JP2016018118A - Light-ray controller for presenting stereoscopic images and stereoscopic display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体画像を提示する光線制御子および立体ディスプレイに関する The present invention relates to a light controller for presenting a stereoscopic image and a stereoscopic display.
テーブルの周囲に複数の人が集い、共同作業をする場面が多々見られる。テーブルを共同作業するためのツールとみなし、このツールを用いた共同作業をコンピュータを使用して支援する種々の研究が行われている。例えば、CSCW(Computer Supported Cooperative Work:コンピュータ支援協調作業)およびグループウェアの研究が挙げられる。 Many people gather around the table to collaborate. A table is regarded as a tool for collaborative work, and various studies have been conducted to support collaborative work using this tool using a computer. For example, research on CSCW (Computer Supported Cooperative Work) and groupware.
テーブル上の作業をデジタル化することの利点としては、作業の過程を電子的に記録できる、および遠隔地間での情報の共有ができる等が挙げられる。従来の研究で表示される画像はテーブルにプロジェクタで投影されるか、またはテーブル自体がLCD(液晶表示装置)等のディスプレイからなる。いずれの場合も二次元の平面画像が表示される。 Advantages of digitizing work on the table include the ability to electronically record the work process and the ability to share information between remote locations. An image displayed in the conventional research is projected onto a table by a projector, or the table itself is composed of a display such as an LCD (Liquid Crystal Display). In either case, a two-dimensional planar image is displayed.
このような平面画像では、書類のような情報しか提示できず、立体的な三次元形状の情報は提示できない。また、単一の平面画像を表示した場合、テーブルを取り囲む人の位置によっては情報が逆になるため、非常に見にくい。
上記の課題を解決するために、テーブル上に立体画像を提示する方法が提案されている。例えば特許文献1に記載される立体ディスプレイにおいては、複数のプロジェクタから出射される光線によってテーブル上に仮想的な点光源の集合が形成される。それにより、テーブル上に立体画像が提示される。
In such a planar image, only information such as a document can be presented, and information of a three-dimensional shape cannot be presented. Also, when a single planar image is displayed, the information is reversed depending on the position of the person surrounding the table, which is very difficult to see.
In order to solve the above problem, a method of presenting a stereoscopic image on a table has been proposed. For example, in the stereoscopic display described in Patent Document 1, a set of virtual point light sources is formed on a table by light beams emitted from a plurality of projectors. Thereby, a stereoscopic image is presented on the table.
特許文献1に開示される基本技術では、図23に示すように、プロジェクタ2を円錐形の光線制御子1の斜め下方から対向させる位置関係となっている。このため、画面サイズを大きくするには投影距離が必要となり、装置の上下の厚みが大きくなってしまう。
厚みを小さくする為には、図24に示すように、ミラーMで投影光軸を折り曲げることも可能である。この場合、光線制御子2の下方にて当該光線制御子2の周囲を広く覆うドーナッツ型の平面のミラーMを配置し、プロジェクタ2を斜め下方のミラーMに向ける。そして、上方からミラーMに向けて反射された反射光を、斜め上方の光線制御子1に照射させる。しかし、光線制御子2の周囲に広がる程度の非常に大型のミラーMを必要とする。
In the basic technique disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 23, the
In order to reduce the thickness, it is also possible to bend the projection optical axis with a mirror M as shown in FIG. In this case, a donut-shaped flat mirror M that covers the periphery of the
この他、プロジェクタからスクリーンに投影する技術に関する先行文献として、特許文献2〜特許文献4がある。
ここで、特許文献2はリアプロジェクション式モニタの光学エンジンに関しており、リアプロの光学エンジンにおいて、一つのプロジェクタから出射される光を大板の反射ミラーで折り返して拡大し、表示している。一つのプロジェクタを備えているものには適用できるが、プロジェクタが複数台ある場合には適用できない。
In addition, there are
Here,
また、特許文献3は走査型投射装置に関しており、ミラー光学系にて、台形歪みと像面湾曲の補正を行なうことを目的としている。しかし、スクリーンの基本形状が、円錐型あるいは多角形体であり、スクリーンに正対してプロジェクタが配置されるため、このような歪み補正は要求されない。
さらに、特許文献4はリアプロジェクションテレビ及びその投射方法に関しており、フレネルレンズとレンチキュラーレンズの組合せた平面状のスクリーンを開示している。しかし、プロジェクターからスクリーンの間に多数のミラー光学系を備えるリアプロジェクション式の表示に限定されるものにすぎない。
Further, Patent Document 4 relates to a rear projection television and a projection method thereof, and discloses a planar screen in which a Fresnel lens and a lenticular lens are combined. However, the present invention is only limited to a rear projection type display having a large number of mirror optical systems between the projector and the screen.
本発明は、薄く、サイズがコンパクトな光線制御子および立体ディスプレイを提供する。 The present invention provides a light controller and a stereoscopic display that are thin and compact in size.
本発明の光線制御子は、断面が軸Zを中心とした円形あるいは多角形であるとともに、軸Z方向に沿って筒状あるいは錐体状であり、周壁が透光性を有し、同周壁は、入射した光線が稜線方向においては拡散して透過し、かつ、軸Zを中心とする円周方向においてはほぼ拡散せずに直進して透過するように形成された光線制御子であって、前記周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となるレンズ板を備えた構成としてある。 The light beam controller of the present invention has a circular or polygonal cross section centered on the axis Z, is cylindrical or conical along the axis Z direction, has a translucent wall, and has a translucent wall. Is a light controller formed such that incident light is diffused and transmitted in the ridge line direction, and is transmitted in a straight line without substantially diffusing in the circumferential direction around the axis Z. The lens plate includes a lens plate that gradually increases the refraction angle of the emitted light with respect to the incident light from below to above on the surface of the peripheral wall.
また、本発明の立体ディスプレイは、立体形状データに基づいて立体画像をその少なくとも一部が所定の基準面上の空間に位置するように提示するための立体ディスプレイであって、前記基準面上に開口を有するとともに前記基準面の下方に周壁を有するように配置される光線制御子と、前記基準面の下方でかつ前記光線制御子の外側から複数の光線からなる光線群を前記光線制御子の前記周壁の外周面にそれぞれ照射するように前記光線制御子の周囲に配置された複数の光線発生器と、前記立体形状データに基づいて、前記複数の光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように前記複数の光発生器を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、立体画像の少なくとも一部が前記光線制御子の前記開口よりも上方に提示されるように前記複数の光発生器を制御し、前記光線制御子は、断面が軸Zを中心とした円形あるいは多角形であるとともに、軸Z方向に沿って筒状あるいは錐体状であり、周壁が透光性を有し、同周壁は、入射した光線が稜線方向においては拡散して透過し、かつ、軸Zを中心とする円周方向においてはほぼ拡散せずに直進して透過するように形成され、また、前記周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となるレンズ板を備え、前記光線発生器は、前記光線制御子に対して、ほぼ水平方向から前記光線群を照射する構成としてある。 The stereoscopic display according to the present invention is a stereoscopic display for presenting a stereoscopic image based on stereoscopic shape data so that at least a part of the stereoscopic image is located in a space on a predetermined reference plane, on the reference plane. A light beam controller having an opening and a peripheral wall below the reference surface; and a light beam group composed of a plurality of light rays below the reference surface and from outside the light beam controller. A plurality of light generators arranged around the light controller so as to irradiate the outer peripheral surface of the peripheral wall, respectively, and a light beam generated by the plurality of light generators based on the three-dimensional shape data. Control means for controlling the plurality of light generators so that an image is presented, wherein the control means is configured such that at least a part of the stereoscopic image is above the opening of the light controller. As shown, the plurality of light generators are controlled, and the light controller is circular or polygonal about the axis Z, and is cylindrical or conical along the axis Z direction. The peripheral wall has translucency, and the peripheral wall diffuses and transmits the incident light beam in the ridge direction, and travels straight in the circumferential direction around the axis Z without substantially diffusing. And a lens plate that gradually increases the refraction angle of the outgoing light with respect to the incident light from the bottom to the top on the surface of the peripheral wall, and the light generator Thus, the light beam group is irradiated from substantially the horizontal direction.
