JP2021103276A - Image display device - Google Patents

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Abstract

To provide an image display device capable of displaying three-dimensional images in space and at the same time overlapping them with a background.SOLUTION: An image display device (100) includes: a first image projection part (S1) for radiating a first image; a second image projection part (S2) for radiating a second image; an image-forming optical part (10) for forming a first image at a first distance and forming a second image at a second distance; and a control part (40) for controlling the first image projection part (S1) and the second image projection part (S2). The control part (40) has a luminance balance control part (43) for controlling luminance of the first image and luminance of the second image, and the luminance balance control part (43) changes the luminance of the first image and the luminance of the second image with time.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に空間の奥行方向に複数の画像を重ね合わせて結像させる画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device that superimposes and forms an image of a plurality of images in the depth direction of space.

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。 Conventionally, as a device for displaying various information in a vehicle, an instrument panel that lights and displays an icon has been used. Further, as the amount of information to be displayed increases, it is also proposed to embed an image display device in the instrument panel or to configure the entire instrument panel with the image display device.

しかし、計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ(以下HUD:Head Up Display)も提案されている(例えば、特許文献1を参照)。このようなHUDでは、フロントガラスの広い範囲に画像を投影するための光学装置が必要であり、光学装置の小型化および軽量化が望まれている。 However, since the instrument panel is located below the windshield of the vehicle, it is not preferable for the driver to visually recognize the information displayed on the instrument panel because it is necessary to move the line of sight downward during driving. Therefore, a head-up display (hereinafter referred to as HUD: Head Up Display) that projects an image on the windshield so that the driver can read the information when he / she visually recognizes the front of the vehicle has also been proposed (for example, Patent Document 1). See). In such a HUD, an optical device for projecting an image onto a wide range of the windshield is required, and it is desired to reduce the size and weight of the optical device.

一方で、小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置としては、メガネ形状をしたヘッドマウント型のHUDが知られている(例えば、特許文献2を参照)。ヘッドマウント型のHUDでは、光源から照射された光を視聴者の眼に直接照射して、視聴者の網膜に画像を投影している。 On the other hand, as an image display device that projects light using a small optical device, a glasses-shaped head-mounted HUD is known (see, for example, Patent Document 2). In the head-mounted HUD, the light emitted from the light source is directly applied to the viewer's eyes, and the image is projected on the viewer's retina.

また、2つの液晶表示装置を用いて2つの二次元画像を表示し、両者の輝度を変化させることで立体錯視現象を利用して中間位置の空間に画像が存在するかのように認識させるDFD(Depth Fused 3D)ディスプレイも提案されている(例えば、特許文献3を参照)。 In addition, DFD that displays two two-dimensional images using two liquid crystal display devices and changes the brightness of both to recognize the image as if it exists in the space at the intermediate position by utilizing the stereoscopic illusion phenomenon. (Deptth Forced 3D) displays have also been proposed (see, eg, Patent Document 3).

特開2018−118669号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-118669 特表2018−528446号公報Special Table 2018-528446 特開2009−237310号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-237310

しかし、従来のヘッドマウント型HUDでは、背景と画像を重ね合わせて表示することはできるものの、表示できる画像は奥行きのない二次元画像であった。従来のヘッドマウント型HUDでも、左右の目に視認させる画像に両眼視差をもたせることで、原理的には立体視による立体画像表示は可能であるが、両眼の視野中において2つの画像を正確に重ね合わせることは困難であった。 However, in the conventional head-mounted HUD, although the background and the image can be displayed in an overlapping manner, the displayable image is a two-dimensional image having no depth. Even with the conventional head-mounted HUD, it is possible to display a stereoscopic image by stereoscopic vision by giving binocular parallax to the image to be visually recognized by the left and right eyes, but in principle, two images can be displayed in the visual field of both eyes. It was difficult to superimpose them accurately.

また、DFDディスプレイでの立体錯視では、2つの画像表示装置を奥行方向に配置する必要があるため、装置が大型化してヘッドマウント型のHUDに用いることは困難であった。また、背景画像と立体的な画像を重ね合わせて表示することも困難であった。 Further, in the stereoscopic illusion on the DFD display, since it is necessary to arrange the two image display devices in the depth direction, it is difficult to use the devices for the head mount type HUD due to the large size of the devices. It is also difficult to superimpose and display the background image and the three-dimensional image.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、空間中に立体的な画像を表示させつつ、背景と重ね合わせ可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an image display device capable of superimposing a three-dimensional image on a background while displaying a three-dimensional image in space.

上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、第1画像を照射する第1画像投影部と、第2画像を照射する第2画像投影部と、前記第1画像を第1距離に結像し、前記第2画像を第2距離に結像する結像光学部と、前記第1画像投影部および前記第2画像投影部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第1画像と前記第2画像の輝度を制御する輝度バランス制御部を有し、前記輝度バランス制御部は、経時的に前記第1画像の輝度および前記第2画像の輝度を変化させることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the image display device of the present invention has a first image projection unit that irradiates the first image, a second image projection unit that irradiates the second image, and a first distance between the first image. The control unit includes an imaging optical unit that forms an image on the image and forms the second image at a second distance, and a control unit that controls the first image projection unit and the second image projection unit. It has a brightness balance control unit that controls the brightness of the first image and the second image, and the brightness balance control unit changes the brightness of the first image and the brightness of the second image over time. It is a feature.

このような本発明の画像表示装置では、結像光学部を用いて第1距離に第1画像を結像し、第2距離に第2画像を結像し、輝度バランス制御部で第1画像と第2画像の輝度を経時的に変化させることで、DFD立体錯視を用いて空間中に立体的な画像を表示させつつ、背景と重ね合わせ可能となる。 In such an image display device of the present invention, the imaging optical unit is used to form a first image at a first distance, a second image is formed at a second distance, and a brightness balance control unit is used to form a first image. By changing the brightness of the second image over time, it is possible to superimpose the image on the background while displaying the three-dimensional image in space using the DFD stereoscopic illusion.

