JP2018195998A - Stereoscopic image display apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a stereoscopic image display apparatus capable of reducing the number of projectors while saving the installation space.SOLUTION: A reflection screen 10 has a reflection plane which reflects a beam of image light from a display device 20, which is separated by roughly distance a from the reflection plane of a focus distance f, and creates a space imaging iris surface which is separated from the reflection plane by roughly distance b, and which satisfies a relationship of (1/a)+(1/b)=1/f. The brightness of reflectance in a horizontal direction of image light (incident light) by the reflection screen 10 has diffusion property that the brightness decreases linearly or monotonically as deviated from the specular reflection direction of incident light. With the diffusion property, the light strength in the horizontal direction on a space imaging iris surface 40 also decreases the brightness linearly or monotonically as deviated from the center. Two or more display devices 20 are configured to project the beams of image light being superimposed with each other so that the center of the light strength in the horizontal direction of the space imaging iris surface 40 of another display device 20 comes at a position where the light strength in the horizontal direction in the vicinity of the space imaging iris surface 40 decreases.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、立体画像表示装置に関する。   The present invention relates to a stereoscopic image display device.

運動視差を伴う多視点裸眼立体スクリーンを実現するために、拡散角度の狭い透過型スクリーンを用いて複数の角度から映像を投影する手法が開示されている（非特許文献１）。また、少ない映像ソースとプロジェクタ数で、運動視差を伴う場合でもなめらかな視点切り替えを可能にした表示装置が開示されている（特許文献１）。   In order to realize a multi-view autostereoscopic screen with motion parallax, a technique of projecting images from a plurality of angles using a transmission screen with a narrow diffusion angle is disclosed (Non-Patent Document 1). In addition, a display device is disclosed that enables smooth viewpoint switching even when motion parallax is involved with a small number of video sources and the number of projectors (Patent Document 1).

なお、運動視差とは、観察者の視点が移動することによって生じる視差のことである。また、多視点裸眼立体とは、異なる視点から裸眼で立体像を観察することである。   The motion parallax is a parallax generated by the movement of the observer's viewpoint. In addition, the multi-viewpoint autostereoscopic means to observe a stereoscopic image with the naked eye from different viewpoints.

特開２０１５−１２１７４８号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-121748

Andrew Jones, Jonas Unger, Koki Nagano, Jay Busch, Xueming Yu, Hsuan-Yueh Peng, Oleg Alexander, Mark Bolas, Paul Debevec, “An Automultiscopic Projector Array for Interactive Digital Humans. ”USC Institute for Creative TechnologiesAndrew Jones, Jonas Unger, Koki Nagano, Jay Busch, Xueming Yu, Hsuan-Yueh Peng, Oleg Alexander, Mark Bolas, Paul Debevec, “An Automultiscopic Projector Array for Interactive Digital Humans.” USC Institute for Creative Technologies

非特許文献１の手法は、視点移動に伴う視点切り替えをなめらかにするために、密な間隔でプロジェクタを設置する必要があり、必要なプロジェクタ数と投影する映像ソースが膨大になるという課題がある。また、特許文献１は、スクリーンの背後にプロジェクタを設置する必要があり、装置全体が大型化し、設置場所が限定されるという課題がある。   The method of Non-Patent Document 1 has a problem that it is necessary to install projectors at close intervals in order to smoothly switch viewpoints accompanying viewpoint movement, and the required number of projectors and the video source to be projected become enormous. . Further, Patent Document 1 has a problem that it is necessary to install a projector behind the screen, the entire apparatus becomes large, and the installation location is limited.

本発明は、これらの課題に鑑みてなされたものであり、プロジェクタ数を削減でき、設置場所を省スペース化できる立体画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic image display apparatus that can reduce the number of projectors and save installation space.

本実施形態の一態様に係る立体画像表示装置は、焦点距離ｆの反射面からほぼaの距離離れた表示装置からの映像光が前記反射面で反射して該反射面からほぼbの距離離れた空間結像アイリス面を作る、(1/a)+(1/b)=1/f、の関係を満たす前記反射面を有する反射スクリーンにおいて、前記映像光（入射光）の反射スクリーンによる反射光の水平方向の明るさが、入射光の正反射方向から外れるに従い、線形または単調に減少する拡散特性を有し、前記拡散特性により、空間結像アイリス面の水平方向光強度も中心付近から外れるに従い、線形または単調に減少するようにし、前記空間結像アイリス面の周辺部の水平方向光強度が減少する位置に、別の表示装置の空間結像アイリス面の水平方向光強度の中心付近がくるように、２台以上の表示装置からの映像光を重ねて投影することを要旨とする。   In the stereoscopic image display device according to an aspect of the present embodiment, the image light from the display device that is approximately a distance away from the reflective surface having the focal length f is reflected by the reflective surface, and is approximately a distance b from the reflective surface. Reflection of the image light (incident light) by the reflection screen in the reflection screen having the reflection surface satisfying the relationship of (1 / a) + (1 / b) = 1 / f. As the horizontal brightness of light deviates from the regular reflection direction of incident light, it has a diffusion characteristic that linearly or monotonously decreases. With this diffusion characteristic, the horizontal light intensity of the spatial imaging iris surface is also near the center. As it deviates, it decreases linearly or monotonously, near the center of the horizontal light intensity of the spatial imaging iris surface of another display device at a position where the horizontal light intensity of the peripheral portion of the spatial imaging iris surface decreases. 2 or more display devices And summarized in that projecting overlapping the image light.

本発明によれば、表示装置数（プロジェクタ数）を削減でき設置場所を省スペース化できる立体画像表示装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a stereoscopic image display device capable of reducing the number of display devices (the number of projectors) and saving the installation space.

