JP2022030414A - Three-dimensional aerial image display device and method of the same - Google Patents

Three-dimensional aerial image display device and method of the same Download PDF

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誉宗 巻口
Takamune Makiguchi
英明 高田
Hideaki Takada
徹 川上
Toru Kawakami
芳人 鈴木
Yoshito Suzuki
むつみ 篠井
Mutsumi Shinoi
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Tohoku University NUC
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Abstract

To display a three-dimensional aerial image having a binocular parallax at low cost.SOLUTION: A three-dimensional aerial image display device includes: a display 10 for a right eye for displaying a video A projected onto a right eye of an observer H; a display 20 for a left eye for displaying a video B projected onto a left eye of the observer H; two first convex lenses 11 and 12 arranged side by side on each front face of the display 10 for the right eye and the display 20 for the left eye by a focal distance f1; a light-shielding plate 30 for shielding light of the display 10 for the right eye and the display 20 for the left eye so as to prevent the light of the displays 10 and 20 from being incident on the other first convex lenses 11 and 12 arranged side by side; and a second convex lens 40 which has a center coinciding with an extension line on a side opposite to the display 10 for the right eye of the light-shielding plate 30, is arranged by a distance of the sum of a focal distance f2 longer than the focal distance f1 and the focal distance f1, and has a diameter covering a range of the light transmitting through the first convex lenses 11 and 12, in which the observer H observes an aerial image having a binocular parallax through the second convex lens 40.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、立体空中像表示装置とその方法に関する。 The present invention relates to a stereoscopic aerial image display device and a method thereof.

レンズによってディスプレイ上に表示された被写体を空中に結像させ、被写体が空中に浮いている空中像として表示する技術が例えば非特許文献1に開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses, for example, a technique of forming an image of a subject displayed on a display by a lens in the air and displaying the subject as an aerial image floating in the air.

大川達也、他2名、「結像素子より大きな空中像を表示する対称光学系の提案」、第23回日本バーチャルリアリティ学会大会論文集、2018年9月Tatsuya Okawa, 2 others, "Proposal of symmetric optical system to display aerial image larger than imaging element", Proceedings of the 23rd Annual Meeting of the Virtual Reality Society of Japan, September 2018

しかしながら、非特許文献1に開示された技術では、ディスプレイ上に表示された映像を空中に結像しているため、空中像に視差がなく、2次元の空中像しか提示できない。そのため、奥行き手かかりの提示が不十分な場合や被写体の立体感を提示したい場合は十分な臨場感を提示することができない。 However, in the technique disclosed in Non-Patent Document 1, since the image displayed on the display is imaged in the air, there is no parallax in the aerial image, and only a two-dimensional aerial image can be presented. Therefore, it is not possible to present a sufficient sense of presence when the presentation of the depth is insufficient or when the stereoscopic effect of the subject is desired to be presented.

両眼視差を実現するためには、ディスプレイにインテグラルディスプレイ又はレンチキュラレンズなどの裸眼3Dディスプレイを用いる方法が考えられる。しかし、これらの特殊なディスプレイ及び特殊なレンズを用いるとシステムの構成が複雑でコストが高くなるという課題がある。 In order to realize binocular parallax, it is conceivable to use a naked-eye 3D display such as an integral display or a lenticular lens as the display. However, if these special displays and special lenses are used, there is a problem that the system configuration is complicated and the cost is high.

本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、両眼視差を有する立体空中像を安いコストで表示することができる立体空中像表示装置とその方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic aerial image display device capable of displaying a stereoscopic aerial image having binocular parallax at a low cost and a method thereof.