また本発明の一態様では、前記第1画像および/または前記第2画像の結像位置を変化させる駆動部を有する。 Further, in one aspect of the present invention, it has a driving unit that changes the imaging position of the first image and / or the second image.

また本発明の一態様では、前記駆動部は、前記第1距離および/または前記第2距離を変化させる。 Further, in one aspect of the present invention, the driving unit changes the first distance and / or the second distance.

また本発明の一態様では、前記駆動部は、前記第1距離における前記第1画像および/または前記第2距離における前記第2画像を平行移動させる。 Further, in one aspect of the present invention, the driving unit translates the first image and / or the second image at the second distance.

また本発明の一態様では、前記第1画像投影部が照射した光の一部を第1方向に反射するとともに、残りの光を第2方向に透過するビームスプリッタと、前記第1方向に進行した光を前記ビームスプリッタに再帰反射させる第1再帰反射部と、前記第2方向に進行した光を前記ビームスプリッタに再帰反射させる第2再帰反射部とを備え、前記ビームスプリッタは、前記第1再帰反射部で反射された光を第3方向に透過し、前記第2再帰反射部で反射された光を前記第3方向に反射し、前記第3方向に進行した光を空間上に結像させるダイクロイックミラーを備える。 Further, in one aspect of the present invention, a beam splitter that reflects a part of the light emitted by the first image projection unit in the first direction and transmits the remaining light in the second direction, and advances in the first direction. The beam splitter includes a first retroreflective unit that retroreflects the generated light to the beam splitter and a second retroreflective unit that retroreflects the light traveling in the second direction to the beam splitter. The light reflected by the retroreflective unit is transmitted in the third direction, the light reflected by the second retroreflective unit is reflected in the third direction, and the light traveling in the third direction is imaged in space. Equipped with a dichroic mirror to make it.

また本発明の一態様では、前記ビームスプリッタは、前記第2画像投影部が照射した光の一部を前記第1方向に反射するとともに、残りの光を第2方向に透過する。 Further, in one aspect of the present invention, the beam splitter reflects a part of the light emitted by the second image projection unit in the first direction and transmits the remaining light in the second direction.

本発明では、空間中に立体的な画像を表示させつつ、背景と重ね合わせ可能な画像表示装置を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an image display device capable of superimposing a three-dimensional image on a background while displaying a three-dimensional image in space.

第1実施形態に係る画像表示装置100の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the image display device 100 which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る画像表示装置100の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the image display device 100 which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態における第1画像A1と第2画像A2の経時的な輝度変化とDFD立体錯視による立体表示を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the time-dependent brightness change of the 1st image A1 and the 2nd image A2 and the stereoscopic display by the DFD stereoscopic illusion in 1st Embodiment. 第2実施形態における第1画像A1と第2画像A2の移動を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the movement of the 1st image A1 and the 2nd image A2 in 2nd Embodiment. DFD立体錯視を用いた時間変化する立体表示を示す模式図であり、図5(a)は時間t=0での表示を示し、図5(b)は時間t=Δtでの表示を示している。It is a schematic diagram which shows the time-changing stereoscopic display using the DFD stereoscopic illusion, FIG. 5A shows the display at time t = 0, and FIG. 5B shows the display at time t = Δt. There is.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態に係る画像表示装置100の構成を示す模式図である。図1に示すように画像表示装置100は、ビームスプリッタBS1,BS2と、再帰反射部RR1,RR2と、ダイクロイックミラーDMと、第1画像投影部S1と、第2画像投影部S2と、輝度調整部RND1,RND2を備えている。
(First Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an image display device 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the image display device 100 includes beam splitters BS1 and BS2, retroreflective units RR1 and RR2, a dichroic mirror DM, a first image projection unit S1, a second image projection unit S2, and brightness adjustment. The parts RND1 and RND2 are provided.

図1に示した画像表示装置100では、視聴者は、第1画像投影部S1および第2画像投影部S2から投影された第1画像A1、第2画像A2を奥行方向に異なる距離に視認する。図1においては、第1画像A1、第2画像A2が並ぶ方向を奥行方向とし、奥行方向に直交する上下方向を垂直方向とし、奥行方向と垂直方向に直交する方向を横方向とする。 In the image display device 100 shown in FIG. 1, the viewer visually recognizes the first image A1 and the second image A2 projected from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 at different distances in the depth direction. .. In FIG. 1, the direction in which the first image A1 and the second image A2 are lined up is the depth direction, the vertical direction orthogonal to the depth direction is the vertical direction, and the direction orthogonal to the depth direction is the horizontal direction.

ビームスプリッタBS1は、入射した光の一部を透過するとともに一部を反射する部材であり、表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板を用いることができる。ビームスプリッタBS1は垂直方向と奥行方向に対して45度の角度となるように配置されている。また、第1画像投影部S1および第2画像投影部S2から照射される光の光軸に対しても45度傾斜して配置されている。 The beam splitter BS1 is a member that transmits a part of the incident light and reflects a part of the incident light, and a partial reflector having a film for adjusting the reflectance on the surface can be used. The beam splitter BS1 is arranged so as to have an angle of 45 degrees with respect to the vertical direction and the depth direction. Further, the light is arranged so as to be inclined by 45 degrees with respect to the optical axis of the light emitted from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2.