本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置の機能構成例の平面図を示す図である。It is a figure which shows the top view of the function structural example of the three-dimensional image display apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. なめらかな視点切り替えが可能な２つの空間結像アイリス面における輝度分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the luminance distribution in two spatial imaging iris surfaces in which a smooth viewpoint switching is possible. なめらかな視点切り替えが不可能な２つの空間結像アイリス面における輝度分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the luminance distribution in two spatial imaging iris surfaces in which a smooth viewpoint switching is impossible. 図１に示す立体画像表示装置の反射スクリーンの断面構造例を示す図である。It is a figure which shows the example of a cross-section of the reflective screen of the three-dimensional image display apparatus shown in FIG. 図４に示す反射スクリーンの輝度分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the luminance distribution of the reflective screen shown in FIG. 本発明の変形例に係る立体画像表示装置が備える同期部を示す図である。It is a figure which shows the synchronizer with which the three-dimensional image display apparatus which concerns on the modification of this invention is provided. 本発明の変形例に係る立体画像表示装置の機能構成例の側面図を示す図である。It is a figure which shows the side view of the function structural example of the three-dimensional image display apparatus which concerns on the modification of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以降においてプロジェ
クタは、表示装置と称する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the projector is referred to as a display device.

図１に、実施形態に係る立体画像表示装置１の機能構成例を平面図で示す。   FIG. 1 is a plan view showing a functional configuration example of a stereoscopic image display apparatus 1 according to the embodiment.

立体画像表示装置１は、反射スクリーン１０と、複数の表示装置２０−１，２０−２，２０−３を備える。なお、図１において、各表示装置２０−１，２０−２，２０−３に映像ソースを供給する映像信号供給部の表記は省略している。   The stereoscopic image display device 1 includes a reflective screen 10 and a plurality of display devices 20-1, 20-2, and 20-3. In FIG. 1, the notation of the video signal supply unit that supplies the video source to each of the display devices 20-1, 20-2, and 20-3 is omitted.

反射スクリーン１０は、視点の移動に伴って表示映像の輝度が滑らかに遷移するスクリーンである。以下の実施形態では、こうした特性を持つスクリーンとして「空間結像アイリス面型スクリーン」を例に説明する。アイリスとは、表示装置の内部に存在する機構であり、カメラの絞りに相当し、光量を調整するものである。空間結像アイリス面型スクリーンはレンズ層を持ち、アイリスを空間に結像した「空間結像アイリス面」を形成する。この空間結像アイリス面は、観察者の視点の移動に伴って投影映像の輝度がなめらかに遷移する特性を持つ。反射スクリーン１０について詳しくは後述する。   The reflection screen 10 is a screen in which the brightness of the display image smoothly changes as the viewpoint moves. In the following embodiments, a “spatial imaging iris plane screen” will be described as an example of a screen having such characteristics. The iris is a mechanism that exists inside the display device, corresponds to the diaphragm of the camera, and adjusts the amount of light. The spatial imaging iris surface type screen has a lens layer and forms a “spatial imaging iris surface” in which the iris is imaged in space. This spatial imaging iris surface has a characteristic that the luminance of the projected image smoothly changes as the observer's viewpoint moves. Details of the reflective screen 10 will be described later.

複数の表示装置２０−１，２０−２，２０−３は、反射スクリーン１０に映像を投影する。隣り合う表示装置２０−１と２０−２及び２０―１と２０−３は、２つの空間結像アイリス面の一部を重ねて投影する。   The plurality of display devices 20-1, 20-2, and 20-3 project an image on the reflection screen 10. Adjacent display devices 20-1 and 20-2 and 20-1 and 20-3 project part of two spatial imaging iris surfaces in an overlapping manner.

表示装置２０―２が投影する空間結像アイリス面４０―２の一部と、表示装置２０−１が投影する空間結像アイリス面４０−１の一部が重なる。また、表示装置２０―２が投影する空間結像アイリス面４０―２の一部と、表示装置２０−３が投影する空間結像アイリス面４０−３の一部が重なる。   A part of the spatial imaging iris surface 40-2 projected by the display device 20-2 and a part of the spatial imaging iris surface 40-1 projected by the display device 20-1 overlap. A part of the spatial imaging iris surface 40-2 projected by the display device 20-2 and a part of the spatial imaging iris surface 40-3 projected by the display device 20-3 overlap.

本実施形態の立体画像表示装置１によれば、視点移動に伴ってなめらかに輝度が遷移する特性の反射スクリーン１０に、映像ソースをフロントから投影するので、従来（透過型スクリーン＋リアプロジェクタ）の方式よりも、表示装置数を削減でき、設置場所を省スペース化できる効果を奏する。   According to the three-dimensional image display device 1 of the present embodiment, the video source is projected from the front onto the reflective screen 10 having a characteristic that the luminance smoothly changes with the movement of the viewpoint, so that the conventional (transmissive screen + rear projector) is used. Compared with the system, the number of display devices can be reduced, and the installation space can be saved.

（立体画像表示装置の構成）
図１を参照して立体画像表示装置１の構成を説明する。図１において、観察者から見た状態での反射スクリーン１０の横方向をｘ方向、縦方向をｙ方向、厚み方向（奥行き方向）をｚ方向とする。ここで、観察者の側を正面側と称する。 (Configuration of stereoscopic image display device)
The configuration of the stereoscopic image display apparatus 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the horizontal direction of the reflection screen 10 as viewed from the observer is defined as the x direction, the vertical direction is defined as the y direction, and the thickness direction (depth direction) is defined as the z direction. Here, the observer side is referred to as the front side.