本発明の一態様に係る立体空中像表示装置は、観察者の右目に映す映像を表示する右目用ディスプレイと、前記観察者の左目に映す映像を表示する左目用ディスプレイと、前記右目用ディスプレイと前記左目用ディスプレイのそれぞれの正面に、焦点距離fの距離離れて並んで配置される2枚の第1凸レンズと、前記右目用ディスプレイの光と前記左目用ディスプレイの光が、並んで配置される他方の前記第1凸レンズに入射しないように遮光する遮光板と、前記遮光板の前記右目用ディスプレイと反対側の延長線上に中心を一致させ、前記焦点距離fよりも長い焦点距離fと前記焦点距離fとの和の距離離れて配置され、前記第1凸レンズを透過する光の範囲をカバーする直径を持つ第2凸レンズとを備え、前記観察者は、前記第2凸レンズを介して両眼視差を有する空中像を観察することを要旨とする。 The three-dimensional aerial image display device according to one aspect of the present invention includes a display for the right eye that displays an image projected on the right eye of the observer, a display for the left eye that displays an image projected on the left eye of the observer, and a display for the right eye. In front of each of the left-eye displays, two first convex lenses arranged side by side at a focal length f 1 and the light of the right-eye display and the light of the left-eye display are arranged side by side. A light-shielding plate that shields light from incident on the other first convex lens and a focal length f 2 that is longer than the focal length f 1 by aligning the center on an extension of the light-shielding plate on the opposite side of the display for the right eye. A second convex lens having a diameter that is arranged at a distance of the sum of the focal length f 1 and the focal length f 1 and has a diameter that covers the range of light transmitted through the first convex lens, and the observer passes through the second convex lens. The gist is to observe an aerial image with a binocular focal length.

また、本発明の一態様に係る立体空中像表示方法は、上記の立体空中像表示装置が行う表示方法であって、前記立体空中像表示装置は、観察者の右目に映す映像を表示する右目用ディスプレイと、前記観察者の左目に映す映像を表示する左目用ディスプレイと、前記右目用ディスプレイと前記左目用ディスプレイのそれぞれの正面に、焦点距離fの距離離れて並んで配置される2枚の第1凸レンズと、前記右目用ディスプレイの光と前記左目用ディスプレイの光が、並んで配置される他方の前記第1凸レンズに入射しないように遮光する遮光板と、前記遮光板の前記右目用ディスプレイと反対側の延長線上に中心を一致させ、前記焦点距離fよりも長い焦点距離fと前記焦点距離fとの和の距離離れて配置され、前記第1凸レンズを透過する光の範囲をカバーする直径を持つ第2凸レンズとを備え、前記右目用ディスプレイと前記左目用ディスプレイに表示された映像を、2枚の前記第1凸レンズでそれぞれ投影する第1投影ステップと、前記第1凸レンズを透過した光を前記第2凸レンズで投影する第2投影ステップと、観察者が前記第2凸レンズを介して両眼視差を有する空中像を観察する立体空中像観察ステップとを行なうことを要旨とする。 Further, the three-dimensional aerial image display method according to one aspect of the present invention is a display method performed by the above-mentioned three-dimensional aerial image display device, and the three-dimensional aerial image display device is a right eye that displays an image projected on the right eye of an observer. Two displays arranged side by side at a distance of a focal distance f1 in front of the display for the left eye, the display for the left eye displaying the image projected on the left eye of the observer, and the display for the right eye and the display for the left eye. A light-shielding plate that shields light from the first convex lens, the light of the right-eye display and the light of the left-eye display so as not to enter the other first convex lens arranged side by side, and the light-shielding plate for the right eye. The center of the light transmitted through the first convex lens is aligned on the extension line on the opposite side of the display and is arranged at a distance of the sum of the focal distance f 2 longer than the focal distance f 1 and the focal distance f 1 . A first projection step and the first projection step, which comprises a second convex lens having a diameter covering a range and project images displayed on the right-eye display and the left-eye display, respectively, by the two first convex lenses. The gist is to perform a second projection step of projecting light transmitted through the convex lens with the second convex lens and a three-dimensional aerial image observation step of observing an aerial image having binocular disparity through the second convex lens. And.

本発明によれば、両眼視差を有する立体空中像を安いコストで表示することができる。 According to the present invention, a stereoscopic aerial image having binocular parallax can be displayed at a low cost.

本発明の実施形態に係る立体空中像表示装置の構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view schematically showing the structural example of the 3D aerial image display device which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す立体空中像表示装置の具体例を模式的に示す平面図である。FIG. 3 is a plan view schematically showing a specific example of the three-dimensional aerial image display device shown in FIG. 1. 図1に示す立体空中像表示装置が行う立体空中像表示方法の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing procedure of the 3D aerial image display method performed by the 3D aerial image display apparatus shown in FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same objects in a plurality of drawings, and the description is not repeated.

