-cylindrical shape when not viewing or carrying, so it is not bulky. There is no problem with touch panel operations on smartphones and tablet PCs.
近年、3D関係の伸び悩みの原因の一つに特別な3D撮影や特別な3D視聴機器が必要で別途製作費用がかかり、力を入れ難い点があげられる。現状のままで3Dになれば2Dと3Dの互換性が生まれ、3Dを期待したコンテンツを作る費用的なリスクも無くなる。かつて白黒テレビしかない時代にカラー放送が始まったが、白黒テレビの家はそのまま白黒で、カラーテレビを買った家はカラーで両家共同じコンテンツを見られた、素晴らしい上下互換であった。本発明も同じで同じコンテンツを3Dアダプター有り無しの両方で楽しめる。最近の製品で特にハードとソフトの関係はお互い新製品で旧バージョンは動くが旧製品で新バージョンは動かない。上位互換だけを考えていて、テレビの様な上下互換を考えていない。買い替えを消費者に迫っている。それを考えると本発明は、コンテンツを変えることなく世界中のテレビが白黒からカラーに移行出来た様に世界中の映像表示機器を3Dに変える力を持っていると考えられる。古いテレビが見えなくなる地デジ移行の時に何年も前から広報だけでも多額の費用をかけた様な事を行う必要がない。 In recent years, one of the causes of sluggish 3D relations is the need for special 3D shooting and special 3D viewing equipment, which requires additional production costs and is difficult to put effort into. If it becomes 3D as it is, 2D and 3D compatibility will be created, and there will be no cost risk to create content that expects 3D. Color broadcasting began in the days when there was only black and white TV, but the black and white TV house was black and white as it was, and the house where the color TV was bought was in excellent vertical compatibility where both families could see the same content in color. The present invention is the same, and the same content can be enjoyed both with and without a 3D adapter. In recent products, the relationship between hardware and software is a new product and the old version works, but the old product does not work. We are only thinking about upward compatibility, not up-down compatibility like TV. We are approaching consumers for replacement. In view of that, the present invention is considered to have the power to change the world's video display devices to 3D so that televisions all over the world can shift from black and white to color without changing the content. There is no need to spend a lot of money on public relations alone for years when terrestrial digital transitions where old TV can no longer be seen.
近年スーパーマーケットの売り場も各コーナーに小型のディスプレイを置いて商品の宣伝ビデオを常時流している。このディスプレイに本発明の裸眼立体(3D)映像アダプターを取り付けるだけで2D映像が3D映像になり集客効果や販売効果が格段に上がる。もちろんお客さんは3D映像を見る為のメガネをかける必要はない。 In recent years, supermarket sales floors also have a small display at each corner, and are always playing promotional videos of products. By simply attaching the autostereoscopic (3D) video adapter of the present invention to this display, the 2D video becomes a 3D video and the effect of attracting customers and sales is greatly improved. Of course, customers do not need to wear glasses to view 3D images.
本発明の裸眼立体(3D)映像アダプターは従来の映像表示器の殆どすべてに取り付け可能なので、人間がテレビなどのディスプレイに映り出される映像は2Dが普通としてきた事を「3Dが普通」と言う世の中に変えるものとなる。 Since the autostereoscopic (3D) video adapter of the present invention can be attached to almost all conventional video display devices, it is said that “3D is normal” when 2D is normal for images projected on a display such as a television. It will change into the world.
図1は、本発明機器の機構である。映像表示機器13の正面に本アダプター11を設置する。本アダプターは横方向に曲率を持ち視聴者側に凸の半円筒形状の片面平面で反対面がレンズ溝で同心円状に形成された拡大用フレネルレンズ12と表示器およびフレネルレンズ保持用のフレーム14で構成される。視聴者はフレネルレンズの溝が無い平らな側から映像を視聴する。フレネルレンズのレンズ形状(溝側)は表示器側になる。元の映像は2D映像だがフレネルレンズを通過する事で拡大と同時に半円筒形状の曲率の効果で左右の目に届く映像の形および距離が異なって見える。その左右で異なった映像を見る事であたかも立体物や遠近がある映像を見ているものと脳が認識してしまうことを利用して3Dで映像を視聴出来る様にしている。 FIG. 1 shows the mechanism of the device of the present invention. The adapter 11 is installed in front of the video display device 13. This adapter has a laterally curved curvature, a semi-cylindrical single-sided plane convex to the viewer side, and a concentric magnifying Fresnel lens 12 formed on the opposite side and a frame 14 for holding a display and a Fresnel lens. Consists of. The viewer views the video from the flat side without the groove of the Fresnel lens. The lens shape (groove side) of the Fresnel lens is the display side. The original image is a 2D image, but by passing through the Fresnel lens, the shape and distance of the images reaching the left and right eyes appear different due to the effect of the semi-cylindrical curvature at the same time. Viewing the different images on the left and right makes it possible to view the images in 3D by utilizing the fact that the brain recognizes that the viewer is viewing a three-dimensional object or an image with perspective.
このときフレネルレンズで左右の目に到達する映像は分離できているので、メガネ等の左右分離用機器は必要ない。従来の左右用に2画面を作る映像は人間の目の幅と同じ6センチから7センチにレンズを配置した2台のカメラで撮影したり、2D映像をコンピューター処理で左右違いう映像を作ったりするが、人工的な加工が施され過度に誇張された映像になっている。さらに遠近処理する場合も円滑に処理する事が難しく段階的に深さを変化させる為、立体と言うよりは遠近方向に何枚も紙芝居の絵が並んでいる様な映像(レイヤー的映像)になってしまう。その為、不自然な映像に感じられ「3D疲れ」と呼ばれる疲労感が感じられ長時間視聴には向かない。本発明機器は脳の自然な認識力を利用するので3D映像も自然で立体感や遠近感も円滑に感じられる為疲労感が少ない。従来のメガネ方式や裸眼方式にある左右の映像が2重に見えてしまう(クロストーク)現象が原理上全くない。メガネも不要なので煩わしさもなく視聴できる。 At this time, since the image reaching the left and right eyes can be separated by the Fresnel lens, a left / right separation device such as glasses is not necessary. Conventional images for creating two screens for left and right can be taken with two cameras with lenses that are 6 to 7 centimeters in width, which is the same as the width of a human eye, or 2D images can be created by computer processing. However, the image is over-exaggerated due to artificial processing. In addition, when processing perspective, it is difficult to process smoothly, and the depth is changed step by step, so the image is like a picture with many picture-story shows in a perspective direction rather than a solid (layered image). turn into. Therefore, it feels unnatural and feels “3D fatigue”, which is not suitable for long-time viewing. Since the device according to the present invention uses the natural recognition ability of the brain, the 3D image is natural and the three-dimensional effect and the sense of perspective can be felt smoothly, so there is little fatigue. In principle, there is no phenomenon in which the left and right images in the conventional glasses method or the naked eye method appear double (crosstalk). You do n’t need to wear glasses to watch it.
図2は、本発明機器の非視聴時や持ち運び時およびスマートフォンやタブレットPCでのタッチパネル操作時の形状の一例である。半円筒形状のフレネルレンズ22は平面形状を成し表示画面21に平行に配置される。全体にフラットな形状になり、かさ張らない FIG. 2 is an example of a shape when the device of the present invention is not viewed or carried and when a touch panel is operated on a smartphone or tablet PC. The semi-cylindrical Fresnel lens 22 has a planar shape and is arranged in parallel with the display screen 21. Flat shape overall, not bulky
図3は、本発明機器の非視聴時や持ち運び時およびスマートフォンやタブレットPCでのタッチパネル操作時の形状のもう一つの例である。半円筒形状のフレネルレンズ32は平面形状を成し表示器31の背面に平行に配置される。全体にフラットな形状になり、かさ張らない。 FIG. 3 shows another example of the shape when the device of the present invention is not viewed or carried and when the touch panel is operated on a smartphone or tablet PC. The semi-cylindrical Fresnel lens 32 has a planar shape and is arranged in parallel to the back surface of the display 31. The whole shape is flat and not bulky.