本発明によれば、前記周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となるレンズ板を配置しているので、一例としてプロジェクタを光線制御子の真横から投影したとしても、投影された光線は、光線制御子の下方の部位ではやや上方に屈折され、上方ではそれ以上に上方に屈折される。これは、プロジェクタを斜め下方から照射させているのと同等になるから、厚みを増すこともなく、大型のミラーを要することもなくなる。
さらに、円錐スクリーンの側面に対するプロジェクタから投影される光線の入射角を制御することもできるので、厚み方向のサイズが大きくならない方向で、投影系レイアウトを構成することができる。また、楔形の光学素子を用いる場合、プロジェクタをスクリーンに対向しないレイアウトが可能になり、プロジェクタ内部の散乱光(不要光)が視点から映るのを回避することができる。
According to the present invention, since the lens plate that gradually increases the refraction angle of the emitted light with respect to the incident light is arranged on the surface of the peripheral wall from below to above, as an example, the projector can be Even if it is projected, the projected light beam is refracted slightly upward at the lower part of the light beam controller and refracted further upward at the upper part. This is equivalent to irradiating the projector obliquely from below, so that the thickness is not increased and a large mirror is not required.
Furthermore, since the incident angle of the light beam projected from the projector with respect to the side surface of the conical screen can be controlled, the projection system layout can be configured in a direction in which the size in the thickness direction does not increase. Further, when a wedge-shaped optical element is used, a layout in which the projector is not opposed to the screen is possible, and scattered light (unnecessary light) inside the projector can be avoided from being seen from the viewpoint.
I .立体ディスプレイの概略説明
本立体ディスプレイの動作原理などについては、特許文献1に詳細に説明されているが、以下、説明する。
I. Outline Description of Stereoscopic Display The operation principle of the stereoscopic display is described in detail in Patent Document 1, but will be described below.
(1)立体ディスプレイの構成
図1は本発明の一実施の形態に係る立体ディスプレイの模式的断面図である。図2は図1の立体ディスプレイの模式的平面図である。図3は図1および図2の立体ディスプレイに用いられる光線制御子の斜視図である。
図1に示すように、立体ディスプレイは、円錐台形状の光線制御子1、複数の走査型プロジェクタ2、制御装置3および記憶装置4により構成される。
図1および図2の立体ディスプレイは、テーブル5に設けられる。テーブル5は、天板51および複数の脚52からなる。天板51は円形孔部を有する。
図3に示されるように、光線制御子1は、軸Zを中心として回転対称な円錐台形状を有する。光線制御子1の大径の底部および小径の底部は開口している。光線制御子1は、入射した光線が稜線方向Tにおいては拡散して透過しかつ軸Zを中心とする円周方向Rにおいてはほぼ拡散せずに直進して透過するように形成されている。光線制御子1の構成の詳細については、後述する。
(1) Configuration of stereoscopic display FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a stereoscopic display according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view of the stereoscopic display of FIG. FIG. 3 is a perspective view of a light beam controller used in the stereoscopic display of FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the stereoscopic display includes a truncated cone-shaped light beam controller 1, a plurality of
The three-dimensional display shown in FIGS. 1 and 2 is provided on a table 5. The table 5 includes a
As shown in FIG. 3, the light beam controller 1 has a truncated cone shape that is rotationally symmetric about the axis Z. The large diameter bottom portion and the small diameter bottom portion of the light beam controller 1 are open. The light beam controller 1 is formed such that an incident light beam diffuses and transmits in the ridge line direction T and passes straight in the circumferential direction R around the axis Z without substantially diffusing. Details of the configuration of the light beam controller 1 will be described later.
図1に示すように、光線制御子1は、大径の底部開口が上方を向くように天板51の円形孔部に嵌め込まれる。テーブル5の周囲にいる観察者10は、テーブル5の天板51の斜め上方から光線制御子1の内周面を観察することができる。
テーブル5の下方には、複数の走査型プロジェクタ2が光線制御子1の軸Zを中心とする円周上に配置されている。複数の走査型プロジェクタ2は、光線制御子1の斜め下方から光線制御子1の外周面に光線を照射するように設けられる。
なお、テーブル51の円形孔部に透明の円形板が嵌め込まれてもよい。
As shown in FIG. 1, the light beam controller 1 is fitted into the circular hole of the
Below the table 5, a plurality of
A transparent circular plate may be fitted into the circular hole portion of the table 51.
各走査型プロジェクタ2は、光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させることができる。それにより、各走査型プロジェクタ2は、光線で光線制御子1の外周面を走査することができる。ここで、光線とは、拡散しない直線で表される光をいう。
Each
記憶装置4は、例えばハードディスク、メモリカード等からなる。記憶装置4には、立体画像300を提示するための立体形状データが記憶される。制御装置3は、例えばパーソナルコンピュータからなる。制御装置3は、記憶装置4に記憶される立体形状データに基づいて複数の走査型プロジェクタ2を制御する。それにより、光線制御子1の上方に立体画像300が提示される。なお、観察者の視点位置500をより正確に得るためにカメラ8を備える構成としても良い。
The storage device 4 includes, for example, a hard disk, a memory card, and the like. The storage device 4 stores stereoscopic shape data for presenting the
(2)光線制御子1の基本構成および製造方法
図4は光線制御子1の一例の一部の拡大断面図である。
図4の光線制御子1は、透明の円錐台形状の光線制御子本体11を有する。光線制御子本体11の外周面上に複数の環状レンズ12が稜線方向Tに密に並ぶように設けられている。各環状レンズ12は、かまぼこ形の垂直断面を有する。なお、環状レンズ12が半円形の断面を有してもよい。光線制御子1の寸法は任意である。例えば、光線制御子本体11の大径の底部の直径は200mmであり、小径の底部の直径は20mmであり、高さは110mmである。
(2) Basic Configuration and Manufacturing Method of Light Controller 1 FIG. 4 is an enlarged sectional view of a part of an example of the light controller 1.