この例では、表示装置の数を３つで示す。なお、表示装置の数は、２つ以上有れば良い。以降の説明において、表示装置の位置を特定する必要の無い場合は、「表示装置２０」と表記する。他の参照符号についても同様である。   In this example, the number of display devices is three. Note that the number of display devices may be two or more. In the following description, when it is not necessary to specify the position of the display device, it is expressed as “display device 20”. The same applies to other reference symbols.

表示装置２０−１，２０−２，２０−３は、反射スクリーン１０の正面からａの距離にそれぞれ配置する。中央の表示装置２０−２は、反射スクリーン１０に投影物３０−２を投影する。表示装置２０−２の投影光は、反射スクリーン１０によって反射スクリーン１０の表面からｄの距離離れた位置に、空間結像アイリス面４０−２を形成する。   The display devices 20-1, 20-2 and 20-3 are arranged at a distance a from the front of the reflective screen 10. The central display device 20-2 projects the projection 30-2 onto the reflection screen 10. The projection light of the display device 20-2 forms a spatial imaging iris surface 40-2 at a position separated from the surface of the reflection screen 10 by a distance d by the reflection screen 10.

表示装置２０−１は、中央の表示装置２０−２から＋ｘ方向に、所定の間隔を空けて並べて配置する。表示装置２０−１は、反射スクリーン１０に投影物３０−１を投影する。
表示装置２０−１の投影光は、空間結像アイリス面４０−２の−ｘ方向に隣接する空間結像アイリス面４０−１を形成する。 The display device 20-1 is arranged side by side with a predetermined interval in the + x direction from the central display device 20-2. The display device 20-1 projects the projection 30-1 onto the reflective screen 10.
The projection light of the display device 20-1 forms a spatial imaging iris surface 40-1 adjacent to the -x direction of the spatial imaging iris surface 40-2.

なお、表示装置２０−１は、投影物３０−１の方向に角度を持つように表記しているが、表示装置２０−１から投影する投影光に角度を持たせる必要はない。表示装置２０からの映像投影領域が、反射スクリーン１０の全体を含んでいれば表示装置２０に角度を持たせなくても良い。   Note that the display device 20-1 is shown as having an angle in the direction of the projection 30-1, but the projection light projected from the display device 20-1 need not have an angle. If the image projection area from the display device 20 includes the entire reflection screen 10, the display device 20 may not have an angle.

表示装置２０−３は、表示装置２０−２を挟んで表示装置２０−１と対称の位置に配置する。表示装置２０−３は、反射スクリーン１０に投影物３０―３を投影する。表示装置２０−３の投影光は、空間結像アイリス面４０−２の＋ｘ側の位置に空間結像アイリス面４０−３を形成する。   The display device 20-3 is disposed at a position symmetrical to the display device 20-1 with the display device 20-2 interposed therebetween. The display device 20-3 projects the projection 30-3 on the reflection screen 10. The projection light of the display device 20-3 forms a spatial imaging iris surface 40-3 at a position on the + x side of the spatial imaging iris surface 40-2.

各空間結像アイリス面４０−１，４０−２，４０−３が結像されるｚ軸方向の距離ｄ（図１において間隔ｄ）は、反射スクリーン１０の焦点距離をｆ、表示装置２０と反射スクリーン１０の間の距離をａとした場合に、（1/a）＋（1/d）＝1/fの等式を満たす。中央の空間結像アイリス面４０−２のｘ方向の両端部分は、隣のそれぞれの空間結像アイリス面４０−１，４０−３の一部と重なる。   The distance d in the z-axis direction (interval d in FIG. 1) at which each of the spatial imaging iris surfaces 40-1, 40-2, and 40-3 is imaged is f as the focal length of the reflective screen 10 and the display device 20. When the distance between the reflective screens 10 is a, the equation (1 / a) + (1 / d) = 1 / f is satisfied. Both end portions in the x direction of the central spatial imaging iris surface 40-2 overlap with part of the adjacent spatial imaging iris surfaces 40-1 and 40-3.

空間結像アイリス面４０−２の＋ｘ方向の端部は、空間結像アイリス面４０−３の−ｘ方向の端部と重なる。また、空間結像アイリス面４０−２の−ｘ方向の端部は、空間結像アイリス面４０−１の＋ｘ方向の端部と重なる。   The + x direction end of the spatial imaging iris surface 40-2 overlaps with the −x direction end of the spatial imaging iris surface 40-3. Further, the end of the spatial imaging iris surface 40-2 in the -x direction overlaps with the end of the spatial imaging iris surface 40-1 in the + x direction.

次に、本実施形態の表示方法について説明する。   Next, the display method of this embodiment will be described.

（表示方法）
本実施形態の表示方法は、立体画像表示装置１が行う表示方法であって、立体画像表示装置１は、視点の移動に伴う輝度変化が、なめらかに遷移する特性を持つ反射スクリーン１０と、反射スクリーン１０に映像を投影する複数の表示装置２０−１，２０−２，２０−３とを備え、表示方法においては、隣り合う表示装置２０から投影される２つの空間結像アイリス面４０−２と４０−１及び４０−２と４０−３の一部を重ねて投影する。 (Display method)
The display method of the present embodiment is a display method performed by the stereoscopic image display apparatus 1, and the stereoscopic image display apparatus 1 includes a reflective screen 10 having a characteristic that a luminance change accompanying the movement of the viewpoint smoothly changes, a reflection A plurality of display devices 20-1, 20-2, and 20-3 that project images on the screen 10, and in the display method, two spatial imaging iris surfaces 40-2 projected from adjacent display devices 20; 40-1 and 40-2 and 40-3 are partially overlapped and projected.