再帰反射部RR1,RR2は、入射した光を入射方向に対して集光性を保ったまま反射させる光学部材であり、反射膜の表面側に微小なガラスビーズを敷き詰めた構造やプリズムを用いた構造の再帰反射部を用いることができる。再帰反射部RR1は、ビームスプリッタBS2の下方に配置され、主面が水平方向とされている。再帰反射部RR2は、ビームスプリッタBS1,BS2と並んで奥行方向に配置され、主面が垂直方向とされている。 The retroreflective portions RR1 and RR2 are optical members that reflect the incident light in the incident direction while maintaining the light-collecting property, and use a structure or a prism in which minute glass beads are spread on the surface side of the reflective film. A retroreflective part of the structure can be used. The retroreflective unit RR1 is arranged below the beam splitter BS2, and its main surface is in the horizontal direction. The retroreflective unit RR2 is arranged in the depth direction alongside the beam splitters BS1 and BS2, and the main surface is in the vertical direction.

ビームスプリッタBS2は、入射した光の一部を透過するとともに一部を反射する部材であり、表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板を用いることができる。ビームスプリッタBS2は垂直方向と奥行方向に対して45度の角度となるように傾斜して配置されている。また、第1画像投影部S1および第2画像投影部S2から照射される光の光軸に対しても45度傾斜して配置されている。さらに、ビームスプリッタBS2とビームスプリッタBS1の傾斜方向は互いに反対であり、90度の角度で交差するように対向して配置されている。 The beam splitter BS2 is a member that transmits a part of the incident light and reflects a part of the incident light, and a partial reflector having a film for adjusting the reflectance on the surface can be used. The beam splitter BS2 is arranged so as to be inclined at an angle of 45 degrees with respect to the vertical direction and the depth direction. Further, the light is arranged so as to be inclined by 45 degrees with respect to the optical axis of the light emitted from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2. Further, the beam splitter BS2 and the beam splitter BS1 are inclined in opposite directions, and are arranged so as to intersect each other at an angle of 90 degrees.

ここでは、ビームスプリッタBS1,BS2での光の透過率と反射率は任意のバランスを選択することができるが、例えば透過率を50%として反射率を50%とする。また、ビームスプリッタBS1,BS2の傾斜角度として45度と直交の例を示したが、第1画像投影部S1および第2画像投影部S2からの光照射方向と画像の結像位置との関係から適切な角度を用いることができる。 Here, any balance can be selected between the light transmittance and the reflectance of the beam splitters BS1 and BS2. For example, the transmittance is 50% and the reflectance is 50%. Further, an example in which the tilt angles of the beam splitters BS1 and BS2 are orthogonal to 45 degrees is shown, but from the relationship between the light irradiation direction from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 and the image formation position of the image. Appropriate angles can be used.

ダイクロイックミラーDMは、特定波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学部材である。ダイクロイックミラーDMは、再帰反射部RR1、ビームスプリッタBS2の上方に配置されており、奥行方向に45度の角度となるように傾斜して配置されている。図1に示した例では、ダイクロイックミラーDMは、第1画像投影部S1および第2画像投影部S2から照射される光の波長を反射し、その他の可視光を透過するものを用いる。後述するように、ダイクロイックミラーDMで反射された光によって、第1画像A1と第2画像A2が空間上で結像されるので、ダイクロイックミラーDMは本発明における結像光学部を構成している。 The dichroic mirror DM is an optical member that reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths. The dichroic mirror DM is arranged above the retroreflective portion RR1 and the beam splitter BS2, and is arranged so as to be inclined at an angle of 45 degrees in the depth direction. In the example shown in FIG. 1, as the dichroic mirror DM, a dichroic mirror DM that reflects the wavelength of the light emitted from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 and transmits other visible light is used. As will be described later, since the first image A1 and the second image A2 are imaged in space by the light reflected by the dichroic mirror DM, the dichroic mirror DM constitutes the imaging optical unit in the present invention. ..

また、図1では省略しているが、ビームスプリッタBS2とダイクロイックミラーDMとの間に結像光学系の一部として結像レンズを配置するとしてもよい。結像レンズは、ビームスプリッタBS2を透過してきた光を空間上の所定位置に結像させるための光学部材であり、複数のレンズ群を用いてもよい。 Further, although omitted in FIG. 1, an imaging lens may be arranged between the beam splitter BS2 and the dichroic mirror DM as a part of the imaging optical system. The imaging lens is an optical member for forming an image of light transmitted through the beam splitter BS2 at a predetermined position in space, and a plurality of lens groups may be used.

第1画像投影部S1と第2画像投影部S2は、それぞれ画像を構成する光を照射する装置であり、それぞれ視聴者の目から所定距離に対して画像を投影する。第1画像投影部S1は、ビームスプリッタBS1の下方に配置され、ビームスプリッタBS1の他方の面(ビームスプリッタBS2と対向する面)に対して垂直方向に光を照射する。第2画像投影部S2は、ビームスプリッタBS1,BS2および再帰反射部RR2と並んで奥行方向に配置され、ビームスプリッタBS1の一方の面(ビームスプリッタBS2とは反対側の面)に対して奥行方向に光を照射する。 The first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 are devices that irradiate light that constitutes an image, respectively, and project an image at a predetermined distance from the eyes of the viewer. The first image projection unit S1 is arranged below the beam splitter BS1 and irradiates light in the direction perpendicular to the other surface of the beam splitter BS1 (the surface facing the beam splitter BS2). The second image projection unit S2 is arranged in the depth direction along with the beam splitter BS1 and BS2 and the retroreflection unit RR2, and is in the depth direction with respect to one surface of the beam splitter BS1 (the surface opposite to the beam splitter BS2). Is radiated with light.