図4は、遠近法の説明図である。樹木に模した小さい図柄41や大きい図柄42を画面の1点43から放射状に伸ばした線上に配置する。図柄の頂点を結んだ線も点43(消失点)に集まる。このようなものの大小と配置を使った遠近法で描かれた絵や画像は平面にも関わらず点44は近くに点43は近くに見え、樹木は一直線の道の両側に並ぶ並木道に見える。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the perspective method. A small symbol 41 or a large symbol 42 imitating a tree is arranged on a line extending radially from one point 43 on the screen. A line connecting the vertices of the symbol also gathers at point 43 (vanishing point). The picture and image drawn in perspective using the size and arrangement of such objects appear to be close to the point 44 and close to the point 43 in spite of the plane, and the trees look like tree-lined roads lined up on both sides of a straight road.
図5は視差による立体感の説明図である。比較的近くにある立方体52を左目51Lおよび右目51Rで見たとき、左目51Lには立方体52のL面がR面より広く見え立方体53Lの様に見える。反対に右目51Rには立方体53Rの様に見える。左右の目は元々別々に見ているので、見ている対象が同じものであるか、違うものであるかは脳が判断する事になる。ここで無理に寄り目にしたり遠目にしたりすると立方体52は2個に見えてしまう。寄り目の場合左側の像は立方体53Lに見え、右側は53Rに見える。遠目に見る場合は逆になる。普通脳は立方体を一つの物として認識する。ここで左右の目で違う立方体が見えるのでこの立方体は平面では無く立体であると認識し、その視差の大きさから立体の度合いを認識する。近い物は視差が大きいので立体感は得られやすいが人間の目の幅は6cm〜7cmなので数m以上離れた物では視差が極僅かになり視差による立体感は得られにくくなる。この立体感は次に説明する遠近感とは違い物を見たときの視差で違い形状を目が見て脳が立体として認識する事である。 FIG. 5 is an explanatory diagram of stereoscopic effect due to parallax. When viewing the relatively close cube 52 with the left eye 51L and the right eye 51R, the L face of the cube 52 appears wider than the R plane to the left eye 51L and looks like a cube 53L. On the contrary, the right eye 51R looks like a cube 53R. Since the left and right eyes are originally viewed separately, the brain determines whether the objects being viewed are the same or different. If you forcibly lean or distant here, the cube 52 appears to be two. In the case of a cross-over, the left image appears as a cube 53L, and the right image appears as 53R. The reverse is true when viewing from a distance. The normal brain recognizes a cube as one object. Here, since different cubes can be seen between the left and right eyes, this cube is recognized as a solid rather than a plane, and the degree of the solid is recognized from the magnitude of the parallax. A close object is easy to obtain a three-dimensional effect because of its large parallax, but since the human eye has a width of 6 cm to 7 cm, a parallax is very small for a object that is several meters or more away, making it difficult to obtain a three-dimensional effect due to the parallax. This three-dimensional effect is different from the perspective described below, which means that the brain recognizes the shape as a three-dimensional image by looking at the different shape in the parallax when looking at an object.
図6は視角(輻輳角)による遠近感の説明図である。遠くの距離m1の点64を見る時、視角(輻輳角)θ1は小さくなると同時に目61L/Rの水晶体62L/Rの厚さは薄くt1になり網膜63L/Rに点64の像を結像する。このm1の最長距離は星等のほぼ無限遠を見たときでθ1は零度に近似する。両目のθ1を作る両直線はほぼ平行になる。人間は通常平行以上に開いた目の動きをする事は無い。近くの距離m2の点68を見る時、視角(輻輳角)θ2は大きくなると同時に目65L/Rの水晶体66L/Rの厚さは厚くt2になり網膜67L/Rに点68の像を結像する。このm2の最短距離は物がはっきり見える距離として明視の距離と呼ばれ25cmと慣習的に定義されている。通常裸眼の人や近視をメガネで矯正した人は25cm以上が明視の距離になる。ここでm1、m2、θ1、θ2、t1、t2の関係はm1>m2かつθ1<θ2かつt1<t2になる。この同時の関係で遠近を認識している。これは先に説明した遠近法と違い物の大きさや形に依存しない為、点光源の様な小さな物や向きに判らない球体でも遠近感を認識できる。 FIG. 6 is an explanatory diagram of perspective by viewing angle (convergence angle). When viewing a point 64 at a distant distance m1, the viewing angle (convergence angle) θ1 decreases, and at the same time, the thickness of the lens 62L / R of the eye 61L / R becomes thin and the image of the point 64 is formed on the retina 63L / R. To do. The longest distance of m1 is when looking at almost infinity, such as stars, and θ1 approximates zero. Both straight lines forming θ1 of both eyes are almost parallel. Humans usually do not move their eyes more than parallel. When viewing a point 68 at a nearby distance m2, the viewing angle (convergence angle) θ2 increases, and at the same time, the thickness of the lens 66L / R of the eye 65L / R becomes thicker t2 and an image of the point 68 is formed on the retina 67L / R. To do. This minimum distance of m2 is called the distance of clear vision as the distance at which objects can be clearly seen, and is conventionally defined as 25 cm. The distance of clear vision is usually 25cm or more for those who are naked or who have corrected myopia with glasses. Here, the relationship among m1, m2, θ1, θ2, t1, and t2 is m1> m2, θ1 <θ2, and t1 <t2. This simultaneous relationship recognizes perspective. This is different from the perspective method described above, and does not depend on the size or shape of the object. Therefore, even a small object such as a point light source or a sphere whose direction is unknown can recognize the perspective.
先の立体感で説明した通り、物までの距離が数m以上の場合視差により立体感は小さくなるが、視角および視角と連動する水晶体の動作で遠近を認識することが出来る。従来の3D映像はこの視角(輻輳角)の差を利用したものが多い。2台のカメラや2眼カメラで撮影すれば視差による左右で見る方向の違う映像が撮影できるが、対象物の距離によって2台のカメラやレンズの角度(視角)も変化させないと不自然なる。しかし視聴者の視点が必ずしもそこにあるとは限らない。従って対象物が複数ある場面での2眼撮影は大変難しい。さらにt1<t2の動作を行うと片目であっても脳は点64より点68が近くにあると認識できる。映像表示器でこの水晶体の動作が出来れば遠近感を感じる重要な要素に成る。 As described above with respect to the three-dimensional effect, when the distance to the object is several meters or more, the three-dimensional effect is reduced due to the parallax, but the perspective can be recognized by the viewing angle and the movement of the crystalline lens in conjunction with the viewing angle. Many conventional 3D images use the difference in viewing angle (convergence angle). Shooting with two cameras or a twin-lens camera can shoot images with different viewing directions due to parallax, but it is unnatural if the angle (viewing angle) of the two cameras and lenses does not change depending on the distance of the object. However, the viewer's viewpoint is not always there. Therefore, twin-lens shooting in a scene with a plurality of objects is very difficult. Further, when the operation of t1 <t2 is performed, the brain can recognize that the point 68 is closer than the point 64 even with one eye. If this lens can be operated on a video display, it becomes an important element to feel the perspective.
図7は本発明の映像の光の行路を上面から見た説明図である。映像表示器の画面71の前に配置された半円筒形状の拡大フレネルレンズ72があり、画面71から明視の距離s以上離れたところから左目73Lおよび右目73Rで見ている。ここで明視の距離sは慣習的に25cmと定義され、左目73Lと右目73Rの間隔D1は大人で6cm〜7cm子供は約5cmである。拡大フレネルレンズが平面形状の場合の焦点はレンズの両面にある。通常のカメラや虫眼鏡は焦点f0は各面に1点ずつしか存在しない単焦点であるが、半円筒形状の拡大フレネルレンズの焦点は半円筒形状に曲率半径rにf0を加えた半径(r+f0)の円周上74に存在する。また円周74から円周72に降ろした垂線を伸ばした直線上の円周72から点Oを通る距離f0に反対面の焦点が円周上に存在する。点Oの位置はフレネルレンズの中央から端にかけて変化する場合もあるので円周と表現している部分は楕円周となる場合もある。 FIG. 7 is an explanatory view of the light path of the image of the present invention as viewed from above. There is a semi-cylindrical magnifying Fresnel lens 72 disposed in front of the screen 71 of the video display, and the left eye 73L and the right eye 73R are viewed from a distance from the screen 71 more than a clear distance s. Here, the distance s of clear vision is conventionally defined as 25 cm, and the distance D1 between the left eye 73L and the right eye 73R is 6 cm to 7 cm for an adult and about 5 cm for a child. When the magnifying Fresnel lens is planar, the focal points are on both sides of the lens. A normal camera or magnifying glass has a single focal point where the focal point f0 is only one point on each surface, but the focal point of the semi-cylindrical magnifying Fresnel lens is a radius (r + f0) obtained by adding f0 to the curvature radius r. It exists on the circumference 74 of. Further, a focal point on the opposite surface exists on the circumference at a distance f0 passing from the circumference 72 on the straight line extending from the circumference 74 to the circumference 72 and passing through the point O. Since the position of the point O may change from the center to the end of the Fresnel lens, the portion expressed as a circumference may be an elliptical circumference.