反射スクリーン１０は、結像する空間結像アイリス面内の輝度分布に１つのピークを持ち、輝度がピークとなる視点（観察者の目）の位置からｘ方向と−ｘ方向のどちらに視点を移動してもなめらかに輝度が減衰するように設計されている。例えば、反射スクリーン１０の正面から投影する表示装置２０−２による空間結像アイリス面４０−２では、投影物３０−２の輝度が、空間結像アイリス面４０−２の中心で最も高く、ｘ方向と−ｘ方向のどちらに視点を移動しても次第に低下する。また、投影物３０−２は、空間結像アイリス面４０−２の±ｘ方向の両外側から外では見えなくなる。   The reflective screen 10 has one peak in the luminance distribution in the spatial imaging iris plane to be imaged, and the viewpoint is either in the x direction or in the −x direction from the position of the viewpoint (observer's eye) where the luminance reaches the peak. It is designed so that the brightness is attenuated smoothly even when it moves. For example, in the spatial imaging iris surface 40-2 by the display device 20-2 that projects from the front of the reflective screen 10, the brightness of the projection 30-2 is highest at the center of the spatial imaging iris surface 40-2, and x Even if the viewpoint is moved in either the direction or the −x direction, it gradually decreases. Further, the projection 30-2 is not visible outside from both outsides in the ± x direction of the spatial imaging iris surface 40-2.

空間結像アイリス面４０−２の−ｘ方向側の空間結像アイリス面４０−１における投影物３０−１の輝度は、投影物３０−２と同様に、空間結像アイリス面４０−1内にひとつのピークを持ち、そのピークとなる視点から±ｘ方向のどちらに視点が移動しても低下する。   The luminance of the projection 30-1 on the spatial imaging iris surface 40-1 on the −x direction side of the spatial imaging iris surface 40-2 is the same as that of the projection 30-2 in the spatial imaging iris surface 40-1. It has a single peak, and it falls when the viewpoint moves in either of the ± x directions from the peak viewpoint.

また、空間結像アイリス面４０−１から±ｘ方向の両外側に視点が外れると、投影物３０―１は観察されない。したがって、投影物３０−２と投影物３０−１の間隔を広くし、空間結像アイリス面４０が重ならない場合、視点位置に応じて投影物３０−２と投影物３０−１が切り替わり、両方を同時に観察することはできない。   Further, if the viewpoint deviates from both sides in the ± x direction from the spatial imaging iris surface 40-1, the projection 30-1 is not observed. Therefore, when the interval between the projection object 30-2 and the projection object 30-1 is increased and the spatial imaging iris surface 40 does not overlap, the projection object 30-2 and the projection object 30-1 are switched according to the viewpoint position. Cannot be observed at the same time.

一方、空間結像アイリス面４０−２と空間結像アイリス面４０−１との間隔を狭め、空間結像アイリス面４０−２,４０−１が重なる範囲を設けた場合、この重なる範囲では投影物３０−２と投影物３０−１を同時に見ることができる。つまり、投影物３０−２と投影物３０−１を混合（ブレンド）して見ることになる。   On the other hand, when the space between the spatial imaging iris surface 40-2 and the spatial imaging iris surface 40-1 is narrowed and a range in which the spatial imaging iris surfaces 40-2 and 40-1 overlap is provided, projection is performed in this overlapping range. The object 30-2 and the projection 30-1 can be seen at the same time. That is, the projection 30-2 and the projection 30-1 are mixed (blended) for viewing.

ここで、投影物３０−２に物体を正面から撮影した映像、投影物３０−１に物体を左方向から撮影した映像を投影すると仮定する。つまり、観察者は、中央の空間結像アイリス面４０−２の中心から空間結像アイリス面４０−１に移動しながら反射スクリーン１０を見ると、物体を正面から左方向に回り込むようにして見た物体を知覚することになる。   Here, it is assumed that an image obtained by photographing an object from the front is projected on the projection 30-2 and an image obtained by photographing the object from the left direction is projected on the projection 30-1. That is, when the observer looks at the reflection screen 10 while moving from the center of the central spatial imaging iris surface 40-2 to the spatial imaging iris surface 40-1, the observer sees the object so as to wrap around in the left direction from the front. Perceived objects.

この際、空間結像アイリス面４０−２内で観察される投影物３０−２と空間結像アイリス面４０−１内で観察される投影物３０−２との視差間隔νを融合限界角度Ａ以下にすることで、２つの空間結像アイリス面４０−２,４０−１が視点移動に応じてなめらかに融合され、投影物３０−２と投影物３０−１の中間視点の映像を再現することができる。これにより、観察者は両眼視差を持った映像を知覚するため、裸眼立体視が可能になる。なお、投影物間の視差間隔νと、反射スクリーン１０から空間結像アイリス面４０までの間隔ｄ、融合限界角度Ａとの関係は次式で表される。   At this time, the parallax interval ν between the projection 30-2 observed in the spatial imaging iris surface 40-2 and the projection 30-2 observed in the spatial imaging iris surface 40-1 is set as the fusion limit angle A. By doing the following, the two spatial imaging iris surfaces 40-2 and 40-1 are smoothly fused in accordance with the viewpoint movement, and the intermediate viewpoint image between the projection 30-2 and the projection 30-1 is reproduced. be able to. Thereby, since an observer perceives an image having binocular parallax, it is possible to perform autostereoscopic viewing. The relationship between the parallax interval ν between the projections, the interval d from the reflective screen 10 to the spatial imaging iris surface 40, and the fusion limit angle A is expressed by the following equation.