第1画像投影部S1、第2画像投影部S2の構成は限定されず、バックライトを備えた液晶表示装置、自発光の有機EL表示装置、光源と変調素子を用いたプロジェクター装置等を用いることができる。第1画像投影部S1および第2画像投影部S2が投影する画像は、静止画でも動画であってもよく、それぞれの投影する画像が同一であっても異なっていてもよい。また、第1画像投影部S1と第2画像投影部S2のそれぞれにレンズ等の光学部材を含ませてもよい。 The configuration of the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 is not limited, and a liquid crystal display device equipped with a backlight, a self-luminous organic EL display device, a projector device using a light source and a modulation element, or the like is used. Can be done. The images projected by the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 may be still images or moving images, and the projected images may be the same or different. Further, each of the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 may include an optical member such as a lens.

輝度調整部RND1,RND2は、それぞれ第1画像投影部S1および第2画像投影部S2から照射される光の量を調整し、空中に結像される第1画像A1と第2画像A2の輝度を制御する光学要素である。輝度調整部RND1,RND2の具体的な構成は限定されないが、例えば円形可変型NDフィルタや偏光板などを用いることができる。また、第1画像投影部S1と第2画像投影部S2のそれぞれが照射する光量を制御することで輝度調整をするとしてもよい。 The brightness adjusting units RND1 and RND2 adjust the amount of light emitted from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2, respectively, and the brightness of the first image A1 and the second image A2 formed in the air. It is an optical element that controls. The specific configuration of the brightness adjusting units RND1 and RND2 is not limited, but for example, a circular variable ND filter, a polarizing plate, or the like can be used. Further, the brightness may be adjusted by controlling the amount of light emitted by each of the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2.

図1に示したように、第1画像投影部S1から照射された光は、ビームスプリッタBS1で反射された後にビームスプリッタBS2に到達する。また、第2画像投影部S2から照射された光は、ビームスプリッタBS1を透過した後にビームスプリッタBS2に到達する。 As shown in FIG. 1, the light emitted from the first image projection unit S1 reaches the beam splitter BS2 after being reflected by the beam splitter BS1. Further, the light emitted from the second image projection unit S2 passes through the beam splitter BS1 and then reaches the beam splitter BS2.

ビームスプリッタBS2に到達した光の一部は反射されて再帰反射部RR1方向に進行し、再帰反射部RR1で再反射されてビームスプリッタBS2に再入射する。ビームスプリッタBS2に再入射した光は、ビームスプリッタBS2を透過し、ダイクロイックミラーDMで反射されて第1画像A1および第2画像A2として結像される。第1画像A1および第2画像A2として結像された光は、ヘッドマウントディスプレイHMDを透過して視聴者の目に到達する。したがって、視聴者は奥行方向における空中に第1画像A1と第2画像A2を視認する。 A part of the light reaching the beam splitter BS2 is reflected and travels in the retroreflective portion RR1 direction, is rereflected by the retroreflective portion RR1, and reincidents on the beam splitter BS2. The light re-entering the beam splitter BS2 passes through the beam splitter BS2, is reflected by the dichroic mirror DM, and is imaged as the first image A1 and the second image A2. The light formed as the first image A1 and the second image A2 passes through the head-mounted display HMD and reaches the viewer's eyes. Therefore, the viewer visually recognizes the first image A1 and the second image A2 in the air in the depth direction.

ビームスプリッタBS2に到達した光の残りは透過して再帰反射部RR2方向に進行し、再帰反射部RR2で再反射されてビームスプリッタBS2に再入射する。ビームスプリッタBS2に再入射した光は、ビームスプリッタBS2で一部反射され、ダイクロイックミラーDMで反射されて第1画像A1および第2画像A2として結像される。 The rest of the light that has reached the beam splitter BS2 is transmitted and travels in the retroreflective section RR2 direction, is rereflected by the retroreflective section RR2, and reincidents on the beam splitter BS2. The light re-entering the beam splitter BS2 is partially reflected by the beam splitter BS2, reflected by the dichroic mirror DM, and imaged as the first image A1 and the second image A2.

図1に示したように、再帰反射部RR1と再帰反射部RR2を用いることで、再帰反射部RR2で再帰反射された光もビームスプリッタBS2で反射されてダイクロイックミラーDMに到達して、第1画像A1および第2画像A2として結像される。したがって、ビームスプリッタBS2を透過した光と反射した光が第1画像A1および第2画像A2の結像に用いられるため、光量の低下が抑制される。 As shown in FIG. 1, by using the retroreflective unit RR1 and the retroreflective unit RR2, the light retroreflected by the retroreflective unit RR2 is also reflected by the beam splitter BS2 and reaches the dichroic mirror DM, and the first It is imaged as an image A1 and a second image A2. Therefore, since the light transmitted through the beam splitter BS2 and the reflected light are used for imaging the first image A1 and the second image A2, the decrease in the amount of light is suppressed.

このとき、再帰反射部RR1で再帰反射された光と、再帰反射部RR2で再帰反射された光は、ビームスプリッタBS2で分岐された同一内容の画像であり、互いに重ね合わされてダイクロイックミラーDMに到達する必要がある。したがって、再帰反射部RR1と再帰反射部RR2の光学的な特性が同一である場合には、再帰反射部RR1と再帰反射部RR2からビームスプリッタBS2の距離を等しくするか、もしくは波長の整数倍にすることが好ましい。 At this time, the light retroreflected by the retroreflective unit RR1 and the light retroreflected by the retroreflective unit RR2 are images of the same content branched by the beam splitter BS2, and reach the dichroic mirror DM by superimposing them on each other. There is a need to. Therefore, when the optical characteristics of the retroreflective unit RR1 and the retroreflective unit RR2 are the same, the distance from the retroreflective unit RR1 and the retroreflective unit RR2 to the beam splitter BS2 is equalized, or the distance is made an integral multiple of the wavelength. It is preferable to do so.