The light beam controller 1 of FIG. 4 has a transparent truncated cone-shaped light beam controller body 11. A plurality of
図4の光線制御子1は、アクリル、ポリカーボネート等のある屈折率を有する透明な樹脂からなる透明素材を回転させつつ切削刃を当てることにより作製することができる。また、光線制御子1に対応する形状を有する金型を作製し、金型にアクリル、ポリカーボネート等の透明な樹脂を充填することにより光線制御子1を作製することができる。さらに、紫外線硬化樹脂を用いて立体造形法により光線制御子1を作製することもできる。また、円錐台形状を有する透明素材の表面をエッチングすることにより光線制御子1を作製することができる。また、円錐台形状を有する透明素材の表面をレーザ加工または放電加工することにより光線制御子1を作製することができる。また、円錐台形状を有する透明素材の表面に紫外線硬化樹脂を塗布し、円周方向に延びる一定幅の環状領域ごとに紫外線を照射することにより光線制御子1を作製することができる。
図4の例では、複数の環状レンズ12が光線制御子本体11の外周面に形成されているが、複数の環状レンズ12が光線制御子本体11の内周面に形成されてもよい。
4 can be produced by applying a cutting blade while rotating a transparent material made of a transparent resin having a certain refractive index, such as acrylic or polycarbonate. Moreover, the light controller 1 can be manufactured by producing a mold having a shape corresponding to the light controller 1 and filling the mold with a transparent resin such as acrylic or polycarbonate. Furthermore, the light control element 1 can also be produced by a three-dimensional modeling method using an ultraviolet curable resin. Moreover, the light control element 1 can be produced by etching the surface of a transparent material having a truncated cone shape. Further, the light controller 1 can be manufactured by laser processing or electric discharge processing of the surface of the transparent material having a truncated cone shape. Moreover, the light control element 1 can be produced by applying an ultraviolet curable resin to the surface of a transparent material having a truncated cone shape and irradiating ultraviolet rays for each annular region having a constant width extending in the circumferential direction.
In the example of FIG. 4, the plurality of
図4の光線制御子1によれば、環状レンズ12が円周方向において一定の厚みを有し、稜線方向Tにおいて光線を拡散させる機能を有する。それにより、図4の光線制御子1の外周面に光線を照射すると、その光線は稜線方向Tにおいて拡散しつつ透過し、円周方向においては拡散せずに直線状に透過する。
According to the light beam controller 1 of FIG. 4, the
図5は光線制御子1の他の例の一部の拡大断面図である。
図5の光線制御子1においては、光線制御子本体11の外周面上に多角形の断面を有する複数の環状プリズム13が稜線方向Tに密に並ぶように設けられている。環状プリズム13の断面形状は、三角形以外の多角形であってもよい。
図5の光線制御子1によれば、環状プリズム13が円周方向において一定の厚みを有し、稜線方向Tにおいて光線を拡散させる機能を有する。それにより、図5の光線制御子1の外周面に光線を照射すると、その光線は稜線方向Tにおいて拡散しつつ透過し、円周方向においては拡散せずに直線状に透過する。
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a part of another example of the light beam controller 1.
In the light beam controller 1 of FIG. 5, a plurality of
According to the light beam controller 1 of FIG. 5, the
図6は光線制御子1のさらに他の例の一部の拡大断面図である。
図6の光線制御子1は、透明の円錐台形状の光線制御子本体11の外周面上に糸状のある屈折率を有する透明素材14が円周方向に巻き付けられることにより作製される。透明素材14は、稜線方向Tにおいて密に並んでいる。透明素材14の断面形状は、真円でもよく、楕円でもよい。透明素材14としては、例えばナイロン糸を用いることができる。
また、透明の円錐台形状の光線制御子本体11の外周面上に速乾性の接着剤を用いて複数の糸状の透明素材を順に貼り付けることにより光線制御子1を作製することもできる。接着剤としては、例えば紫外線硬化樹脂を用いることができる。
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a part of still another example of the light beam controller 1.
The light beam controller 1 of FIG. 6 is produced by winding a
Alternatively, the light control element 1 can also be manufactured by sticking a plurality of thread-like transparent materials in order on the outer peripheral surface of the transparent frustoconical light control element body 11 using a quick-drying adhesive. For example, an ultraviolet curable resin can be used as the adhesive.
図6の光線制御子1によれば、透明素材14が円周方向において一定の厚みを有し、稜線方向Tにおいてボールレンズの機能を有する。それにより、光線制御子1の外周面に光線を照射すると、その光線は稜線方向Tにおいて拡散しつつ透過し、円周方向においては拡散せずに直線状に透過する。
According to the light beam controller 1 of FIG. 6, the
図7は光線制御子1の他の構成を説明するための模式図である。図7(a)は方向Xにおいて光線をほとんど拡散させずに透過させ、方向Xと直交する方向Yにおいて光線を拡散させて透過させるホロスクリーン15を示す。図7(b)は図7(a)のホロスクリーン15を切り取ることにより形成された三角シート16を示す。ここで、ホロスクリーンとは、写真乾板の技術により作製され、入射した光線の飛行方向を制御可能な光学素子である。
図7(a)の三角シート16を透明の円錐台形状の光線制御子本体11の表面に貼り付けることにより光線制御子1を形成することができる。あるいは、N枚の三角シート16をつなぎ合わせてN錐体台を形成することにより、擬似的な円錐台形状を有する光線制御子1を作製することができる。ここで、Nは3以上の整数である。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining another configuration of the light beam controller 1. FIG. 7A shows a
The light beam controller 1 can be formed by sticking the
図8は光線制御子1のさらに他の構成を説明するための模式図である。図8(a)は入射した光線を放射方向に拡散させる機能を有するホロスクリーンまたはフレネルレンズからなる光学シート17を示す。フレネルレンズは、円周方向に溝を有するシート状レンズである。
図8(b)に示すように、上記の光学シート17を扇形シート18に切り取る。そして、図8(c)に示すように、扇形シート18の辺Aおよび辺Bをつなぎ合わせることにより円錐台形状の光線制御子1が作製される。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining still another configuration of the light beam controller 1. FIG. 8A shows an
As shown in FIG. 8B, the
本実施の形態では、光線制御子1が円錐台形状を有するが、これに限定されず、光線制御子1が円錐形状を有してもよく、あるいは多角錐台形状または多角錐形状を有してもよい。これらの形状を錐体形状と呼ぶ。 In the present embodiment, the light beam controller 1 has a truncated cone shape. However, the present invention is not limited to this. May be. These shapes are called cone shapes.
(3)走査型プロジェクタ2の動作
図9は走査型プロジェクタ2の動作を説明するための模式的平面図である。図9には1つの走査型プロジェクタ2のみが示される。
走査型プロジェクタ2は、レーザ光からなる光線を出射するとともにその光線を水平面内および垂直面内で偏向させることができる。
走査型プロジェクタ2が光線を水平面内で偏向させることにより、光線制御子1の外周面を水平方向に走査することができる。また、走査型プロジェクタ2が光線を垂直面内で偏向させることにより、光線制御子1の外周面を垂直方向に走査することができる。それにより、走査型プロジェクタ2は、光線で光線制御子1の対向する面を走査することができる。
また、走査型プロジェクタ2は、光線の方向ごとに光線の色を設定することができる。それにより、走査型プロジェクタ2は、擬似的に複数の光線からなる光線群を出射する。
(3) Operation of
The
When the
Further, the
図9において、走査型プロジェクタ2は、複数の光線L1〜L11を光線制御子1に照射する。光線L1〜L11は、それぞれ任意の色に設定される。それにより、光線制御子1の複数の位置P1〜P11をそれぞれ設定された色の光線L1〜L11が透過する。
光線制御子1は、円周方向において光線L1〜L11を拡散させずに直線状に透過させるので、観察者は、ある位置で一本の光線のみを視認することができる。また、光線制御子1は、光線L1〜L11を垂直方向において拡散させて透過させるので、観察者は、一本の光線を上下方向の任意の位置から視認することができる。
In FIG. 9, the
Since the light beam controller 1 transmits the light beams L1 to L11 linearly without diffusing in the circumferential direction, the observer can view only one light beam at a certain position. Moreover, since the light beam controller 1 diffuses and transmits the light beams L1 to L11 in the vertical direction, the observer can visually recognize one light beam from an arbitrary position in the vertical direction.