Figure 2018195998
Figure 2018195998

融合限界角度Ａは、隣り合う２つのエッジが分離せずに融合して観察される角度間隔であり、3min(of arc)〜8min(of arc)（参考文献：H. Takada, S. Suyama and M. Date, valuation of the Fusional Limit between the Front and Rear Images in Depth-Fused 3-D Visual Illusion,” IEICE Trans. on Electron., Vol. E89-C, No. 3, pp. 429-433 (2006)）と称される。隣り合う２つの空間結像アイリス面４０で、双方の空間結像アイリス面４０が重なる領域では、２つの空間結像アイリス面４０が同時に観察されるが、空間結像アイリス面４０同士の間隔がこの融合間隔以下であれば、空間結像アイリス面４０がブレンドされ、２つの空間結像アイリス面４０の中間の視点が知覚される。空間結像アイリス面４０−２と空間結像アイリス面４０−３の関係においても同様である。   The fusion limit angle A is an angular interval in which two adjacent edges are observed without being separated, and is 3 min (of arc) to 8 min (of arc) (reference: H. Takada, S. Suyama and M. Date, valuation of the Fusional Limit between the Front and Rear Images in Depth-Fused 3-D Visual Illusion, ”IEICE Trans. On Electron., Vol. E89-C, No. 3, pp. 429-433 (2006 In the region where the two spatial imaging iris surfaces 40 overlap with each other, the two spatial imaging iris surfaces 40 are observed simultaneously. If the distance between the iris surfaces 40 is less than or equal to this fusion interval, the spatial imaging iris surfaces 40 are blended to perceive an intermediate viewpoint between the two spatial imaging iris surfaces 40. Spatial imaging iris surface 40-2 This also applies to the relationship between the spatial imaging iris surface 40-3.

投影物３０−３を、物体を右方向から撮影した映像とすると、その物体は、空間結像アイリス面４０−２と空間結像アイリス面４０−３とが重なる範囲において、右方向から見た立体映像として知覚される。   When the projection 30-3 is an image obtained by photographing the object from the right direction, the object is viewed from the right direction in a range where the spatial imaging iris surface 40-2 and the spatial imaging iris surface 40-3 overlap. Perceived as a 3D image.

この空間結像アイリス面４０−２と空間結像アイリス面４０−３の間における視点移動による映像の切り替わりをなめらかにするためには、空間結像アイリス面４０−２と４０−３が重なる範囲における合成輝度値を、空間結像アイリス面４０−２，４０−３のそれぞれの輝度のピーク値の平均値よりも高くなるように表示装置２０の配置間隔を設定する。つまり、隣り合う表示装置２０から投影される映像の合成輝度の最小値は、２つ以上の表示装置２０のそれぞれから投影される映像の輝度最大値の平均値よりも高くなるように設定される。   In order to smooth the switching of the image by the viewpoint movement between the spatial imaging iris surface 40-2 and the spatial imaging iris surface 40-3, a range in which the spatial imaging iris surfaces 40-2 and 40-3 overlap. The arrangement interval of the display devices 20 is set so that the combined luminance value at is higher than the average value of the luminance peak values of the spatial imaging iris surfaces 40-2 and 40-3. That is, the minimum value of the combined luminance of the images projected from the adjacent display devices 20 is set to be higher than the average value of the maximum luminance values of the images projected from each of the two or more display devices 20. .

図２に、そのような合成輝度値に設定した輝度分布の例を示す。図２の横軸は視点Ｂ［度］、縦軸は相対輝度である。図２において破線は、例えば空間結像アイリス面４０−１の輝度分布である。一点鎖線は、例えば空間結像アイリス面４０−２の輝度分布である。太い実線は、２つの空間結像アイリス面４０−１,４０−２の合成輝度である。   FIG. 2 shows an example of the luminance distribution set to such a combined luminance value. The horizontal axis in FIG. 2 is the viewpoint B [degree], and the vertical axis is the relative luminance. In FIG. 2, the broken line is, for example, the luminance distribution of the spatial imaging iris surface 40-1. The alternate long and short dash line is, for example, the luminance distribution of the spatial imaging iris surface 40-2. The thick solid line is the combined luminance of the two spatial imaging iris surfaces 40-1 and 40-2.

２つの空間結像アイリス面４０−１,４０−２の合成輝度値は、２つの空間結像アイリス面４０−２，４０−１のピーク値（矢印の中心点）の輝度の平均値よりも高くなっている。このような合成輝度値にすることで、観察者は、空間結像アイリス面内の視点の移動でなめらかな輝度変化を知覚することができる。また、空間結像アイリス面４０の輝度分布の裾部分(図２中のα,β)が0とならない場合、ノイズとなり、合成された映像の品質劣化につながる。しかし、合成輝度値がそれぞれピーク値の輝度値の平均よりも高くなるように設定することで、ノイズの影響を相対的に低下させ、映像の品質を向上させることができる。つまり、本実施形態の表示方法によれば、運動視差を伴う多視点裸眼立体投影を、なめらかに行うことができる。これは隣り合う２つの空間結像アイリス面４０の輝度分布におけるピーク値の高さや裾の広がり具合、左右の対称性が異なる場合でも同様である。   The combined luminance value of the two spatial imaging iris surfaces 40-1 and 40-2 is greater than the average value of the luminance values of the peak values (center points of the arrows) of the two spatial imaging iris surfaces 40-2 and 40-1. It is high. By using such a combined luminance value, the observer can perceive a smooth luminance change by moving the viewpoint in the spatial imaging iris plane. Further, when the skirt portion (α, β in FIG. 2) of the luminance distribution of the spatial imaging iris surface 40 is not 0, noise is generated, leading to deterioration of the quality of the synthesized image. However, by setting the combined luminance value to be higher than the average of the peak luminance values, it is possible to relatively reduce the influence of noise and improve video quality. That is, according to the display method of the present embodiment, multi-viewpoint autostereoscopic projection with motion parallax can be performed smoothly. This is the same even when the height of the peak value, the extent of the skirt, and the left-right symmetry differ in the luminance distribution of the two adjacent spatial imaging iris surfaces 40.