上述したように視聴者は、第1画像A1および第2画像A2を結像させる光が、同一の視聴者における視野範囲に入射し、奥行方向に異なる位置である第1距離および第2距離に、第1画像A1および第2画像A2を視認できる。同時に、視聴者はダイクロイックミラーDMを透過して目に到達する背景を視認できる。したがって、視聴者は背景に第1画像A1および第2画像A2を重ね合わせたエアリアルイメージを視認することになる。 As described above, in the viewer, the light forming the first image A1 and the second image A2 is incident on the visual field range of the same viewer and is located at different positions in the depth direction at the first distance and the second distance. , The first image A1 and the second image A2 can be visually recognized. At the same time, the viewer can visually recognize the background that reaches the eyes through the dichroic mirror DM. Therefore, the viewer visually recognizes an aerial image in which the first image A1 and the second image A2 are superimposed on the background.

また、第1画像投影部S1および第2画像投影部S2からビームスプリッタBS1に到達する光を輝度調整部RND1,RND2が制御することで、空間中に結像された第1画像A1および第2画像A2の輝度が制御される。 Further, the brightness adjusting units RND1 and RND2 control the light reaching the beam splitter BS1 from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2, so that the first image A1 and the second image formed in space are formed. The brightness of the image A2 is controlled.

図2は、本実施形態に係る画像表示装置100の構成を模式的に示すブロック図である。画像表示装置100は、結像光学部10と、投影部20と、駆動部30と、制御部40とを備えている。 FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the image display device 100 according to the present embodiment. The image display device 100 includes an imaging optical unit 10, a projection unit 20, a driving unit 30, and a control unit 40.

結像光学部10は、第1結像光学部11と第2結像光学部12を含み、第1画像A1および第2画像A2を空中の所定距離に結像する要素であり、それぞれが複数の光学部材を組み合わせて構成されている。図1に示した例では、第1結像光学部11は、第1画像投影部S1に含まれる光学部材、ビームスプリッタBS1,BS2、第1再帰反射部RR1、第2再帰反射部RR2およびダイクロイックミラーDMにより構成されている。同様に第2結像光学部12は、第2画像投影部S2に含まれる光学部材、ビームスプリッタBS1,BS2、第1再帰反射部RR1、第2再帰反射部RR2およびダイクロイックミラーDMにより構成されている。 The imaging optical unit 10 includes a first imaging optical unit 11 and a second imaging optical unit 12, and is an element that forms an image of the first image A1 and the second image A2 at a predetermined distance in the air, each of which is a plurality of elements. It is configured by combining the optical members of. In the example shown in FIG. 1, the first imaging optical unit 11 includes an optical member included in the first image projection unit S1, beam splitters BS1 and BS2, a first retroreflective unit RR1, a second retroreflective unit RR2, and a dichroic filter. It is composed of a mirror DM. Similarly, the second imaging optical unit 12 is composed of an optical member included in the second image projection unit S2, beam splitters BS1 and BS2, a first retroreflective unit RR1, a second retroreflective unit RR2, and a dichroic mirror DM. There is.

投影部20は、第1画像投影部S1および第2画像投影部S2を含み、複数の画像を構成するための光を照射する要素である。第1画像投影部S1および第2画像投影部S2から照射された光は、それぞれ第1結像光学部11、第2結像光学部12を介して第1距離、第2距離に第1画像A1、第2画像A2を結像する。 The projection unit 20 includes a first image projection unit S1 and a second image projection unit S2, and is an element that irradiates light for forming a plurality of images. The light emitted from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 passes through the first imaging optical unit 11 and the second imaging optical unit 12, respectively, to the first image at the first distance and the first image at the second distance. A1 and the second image A2 are imaged.

駆動部30は、第1駆動部31および第2駆動部32を含み、それぞれが第1画像投影部S1、第1結像光学部11、第2画像投影部S2および第2結像光学部12の位置や角度を機械的に変更する要素である。駆動部30の具体的な構成は限定されず、公知のモータやアクチュエータを用いることができる。また、大画面の表示装置を第1画像投影部S1と第2画像投影部S2として用い、大画面内において画像を表示する領域を変更することで光の照射位置を変更する構成を第1駆動部31および第2駆動部32としてもよい。 The drive unit 30 includes a first drive unit 31 and a second drive unit 32, which are the first image projection unit S1, the first imaging optical unit 11, the second image projection unit S2, and the second imaging optical unit 12, respectively. It is an element that mechanically changes the position and angle of. The specific configuration of the drive unit 30 is not limited, and known motors and actuators can be used. Further, the first drive is a configuration in which a large screen display device is used as the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2, and the light irradiation position is changed by changing the area for displaying an image in the large screen. The unit 31 and the second drive unit 32 may be used.

制御部40は、情報処理部41、画像処理部42、輝度バランス制御部43および駆動制御部44を含み、画像表示装置100に含まれる各部の動作を制御する。情報処理部41は、各種情報を所定の手順に従って処理する部分であり、中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)とメモリ、外部記憶装置、各種インターフェースを備えるコンピュータである。また、情報処理部41では、画像処理部42、輝度バランス制御部43および駆動制御部44の動作を制御し、画像信号と制御信号の処理を同期させる。 The control unit 40 includes an information processing unit 41, an image processing unit 42, a brightness balance control unit 43, and a drive control unit 44, and controls the operation of each unit included in the image display device 100. The information processing unit 41 is a part that processes various information according to a predetermined procedure, and is a computer including a central processing unit (CPU: Central Processing Unit), a memory, an external storage device, and various interfaces. Further, the information processing unit 41 controls the operations of the image processing unit 42, the luminance balance control unit 43, and the drive control unit 44, and synchronizes the processing of the image signal and the control signal.