図7で画面71の中央部分の光の行路で点a0からの行路の説明を行う。点a0から出た光はフレネルレンズ面72の点a1Lを屈折および拡大されながら通り直線L1上の目73Lに到達する。片や点a0から出た光はフレネルレンズ面72の点a1Rを屈折および拡大されながら通り直線R1上の目73Rに到達する。左右各映像はそれぞれ倍率は同じだが屈折された分各目の方向に向く様に表示される。映像が正面を向いている場合に片目を閉じるとどちらもこちらを向いている映像になる。これは図9で説明する。拡大された虚像の位置を目からの行路で説明する。左目73Lから直線L1でフレネルレンズ面72の点a1Lを通りさらに破線の様に延長し点a2Lまで行き拡大された虚像が出来る。目の水晶体はこの点a2Lでピント調整を行う。同様に右目73Rから見た虚像は点a2Rに出来でピントもここに調整する。しかし左右の目でa2Lとa2Rは距離δだけ離れているので両目で見える映像位置は直線L1と直線R1の延長線上の交点a3になる。この点a3は表示器の映像の点a0より奥になる。 In FIG. 7, the path from the point a0 will be described in the path of light at the center of the screen 71. The light emitted from the point a0 passes through the point a1L of the Fresnel lens surface 72 while being refracted and enlarged, and reaches the eye 73L on the straight line L1. The light emitted from the piece or point a0 passes through the point a1R of the Fresnel lens surface 72 while being refracted and enlarged, and reaches the eye 73R on the straight line R1. The left and right images are displayed so as to face the direction of each eye because they are refracted with the same magnification. When the image is facing the front, if you close one eye, both will be facing this. This is illustrated in FIG. The position of the magnified virtual image will be described using the path from the eyes. From left eye 73L, a straight line L1 passes through point a1L of Fresnel lens surface 72, and further extends as shown by a broken line to a point a2L, where an enlarged virtual image is formed. The eye lens performs focus adjustment at this point a2L. Similarly, the virtual image viewed from the right eye 73R is made at point a2R, and the focus is adjusted here. However, since a2L and a2R are separated by a distance δ between the left and right eyes, the image position seen by both eyes is the intersection point a3 on the extension line of the straight lines L1 and R1. This point a3 is behind the point a0 of the image on the display.
図7で画面71の映像が表示されている幅はD2である。映像左右端部分の光の行路で左端の点b0および右端の点c0からの行路の説明を行う。まず、左端の点b0から出た光はフレネルレンズ面72の点b1Lを屈折および拡大されながら通り直線L2上の目73Lに到達する。また、点b0から出た光はフレネルレンズ面72の点b1Rを屈折および拡大されながら通り直線R2上の目73Rに到達する。左右各映像のそれぞれの倍率は表示器とフレネルレンズまでの距離が遠い方が若干大きくなり、フレネルレンズに入射する角度が浅い(斜め)な程、映像は若干縦長に歪む。中央部分の点a0の映像よりは画面71からフレネルレンズ面72までの距離が小さいので映像の拡大率は小さく入射角が大きいので映像の歪みは大きくなる。これは図10で説明する。拡大された虚像の位置を目からの行路で説明する。左目73Lから直線L2でフレネルレンズ面72の点b1Lを通りさらに破線の様に延長し点b2Lまで行き拡大された虚像が出来る。目の水晶体はこの点b2Lでピント調整を行う。同様に右目73Rから見た虚像は点b2Rに出来でピントもここに調整する。点b2Lは点b2Rより若干左でかつ若干手前にある。点b2Lとb2Rは離れている距離分、両目で見える映像位置は直線L2と直線R2の延長線上の交点b3になる。この点b3は表示器の映像の点b0より奥でかつ外側になる。表示器71の映像の右端の点c0も同様に両目で見える映像は交点c3になる。 In FIG. 7, the width in which the image of the screen 71 is displayed is D2. The path from the left end point b0 and the right end point c0 in the light path at the left and right end portions of the image will be described. First, the light emitted from the left end point b0 passes through the point b1L of the Fresnel lens surface 72 while being refracted and enlarged, and reaches the eye 73L on the straight line L2. The light emitted from the point b0 passes through the point b1R on the Fresnel lens surface 72 while being refracted and enlarged, and reaches the eye 73R on the straight line R2. The magnification of each of the left and right images is slightly larger when the distance between the display and the Fresnel lens is farther, and the image is slightly distorted vertically as the incident angle to the Fresnel lens is shallower (oblique). Since the distance from the screen 71 to the Fresnel lens surface 72 is smaller than the image at the center point a0, the image enlargement rate is small and the incident angle is large, so the image distortion is large. This is illustrated in FIG. The position of the magnified virtual image will be described using the path from the eyes. From left eye 73L, a straight line L2 passes through point b1L of Fresnel lens surface 72, and further extends as shown by a broken line to a point b2L, where an enlarged virtual image is formed. The eye lens performs focus adjustment at this point b2L. Similarly, the virtual image viewed from the right eye 73R is made at point b2R, and the focus is adjusted here. The point b2L is slightly left and slightly in front of the point b2R. Since the points b2L and b2R are separated from each other, the image position seen by both eyes is an intersection b3 on the extension line of the straight line L2 and the straight line R2. This point b3 is behind and outside the point b0 of the image on the display. Similarly, the right end point c0 of the video on the display 71 is an intersection c3.
図7で画面71の映像の各位置で両目で見える像の位置を結ぶと点a3、点b3および点c3を結ぶ曲線76上になる。まとめると画面の中央は両端よりも拡大率が高く奥に入った映像が両目で見えることになる。水晶体のピント位置も中央ほど奥になる。 In FIG. 7, when the positions of the images that can be seen with both eyes are connected at each position of the image on the screen 71, a curve 76 connecting the points a3, b3, and c3 is obtained. In summary, the center of the screen has a higher magnification than both ends, and you can see the image in the back with both eyes. The focus position of the lens is also deeper toward the center.
具体的に行った実施例の数値的な範囲は下記の様になる。
<画面に大きさに依存しない(定数)>
D1:目の間隔で約50mm〜約70mm。子供や大人、性別、国籍で多少違う。
<画面の大きさに依存する(変数)>
s:明視の距離。慣習的に人が物をはっきり見える距離で250mm以上。D2が500mm以上ではD2x約2以上が見やすい距離となる。
D2:表示画面71の幅寸法。代表的なスマートフォンや携帯ゲーム機で約70mm〜約150mm、タブレットPCで約100mm〜約250mm、パソコンで約200mm〜350mm、テレビで約70mm〜1500mm、高さは幅よりも狭く表示画面の比(4:3や16:9など)による。
f0:フレネルレンズ72の焦点距離。D2x約1〜約10
t:フレネルレンズ72の厚さ。D2/約150〜約400かつ最大2mm。
k1:画面71とフレネルレンズ72の最大距離。D2/約1.5〜約10
k2:画面71とフレネルレンズ72の最小距離。k1x約0.01〜約0.9
r:フレネルレンズ72の曲率半径。円の場合もあるが楕円や球や非球面の場合もある。D2x約0.5〜約10
The numerical range of the concrete example carried out is as follows.
<Size independent of screen (constant)>
D1: About 50 mm to 70 mm between eyes. Slightly different depending on children, adults, gender and nationality.
<Depends on screen size (variable)>
s: Distance of clear vision. Conventionally, it is 250mm or more at a distance where people can clearly see things. When D2 is 500 mm or more, D2 x about 2 or more is easy to see.