図３に比較例の輝度分布の例を示す。図３の横軸と縦軸の関係、及び各特性の関係は、図２と同じである。   FIG. 3 shows an example of the luminance distribution of the comparative example. The relationship between the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 3 and the relationship between the characteristics are the same as those in FIG.

図３では、２つの投影物３０−１と３０−２の合成輝度値が、２つの空間結像アイリス面４０−２，４０−１の中間位置の輝度の平均値よりも低くなっている。この場合、中間位置に視点が移動するのに伴い全体の輝度が低下し、隣の視点の輝度も低下するためなめらかな視点補間ができない。   In FIG. 3, the combined luminance value of the two projections 30-1 and 30-2 is lower than the average value of the luminance at the intermediate position between the two spatial imaging iris surfaces 40-2 and 40-1. In this case, as the viewpoint moves to the intermediate position, the overall luminance decreases and the luminance of the adjacent viewpoint also decreases, so that smooth viewpoint interpolation cannot be performed.

次に、反射スクリーン１０について説明する。   Next, the reflection screen 10 will be described.

（反射スクリーン）
図４に、反射スクリーン１０の断面構造例を示す。反射スクリーン１０は、保持板１０ａ、反射層１０ｂ、ＵＶ重合フレネルレンズ層１０ｃ、及び異方性拡散層１０ｄの層構造である。 (Reflective screen)
FIG. 4 shows an example of a cross-sectional structure of the reflective screen 10. The reflection screen 10 has a layer structure of a holding plate 10a, a reflection layer 10b, a UV polymerization Fresnel lens layer 10c, and an anisotropic diffusion layer 10d.

保持板１０ａは、反射スクリーン１０の平坦性を維持する基板であり、例えばプラスチック板等で構成される。保持板１０ａの正面側には、反射層１０ｂが形成される。   The holding plate 10a is a substrate that maintains the flatness of the reflective screen 10, and is formed of, for example, a plastic plate. A reflective layer 10b is formed on the front side of the holding plate 10a.

反射層１０ｂは、例えばアルミニウム、銀、ニッケル等の高反射率の金属で構成される。反射層１０ｂの正面側には、ＵＶ重合フレネルレンズ層１０ｃが形成される。   The reflective layer 10b is made of a highly reflective metal such as aluminum, silver, or nickel. A UV-polymerized Fresnel lens layer 10c is formed on the front side of the reflective layer 10b.

ＵＶ重合フレネルレンズ層１０ｃの正面側は平面であり、背面側がフレネルレンズ面を形成し、エポキシアクリルレート等の樹脂で構成される。ＵＶ重合フレネルレンズ層１０ｃの正面側には、異方性拡散層１０ｄが形成される。   The front side of the UV-polymerized Fresnel lens layer 10c is a flat surface, the back side forms a Fresnel lens surface, and is made of a resin such as epoxy acrylate. An anisotropic diffusion layer 10d is formed on the front side of the UV polymerization Fresnel lens layer 10c.

異方性拡散とは、拡散層により拡散する光りの拡散角度が、拡散層の表面形状と特定の関係にある直交二方向で相異なる特性を有する拡散層のことである。異方性拡散層１０ｄは、拡散角度範囲内での輝度の分布型が例えばガウス分布である。   Anisotropic diffusion is a diffusion layer in which the diffusion angle of light diffused by the diffusion layer has different characteristics in two orthogonal directions that have a specific relationship with the surface shape of the diffusion layer. The anisotropic diffusion layer 10d has a luminance distribution type within a diffusion angle range, for example, a Gaussian distribution.

図５に、反射スクリーン１０の輝度分布の例を示す。図５の横軸は視点Ｂ［度］、縦軸は輝度［cd/m2］である。 FIG. 5 shows an example of the luminance distribution of the reflective screen 10. The horizontal axis in FIG. 5 is the viewpoint B [degree], and the vertical axis is the luminance [cd / m 2 ].

視点Ｂ［度］は垂線方向である。0度を中心として±方向の入射角度θの変化に対して、なだらかに輝度が減少する特性を示す。この例では、入射角度θが約7度変化すると輝度が半減する特性を示す。   The viewpoint B [degree] is a perpendicular direction. It shows the characteristic that the luminance decreases gently with respect to the change of the incident angle θ in the ± direction around 0 degree. In this example, the luminance is reduced by half when the incident angle θ changes by about 7 degrees.

図４に例示する反射スクリーン１０を用いることで、図２に示す混合した合成輝度値の特性を実現できる。   By using the reflective screen 10 illustrated in FIG. 4, it is possible to realize the mixed composite luminance value characteristic illustrated in FIG. 2.

（変形例１）
図６に、立体画像表示装置１を変形した変形例１の機能構成例の一部を示す。変形例１は、同期部６０を備える。変形例１は、同期部６０を備える点で立体画像表示装置１（図１）と異なる。 (Modification 1)
FIG. 6 shows a part of a functional configuration example of Modification 1 in which the stereoscopic image display device 1 is modified. Modification 1 includes a synchronization unit 60. Modification 1 is different from the stereoscopic image display device 1 (FIG. 1) in that the synchronization unit 60 is provided.