画像処理部42は、投影部20が投影する各画像情報の処理を行うとともに、第1画像投影部S1、第2画像投影部S2に対して画像信号を送って各画像を構成する光を照射させる部分である。 The image processing unit 42 processes each image information projected by the projection unit 20 and sends an image signal to the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 to irradiate the light constituting each image. It is the part to make.

輝度バランス制御部43は、輝度調整部RND1,RND2を駆動制御することで第1画像投影部S1と第2画像投影部S2から照射される光の光量を制御し、空間中に結像される第1画像A1と第2画像A2の輝度を調整する部分である。 The brightness balance control unit 43 controls the amount of light emitted from the first image projection unit S1 and the second image projection unit S2 by driving and controlling the brightness adjustment units RND1 and RND2, and forms an image in space. This is a portion for adjusting the brightness of the first image A1 and the second image A2.

駆動制御部44は、駆動部30の動作を制御する部分であり、第1駆動部31、第2駆動部32の動作を指示する制御信号を伝達する。駆動制御部44からの制御信号には、第1画像投影部S1、第1結像光学部11、第2画像投影部S2、第2結像光学部12の何れかについての位置や角度の情報が含まれる。 The drive control unit 44 is a part that controls the operation of the drive unit 30, and transmits a control signal instructing the operation of the first drive unit 31 and the second drive unit 32. The control signal from the drive control unit 44 includes information on the position and angle of any one of the first image projection unit S1, the first imaging optical unit 11, the second image projection unit S2, and the second imaging optical unit 12. Is included.

図3は、本実施形態における第1画像A1と第2画像A2の経時的な輝度変化とDFD立体錯視による立体表示を示す模式図である。図3では、第1画像A1と第2画像A2の輝度をグレースケールの濃淡として表現し、濃色が高輝度を表し淡色が低輝度を表している。 FIG. 3 is a schematic view showing a change in brightness of the first image A1 and the second image A2 with time and a stereoscopic display by a DFD stereoscopic illusion in the present embodiment. In FIG. 3, the luminance of the first image A1 and the second image A2 is expressed as a shade of gray scale, the dark color represents the high brightness and the light color represents the low brightness.

図3(a)に示すように、第1画像A1を高輝度で結像し第2画像A2を低輝度で結像すると、視聴者は立体錯視によって輝度が高い第1画像A1の結像位置に近い側に画像を認識する。一例としては、第1画像A1の相対輝度を100とし、第2画像A2の相対輝度を0とした場合には、視聴者が立体錯視で認識する二次元画像の位置は第1画像A1の結像位置となる。 As shown in FIG. 3A, when the first image A1 is imaged with high brightness and the second image A2 is imaged with low brightness, the viewer can see the imaging position of the first image A1 having high brightness due to the stereoscopic illusion. Recognize the image on the side closer to. As an example, when the relative brightness of the first image A1 is 100 and the relative brightness of the second image A2 is 0, the position of the two-dimensional image recognized by the viewer in the stereoscopic illusion is the connection of the first image A1. It becomes the image position.

図3(b)に示すように、第1画像A1と第2画像A2の輝度が同程度の場合には、視聴者が立体錯視で認識する二次元画像の位置は、第1画像A1と第2画像A2の中間位置となる。 As shown in FIG. 3B, when the brightness of the first image A1 and the second image A2 are about the same, the positions of the two-dimensional images recognized by the viewer in the stereoscopic illusion are the first image A1 and the first image A1. 2 It is an intermediate position of the image A2.

図3(c)に示すように、第1画像A1を低輝度で結像し第2画像A2を高輝度で結像すると、視聴者は立体錯視によって輝度が高い第2画像A2の結像位置に近い側に画像を認識する。一例としては、第1画像A1の相対輝度を0とし、第2画像A2の相対輝度を100とした場合には、視聴者が立体錯視で認識する二次元画像の位置は第2画像A2の結像位置となる。 As shown in FIG. 3C, when the first image A1 is imaged with low brightness and the second image A2 is imaged with high brightness, the viewer can see the imaging position of the second image A2 having high brightness due to the stereoscopic illusion. Recognize the image on the side closer to. As an example, when the relative brightness of the first image A1 is 0 and the relative brightness of the second image A2 is 100, the position of the two-dimensional image recognized by the viewer in the stereoscopic illusion is the connection of the second image A2. It becomes the image position.

図3では、第1画像A1と第2画像A2の輝度バランスとして、100:0、50:50、0:100の例を示したが、他の輝度バランスであっても、視聴者は立体錯視によって第1画像A1と第2画像A2の中間位置に二次元画像を認識する。ここで第1画像A1と第2画像A2の輝度バランスがa:bとすると、第1画像A1と第2画像A2の間の距離lをa:bの比率で分割する位置に立体錯視により二次元画像が認識される。 In FIG. 3, an example of 100: 0, 50:50, 0: 100 is shown as the brightness balance of the first image A1 and the second image A2, but even if the brightness balance is other, the viewer has a stereoscopic illusion. Recognizes a two-dimensional image at an intermediate position between the first image A1 and the second image A2. Here, assuming that the brightness balance between the first image A1 and the second image A2 is a: b, the distance l between the first image A1 and the second image A2 is divided by the ratio of a: b. The dimensional image is recognized.

本実施形態の画像表示装置100では、輝度バランス制御部43が経時的に第1画像A1と第2画像A2の輝度バランスa:bを変化させることで、視聴者は第1画像A1の結像位置から第2画像A2の結像位置までの中間地点においても複数の二次元画像を立体錯視により視認する。したがって、図3(d)に示すような立体的な錯視画像DFDを視聴者が認識する。 In the image display device 100 of the present embodiment, the brightness balance control unit 43 changes the brightness balance a: b of the first image A1 and the second image A2 over time, so that the viewer can image the first image A1. A plurality of two-dimensional images are visually recognized by stereoscopic illusion even at an intermediate point from the position to the image formation position of the second image A2. Therefore, the viewer recognizes the three-dimensional illusion image DFD as shown in FIG. 3 (d).