なお、本実施の形態では、光線発生器として、走査型プロジェクタ2を用いているが、これに限定されない。光線発生器としては、DMD(Digital Mirror Device)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)またはLCD(Liquid Crystal Display)等の空間光変調器および複数のレンズからなるレンズアレイ等の投影系を備えた一般的なプロジェクタを用いることもできる。この場合、投影系のアパーチャ(開口)が十分に小さい場合には、走査型プロジェクタ2と同様に光線群を形成することができる。
In the present embodiment, the
(4)立体画像300の提示方法
図10は立体画像300の提示方法を説明するための模式的平面図である。図10においては、3つの走査型プロジェクタ2A,2B,2Cが示される。
例えば、光線制御子1の上方の位置PRに赤色の画素を提示する場合には、走査型プロジェクタ2Aから位置PRを通る方向に赤色の光線LA0を出射し、走査型プロジェクタ2Bから位置PRを通る方向に赤色の光線LB0を出射し、走査型プロジェクタ2Cから位置PRを通る方向に赤色の光線LC0を出射する。それにより、赤色の光線LA0,LB0,LC0の交点に点光源となる赤色の画素が提示される。この場合、観察者の眼が位置IA0にある場合、位置IB0にある場合および位置IC0にある場合に、位置PRに赤色の画素が見える。
(4) Presentation Method of
For example, when a red pixel is presented at a position PR above the light beam controller 1, a red light beam LA0 is emitted from the scanning projector 2A in a direction passing through the position PR, and passes through the position PR from the scanning projector 2B. A red light beam LB0 is emitted in the direction, and a red light beam LC0 is emitted from the scanning projector 2C in a direction passing the position PR. Thereby, a red pixel serving as a point light source is presented at the intersection of the red light beams LA0, LB0, and LC0. In this case, a red pixel can be seen at the position PR when the observer's eye is at the position IA0, at the position IB0, and at the position IC0.
同様にして、光線制御子1の上方の位置PGに緑色の画素を提示する場合には、走査型プロジェクタ2Aから位置PGを通る方向に緑色の光線LA1を出射し、走査型プロジェクタ2Bから位置PGを通る方向に緑色の光線LB1を出射し、走査型プロジェクタ2Cから位置PGを通る方向に緑色の光線LC1を出射する。
それにより、緑色の光線LA1,LB1,LC1の交点に点光源となる緑色の画素が提示される。この場合、観察者の眼が位置IA1にある場合、位置IB1にある場合および位置IC1にある場合に、位置PGに緑色の画素が見える。
このようにして、複数の走査型プロジェクタ2A,2B,2Cの各々から立体画像300の各位置を通る方向に提示すべき色の光線が出射される。
Similarly, when a green pixel is presented at a position PG above the light beam controller 1, a green light beam LA1 is emitted from the scanning projector 2A in a direction passing through the position PG, and the position PG is output from the scanning projector 2B. A green light beam LB1 is emitted in a direction passing through, and a green light beam LC1 is emitted in a direction passing through the position PG from the scanning projector 2C.
Thereby, a green pixel serving as a point light source is presented at the intersection of the green light beams LA1, LB1, and LC1. In this case, a green pixel is seen at the position PG when the observer's eyes are at the position IA1, the position IB1, and the position IC1.
In this way, light rays of a color to be presented in a direction passing through each position of the
走査型プロジェクタ2A,2B,2Cを含む複数の走査型プロジェクタが円周上に密に並べられており、それらの複数の走査型プロジェクタから照射される光線群によって光線制御子1の内部の空間が十分に密に交点群で満たされていれば、円周上のいずれの方向から光線制御子1の内部を観察しても位置PR,PGを通過する適切な光線が目に入射することになり、人の目はそこに点光源があるように認識する。実物体の表面にて反射または拡散した照明光を人は物体として認識するので、物体の表面は点光源の集合とみなすことができる。すなわち、物体の表面としたいある位置PR,PGの色を複数のプロジェクタ2A,2B,2Cより飛来する光線によって適切に再現することにより、立体画像300を提示することができる。
A plurality of scanning projectors including the scanning projectors 2A, 2B, and 2C are densely arranged on the circumference, and a space inside the light controller 1 is formed by a group of light beams emitted from the plurality of scanning projectors. If the intersection point group is sufficiently densely filled, an appropriate ray passing through the positions PR and PG will be incident on the eye even if the inside of the ray controller 1 is observed from any direction on the circumference. The human eye recognizes that there is a point light source there. Since the person recognizes the illumination light reflected or diffused on the surface of the real object as an object, the surface of the object can be regarded as a set of point light sources. That is, the three-
このようにして、立体画像300を光線制御子1の内部および上方の空間に提示することができる。この場合、観察者は、円周方向における異なる位置で同一の立体画像300をそれぞれ異なる方向から視認することができる。
In this way, the
図11は立体画像300の提示方法を説明するための模式的断面図である。図11においては、1つの走査型プロジェクタ2が示される。
図11に示すように、走査型プロジェクタ2から出射された光線は、光線制御子1で拡散角αで垂直方向において拡散される。それにより、観察者は、拡散角αの範囲内において垂直方向の異なる位置で走査型プロジェクタ2から出射される同じ色の光線を見ることができる。例えば、観察者が視線を基準の位置Eから上方の位置E’に移動させた場合でも、立体画像300の同じ部分を見ることができる。この場合、垂直方向における観察者の眼の位置により観察者が視認する立体画像300の位置が立体画像300’の位置へと移動する。また、図示していないが、観察者が視線を基準の位置Eから下方に移動させた場合であれば、立体画像300の同じ部分をより下の位置にあるものとして見ることができる。このように、走査型プロジェクタ2から出射された光線が光線制御子1で垂直方向において拡散されるため、観察者が視線を上下に移動させても立体画像300を観察することができる。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for presenting the
As shown in FIG. 11, the light beam emitted from the
図1の複数の走査型プロジェクタ2により出射される光線群の各光線の色は、記憶装置4に記憶される立体形状データに基づいて制御装置3により算出される。具体的には、制御装置3は、立体形状データとして予め定義される三次元の立体形状の面と各光線との交点を求め、光線に与えるべき適切な色を算出する。
制御装置3は、算出した光線群の各光線の色に基づいて複数の走査型プロジェクタ2を制御する。それにより、光線制御子1の上方に立体画像300が提示されるように、各走査型プロジェクタ2から設定された色をそれぞれ有する光線群が出射される。
上記のようにして、本実施の形態に係る立体ディスプレイによれば、立体画像300の指向性表示が可能となる。
The color of each light beam of the light beam group emitted from the plurality of
The
As described above, according to the stereoscopic display according to the present embodiment, the directional display of the
(5)両眼視差の発生原理
ここで、本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理について説明する。
(5) Binocular Parallax Generation Principle Here, the binocular parallax generation principle in the stereoscopic display according to the present embodiment will be described.
図12は本実施の形態に係る立体ディスプレイにおける両眼視差の発生原理を説明するための模式的平面図である。図12には、4つの走査型プロジェクタ2a,2b,2c,2dが示される。
図12において、観察者が光線制御子1の点P31を見た場合には、右眼100Rに走査型プロジェクタ2aから出射された光線Laが入射し、左眼100Lに走査型プロジェクタ2bから出射された光線Lbが入射する。また、観察者が光線制御子1の点P32を見た場合には、右眼100Rに走査型プロジェクタ2cから出射された光線Lcが入射し、左眼100Lに走査型プロジェクタ2dから出射された光線Ldが入射する。
FIG. 12 is a schematic plan view for explaining the principle of generation of binocular parallax in the stereoscopic display according to the present embodiment. FIG. 12 shows four scanning projectors 2a, 2b, 2c, and 2d.