D2: Width dimension of display screen 71. About 70mm to about 150mm for typical smartphones and portable game consoles, about 100mm to about 250mm for tablet PCs, about 200mm to 350mm for PCs, about 70mm to 1500mm for TVs, the height is narrower than the width 4: 3 and 16: 9).
f0: Focal length of the Fresnel lens 72. D2x 1 to 10
t: Thickness of Fresnel lens 72. D2 / About 150 to about 400 and up to 2mm.
k1: Maximum distance between screen 71 and Fresnel lens 72. D2 / 1.5 ~ 10
k2: Minimum distance between screen 71 and Fresnel lens 72. k1x about 0.01 to about 0.9
r: radius of curvature of Fresnel lens 72. It may be a circle, but it may be an ellipse, a sphere, or an aspherical surface. D2x about 0.5 to about 10
代表的なスマートフォンの場合の実施例の一つである。自然な3Dに見える構造を実現できる。
D1:目の間隔約60mm
s:明視の距離250mm
D2:画面幅75mm(高さは50mm)
f0:フレネルレンズの焦点距離。D2x1.7=約125mm
t:フレネルレンズの厚さ。D2/250=0.3mm。
k1:画面とフレネルレンズの最大距離。D2/2.5=30mm
k2:画面とフレネルレンズの最小距離。k1x0.3=9mm
r:曲率半径。円の場合もあるが楕円や球や非球面の場合もある。D2x0.9=約70mm
This is one example of a typical smartphone. A natural 3D-looking structure can be realized.
D1: About 60mm between eyes
s: Distance for clear vision 250mm
D2: Screen width 75mm (height is 50mm)
f0: The focal length of the Fresnel lens. D2x1.7 = about 125mm
t: Thickness of Fresnel lens. D2 / 250 = 0.3mm.
k1: Maximum distance between screen and Fresnel lens. D2 / 2.5 = 30mm
k2: Minimum distance between the screen and the Fresnel lens. k1x0.3 = 9mm
r: radius of curvature. It may be a circle, but it may be an ellipse, a sphere, or an aspherical surface. D2x0.9 = Approx 70mm
画面の幅D2が2倍になればf0、t、k1、k2、rは約2倍になると考えて良い。tは最大2mmである。sはD2が500mm以上ではD2x約2以上が見やすい距離となる。しかし、自然な3D感を得るには調整が必要である。理由は目の間隔が唯一の定数である為である。画面の大きさが大きいからと言って目の間隔を広げる訳にはいかない。例外的に幅を広げたと同じ効果の特殊メガネをかければ画面の大きさに依存しない自然な3D感を得る事が出来るが、本発明は裸眼をコンセプトに置いているので、近視や遠視の矯正メガネやコンタクトレンズ以外の装着は考えない。従って目の間隔は変えられないので、必然的に自然な3D感を得る為の寸法上の調整は必要である。これは同じ画面の大きさであっても個人差により調整しても良い。もっとも調整し易いのは曲率半径rとなる。 If the screen width D2 is doubled, f0, t, k1, k2, and r can be considered to be about doubled. t is a maximum of 2 mm. When D2 is 500 mm or more, s is a distance that is easy to see when D2 × about 2 or more. However, adjustment is necessary to obtain a natural 3D feeling. The reason is that the interval between eyes is the only constant. Just because the screen is large doesn't mean you can widen your eyes. If you wear special glasses with the same effect as an exceptionally wide range, you can get a natural 3D feeling that does not depend on the size of the screen, but because the present invention is based on the concept of naked eyes, it corrects myopia and hyperopia. Don't think about wearing anything other than glasses or contact lenses. Therefore, since the distance between the eyes cannot be changed, it is necessary to adjust the dimensions to obtain a natural 3D feeling. This may be adjusted according to individual differences even with the same screen size. The radius of curvature r is the easiest to adjust.
本発明は大画面も対応可能だが画面の対角寸法3から7インチ程度(画面幅50mmから150mm程度)の手の平サイズのスマートフォンや大きくても12インチ程度(画面幅250mm程度)までのタブレットPCやモバイルパソコンを主な対象にしている。従来の特許技術は一つの画面を2つの画面に分離して画面の中央と左右両端で2つの画面のずれ幅が違う事で相対的に遠近感(奥行き感)がある3D映像を得ている。しかし、ボリュームのある立体感は得られていない。 Although the present invention can handle a large screen, a diagonal smartphone with a screen size of 3 to 7 inches (screen width of 50 mm to 150 mm) or a tablet PC with a screen size of up to 12 inches (screen width of about 250 mm) Mainly targeted at mobile computers. Conventional patented technology separates one screen into two screens and obtains a 3D image with a sense of depth (depth) due to the difference in the shift width between the two screens at the center and the left and right ends of the screen. . However, a volumetric stereoscopic effect has not been obtained.
これは左右2つに分かれた画面が平面を水平移動している事が理由である。立体感を得るにはトリック立体アートである「見つめるドラゴン」(非特許文献3)に見られる様に立体を構成する要素が平面であっても少なくとも角度を持っていなければならない。これはフレネルレンズの曲率によって出来る目からの法線に入射角の大きさに依存する。この角度が大きい程、2つの平面映像が平行移動かつ互いに外側に向く角度が大きくなる。この角度が大きくなると脳は立体物を見ていると錯覚してボリューム感(立体感)のある3D映像が得られる。遠近感(奥行き感)とボリューム感(立体感)の二つが共存して初めて自然な3D感が得られる。目の間隔が一定なので画面幅が大きくなるとこの角度が小さくなってしまう。従って小さい画面程自然な3D感が得られることになる。理想的には目の間隔を約60mmとするとその幅の3倍の画面幅180mmまでである。 This is because the screen divided into left and right is moving horizontally on the plane. In order to obtain a three-dimensional effect, it is necessary to have at least an angle even if the elements constituting the three-dimensional object are flat, as can be seen in “The Staring Dragon” (Non-Patent Document 3) which is a trick three-dimensional art. This depends on the magnitude of the incident angle to the normal from the eye that can be formed by the curvature of the Fresnel lens. The larger this angle is, the larger the angle at which the two plane images move in parallel and face each other. When this angle increases, the illusion that the brain is looking at a three-dimensional object is generated, and a 3D image with a sense of volume (three-dimensional effect) is obtained. A natural 3D feeling can be obtained only when both the perspective (depth) and the volume (three-dimensionality) coexist. Since the distance between the eyes is constant, this angle decreases as the screen width increases. Therefore, a natural 3D feeling can be obtained with a smaller screen. Ideally, if the distance between the eyes is about 60mm, the screen width is 180%, which is three times the width.
大きい画面でボリューム感を得ようとして画面中央部の曲率を大きくすると中央での画面とレンズまでの距離が大変大きくなり画面の両端との差も大きく成る為、超広角や魚眼レンズに見られる異常に中央が拡大された映像になってしまう。従って大画面では奥行き感はあるがボリューム感に乏しい3D画面に甘んじるしかない。実験的には凸レンズ効果による虚像の拡大率は両端の画像に対して中央の画像が約1.1倍以下ならば自然な3D感が得られる。画面の両端においても小さな画面では視聴距離sも短く相対的に目から画面端までの距離と角度の差を大きくとることが出来る。画面の両端では左右の目で映像の拡大率と歪率を異なって見えることで立体を角度を変えて見ているものとして脳が認識している。目の間隔は変わらないので大きな画面では左右の目から画面の両端までの距離と角度の差が少なくなってしまう。従ってボリューム感も小さくなってしまう。画面の両端においても理想的には目の間隔を約60mmとするとその幅の3倍の画面幅180mmまでである。 Increasing the curvature at the center of the screen to obtain a sense of volume on a large screen increases the distance between the screen and the lens at the center and increases the difference between both ends of the screen. The center will be enlarged. Therefore, there is no choice but to be satisfied with a 3D screen with a sense of depth on a large screen but a lack of volume. Experimentally, if the magnification ratio of the virtual image by the convex lens effect is less than about 1.1 times the center image relative to the images at both ends, a natural 3D feeling can be obtained. At both ends of the screen, the viewing distance s is short on a small screen, and the difference between the distance from the eye to the screen end and the angle can be relatively large. At both ends of the screen, the brain recognizes that the right and left eyes look differently in the magnification and distortion of the image, and that the stereoscopic view is viewed from different angles. Since the distance between the eyes does not change, the difference in the distance and angle from the left and right eyes to both ends of the screen is reduced on a large screen. Therefore, the volume feeling is also reduced. Ideally at both ends of the screen, if the distance between the eyes is about 60 mm, the screen width is three times that width, up to 180 mm.