輝度バランス制御部43による輝度バランスの制御は、100:0から0:100までを1フレームとして繰り返される。1フレーム中での輝度バランスa:bのステップ数が多くなるほど、錯視画像DFDにおける中間位置での立体錯視が増加し、より立体的な表現が可能となる。また、1フレームに要する時間が長すぎると、二次元画像が奥行き方向に移動しているだけのように認識されてしまうので、1フレームに要する時間は200ミリ秒以下とすることが好ましい。加えて、2つのフレーム間での視角差が7分以下であれば、立体錯視可能となるため好ましい。 The luminance balance control by the luminance balance control unit 43 is repeated with 100: 0 to 0: 100 as one frame. As the number of steps of the luminance balance a: b in one frame increases, the stereoscopic illusion at the intermediate position in the illusion image DFD increases, and more stereoscopic expression becomes possible. Further, if the time required for one frame is too long, it is recognized that the two-dimensional image is only moving in the depth direction. Therefore, the time required for one frame is preferably 200 milliseconds or less. In addition, if the viewing angle difference between the two frames is 7 minutes or less, a three-dimensional illusion is possible, which is preferable.

上述したように、本実施形態の画像表示装置100では、輝度バランス制御部43が第1画像A1と第2画像A2の輝度を経時的に変化させ、1フレーム中において輝度バランスa:bに応じた位置に立体錯視による画像を認識させることで、空間中に立体的な錯視画像DFDを表示させつつ、背景と重ね合わせることができる。 As described above, in the image display device 100 of the present embodiment, the luminance balance control unit 43 changes the luminance of the first image A1 and the second image A2 with time, and corresponds to the luminance balance a: b in one frame. By recognizing the image by the three-dimensional illusion at the position, the three-dimensional illusion image DFD can be displayed in space and superimposed on the background.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4および図5を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。本実施形態では、輝度バランス制御部43を用いた立体的な錯視画像DFDの表示に加えて、空間中に結像される第1画像A1または第2画像A2の結像位置を変化させることで、結像される立体画像の形状を変化させる。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The description of the contents overlapping with the first embodiment will be omitted. In the present embodiment, in addition to displaying the stereoscopic illusion image DFD using the brightness balance control unit 43, the imaging position of the first image A1 or the second image A2 imaged in space is changed. , Change the shape of the stereoscopic image to be imaged.

図4は、本実施形態における第1画像A1と第2画像A2の移動を示す模式図である。駆動制御部44は、第1駆動部31および第2駆動部32を制御して、時間t=0から時間t=Δtの間で、第1画像A1と第2画像A2の結像位置を変化させる。図4に示した例では、第1画像A1を横方向に平行移動させ、第2画像A2を奥行方向に第2距離を変化させているが、両者ともに横方向および奥行方向に移動させることができる。 FIG. 4 is a schematic view showing the movement of the first image A1 and the second image A2 in the present embodiment. The drive control unit 44 controls the first drive unit 31 and the second drive unit 32 to change the imaging positions of the first image A1 and the second image A2 between the time t = 0 and the time t = Δt. Let me. In the example shown in FIG. 4, the first image A1 is translated in the horizontal direction and the second image A2 is changed in the second distance in the depth direction, but both can be moved in the horizontal direction and the depth direction. it can.

図5は、DFD立体錯視を用いた時間変化する立体表示を示す模式図であり、図5(a)は時間t=0での表示を示し、図5(b)は時間t=Δtでの表示を示している。ここでは、第1画像A1を横方向に平行移動しただけの例を示している。時間t=0では、第1画像A1は第1距離に結像され、第2画像A2は第2距離に結像されており、輝度バランス制御部43によって輝度バランスa:bを経時的に変化させることで、1フレームにおいて図5(a)に示すような直方体形状の錯視画像DFDを表示する。 5A and 5B are schematic views showing a time-varying stereoscopic display using the DFD stereoscopic illusion, FIG. 5A shows the display at time t = 0, and FIG. 5B shows time t = Δt. Shows the display. Here, an example in which the first image A1 is simply translated in the horizontal direction is shown. At time t = 0, the first image A1 is imaged at the first distance, the second image A2 is imaged at the second distance, and the brightness balance a: b is changed over time by the brightness balance control unit 43. By doing so, an illusion image DFD having a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. 5A is displayed in one frame.

その後、時間t=Δtでは、駆動制御部44が第1画像A1の結像位置を変化させ、輝度バランス制御部43によって輝度バランスa:bを経時的に変化させることで、1フレームにおいて図5(b)に示すような直方体形状が歪んだ錯視画像DFDを表示する。このとき、視聴者はt=0からt=Δtの間に錯視画像DFDの形状が変化したと認識する。よって、さらに時間Δtが経過する毎に第1画像A1と第2画像A2の結像位置を変化させると、視聴者は立体的な錯視画像DFDによるアニメーションを視聴することとなる。 After that, at time t = Δt, the drive control unit 44 changes the imaging position of the first image A1, and the brightness balance control unit 43 changes the brightness balances a: b over time, whereby FIG. 5 in one frame. An illusion image DFD with a distorted rectangular parallelepiped shape as shown in (b) is displayed. At this time, the viewer recognizes that the shape of the illusion image DFD has changed between t = 0 and t = Δt. Therefore, if the imaging positions of the first image A1 and the second image A2 are changed each time the time Δt elapses, the viewer will view the animation by the three-dimensional illusion image DFD.