In FIG. 12, when the observer views the point P31 of the light beam controller 1, the light beam La emitted from the scanning projector 2a is incident on the
ここで、光線Laの色と光線Ldの色とは同じであり、光線Lbの色は光線Laの色と異なり、光線Lcの色は光線Ldの色とは異なるとする。この場合、光線制御子1上の点P31の色は見る方向により異なる。また、光線制御子1上の点P32の色も見る方向により異なる。
光線Laにより立体画像300の点Paが作られ、光線Lbにより立体画像300の点Pbが作られ、光線Lcにより立体画像300の点Pcが作られ、光線Ldにより立体画像300の点Pdが作られる。
Here, the color of the light beam La and the color of the light beam Ld are the same, the color of the light beam Lb is different from the color of the light beam La, and the color of the light beam Lc is different from the color of the light beam Ld. In this case, the color of the point P31 on the light beam controller 1 differs depending on the viewing direction. Further, the color of the point P32 on the light beam controller 1 also varies depending on the viewing direction.
A point Pa of the
図12の例では、立体画像300の点Paと点Pcとが同じ位置にある。すなわち、光線Laと光線Ldとの交点に立体画像300の点Pa,Pdが作られる。点Pa,Pdは、仮想的な点光源となすことができる。この場合、右眼100Rで点Pa,Pdを見る方向と左眼100Lで点Pa,Pdを見る方向とが異なる。すなわち、右眼100Rの視線方向と左眼100Lの視線方向との間に輻輳角がある。これにより、光線群により形成される画像の立体視が可能となる。
In the example of FIG. 12, the point Pa and the point Pc of the
(6)本実施の形態の効果
本実施の形態に係る立体ディスプレイにおいては、光線制御子1は、各走査型プロジェクタ2により照射された各光線を円周方向において拡散させずに透過させる。それにより、複数の走査型プロジェクタ2からの光線の各交点が点光源となる。観察者は、点光源の集合を実体物の立体形状として仮想的に知覚する。このとき、上記のように、同じ点光源に交差する左眼の視線方向と右眼の視線方向とが異なるので、両眼視差が生じる。その結果、複数の点光源の集合により光線制御子1の内部および上方の空間に立体画像300が提示される。
(6) Effect of this Embodiment In the three-dimensional display according to this embodiment, the light beam controller 1 transmits each light beam irradiated by each
ここで、観察者がテーブル5の上方から光線制御子1の内周面を観察した場合、テーブル5の周囲の同じ高さのどの位置からでも各点光源を同じ位置に見ることができる。そのため、観察者は、光線制御子1の上方に提示される立体画像300を360度の周囲の任意の位置から見ることができる。したがって、複数の人が特別な装置を用いることなく任意の位置から裸眼で立体画像300を観察することができる。また、観察者の人数も制限されない。
Here, when the observer observes the inner peripheral surface of the light beam controller 1 from above the table 5, each point light source can be seen at the same position from any position around the table 5 at the same height. Therefore, the observer can see the
また、光線制御子1は、各走査型プロジェクタ2により照射された各光線を稜線方向において拡散させて透過させる。それにより、観察者の視点の高さが上下しても、観察者が立体画像300を見ることが可能となる。したがって、観察者の視点位置が制限されない。
さらに、テーブル5の上方の空間に作業を阻害する装置を配置する必要がない。したがって、光線制御子1の上方に提示される立体画像300を用いた作業を行うための作業空間をテーブル5上に確保することができる。
The light beam controller 1 diffuses and transmits each light beam irradiated by each
Furthermore, it is not necessary to arrange a device that hinders work in the space above the table 5. Therefore, a work space for performing work using the
II.光線制御子の詳細な説明
(実施例1)
(1)立体ディスプレイの構成
図1は本立体ディスプレイの動作原理を示しており、プロジェクタ2は逆円錐形の光線制御子1に対して斜め下方から上方に向けて対面する位置関係を示している。
図13は、本発明を適用した一実施例を概略的に示す模式図である。同図に示すように、プロジェクタ2は、光線制御子1(スクリーン)とほぼ同じ高さの位置に配置されており、概ね水平方向であって中心方向に向けて配置されている。むろん、プロジェクタ2が投影する投影光は所定の広がり角をもっており、投影範囲は徐々に拡大しながら光線制御1の外周面に到達する。ここで、光線制御子1の周壁の外側には、光線制御子1と外面を覆うように当該光線制御子1と同じ逆円錐形状のレンズ板(光学素子)6が配置されている。このレンズ板6の詳細については後述する。なお、本実施例では、レンズ板6が周壁の外側に配置されているが、内側であっても構わない。
このようにすると、プロジェクタ2を光学制御子1のサイドに配置できるので、装置の厚みが小さく、且つ、ミラーが不要となり、幅をコンパクトにすることが出来る。
(実施例2)
II. Detailed Description of Light Controller (Example 1)
(1) Configuration of 3D Display FIG. 1 shows the operation principle of the 3D display, and the
FIG. 13 is a schematic view schematically showing an embodiment to which the present invention is applied. As shown in the figure, the
In this way, since the
(Example 2)
図14は、レンズ板6を稜線方向にカットした断面を模式的に示す模式図である。同図(a)に示すように、断面の表面は鋸刃状あるいはくさび形が上下方向に連続している。鋸刃でもくさび形でも一体の光学素子板として形成されているので、一辺は基材と同化しており、二つの斜辺が交互に連続することで、V字形の突起が連続する鋸刃あるいはくさび形を形成している。拡大した図(b)では仮想的に一点鎖線からなる一辺を加えた三角形のくさび形を示しており、概ね直角三角形となっているが、投影光が入射されたときに所定の屈折を生じさせるのはいわゆる斜辺cと底辺aである。また、同図(a)に示すように、屈折によって、周壁の表面では、入射光と出射光の間に屈折角度θkが生じる。そして、この入射光に対する出射光の屈折角度θkは、周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に角度が大となるようにレンズ板6が形成されている。すなわち、レンズ板6のほぼ中間の高さへの入射光と出射光との角度は屈折角度θkであるが、やや下方の高さでは屈折角度θk−αとなっており、やや上方の高さでは屈折角度θk+αとなっている。すなわち、周壁の表面で下方から上方へ向けていくにつれ、屈折角度は、(θk−α)から、θk、さらに(θk+α)となっていき、徐々に大きくなるようにする。
なお、個々のくさび形の大きさは、投影される画像の各画素よりも小さい方が良い。すなわち、上下方向についていえば、1画素の大きさよりも小さくすることが望ましい。
FIG. 14 is a schematic diagram schematically showing a cross section of the
The size of each wedge is preferably smaller than each pixel of the projected image. That is, in the vertical direction, it is desirable to make the size smaller than one pixel.