図8は本発明で遠近感が出る原理の説明図である。図7で説明した詳細を図8で説明すると画面81の中央部分の映像の虚像は曲面84L/R上に出来左右の目83Lおよび83Rで見える虚像の間隔δは中央付近ほど大きい、従って両目で見える映像は左右両端から中央へ行くほど遠くに見える。映像の多くは中央が遠景の場合が多いので図4の遠近法との相乗効果で自然な遠近感が感じられる映像になる。中央付近の拡大率は高くなるが映像内の遠近が逆転しない様にフレネルレンズの半円筒形状の半径を調整している。 FIG. 8 is an explanatory diagram of the principle of producing perspective in the present invention. The details described in FIG. 7 will be described with reference to FIG. 8. The virtual image of the central portion of the screen 81 can be formed on the curved surface 84L / R, and the interval δ between the virtual images seen by the left and right eyes 83L and 83R is larger in the vicinity of the center. The visible image looks farther from the left and right ends toward the center. Since most of the images have a distant view at the center, a natural perspective can be felt by a synergistic effect with the perspective method of FIG. The radius of the semi-cylindrical shape of the Fresnel lens is adjusted so that the magnification in the center increases but the perspective in the image does not reverse.
図9は本発明で映像の中央付近で立体感(ボリューム感)が出る原理の説明図である。図7で説明した詳細を図9で説明すると画面91の中央部分の映像で左目93Lの虚像は面94L上にあり、方や右目93Rの虚像は面94R上に出来る。2つの虚像は距離δ分離れている。さらに面94Lは目93Lの方向を向き面94Rは目93Rの方向を向いている。面94Lと面94Rの垂線は角θを成している。この状態では脳は平面として認識出来ず、辻褄を合わす為に立体であると認識する。立体が凸面であるか凹面であるかは対象物によって経験上判断している。 FIG. 9 is an explanatory diagram of the principle of producing a three-dimensional effect (volume feeling) near the center of an image in the present invention. The details described in FIG. 7 will be described with reference to FIG. 9. In the image of the central portion of the screen 91, the virtual image of the left eye 93L is on the surface 94L, and the virtual image of the right eye 93R is formed on the surface 94R. The two virtual images are separated by a distance δ. Further, the surface 94L faces the direction of the eyes 93L, and the surface 94R faces the direction of the eyes 93R. A perpendicular between the surface 94L and the surface 94R forms an angle θ. In this state, the brain cannot be recognized as a plane, but is recognized as a three-dimensional object in order to fit the eyelids. Whether a solid is a convex surface or a concave surface is determined by experience based on the object.
経験上の判断で顕著な例が「見つめるドラゴン」(非特許文献3)のペーパークラフトの立体物がある。これを組み立てると体は直方体の立体だが、頭は中央が凹んだ凹面になっていてそこに目、鼻、口が描かれている。人は経験上、頭は立体物で顔は凸形状と思い込む。そのドラゴンを見ながら左右にドラゴンを回転させると体はその方向に回転するが顔はいつもこちらを見ている様に首を振っている様に見えてしまう。これは凹面なのに経験上凸面と認識してしまうこと(錯覚)で起こる現象である。図9に戻ると凹凸がはっきりしなくても対象物によって脳が判断する為、両目で見ると自然な立体感がある像95が見える。図8で中央付近は遠くに見えると説明したが、中央付近に左右の視差で判断出来る様な大きな対象物がある場合はフレネルレンズの拡大の相乗効果と相殺されて立体感が優先される。 There is a three-dimensional paper craft of “Dragon staring” (Non-Patent Document 3), which is a remarkable example based on experience. When assembled, the body is a cuboid solid, but the head is a concave surface with the center recessed, and the eyes, nose and mouth are drawn there. From experience, people assume that their heads are three-dimensional and their faces are convex. If you rotate the dragon to the left or right while looking at the dragon, your body will rotate in that direction, but your face will appear to be waving as if you are looking at it. This is a phenomenon that occurs due to the fact that it is concave but is recognized as a convex surface (illusion). Returning to FIG. 9, even if the unevenness is not clear, the brain makes a judgment based on the object, so that an image 95 with a natural stereoscopic effect can be seen when viewed with both eyes. Although it has been described in FIG. 8 that the vicinity of the center looks far away, if there is a large object in the vicinity of the center that can be determined by the left and right parallax, the stereoscopic effect is prioritized by canceling out the synergistic effect of the expansion of the Fresnel lens.
左右に分離した画像を両目で見ると虚像の位置が奥まって見える事で3D感を得ている。本発明は曲率を適切にする事で中央付近の映像は左右各目に対して正面に見えることで「見つめるドラゴン」(非特許文献3)の様な立体3Dトリックアート(非特許文献4)的なボリューム感を生みだしている。左右端付近の画像は立体物を見たとき左目には左側面が広く見え右目には右側面が広く見える事を再現する為、曲率を適切にすることで像を良い意味で歪ませている。この歪は左右で差があり脳は映像を立体物として認識する。 When the image separated into the left and right is viewed with both eyes, the virtual image appears to be in a deep position. According to the present invention, a 3D trick art (Non-Patent Document 4) like “Dragon staring” (Non-Patent Document 3) such that the image near the center can be seen in front of the left and right eyes by making the curvature appropriate. It creates a sense of volume. The image near the left and right edges is distorted in a good sense by making the curvature appropriate in order to reproduce that when viewing a three-dimensional object, the left eye looks wide and the right eye looks wide on the right eye . This distortion has a difference between right and left, and the brain recognizes the image as a three-dimensional object.
図10は本発明で映像の両端付近で立体感(ボリューム感)が出る原理の説明図である。図7で説明した詳細を図10で説明すると画面101の左右端部分の映像の内、左端の映像で左目103Lの虚像は面104L1に出来、右目103Rの虚像は面104L1の若干右後ろの面104R1に出来る。左目103Lの虚像106L1は右目103Rの虚像106R1より距離δだけ左にあり、左目103Lの虚像の幅方向の圧縮歪WL1は103rの虚像のWR1より小さい。両目で見ると面105に像が出来、左右の形に差があるので脳は平面として認識出来ず、辻褄を合わす為に立体であると認識する。立体が凸面であるか凹面であるかは対象物によって経験上判断して立体感のある像105Lが見える。右端も同様に像105Rが見える。 FIG. 10 is an explanatory diagram of the principle of producing a stereoscopic effect (volume feeling) near both ends of an image according to the present invention. The details described with reference to FIG. 7 will be described with reference to FIG. 10. Of the images at the left and right end portions of the screen 101, the left-eye image 103L has a virtual image of the left eye 103L on the surface 104L1, and the right eye 103R has a virtual image slightly behind the surface 104L1. It can be 104R1. The virtual image 106L1 of the left eye 103L is to the left of the virtual image 106R1 of the right eye 103R by a distance δ, and the compression strain WL1 in the width direction of the virtual image of the left eye 103L is smaller than WR1 of the virtual image of 103r. When viewed with both eyes, an image is formed on the surface 105, and the left and right shapes are different, so the brain cannot be recognized as a flat surface, and is recognized as a three-dimensional object in order to fit the eyelids. Whether the solid is convex or concave is determined by experience based on the object, and a three-dimensional image 105L can be seen. Similarly, the image 105R can be seen at the right end.