図1は、本発明の実施形態に係る立体空中像表示装置の構成例を模式的に示す平面図である。図1において、上がx(横)方向、左がy(奥行)方向、手前がz(高さ)方向と定義する。 FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration example of a three-dimensional aerial image display device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the top is defined as the x (horizontal) direction, the left is defined as the y (depth) direction, and the front is defined as the z (height) direction.

図1に示すように、立体空中像表示装置100は、右目用ディスプレイ10、左目用ディスプレイ20、遮光板30、2枚の第1凸レンズ11,12、及び第2凸レンズ40を備える。観察者Hは、第2凸レンズ40を介して両眼視差を有する空中像51,52を観察する。 As shown in FIG. 1, the stereoscopic aerial image display device 100 includes a right-eye display 10, a left-eye display 20, a light-shielding plate 30, two first convex lenses 11 and 12, and a second convex lens 40. The observer H observes the aerial images 51 and 52 having binocular parallax through the second convex lens 40.

右目用ディスプレイ10は、観察者Hの右目Leに映す映像Aを表示する。右目用ディスプレイ10は、左目用ディスプレイ20のx方向に並んで配置される。 The right-eye display 10 displays the image A projected on the right-eye Le of the observer H. The right-eye display 10 is arranged side by side in the x direction of the left-eye display 20.

右目用ディスプレイ10は、観察者Hの右目Reに映す映像Bを表示する。右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20は、例えば、一つの携帯端末のディスプレイで構成してもよい。 The right-eye display 10 displays the image B projected on the right-eye Re of the observer H. The right-eye display 10 and the left-eye display 20 may be configured by, for example, the display of one mobile terminal.

例えば、一つの携帯端末の一つのディスプレイを横にして配置し、そのディスプレイの真ん中からx方向を右目用ディスプレイ10とし、-x方向を左目用ディスプレイ20として用いてもよい。もちろん、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20は、別個のディスプレイで構成しても構わない。 For example, one display of one mobile terminal may be arranged side by side, and the x direction from the center of the display may be used as the right eye display 10 and the -x direction may be used as the left eye display 20. Of course, the right-eye display 10 and the left-eye display 20 may be configured as separate displays.

2枚の第1凸レンズ11,12は、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20のそれぞれの正面に、焦点距離fの距離離れて並んで配置される。第1凸レンズ11,12は一般的な凸レンズである。第1凸レンズ11の直径は、右目用ディスプレイ10の幅及び高さに相当する大きさである。第1凸レンズ12の直径を含む形状は、第1凸レンズ11と同じである。 The two first convex lenses 11 and 12 are arranged side by side at a distance of a focal length f1 in front of each of the right-eye display 10 and the left-eye display 20. The first convex lenses 11 and 12 are general convex lenses. The diameter of the first convex lens 11 is a size corresponding to the width and height of the display 10 for the right eye. The shape including the diameter of the first convex lens 12 is the same as that of the first convex lens 11.

遮光板30は、右目用ディスプレイ10の光と左目用ディスプレイ20の光が、並んで配置される他方の第1凸レンズ11,12に入射しないように遮光する。図1に示すように、遮光板30は、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20の間と、第1凸レンズ11と12の間に配置されるy-z平面を形成する板である。 The light-shielding plate 30 shields the light of the right-eye display 10 and the light of the left-eye display 20 from incident on the other first convex lenses 11 and 12 arranged side by side. As shown in FIG. 1, the light-shielding plate 30 is a plate that forms an yz plane arranged between the right-eye display 10 and the left-eye display 20 and between the first convex lenses 11 and 12.

右目用ディスプレイ10から出た一点鎖線で示す平行光は、第1凸レンズ11の焦点F11を通るように屈折する。同様に、左目用ディスプレイ20から出た破線で示す平行光は、第1凸レンズ12の焦点F12を通るように屈折する。 The parallel light indicated by the alternate long and short dash line emitted from the right-eye display 10 is refracted so as to pass through the focal point F 11 of the first convex lens 11. Similarly, the parallel light indicated by the broken line emitted from the left-eye display 20 is refracted so as to pass through the focal point F 12 of the first convex lens 12.