上述したように、レンズ板6は、周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となる性質を有している。レンズ板6における斜辺cと対辺bとが形成されていない側の辺は一点鎖線と同様に概ね直線となることを前提とすれば、周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度θkが大きくなるように変化するためには、斜辺の傾斜角θを周壁の表面の各部位に応じた角度とする必要がある。
As described above, the
図15は、レンズ板6を水平方向に輪切りにした状態を示す斜視図である。同図に示すように、レンズ板6は、円錐形の光学制御子1を覆う円錐形である。
図16は、このような円錐形のレンズ板6を形成する一例を示しており、同図(a)に示すように扇形のレンズ板の素材を用意し、扇形の両端を互いに当接させて貼り合わせることにより、同図(b)に示すような円錐形とする。なお、本実施例では、円錐形状を有するが、これに限定されず、光線制御子1もレンズ板6も円錐台形状を有してもよく、あるいは多角錐台形状または多角錐形状を有してもよく、いわゆる錐体形状であればよい。
光学制御子1の上方あるいは下方という場合、図16に示す扇形の素材を例とすると、下方(A’)は扇形の元となる円形の中心側であり、上方(A)は同円形の外方側である。そして、同図(a)には一点鎖線で稜線方向での切断箇所を示している。
図16に示すように、円錐などの回転対称とすると、円周上に多数配置されるプロジェクタ2(光源)に対し、各々のプロジェクタ2から投影される光線がレンズ板6に対する入射条件が一定となり、レンズ板6の形状は最適化されることになる。
FIG. 15 is a perspective view showing a state in which the
FIG. 16 shows an example in which such a
When referring to the upper or lower side of the optical controller 1, taking the sector-shaped material shown in FIG. 16 as an example, the lower side (A ′) is the center side of the circular shape that forms the sector, and the upper side (A) is the outer side of the circular shape. On the other side. FIG. 5A shows a cut portion in the ridge line direction by a one-dot chain line.
As shown in FIG. 16, when the rotational symmetry such as a cone is used, the incident conditions of the light rays projected from the
図17は、レンズ板6における各部位での傾斜角θを示す模式図である。
上述したように、周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となるようにするためには、上方(A)の側に近いくさびの傾斜角θ1は下方(A’)の側に近いくさびの傾斜角θ2よりも大きくする。言い換えると、レンズ板6の楔の傾きは、円錐の底面から頂点に近くなるほど小さくなる。
具体的な傾斜角θはレンズ板6の素材の波長と屈折率によって変化するが、波長は便宜的に一定としつつ、素材さえ決まればコンピュータシミュレーションなどによって適宜計算可能である。一例として、図23や図24に示すのと同様の出射角を前提とすれば、光線制御子1の周壁の角度を決めた上で、レンズ板6の素材に基づく屈折率を特定し、光線制御子1の表面の下方から上方に向けて各部位での出射光の方向を計算し、所定の回数の屈折で同出射方向が得られるようにシミュレーションして傾斜角θを特定すればよい。
これは、プロジェクタ2の投影中心と光学制御1の中心軸を通る平面において、光学制御子1(スクリーンおよびレンズ板6)に対するプロジェクタ2の投影中心軸の角度θが0<θ=<90°の範囲のときに、同スクリーンへ1の入射角が、本来のプロジェクタ2をスクリーン1に正対して配置したときと同じ状態に最適化されるように、楔の斜面の傾き(斜面角θ)を決定するといえる。
屈折の回数はレンズ板6が別体とされるのか、後述するように貼り合わせることで一体とされるのかなどによって適宜変化する。すなわち、別体であれば、2回の屈折率を考慮すればよい。一体であれば、1回の屈折率に加えて反対面でのレンズ形状に基づく屈折率を考慮する必要がある。貼り合わせる場合、貼り合わせ素材との境界面での屈折率を考慮する。
FIG. 17 is a schematic diagram showing the inclination angle θ at each part of the
As described above, in order to gradually increase the refraction angle of the outgoing light with respect to the incident light from the lower side to the upper side on the surface of the peripheral wall, the inclination angle θ1 of the wedge near the upper side (A) is It is made larger than the inclination angle θ2 of the wedge close to the lower side (A ′). In other words, the inclination of the wedge of the
Although the specific inclination angle θ varies depending on the wavelength and refractive index of the material of the
This is because the angle θ of the projection center axis of the
The number of times of refraction changes as appropriate depending on whether the
(実施例3)
図18は、円錐台形状とした光線制御子1における、周壁の外周面にレンズ板6を形成し、周壁の内周面に拡散光学素子1aを形成した状態の断面を模式的に示す模式図である。拡散光学素子1aは、一例として、図4に示す環状レンズ12、図5に示す環状プリズム13、図6に示す糸状の透明素材14を配置したものなどが相当する。レンズ板6と光学素子1aとは基材1bを介して一体として形成しても良いし、三つの素材を貼り合わせたり、レンズ板6と光学素子1aとがそれぞれ基材1b,1bを備えたものとして、二枚を貼り合わせる構成としても良い。
(実施例4)
一方、図(c)は、変形例にかかるレンズ板6を含む断面を模式的に示す模式図である。この例では、レンズ板6を構成する鋸刃状あるいはくさび形が先の例とは上下で逆の向きとしている。この例では、入射光は先に底辺(図14(b)のa)の側から入射し、第一の斜辺(図14(b)のc)から出射する。レンズ板6へ投影光が入射する角度がきつい場合、斜辺の傾斜角θを変化させるだけでは、周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に屈折角度が大となる状況を作れないことがある。このような場合には、図18(c)に示すような向きとすることで入射光に対する出射光の屈折角度θkが大となるようにすることが可能となる。
すなわち、レンズ板6の周壁の表面に、第一の斜辺と第二の斜辺と底辺とを有する断面略くさび形の小突起が、レンズ板6の周方向に同断面が連続するように形成されるにあたり、投影光の入射側に底辺を配置し、出射側に第一の斜辺を配置している。そして、第一の斜辺における周壁の壁面方向に対する傾斜角度は下方から上方へ向けて徐々に大きくなっている。
(Example 3)
FIG. 18 is a schematic diagram schematically showing a cross section of the light beam controller 1 having a truncated cone shape in a state where the
Example 4
On the other hand, FIG. (C) is a schematic diagram which shows typically the cross section containing the
That is, small protrusions having a substantially wedge-shaped cross section having a first hypotenuse, a second hypotenuse, and a base are formed on the surface of the peripheral wall of the
(実施例5)
図19は、周壁の外周面にレンズ板6を形成し、周壁の内周面に拡散光学素子1aを形成した状態の端部を模式的に示す斜視図である。本実施例においては、レンズ板6と、拡散光学素子1aとが積層して貼着されているが、図16に示すような扇形の状態では、両端の接合端部において、レンズ板6と拡散光学素子1aの一方が他方と貼り合わせられないはみ出し部位H1,H2を有している。ここで、はみ出し部位H1では、拡散光学素子1aの端部がレンズ板6と積層されずに光学素子1aの基材1bの面が露出しており、はみ出し部位H2では、レンズ板6の端部が拡散光学素子1aと積層されずにレンズ板6の基材1bの面が露出している。このように一方が他方と貼り合わせられない部分は階段状の段差部位を形成しており、いわゆる凹凸形状を形成している。
厚み方向に段差を形成して重ね合わせることにより、貼合せの境界面における反射を低減するたことができる。すなわち、迷光の要因となる楔形光学の貼り合わせの境界面における反射を低減することができる。厚み方向に段差を設けけ貼り合わせる際には、透明性の粘着シートなどを使用することができる。さらに、段差で貼り合わせば、組立を容易にすることも出来る。
また、レンズ板6と拡散光学素子1a(スクリーン)とを貼り合わせて一体にすることで、よりコンパクトな構成となる。
(Example 5)
FIG. 19 is a perspective view schematically showing an end portion in a state in which the
By forming a step in the thickness direction and superimposing them, it is possible to reduce reflection at the bonding boundary surface. That is, it is possible to reduce reflection at the boundary surface of the wedge-shaped optical bonding that causes stray light. A transparent adhesive sheet or the like can be used when providing a step in the thickness direction and bonding. Furthermore, assembly can be facilitated by bonding at a step.