図11は本発明で2D映像が自然な3D映像に見える総合的な説明図である。殆どの映像は中央付近に、一番見て欲しい対象物を近距離で配置している。さらに背景は中央付近が遠景の場合が多い。これらは自然な画面構成からくるものである。本発明はこの画面構成の時に最も遠近感と立体感を感じることができる。動きのある映像でも上記のような構成を通過する場合が多いので、その時の印象で遠近感や立体感を感じることが出来て構成が変化しても脳が遠近感や立体感を保ったまま見る事ができる。従来の平面映像を水晶体のピントを一定にしたまま、視差による両目の視角だけ変化させて視聴するのとは違い、普通の景色を見るときと同じ様に両目の視角と水晶体のピント調整を連動させて視聴するので「3D疲れ」も殆ど無い。過度に誇張され立体感(ボリューム感)の無い紙芝居が何枚も重なったレイヤー的な従来の3Dとは全く異なり、本発明は平面映像から元の立体映像を認識する脳の認識力を利用しているので、普通の2D映像のままで極自然な3D映像を特別な機器やメガネなしで楽しむ事が出来る、従来に無い画期的な発明である。 FIG. 11 is a comprehensive explanatory diagram showing that a 2D image looks like a natural 3D image in the present invention. Most of the images are located near the center and the object you want to see the most is located at a short distance. In addition, the background is often distant from the center. These come from a natural screen structure. The present invention can feel the perspective and the stereoscopic effect most in the case of this screen configuration. Even moving images often pass the above configuration, so you can feel the perspective and stereoscopic effect with the impression at that time, and the brain remains perspective and stereoscopic even if the configuration changes I can see it. Unlike viewing conventional flat images with only the viewing angle of both eyes changed by parallax while keeping the focus of the lens constant, the viewing angle of both eyes and the focus adjustment of the lens are linked in the same way as when viewing normal scenery. There is almost no “3D tiredness” because I watch it. Unlike the conventional layered 3D, which is overly exaggerated and does not have a 3D effect (volume), the present invention uses the recognition power of the brain to recognize the original 3D image from the 2D image. Therefore, it is an epoch-making invention that can enjoy extremely natural 3D video without special equipment or glasses while maintaining normal 2D video.
フレネルレンズの種類と形状は下記の様なバリエーションが考えられる。
(1)-1-1矩形の凸フレネルレンズで画面中央が視聴者の凸の横方向曲面或いは縦横両方向曲面を持つ形状
-2矩形の凸フレネルレンズで画面中央が視聴者の凹の横方向曲面或いは縦横両方向曲面を持つ形状
-3矩形の凸フレネルレンズで平面形状
-2-1矩形の凹フレネルレンズで画面中央が視聴者の凸の横方向曲面或いは縦横両方向曲面を持つ形状
-2矩形の凹フレネルレンズで画面中央が視聴者の凹の横方向曲面或いは縦横両方向曲面を持つ形状
-3矩形の凹フレネルレンズで平面形状
(2)上記(1)の俵型のフレネルレンズにした形状
(3)上記(1)の鼓型のフレネルレンズにした形状
(4)上記(1)、(2)および(3)のフレネルレンズの厚さを横方向で連続的に変化させた形状
The following types of Fresnel lens types and shapes are possible.
(1) -1-1 A rectangular convex Fresnel lens with a curved surface in the center of the screen or a curved surface in both the vertical and horizontal directions.
-2 A rectangular convex Fresnel lens with a curved surface in the center of the viewer that has a concave horizontal or vertical and horizontal curved surface.
-3 Planar shape with rectangular convex Fresnel lens
-2-1 A rectangular concave Fresnel lens with the viewer's center having a convex horizontal curved surface or both vertical and horizontal curved surfaces
-2 A rectangular concave Fresnel lens with a curved surface in the center of the viewer that has a concave horizontal or vertical and horizontal curved surface.
-3 flat shape with rectangular concave Fresnel lens
(2) Shape of the above-mentioned (1) saddle-shaped Fresnel lens
(3) Shape of the drum-shaped Fresnel lens of (1) above
(4) Shape obtained by continuously changing the thickness of the Fresnel lens in (1), (2) and (3) above in the lateral direction
フレネルレンズの構成は下記の様なバリエーションが考えられる。
(1)フレネルレンズを1枚使用した構成。
(2)フレネルレンズを同種或いは異種を2枚使用した構成
(3)フレネルレンズを同種或いは異種を3枚使用した構成
(4)フレネルレンズを同種或いは異種を複数枚使用した構成
The following variations can be considered for the configuration of the Fresnel lens.
(1) Configuration using one Fresnel lens.
(2) Configuration using two same or different Fresnel lenses
(3) Configuration using three same or different Fresnel lenses
(4) Configuration using multiple same or different Fresnel lenses
実施例1、図12は比較的均一な厚みの1枚ものの俵型フレネルレンズ122を使用した実施例である。フレネルレンズの曲面形状は画面の大きさで変化する為、理想的な曲面に調整する必要がある。もっとも簡単な方法としてはその形状でリジッドに製作してしまうかフレキシブルであれば周囲を目的の形状のガイドを設置してはめ込む方法がある。これは簡単ではあるが、モバイル性を考えるとかさ張ってしまう。 Embodiment 1 and FIG. 12 are embodiments using a single bowl-shaped Fresnel lens 122 having a relatively uniform thickness. Since the curved surface shape of the Fresnel lens changes depending on the size of the screen, it is necessary to adjust it to an ideal curved surface. As the simplest method, there is a method in which the shape is rigidly manufactured or a guide having a desired shape is installed around if it is flexible. This is easy, but it becomes bulky considering mobility.
第2の方法はフレキシブルなフレネルレンズを半円筒形に近い曲率で曲げる為、画面の両端の外側に加工した溝がありフレネルレンズの両端をその溝にはめ込む構造である。溝は目的の曲率になる様に角度が付けられている。タッチパネルの操作時や非視聴時、カバンやポケットに入れる時などは溝から外してフレネルレンズを平面にして持ち歩くか、表示器本体に外したフレネルレンズを収納するポケット部を設けそのポケットに収納するか、片側は取りついたまま、もう片方を外して画面と一体で平面にする方法もある。若干の欠点は溝の角度で曲率を決めている為、溝に挿し込んだ部分は力学的に固定端になりフレネルレンズの他の個所に比較して応力が大きくなり破損のリスクが高い事があげられる。 The second method is a structure in which a flexible Fresnel lens is bent with a curvature close to a semi-cylindrical shape, so that there are grooves processed outside the both ends of the screen, and both ends of the Fresnel lens are fitted into the grooves. The grooves are angled to achieve the desired curvature. When operating the touch panel, when not viewing, when placing it in a bag or pocket, remove it from the groove and carry it with the Fresnel lens flat, or store a pocket part to store the removed Fresnel lens in the display unit. Alternatively, there is a method of removing the other side and making it flat with the screen while keeping one side attached. Some of the drawbacks are that the curvature is determined by the angle of the groove, so the part inserted into the groove is a mechanically fixed end, and the stress is higher than other parts of the Fresnel lens, and the risk of damage is high. can give.
第3の方法はフレネルレンズを中央と両端で縦方向の幅変化させた俵型や鼓型にカットする方法がある。溝に挿し込むのは第2の方法と同じだが、幅の広いところは曲率が小さく狭いところは曲率が大きくなるので目的の曲率になる様にカットを加えた。挿し込んだ部分は力学的に自由端になるので応力の集中が無い。しかし画面サイズによっては部分的に大きく幅が広いところが出来てしまい、視聴時は良いが平面にしても幅が広くてモバイル性が悪くなる場合がある。その場合は第4の方法として曲率によって大きくしたいところは若干厚く、曲率を小さくしたい場合は薄くしたフレネルレンズを用意すれば俵型や鼓型にしなくて矩形のままで曲率を変えられた。両端の挿し込み部も自由端にでき応力集中も無かった。容易さや調整の自由度、コスト等で方法は選ぶ事ができる。 As a third method, there is a method of cutting the Fresnel lens into a saddle shape or a drum shape in which the width in the vertical direction is changed between the center and both ends. Inserting into the groove is the same as the second method, but the curvature is small in the wide part and the curvature is large in the narrow part, so the cut was added to achieve the desired curvature. Since the inserted part is a mechanically free end, there is no concentration of stress. However, depending on the screen size, there may be a part that is partially large and wide, and it may be good for viewing but may be flat even if it is flat, resulting in poor mobility. In that case, as the fourth method, the part to be increased depending on the curvature is slightly thicker, and to decrease the curvature, if a thin Fresnel lens is prepared, the curvature can be changed in a rectangular shape without using a saddle shape or a drum shape. The insertion parts at both ends were also free ends and there was no stress concentration. The method can be selected depending on ease, freedom of adjustment, cost, etc.