第1凸レンズ11の焦点F11を通った光は、第2凸レンズ40に入射する。第1凸レンズ12の焦点F12を通った光は、第2凸レンズ40に入射する。 The light that has passed through the focal point F 11 of the first convex lens 11 is incident on the second convex lens 40. The light that has passed through the focal point F 12 of the first convex lens 12 is incident on the second convex lens 40.

第2凸レンズ40は、右目用ディスプレイ10と反対側の遮光板30の延長線上に中心を一致させ、第1凸レンズ11,12の焦点距離fよりも長い焦点距離fと焦点距離fとの和の距離離れて配置され、第1凸レンズ11,12を透過する光の範囲をカバーする直径を持つ。 The second convex lens 40 has a center aligned on an extension of the light-shielding plate 30 on the opposite side of the right-eye display 10, and has a focal length f 2 and a focal length f 1 longer than the focal lengths f 1 of the first convex lenses 11 and 12. They are arranged at a distance of the sum of the above and have a diameter that covers the range of light transmitted through the first convex lenses 11 and 12.

第2凸レンズ40の遮光板30(y方向)側の焦点F21を通過して第2凸レンズ40に入射した光は、第2凸レンズ40のレンズ軸40jに平行に進む。この第2凸レンズ40のレンズ軸40jに平行に進む観察者H(-y方向)側の光は、焦点F21を通過する右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20の両方の光である。図1において、その平行光を光線αと光線βで表す。 The light that has passed through the focal point F 21 on the light-shielding plate 30 (y direction) side of the second convex lens 40 and has entered the second convex lens 40 travels parallel to the lens axis 40j of the second convex lens 40. The light on the observer H (-y direction) side traveling parallel to the lens axis 40j of the second convex lens 40 is the light of both the right-eye display 10 and the left-eye display 20 passing through the focal point F 21 . In FIG. 1, the parallel light is represented by a ray α and a ray β.

他方、第1凸レンズ11の焦点F11を通って第2凸レンズ40に入射した光線γとδは、その平行光(光線αと光線β)と、第2凸レンズ40から観察者H(-y方向)側の焦点距離fの距離離れた位置で交差するように屈折する。つまり、光線γは、第2凸レンズ40の観察者H側の焦点距離fの距離離れた位置で光線αと交差する。また、光線γは、同様に光線βと交差する。 On the other hand, the rays γ and δ incident on the second convex lens 40 through the focal length F 11 of the first convex lens 11 are the parallel light (rays α and β) and the observer H (-y direction) from the second convex lens 40. ) Is refracted so as to intersect at a position separated by a focal length f2 on the side . That is, the light ray γ intersects the light ray α at a position separated by a focal length f 2 on the observer H side of the second convex lens 40. Further, the ray γ also intersects with the ray β.

第2凸レンズ40のレンズ軸40jと平行な光線α,βと交差した光線γ,δは、交差した後、レンズ軸40jから遠ざかるように直進する。 The light rays γ and δ intersecting the light rays α and β parallel to the lens axis 40j of the second convex lens 40 travel straight away from the lens axis 40j after crossing.

図1において、光線α,β,γ,δで示す光線は無数である。その無数の光線は、第2凸レンズ40から観察者H側に焦点距離fの距離離れた位置で交差する。 In FIG. 1, the rays represented by the rays α, β, γ, and δ are innumerable. The innumerable light rays intersect the observer H side from the second convex lens 40 at a distance of a focal length f2.

この第2凸レンズ40の観察者H側の焦点距離fの距離離れた位置で生じる無数の光の交差は、第1凸レンズ12の焦点F12を通って第2凸レンズ40に入射する光についても同様に生じる。第1凸レンズ12側の光(左目用ディスプレイ)については、上記の第1凸レンズ11側(右目用ディスプレイ10)と同じであるので詳しい説明は省略する。 The innumerable intersections of light generated at a position separated by a focal length f 2 on the observer H side of the second convex lens 40 also affect the light incident on the second convex lens 40 through the focal length F 12 of the first convex lens 12. It happens as well. Since the light on the first convex lens 12 side (display for the left eye) is the same as that on the first convex lens 11 side (display for the right eye), detailed description thereof will be omitted.