同期部６０は、複数の表示装置２０にそれぞれ対応する映像信号の同期を取る。同期部６０には、映像信号供給部５０−１，５０−２，５０−３のそれぞれから映像ソースが供給される。   The synchronization unit 60 synchronizes video signals respectively corresponding to the plurality of display devices 20. Video sources are supplied to the synchronization unit 60 from the video signal supply units 50-1, 50-2, and 50-3, respectively.

映像信号供給部５０−１から供給される映像ソースは、表示装置２０−１から反射スクリーン１０に投影される。映像信号供給部５０−２から供給される映像ソースは、表示装置２０−２から反射スクリーン１０に投影される。映像信号供給部５０−３から供給される映像ソースは、表示装置２０−３から反射スクリーン１０に投影される。   The video source supplied from the video signal supply unit 50-1 is projected on the reflection screen 10 from the display device 20-1. The video source supplied from the video signal supply unit 50-2 is projected on the reflection screen 10 from the display device 20-2. The video source supplied from the video signal supply unit 50-3 is projected on the reflective screen 10 from the display device 20-3.

映像信号供給部５０から供給される映像ソースを、例えば動画とした場合、同期部６０はそれぞれの映像ソースの同期を取る。同期部６０は、映像ソースが例えばフレームレート60f/sの動画で有る場合、フレームごとに同期を取る。   When the video source supplied from the video signal supply unit 50 is, for example, a moving image, the synchronization unit 60 synchronizes each video source. For example, when the video source is a moving image with a frame rate of 60 f / s, the synchronization unit 60 performs synchronization for each frame.

フレームごとに同期を取ることで、動画であっても上記の知覚効果を得ることが可能である。また、同期部６０、映像信号供給部５０はネットワーク越しに存在してもよく、遠隔地で撮影した立体映像をリアルタイムで配信するシステムとしても機能できる。   By synchronizing every frame, it is possible to obtain the above perceptual effect even for moving images. In addition, the synchronization unit 60 and the video signal supply unit 50 may exist over a network, and can function as a system that distributes stereoscopic video captured at a remote place in real time.

（変形例２）
図７に、立体画像表示装置１を変形した変形例２の機能構成例を示す。図７は、立体画像表示装置１を、表示装置２０−１の側から見た側面図である。 (Modification 2)
FIG. 7 shows a functional configuration example of Modification 2 in which the stereoscopic image display device 1 is modified. FIG. 7 is a side view of the stereoscopic image display device 1 as viewed from the display device 20-1.

変形例２の反射スクリーン１０は、縦拡散の特性を持つ。縦拡散とは、ｙ方向に投影光を拡散させることである。つまり、変形例２の反射スクリーン１０は、縦方向に広い拡散特性を持つ。   The reflective screen 10 of the modification 2 has the characteristic of longitudinal diffusion. Vertical diffusion is to diffuse projection light in the y direction. That is, the reflective screen 10 of the modification 2 has a wide diffusion characteristic in the vertical direction.

縦拡散の特性を持たせることで、空間結像アイリス面４０−３を±ｙ方向に伸ばすことができる。その結果、観察者の視点がｙ方向に移動しても、ｘ軸方向のなめらかな輝度変化を知覚させることができるため、観察者の身長差や縦方向の視聴位置の違いにも対応できる。また、表示装置２０を床や天井に設置し、反射スクリーン１０に対して斜め上や下から投影しても正面位置に空間結像アイリス面４０を形成することができるため、観察範囲に機材を置かない構成や短焦点の表示装置の利用も可能になる。   By giving the characteristic of longitudinal diffusion, the spatial imaging iris surface 40-3 can be extended in the ± y direction. As a result, even if the observer's viewpoint moves in the y direction, a smooth luminance change in the x-axis direction can be perceived, so that it is possible to deal with differences in the height of the observer and differences in the viewing position in the vertical direction. Moreover, since the spatial imaging iris surface 40 can be formed at the front position even if the display device 20 is installed on the floor or ceiling and projected obliquely from above or below the reflective screen 10, equipment is placed in the observation range. It is also possible to use a display device with no configuration or short focus.

以上説明したように本実施形態の立体画像表示装置１によれば、フロント投影式であることから従来の透過型スクリーンの背後に表示装置を配置する方式よりも、表示装置数を削減でき、設置場所を省スペース化できる効果を奏する。また、立体画像表示装置１は、視点の移動に伴う輝度変化を、なめらかに知覚させることができる。   As described above, according to the stereoscopic image display device 1 of the present embodiment, since it is a front projection type, the number of display devices can be reduced and installed compared to the conventional method of disposing a display device behind a transmissive screen. The effect is that space can be saved. In addition, the stereoscopic image display apparatus 1 can smoothly perceive a luminance change accompanying the movement of the viewpoint.

また、本実施形態では、特別な映像処理が必要ない。例えばカメラで撮影した映像ソースをそのまま表示装置２０から投影するだけで上記の知覚効果を得ることができる。   In this embodiment, no special video processing is required. For example, the above perceptual effect can be obtained by simply projecting a video source photographed by a camera from the display device 20 as it is.