実施例2、図13は片面がフラットで反対面が半円筒形のかまぼこ型の曲面部にフレネルレンズが配置された実施例である。 Example 2 and FIG. 13 show an example in which a Fresnel lens is arranged on a curved surface portion of a kamaboko type whose one side is flat and the opposite side is semi-cylindrical.
実施例3、図14はかまぼこ型の反対の凹レンズ形状の曲面部にフレネルレンズを配置した実施例である。 Example 3 and FIG. 14 are examples in which a Fresnel lens is arranged on the curved surface portion of the concave lens shape opposite to the kamaboko type.
実施例4、図15は複数のフレネルレンズを設置した実施例である。 Example 4 and FIG. 15 are examples in which a plurality of Fresnel lenses are installed.
実施例5、図16は表示器とフレネルレンズを相対的に傾けて設置した実施例である。上が遠く、下が近い場合とその逆の場合がある。また、上下の曲率が同じ場合と異なる場合がある。特許第3579683号(P3579683)「立体視用印刷物の製造方法、立体視用印刷物」(特許文献7)は印刷物を3D用に特殊補正し印刷された写真を赤青メガネをかけて斜め上方から見る事で立体視している。斜め上方から見る事で写真の上側は遠く、下側は近くなるので上下に目が追うとピント調整を行う事を特徴としている。従来の3Dは画面位置が目に対して正対(垂直)な為、ピント調整を行っていなかったので違和感のある立体視になっていたとしている。 Example 5 and FIG. 16 are examples in which the display and the Fresnel lens are installed relatively inclined. There are cases where the top is far and the bottom is close and vice versa. Also, the upper and lower curvatures may be the same or different. Patent No. 3579683 (P3579683) “Manufacturing method of stereoscopic print, stereoscopic print” (Patent Document 7) specially corrects the printed matter for 3D and sees the photograph printed from the upper side with red and blue glasses. I'm stereoscopic. When viewed from diagonally above, the upper side of the photo is far and the lower side is closer, so it is characterized by adjusting the focus when the eyes follow up and down. In conventional 3D, the screen position is directly opposite (perpendicular) to the eyes, and focus adjustment was not performed, so the stereoscopic view was uncomfortable.
また、写真のパース(遠近感)を3D用に特殊補正している。写真を斜めにすることで写真の上が狭く、下が広いバースが出てしまう。このパースおよび右目と左目で違ってくるパースも考慮してソフト的な画像処理で補正をかけて3D感をUPさせる事を特徴としている。本発明も画面を斜めに配置して目のピント調整量を多くして自然な3D感を表現している。違う点はパース補正をソフト的な画像処理(事前処理)で行っているのに対して本発明はフレネルレンズを円または楕円錐平面を利用して光学処理を行っている。光学処理なのでリアルタイムで行える。また、フレネルレンズの中心位置を適正位置にすることでプリズムディオプター効果を有効に利用して画像の余計な歪を防いでいる。中心位置が悪いと画像の下側の歪が大きくなったり、暗く見えなくなったりする場合がある。左右に分かれた2画面が一つに見えない場合もある。 In addition, the perspective of the photograph is specially corrected for 3D. By tilting the photo, the top of the photo is narrow and the bottom is wide. Considering this perspective and different perspectives for the right and left eyes, it is characterized by a 3D impression that is corrected by soft image processing. The present invention also displays a natural 3D feeling by arranging the screen diagonally and increasing the focus adjustment amount of the eyes. The difference is that the perspective correction is performed by software image processing (pre-processing), whereas the present invention performs optical processing of the Fresnel lens using a circular or elliptical cone plane. Since it is an optical process, it can be done in real time. Further, by setting the center position of the Fresnel lens to an appropriate position, the prism diopter effect is effectively used to prevent unnecessary distortion of the image. If the center position is bad, the distortion on the lower side of the image may increase or the image may not appear dark. There are cases where two screens divided into left and right cannot be seen as one.
図17は表示器とフレネルレンズを相対的に傾け、上下の曲率も変えて設置した図16の場合の光の行路を側面から見た説明図である。右図は画面中央の断面で画面173の映像の上部分の画像は行路T1からフレネルレンズ172を通過するときに屈折し行路T2を通り目171に到達する。下部分も同様に行路B3、B2を通り目171に到達する。目171に見える虚像は光の行路のT2とT3およびB2とB3を通り面174に虚像が出来る。目171の水晶体の厚さtは上部分を見る時は距離s1に成る為遠い分厚くなる。下部分を見る時は距離s2に成る為近い分薄くなる。従って水晶体は自然に近いピント調整を伴う為疲れにくい。また特許3579683号(特許文献7)では画面173が傾きパースが出ることで画面自体は左図の正面図の用に台形になる事をソフト計算処理で画像補正しているのでリアルタイムでの表示は出来ず動画は困難である。本発明では適切な焦点距離のフレネルレンズ172で上下の曲率を滑らかに変化させパースを光学的に補正し目に見える映像176は普通に正対して見ている様に見える。本発明は光学的に補正を行っているのでリアルタイムで補正処理が可能なのでソフト的な処理も必要無く、写真でも動画でも自然な3D映像が視聴できる。 FIG. 17 is an explanatory view of the light path in the case of FIG. 16 in which the display and the Fresnel lens are relatively inclined and the vertical curvature is changed, as viewed from the side. The right figure is a cross section at the center of the screen, and the image of the upper part of the image on the screen 173 is refracted when passing through the Fresnel lens 172 from the path T1, and reaches the eye 171 through the path T2. Similarly, the lower part passes through the routes B3 and B2 and reaches the eye 171. The virtual image that can be seen by the eyes 171 can be formed on the surface 174 through T2 and T3 and B2 and B3 of the light path. The thickness t of the crystalline lens of the eye 171 becomes a distance s1 when the upper part is viewed, and thus becomes thicker as far as possible. When looking at the lower part, the distance is s2, so it gets thinner. Therefore, the lens is less likely to get tired because it is close to natural focus adjustment. Also, in Japanese Patent No. 3579683 (Patent Document 7), the screen 173 is tilted and the screen itself is trapezoidal for the front view of the left figure, so the image is corrected by software calculation processing, so the display in real time is It is difficult to animate. In the present invention, the upper and lower curvatures are smoothly changed by the Fresnel lens 172 having an appropriate focal length so that the perspective is optically corrected, and the visible image 176 appears to be viewed as normal. Since the present invention optically corrects, correction processing is possible in real time, so software processing is not necessary, and natural 3D images can be viewed with both photographs and videos.
図18は表示器とフレネルレンズを相対的に傾けて設置した実施の寸法例である。表示器の画面183の幅W1に対してフレネルレンズ182の上部のフレームへの取り付け幅W21はW1より広く設置する。フレネルレンズ182の下部のフレームへの取り付け幅W22はW1より広く設置する。また、W21はW22より広い。フレネルレンズ182は曲面形状の為、取り付け高さH2はH1より若干小さくする事が出来る。画面は目に対して傾いているので画面の高さH1は見かけ上低くなっている。フレネルレンズ182のプリズムオプティダー効果で拡大および角度補正されるのでフレネルレンズの中央の高さH3は目で見える画面の高さ以上になるになり画面高さH1より大きくなる。画面183からフレネルレンズ182までの距離は曲率に関係し上部の距離D1が下部の距離D2より大きくなる。フレネルレンズ182外形形状を両目で見た映像に合わせてカットする事により上下淵無しの映像が得られ、かつフレネルレンズ182を平面にして持ち歩く時の幅を最小限に出来る。 FIG. 18 shows an example of dimensions in which the display device and the Fresnel lens are installed relatively inclined. The mounting width W21 to the upper frame of the Fresnel lens 182 is set wider than W1 with respect to the width W1 of the display screen 183. The mounting width W22 of the Fresnel lens 182 to the lower frame is set wider than W1. W21 is wider than W22. Since the Fresnel lens 182 has a curved surface shape, the mounting height H2 can be slightly smaller than H1. Since the screen is inclined with respect to the eyes, the screen height H1 is apparently low. Since the magnification and angle correction are performed by the prism opticer effect of the Fresnel lens 182, the center height H3 of the Fresnel lens is greater than the visible screen height and is larger than the screen height H1. The distance from the screen 183 to the Fresnel lens 182 is related to the curvature, and the upper distance D1 is larger than the lower distance D2. By cutting the outer shape of the Fresnel lens 182 in accordance with the image viewed with both eyes, an image without vertical wrinkles can be obtained, and the width when the Fresnel lens 182 is carried around can be minimized.