Further, the
(実施例6)
図20は、相互のはみ出し部位H1,H2を重ね合わせて接着させたときの接合部位(つなぎ目)の上面図である。
拡散光学素子1aとレンズ板6の基材が同一の厚みを有し、はみ出している部位の長さを一致させることで、互いの凹部に互いの凸部を重ね合わせた場合、両者は厚みを一定にした状態で接合可能となる。このとき、それぞれの端部に凹と凸とが混合して形成されるようにすれば、両者は互いに嵌合可能ともなる。
(Example 6)
FIG. 20 is a top view of a joining portion (joint) when the protruding portions H1 and H2 are overlapped and bonded to each other.
When the base materials of the diffusing
このように、本発明によれば、以下のような基本的な構成をもつ光線制御子1を提供することができる。
・断面が軸Zを中心とした円形あるいは多角形であるとともに、軸Z方向に沿って筒状あるいは錐体状である。
・周壁が透光性を有する。
・同周壁は、入射した光線が稜線方向においては拡散して透過し、かつ、軸Zを中心とする円周方向においてはほぼ拡散せずに直進して透過する。
・レンズ板は周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となる性質を有する。
本発明によれば、上述したように装置をコンパクトにできるほか、楔形のレンズ板6(光学素子)を用いることで、プロジェクタ2を光線制御子1(スクリーン)に対向しないレイアウトが可能になり、プロジェクタ内部の散乱光(不要光)が視点から映るのを回避することもできる。
(実施例7)
上述した実施例では、くさび形の断面を形成する基本的な三角形を直角三角形を前提としていた。すなわち、底辺aに対して傾斜角θで斜辺cが形成され、対辺bは底辺aに対して直角に交わっている(図14(b)参照)。
これを対辺bについては、図14(c)に示すように、プロジェクタ2からの入射光と平行となるようにすることも可能である。この場合、対辺bは底辺aに対して必ずしも直交しない。また、プロジェクタ2から光線制御子1に入射する光線は若干の広がり角を持っているので、周壁の部位(高さ)によって入射角度が異なる。従って、対辺bは周壁の高さの位置に応じて少しずつ変化する。このようにした場合、入射光は必ず斜辺cに投影されることになり、対辺bで散乱光が生じたり、斜辺c同士が重なり合っている部分で散乱光が生じるということがなくなる。
Thus, according to the present invention, it is possible to provide a light beam controller 1 having the following basic configuration.
The cross section is circular or polygonal about the axis Z, and is cylindrical or cone-shaped along the axis Z direction.
-The peripheral wall has translucency.
In the circumferential wall, the incident light beam diffuses and transmits in the ridge line direction, and passes straight through without being diffused in the circumferential direction centered on the axis Z.
The lens plate has a property that the angle of refraction of outgoing light with respect to incident light gradually increases from the bottom to the top on the surface of the peripheral wall.
According to the present invention, the apparatus can be made compact as described above, and by using the wedge-shaped lens plate 6 (optical element), a layout in which the
(Example 7)
In the above-described embodiment, the basic triangle forming the wedge-shaped cross section is assumed to be a right triangle. That is, the hypotenuse c is formed at an inclination angle θ with respect to the base a, and the opposite side b intersects the base a at a right angle (see FIG. 14B).
As for the opposite side b, as shown in FIG. 14C, it is possible to make it parallel to the incident light from the
(実施例8)
ところで、プロジェクタ2がRGBの光源で画像を形成している場合、レンズ板6で屈折角度を生じさせる際に、光源の色によって屈折角度が異なってくる。従って、より好ましい実施例として、色収差を補正する変形例について説明する。
図21は補正前の入射光が光源色によって出射角度が異なるために色収差が発生する状態を模式図により示している。また、図22は補正によって色収差を吸収させる状態を模式図により示している。
上述したように、RGBという異なる波長の光源色が入射光として同一光路上を第一の斜辺に入射したとすると、図21に示すように、基準波長の光源色の到達点をPとしたときに、波長の短い光源色の方が屈折角度が大きくなり(観察点Pnに到達)、波長の長い光源色の方が屈折角度が小さくなる(観察点Plに到達)。しかし、図22に示すように予め光源色毎の屈折角度を考慮した所定の光路を計算してレンズ板6の第一の斜辺に入射させると、それぞれ異なる光路を経ても、基準波長の観察点Pに収束させることができる。言い換えると、この補正方法は、レンズ板6から射出する各波長の飛行方向を計算して、スクリーンに当たる位置を計算し、色成分毎の画面をレンダリングして投影時に合成して行なうということである。
具体的には、図22(b)に示すようにプロジェクタ2の光源の基準波長(wl1)の表示位置とPとすると、Pは光源の楔の斜面における入射角θiと光学素子の屈折率n(ただし、n=f2(wl1))を変数とする関数f1(θi,n)で表わされる。従って、基準波長の表示位置Pと同一タイミングで表示する基準以外の波長(wl2)の表示位置Pxに対しては、補整係数Kをかけておく。すなわち、Px=f1(θi・K,n)とする。ただし、n=f2(wl2)である。このようにPとPxの位置が重なるように、Pxの位置を補正する手段を備えておく。
(Example 8)
By the way, when the
FIG. 21 is a schematic diagram showing a state in which chromatic aberration occurs because incident light before correction differs in emission angle depending on the light source color. FIG. 22 schematically shows a state in which chromatic aberration is absorbed by correction.
As described above, assuming that light source colors having different wavelengths of RGB are incident on the first hypotenuse on the same optical path as incident light, the arrival point of the light source color of the reference wavelength is P as shown in FIG. In addition, the light source color with a shorter wavelength has a larger refraction angle (reached to the observation point Pn), and the light source color with a longer wavelength has a smaller refraction angle (reached to the observation point Pl). However, as shown in FIG. 22, if a predetermined optical path that takes into account the refraction angle for each light source color is calculated in advance and is incident on the first oblique side of the
Specifically, as shown in FIG. 22 (b), when the display position of the reference wavelength (wl1) of the light source of the
この色収差補正手段は、光線発生器であるプロジェクタ2から投影した光線がレンズ板6を透過して屈折する際、波長毎に屈折角度が異なるために生じる表示位置の色ズレを補正する。そして、プロジェクタ2(光線発生器)の基準波長(例えば、光源色Gの波長)の表示位置が、レンズ板6の斜面における入射角と同レンズ板6の材質の屈折率を変数とする関数で表わされるものとして、基準波長(G)の表示位置と同一タイミングで表示する基準以外の波長(光源色Rの波長と光源色Bの波長)の表示位置に対し、補整係数をかけることで表示位置が重なるように補正する。より具体的には、投影画像をRGBの各画像に分解した後、Rの画像とBの画像については、屈折角度の変化を考慮し、Gの画像に対して変形させる。変形させたRの画像とBの画像がレンズ板6に投影されると、屈折角度の相違を考慮してずらした位置に投影されているため、観察点Pでは色ずれが解消されている。RGBの各画面の場合、概略的には、基準波長の画像に対して、屈折率の大きい波長の画像はやや下に移動させ、屈折率の小さい波長の画像はやや上に移動させる。屈折率の大きい方の画像は下目に投影されてもやや上方に向けて出射されることになるし、屈折率の小さい方の画像は上目にとうえいされてもさほど上方に向けて出射されずに下方に位置することになる。この結果、観察点において3つの画像は同じ位置に重なる。むろん、入射角度が変わると屈折角度が変化するようにレンズ板6を形成しているので、上下方向にずらすだけでなく、画像の上下方向の部位によって、上下方向への拡大や圧縮を加える処理も必要となることがある。
なお、このように光源色毎に各画像を補正しておくことで屈折率が異なることによる色ずれを解消する方法は他の投影方法においても適用可能である。
このように、一般的には、光源がRGBの単色光源であり、各波長の楔の斜面における入射は同じ方向からしかできず、波長により屈折角が異なるために色収差が生ずる。しかし、上述したように補正すれば、色収差を解消できる。
This chromatic aberration correcting means corrects the color shift of the display position caused by the difference in the refraction angle for each wavelength when the light beam projected from the
Note that a method for eliminating color misregistration due to a difference in refractive index by correcting each image for each light source color in this manner can also be applied to other projection methods.