ここで、Δtは立体的な錯視画像DFDを描写するために必要な1フレームの時間よりも長い必要があるが、動画として認識させるためにはΔtを200ミリ秒以下とすることが望ましい。より好ましくは、Δtを30〜60ミリ秒の範囲とすることで、円滑な動画として認識させることができる。 Here, Δt needs to be longer than the time of one frame required to depict the three-dimensional illusion image DFD, but it is desirable that Δt is set to 200 milliseconds or less in order to recognize it as a moving image. More preferably, by setting Δt in the range of 30 to 60 milliseconds, smooth moving images can be recognized.

本実施形態の画像表示装置100でも、輝度バランス制御部43が第1画像A1と第2画像A2の輝度を経時的に変化させ、1フレーム中において輝度バランスa:bに応じた位置に立体錯視による画像を認識させることで、空間中に立体的な錯視画像DFDを表示させつつ、背景と重ね合わせることができる。また、駆動制御部44によって第1画像A1および/または第2画像A2の結像位置を変化させることで、立体的な錯視画像DFDを動画として表示することもできる。 Also in the image display device 100 of the present embodiment, the luminance balance control unit 43 changes the luminance of the first image A1 and the second image A2 with time, and a stereoscopic illusion is performed at a position corresponding to the luminance balance a: b in one frame. By recognizing the image according to the above, it is possible to superimpose the image on the background while displaying the three-dimensional illusion image DFD in the space. Further, the stereoscopic illusion image DFD can be displayed as a moving image by changing the imaging position of the first image A1 and / or the second image A2 by the drive control unit 44.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

100…画像表示装置
10…結像光学部
11…第1結像光学部
12…第2結像光学部
20…投影部
30…駆動部
31…第1駆動部
32…第2駆動部
40…制御部
41…情報処理部
42…画像処理部
43…輝度バランス制御部
44…駆動制御部
BS1,BS2…ビームスプリッタ
RR1,RR2…再帰反射部
RND1,RND2…輝度調整部
DM…ダイクロイックミラー
A1…第1画像
A2…第2画像
S1…第1画像投影部
S2…第2画像投影部
100 ... Image display device 10 ... Imaging optical unit 11 ... First imaging optical unit 12 ... Second imaging optical unit 20 ... Projection unit 30 ... Drive unit 31 ... First drive unit 32 ... Second drive unit 40 ... Control Unit 41 ... Information processing unit 42 ... Image processing unit 43 ... Brightness balance control unit 44 ... Drive control unit BS1, BS2 ... Beam splitter RR1, RR2 ... Retroreflective unit RND1, RND2 ... Brightness adjustment unit DM ... Dycroic mirror A1 ... First Image A2 ... Second image S1 ... First image projection unit S2 ... Second image projection unit

Claims (6)

第1画像を照射する第1画像投影部と、
第2画像を照射する第2画像投影部と、
前記第1画像を第1距離に結像し、前記第2画像を第2距離に結像する結像光学部と、
前記第1画像投影部および前記第2画像投影部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1画像と前記第2画像の輝度を制御する輝度バランス制御部を有し、
前記輝度バランス制御部は、経時的に前記第1画像の輝度および前記第2画像の輝度を変化させることを特徴とする画像表示装置。
The first image projection unit that irradiates the first image and
A second image projection unit that irradiates the second image,
An imaging optical unit that forms an image of the first image at a first distance and an image of the second image at a second distance.
A control unit that controls the first image projection unit and the second image projection unit is provided.
The control unit includes a brightness balance control unit that controls the brightness of the first image and the second image.
The luminance balance control unit is an image display device characterized in that the luminance of the first image and the luminance of the second image are changed over time.
請求項1に記載の画像表示装置であって、
前記第1画像および/または前記第2画像の結像位置を変化させる駆動部を有することを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1.
An image display device comprising a driving unit that changes the imaging position of the first image and / or the second image.
請求項2に記載の画像表示装置であって、
前記駆動部は、前記第1距離および/または前記第2距離を変化させることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 2.
The drive unit is an image display device characterized by changing the first distance and / or the second distance.
請求項2または3に記載の画像表示装置であって、
前記駆動部は、前記第1距離における前記第1画像および/または前記第2距離における前記第2画像を平行移動させることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 2 or 3.
The drive unit is an image display device that translates the first image and / or the second image at the second distance.
請求項1から4の何れか一つに記載の画像表示装置であって、
前記第1画像投影部が照射した光の一部を第1方向に反射するとともに、残りの光を第2方向に透過するビームスプリッタと、
前記第1方向に進行した光を前記ビームスプリッタに再帰反射させる第1再帰反射部と、
前記第2方向に進行した光を前記ビームスプリッタに再帰反射させる第2再帰反射部とを備え、
前記ビームスプリッタは、前記第1再帰反射部で反射された光を第3方向に透過し、前記第2再帰反射部で反射された光を前記第3方向に反射し、
前記第3方向に進行した光を空間上に結像させるダイクロイックミラーを備えることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to any one of claims 1 to 4.
A beam splitter that reflects a part of the light emitted by the first image projection unit in the first direction and transmits the remaining light in the second direction.
A first retroreflective unit that retroreflects light traveling in the first direction to the beam splitter,
A second retroreflective unit that retroreflects the light traveling in the second direction to the beam splitter is provided.
The beam splitter transmits the light reflected by the first retroreflective unit in the third direction, and reflects the light reflected by the second retroreflective unit in the third direction.
An image display device including a dichroic mirror that forms an image of light traveling in the third direction in space.
請求項5に記載の画像表示装置であって、
前記ビームスプリッタは、前記第2画像投影部が照射した光の一部を前記第1方向に反射するとともに、残りの光を第2方向に透過することを特徴とする画像表示装置。

The image display device according to claim 5.
The beam splitter is an image display device characterized in that a part of the light emitted by the second image projection unit is reflected in the first direction and the remaining light is transmitted in the second direction.

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