代表的なスマートフォンの場合の実寸法の一つである。画面を斜めにして水晶体の動きが大きくなった分、さらに自然な3Dに見える構造を実現できる。
W1=75、H1=50、W21=100、W22=85、H2=50、H3=65、D1=40、D2=15(単位はmm)
This is one of the actual dimensions of a typical smartphone. A more natural 3D structure can be realized because the movement of the crystalline lens is increased by tilting the screen.
W1 = 75, H1 = 50, W21 = 100, W22 = 85, H2 = 50, H3 = 65, D1 = 40, D2 = 15 (unit is mm)
本発明の裸眼立体(3D)映像装置及びアダプターによって、普通の2D表示を疑似3D表示として楽しむ事が出来る。また従来のTV、パソコン、タブレット端末等の映像機器にも、本発明のアダプターを取り付ければ普通の2D映像を自然な3D映像として安価で手軽に楽しむ事が出来る。高価な3D専用の映像ソフトや電子機器及び3D対応機器もメガネも要らない。 With the autostereoscopic (3D) video apparatus and adapter of the present invention, a normal 2D display can be enjoyed as a pseudo 3D display. In addition, if the adapter of the present invention is attached to conventional video equipment such as a TV, a personal computer, and a tablet terminal, ordinary 2D video can be enjoyed as natural 3D video at low cost and easily. There is no need for expensive 3D-only video software, electronic equipment, 3D-compatible equipment, or glasses.
図1
11 本発明であるアダプター
12 フレネルレンズ
13 映像表示器
14 フレーム
図2
21 映像表示器
22 フレネルレンズ
23 フレーム
図3
31 映像表示器
32 フレネルレンズ
33 フレーム
図4
41、42 並木
43 消失点
44 並木道
図5
51L/R 目
52 立体物
53L 左目で見える画像
53R 右目で見える画像
図6
61L/R、65L/R 目
62L/R、66L/R 水晶体
63L/R、67L/R 網膜
64 遠点
68 近点
m1、m2 距離
θ1、θ2 輻輳角
t1、t2 水晶体の厚さ
図7
71 映像表示器の画面
72 フレネルレンズ
74 曲面フレネルレンズの線状焦点位置
73L/R 目
75L/R 左右の目で見える虚像面
76 両目で見える映像面
t フレネルレンズの厚さ
L1、R1、L2、R2、L3、R3 光の行路
a0、b0、c0 表示器の画像
a1L/R、b1L/R、c1L/R 屈折点
a2L/R、b2L/R、c2L/R 虚像
a3、b3、c3 両目で見える映像
k1、k2 フレネルレンズまでの距離
δ 左目の虚像と右目の間隔
r 曲率半径
f0 焦点距離
s 目までの距離
D1 両目の間隔
D2 映像表示器の画面の幅
図8
81 映像表示器の画面
82 フレネルレンズ
83L/R 目
84L/R 虚像面
85 両目で見た映像面
86L/R 左右各目で見た映像位置
δL1/2/3、δR1/2/3 左右各目で見た映像の間隔
図9
91 映像表示器の画面
92 フレネルレンズ
93L/R 目
94L,R 左右各目で見える虚像の位置と向き
δ 左右の虚像に間隔
95 両目で見た映像面
96L/R 左右各目で見える虚像
θ 左右の虚像の垂線が成す角度
図10
101 映像表示器の画面
102 フレネルレンズ
103L/R 目
104L1/R1 左右各目で見える虚像の位置と角度
105 両目で見た映像面
105L/R 両目で見た映像
106L/R、107L/R 左右各目で見た虚像の位置と歪
wL1/R1、wL2/R2 左右各目で見た虚像の幅
δ 左右各目で見た虚像の距離
図11
111 映像表示器の画面
112 フレネルレンズ
113L/R 目
図12、図13、図14
121、131、141 本発明であるアダプター
122、132、142 フレネルレンズ
123、133、143 映像表示器
124、134、144 フレーム
図15
151 本発明であるアダプター
152、155、156 フレネルレンズ
153 映像表示器
154 フレーム
図16
161 本発明であるアダプター
162 フレネルレンズ
163 映像表示器
164 フレーム
図17
171 目
172、175 映像表示器の画面
173 虚像面
174、176 両目で見た映像面
t 水晶体の厚さ
T1、T2、T3、B1、B2、B3 光の行路
s1、s2 目で見える映像までの距離
図18
181 本発明であるアダプター
182 フレネルレンズ
183 映像表示器
184 フレーム
W1、H1 画面寸法
W21、W22、H2 フレネルレンズの取付け寸法
H3 フレネルレンズの中央部んの幅
D1、D2 画面とフレネルレンズの距離
FIG.
11 Adapter 12 of the Present Invention Fresnel Lens 13 Image Display 14 Frame 2
21 Video display 22 Fresnel lens 23 Frame 3
31 Video display 32 Fresnel lens 33 Frame 4
41, 42 Row of trees 43 Vanishing point 44 Row of trees road 5
51L / R Eye 52 Three-dimensional Object 53L Image Visible with Left Eye 53R Image Visible with Right Eye
61L / R, 65L / R Eye 62L / R, 66L / R Lens 63L / R, 67L / R Retina 64 Far point 68 Near point m1, m2 Distance θ1, θ2 Angle of convergence t1, t2 Lens thickness FIG.
71 Image Display Screen 72 Fresnel Lens 74 Curved Fresnel Lens Linear Focal Position 73L / R Eye 75L / R Virtual Image Surface Visible with Left and Right Eyes 76 Image Surface Visible with Both Eyes t Fresnel Lens Thickness
L1, R1, L2, R2, L3, R3 Light path
a0, b0, c0 Display image
a1L / R, b1L / R, c1L / R Refraction point
a2L / R, b2L / R, c2L / R Virtual image
a3, b3, c3 Images visible with both eyes
k1, k2 Distance to Fresnel lens δ Distance between virtual image of left eye and right eye
r Curvature radius
f0 Focal length
s Distance to eyes
D1 Distance between eyes
D2 Video display screen width Figure 8
81 Image display screen 82 Fresnel lens 83L / R Eye 84L / R Virtual image surface 85 Image surface 86L / R viewed with both eyes Image position δL1 / 2/3, δR1 / 2/3 Left and right eyes Image interval seen in Figure 9
91 Image Display Screen 92 Fresnel Lens 93L / R Eyes 94L, R Position and Orientation of Virtual Image Visible with Left and Right Eyes δ Spacing Between Left and Right Virtual Images 95 Video Surface 96L / R Visible with Both Eyes Virtual Image θ Visible with Left and Right Eyes Left and Right Angle formed by the perpendicular of the virtual image of
101 Image Display Screen 102 Fresnel Lens 103L / R Eye 104L1 / R1 Position and Angle of Virtual Image Visible with Left and Right Eyes 105 Image Surface 105L / R Viewed with Both Eyes Image 106L / R, 107L / R Left and Right Left and Right Eyes The position and distortion of the virtual image seen by the eyes
wL1 / R1, wL2 / R2 Width of virtual image seen by left and right eyes δ Distance of virtual image seen by left and right eyes
111 Screen 112 of Video Display 112 Fresnel Lens 113L / R Eyes 12, 13, 14
121, 131, 141 Adapters 122, 132, 142 according to the present invention Fresnel lenses 123, 133, 143 Video display 124, 134, 144 Frame FIG.
151 Adapter 152, 155, 156 according to the present invention Fresnel lens 153 Video display 154 Frame FIG.
161 Adapter 162 of the present invention Fresnel lens 163 Video display 164 Frame FIG.
171 Eye 172, 175 Video display screen 173 Virtual image plane 174, 176 Video plane t seen by both eyes t Thickness of the crystalline lens
T1, T2, T3, B1, B2, B3 Light path
s1, s2 Distance to the visible image Figure 18
181 Adapter 182 of the present invention Fresnel lens 183 Video display 184 Frame
W1, H1 screen dimensions
W21, W22, H2 Fresnel lens mounting dimensions
H3 Fresnel lens center width
Distance between D1 and D2 screen and Fresnel lens
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