なお、上記の説明は、表示装置２０の数を３つで行ったが、表示装置２０は２つ以上で有れば良い。表示装置２０の数が多い程、投影範囲をｘ方向に拡大することができる。また、変形例１と２で説明した例は、それぞれを組み合わせることも可能である。また、立体画像表示装置１の設置を90度回転させる等により縦方向への多視点化も可能である。かつ、上記ではｘ軸方向での例を説明したが、縦拡散を使わない場合、ｙ軸方向にも同様に視点移動をなめらかにする投影が可能である。その場合は、表示装置２０をｘ軸方向とｙ軸方向に設置することで観察者が上下左右に移動してもその視点位置から見た映像を知覚させることができる。   In the above description, the number of display devices 20 is three, but it is sufficient that the number of display devices 20 is two or more. As the number of display devices 20 increases, the projection range can be expanded in the x direction. Further, the examples described in the first and second modifications can be combined. Further, it is possible to increase the number of viewpoints in the vertical direction by rotating the installation of the stereoscopic image display device 1 by 90 degrees. In the above description, the example in the x-axis direction has been described. However, when vertical diffusion is not used, projection that smoothly moves the viewpoint can be performed in the y-axis direction as well. In that case, by installing the display device 20 in the x-axis direction and the y-axis direction, an image viewed from the viewpoint position can be perceived even if the observer moves up and down and left and right.

また、上記の説明では反射スクリーン１０は、空間結像アイリス面４０を形成するスクリーンとし、輝度分布がガウス分布となる例で説明したが、輝度分布は線形で有っても良い。要するに、視点移動に伴ってなめらかに輝度が遷移する輝度分布を持つ反射スクリーンであれば代用できる。   In the above description, the reflection screen 10 is a screen that forms the spatial imaging iris surface 40 and the luminance distribution is a Gaussian distribution. However, the luminance distribution may be linear. In short, a reflective screen having a luminance distribution in which luminance smoothly changes as the viewpoint moves can be substituted.

このように本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で変形が可能である。   Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified within the scope of the gist thereof.

本実施の形態は、設置が容易で輝度も高いため、例えば、屋外用看板、リアルタイムコミュニケーション用の表示板、及びエンターテイメント・アミューズメント用の表記板に適用することができ、コミュケーションの分野で広く利用可能である。   Since this embodiment is easy to install and has high brightness, it can be applied to, for example, outdoor signboards, display boards for real-time communication, and display boards for entertainment and amusement, and is widely used in the field of communication. Is possible.

１：立体画像表示装置
１０：反射スクリーン
１０ａ：保持板
１０ｂ：反射層
１０ｃ：ＵＶ重合フレネルレンズ層
１０ｄ：異方性拡散層
２０−１，２０−２，２０−３：表示装置
３０−１，３０−２，３０−３：投影物
４０−１，４０−２，４０−３：空間結像アイリス面
５０−１，５０−２，５０−３：映像信号供給部
６０：同期部
ν：視差間隔
ｄ：間隔（距離）
Ａ：融合限界角度 1: stereoscopic image display device 10: reflective screen 10a: holding plate 10b: reflective layer 10c: UV polymerization Fresnel lens layer 10d: anisotropic diffusion layers 20-1, 20-2, 20-3: display device 30-1, 30-2, 30-3: Projections 40-1, 40-2, 40-3: Spatial imaging iris surfaces 50-1, 50-2, 50-3: Video signal supply unit 60: Synchronization unit ν: Parallax Interval d: Interval (distance)
A: Fusion limit angle

Claims (4)

焦点距離ｆの反射面からほぼaの距離離れた表示装置からの映像光が前記反射面で反射して該反射面からほぼbの距離離れた空間結像アイリス面を作る、(1/a)+(1/b)=1/f、の関係を満たす前記反射面を有する反射スクリーンにおいて、
前記映像光（入射光）の反射スクリーンによる反射光の水平方向の明るさが、入射光の正反射方向から外れるに従い、線形または単調に減少する拡散特性を有し、
前記拡散特性により、空間結像アイリス面の水平方向光強度も中心付近から外れるに従い、線形または単調に減少するようにし、
前記空間結像アイリス面の周辺部の水平方向光強度が減少する位置に、別の表示装置の空間結像アイリス面の水平方向光強度の中心付近がくるように、２台以上の表示装置からの映像光を重ねて投影する
ことを特徴とする立体画像表示装置。 Image light from a display device that is separated by a distance from a reflecting surface having a focal length f is reflected by the reflecting surface to form a spatial imaging iris surface that is separated by a distance b from the reflecting surface; (1 / a) In the reflective screen having the reflective surface that satisfies the relationship + (1 / b) = 1 / f,
The horizontal brightness of the reflected light from the image light (incident light) reflecting screen has a diffusion characteristic that decreases linearly or monotonously as it deviates from the regular reflection direction of the incident light,
Due to the diffusion characteristics, the horizontal light intensity of the spatial imaging iris surface also decreases linearly or monotonously as it deviates from the vicinity of the center,
From two or more display devices, the center of the horizontal light intensity of the spatial imaging iris surface of another display device comes to a position where the horizontal light intensity of the peripheral portion of the spatial imaging iris surface decreases. A stereoscopic image display device characterized by superimposing and projecting the image light. 隣り合う前記表示装置から投影される映像の合成輝度の最小値は、２つ以上の前記表示装置のそれぞれから投影される映像の輝度最大値の平均値よりも高くなるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。   The minimum value of the combined luminance of the images projected from the adjacent display devices is set to be higher than the average value of the maximum luminance values of the images projected from each of the two or more display devices. The stereoscopic image display apparatus according to claim 1, wherein 前記反射スクリーンは、縦方向に広い拡散特性を持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像表示装置。   The stereoscopic image display device according to claim 1, wherein the reflective screen has a wide diffusion characteristic in a vertical direction. 複数の前記表示装置にそれぞれ対応する映像信号の同期を取る同期部を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の立体画像表示装置。   The stereoscopic image display device according to claim 1, further comprising a synchronization unit that synchronizes video signals respectively corresponding to the plurality of display devices.
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