As described above, in general, the light source is an RGB monochromatic light source, and the incidence on the slope of the wedge of each wavelength can be made only from the same direction, and the refraction angle differs depending on the wavelength, so that chromatic aberration occurs. However, chromatic aberration can be eliminated by correcting as described above.
III.他の実施の形態
上記実施の形態では、光線制御子1がテーブル5の天板51に固定されているが、モータ等の回転駆動装置を用いることにより光線制御子1を軸Zの周りで回転させてもよい。例えば、光線制御子1がN錐体(Nは3以上の整数)からなる場合または複数のシートを貼り合わせることにより作製される場合には、光線制御子1のつなぎ目での光学性能の乱れが生じる。そのような場合、光線制御子1を軸Zの周りで回転させることにより、つなぎ目での光学性能の乱れが平均化される。その結果、提示される立体画像300の画質にむらが生じることが防止される。
III. Other Embodiments In the above-described embodiment, the light beam controller 1 is fixed to the
光線制御子1は、円柱、楕円柱またはN角柱(Nは3以上の整数)を含む柱体形状であってもよい。この場合にも、光線制御子1が光線を垂直方向において拡散させつつ透過させる。それにより、立体画像をその少なくとも一部がテーブル5の天板51の上面等の基準面上の空間に位置するように提示することができる。
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
The light beam controller 1 may have a columnar shape including a cylinder, an elliptical cylinder, or an N prism (N is an integer of 3 or more). Also in this case, the light controller 1 transmits the light while diffusing the light in the vertical direction. Thereby, the stereoscopic image can be presented so that at least a part thereof is positioned in a space on a reference surface such as the upper surface of the
Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments. It goes without saying for those skilled in the art,
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
・ Applying mutually interchangeable members and configurations disclosed in the above embodiments by appropriately changing the combination thereof.− Although not disclosed in the above embodiments, it is a publicly known technique and the above embodiments. The members and configurations that can be mutually replaced with the members and configurations disclosed in the above are appropriately replaced, and the combination is changed and applied. It is an embodiment of the present invention that a person skilled in the art can appropriately replace the members and configurations that can be assumed as substitutes for the members and configurations disclosed in the above-described embodiments, and change the combinations and apply them. It is disclosed as.
1…光線制御子、2,2A,2B,2C,2a,2b,2c,2d…走査型プロジェクタ、3…制御装置、4…記憶装置、5…テーブル、10…観察者、11…光線制御子本体、12…環状レンズ、13…環状プリズム、14…透明素材、15…ホロスクリーン、16…三角シート、17…光学シート、18…扇形シート、51…天板、52…脚、300…立体画像、H1,H2…はみ出し部位。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light controller, 2, 2A, 2B, 2C, 2a, 2b, 2c, 2d ... Scanning projector, 3 ... Control device, 4 ... Memory | storage device, 5 ... Table, 10 ... Observer, 11 ... Light controller Main body, 12 ... annular lens, 13 ... annular prism, 14 ... transparent material, 15 ... holoscreen, 16 ... triangular sheet, 17 ... optical sheet, 18 ... fan-shaped sheet, 51 ... top plate, 52 ... leg, 300 ... stereoscopic image , H1, H2 ... protruding part.
Claims (10)
前記周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となるレンズ板を備えたことを特徴とする光線制御子。 The cross-section is circular or polygonal about the axis Z, and is cylindrical or cone-shaped along the axis Z direction. The peripheral wall has translucency, and the incident light is incident on the ridge line. A light control element formed so as to be diffused and transmitted, and to be transmitted in a straight line without substantially diffusing in the circumferential direction around the axis Z,
A light beam controller comprising a lens plate that gradually increases the refraction angle of outgoing light with respect to incident light from below to above on the surface of the peripheral wall.
前記基準面上に開口を有するとともに前記基準面の下方に周壁を有するように配置される光線制御子と、
前記基準面の下方でかつ前記光線制御子の外側から複数の光線から構成される光線群を前記光線制御子の前記周壁の外周面にそれぞれ照射するように前記光線制御子の周囲に配置された複数の光線発生器と、
前記立体形状データに基づいて、前記複数の光線発生器により発生される光線群により立体画像が提示されるように前記複数の光線発生器を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、立体画像の少なくとも一部が前記光線制御子の前記開口よりも上方に提示されるように前記複数の光線発生器を制御し、
前記光線制御子は、
断面が軸Zを中心とした円形あるいは多角形であるとともに、軸Z方向に沿って筒状あるいは錐体状であり、周壁が透光性を有し、同周壁は、入射した光線が稜線方向においては拡散して透過し、かつ、軸Zを中心とする円周方向においてはほぼ拡散せずに直進して透過するように形成され、また、
前記周壁の表面で下方から上方へ向けて徐々に入射光に対する出射光の屈折角度が大となるレンズ板を備え、
前記光線発生器は、前記光線制御子に対して、ほぼ水平方向から前記光線群を照射することを特徴とする立体ディスプレイ。 A stereoscopic display for presenting a stereoscopic image based on stereoscopic shape data so that at least a part thereof is located in a space on a predetermined reference plane,
A light controller arranged to have an opening on the reference surface and a peripheral wall below the reference surface;
The light beam controller is disposed around the light beam controller so as to irradiate the outer peripheral surface of the peripheral wall of the light beam controller with a light beam group composed of a plurality of light beams below the reference surface and from the outside of the light beam controller. A plurality of light generators;
Control means for controlling the plurality of light generators so that a three-dimensional image is presented by a group of light beams generated by the plurality of light generators based on the three-dimensional shape data;
The control means controls the plurality of light generators so that at least a part of a stereoscopic image is presented above the opening of the light controller.
The light controller is
The cross-section is circular or polygonal about the axis Z, and is cylindrical or cone-shaped along the axis Z direction. The peripheral wall has translucency, and the incident light is incident on the ridge line. Is diffused and transmitted, and in the circumferential direction centered on the axis Z, it is formed so as to pass straight through without substantially diffusing, and
A lens plate in which the refraction angle of the outgoing light with respect to the incident light gradually increases from the bottom to the top on the surface of the peripheral wall;
The three-dimensional display, wherein the light generator irradiates the light beam controller from a substantially horizontal direction.
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