このように、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20から投影された無数の光線が、第2凸レンズ40の観察者H側の焦点距離fの距離離れた位置で交差することにより、その位置に空中像51,52が結像する。空中像51は、右目用ディスプレイ10に表示された映像Aである。空中像52は、左目用ディスプレイ20に表示された映像Bである。よって、観察者Hは、第2凸レンズ40を介して両眼視差を有する空中像を観察することができる。 In this way, innumerable light rays projected from the right-eye display 10 and the left-eye display 20 intersect at a position separated by a focal length f2 on the observer H side of the second convex lens 40, so that the position is reached. Aerial images 51 and 52 are imaged. The aerial image 51 is an image A displayed on the right-eye display 10. The aerial image 52 is an image B displayed on the left-eye display 20. Therefore, the observer H can observe an aerial image having binocular parallax through the second convex lens 40.

空中像51,52の拡大率はf/fで表せる。よって、空中像51,52は、拡大空中像と称してもよい。 The magnification of the aerial images 51 and 52 can be expressed by f 2 / f 1 . Therefore, the aerial images 51 and 52 may be referred to as magnified aerial images.

観察者Hは、第2凸レンズ40から下記の距離d以上離れて空中像51,52を観察する。 The observer H observes the aerial images 51 and 52 at a distance d or more of the following distance d from the second convex lens 40.

Figure 2022030414000002
Figure 2022030414000002

以上説明したように、本実施形態に係る立体空中像表示装置100は、観察者Hの右目に映す映像Aを表示する右目用ディスプレイ10と、観察者Hの左目に映す映像Bを表示する左目用ディスプレイ20と、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20のそれぞれの正面に、焦点距離fの距離離れて並んで配置される2枚の第1凸レンズ11,12と、右目用ディスプレイ10の光と左目用ディスプレイ20の光が、並んで配置される他方の第1凸レンズ11,12に入射しないように遮光する遮光板30と、遮光板30の右目用ディスプレイ10と反対側の延長線上に中心を一致させ、焦点距離fよりも長い焦点距離fと焦点距離fとの和の距離離れて配置され、第1凸レンズ11,12を透過する光の範囲をカバーする直径を持つ第2凸レンズ40とを備え、観察者Hは、第2凸レンズ40を介して両眼視差を有する空中像を観察する。これにより、両眼視差を有する立体空中像を安いコストで表示することができる。 As described above, the three-dimensional aerial image display device 100 according to the present embodiment has a right-eye display 10 for displaying the image A displayed on the right eye of the observer H and a left eye displaying the image B displayed on the left eye of the observer H. Two first convex lenses 11 and 12 arranged side by side at a focal length f1 in front of each of the display 20, the right-eye display 10, and the left-eye display 20, and the light of the right-eye display 10. The light of the left-eye display 20 is shielded from being incident on the other first convex lenses 11 and 12 arranged side by side, and the light-shielding plate 30 is centered on an extension of the light-shielding plate 30 on the opposite side of the right-eye display 10. The second is arranged at a distance of the sum of the focal length f 2 and the focal length f 1 , which is longer than the focal length f 1 , and has a diameter covering the range of light transmitted through the first convex lenses 11 and 12. With the convex lens 40, the observer H observes an aerial image having a binocular focal length through the second convex lens 40. This makes it possible to display a stereoscopic aerial image having binocular parallax at a low cost.

(具体例)
図2は、上記の実施形態の作用効果を確認する目的で、立体空中像表示装置100を具体的に構成した構成例を模式的に示す平面図である。
(Concrete example)
FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration example in which the three-dimensional aerial image display device 100 is specifically configured for the purpose of confirming the operation and effect of the above embodiment.

右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20は、一つの携帯端末の4インチディスプレイを用いて構成した。4インチディスプレイの画面サイズは、縦50mm×幅88mmである。画面解像度は1136×640のものを用いた。その4インチディスプレイの画面を2つに分割したので、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20画面サイズは、それぞれ50mm×44mmである。 The right-eye display 10 and the left-eye display 20 are configured by using a 4-inch display of one mobile terminal. The screen size of the 4-inch display is 50 mm in length and 88 mm in width. The screen resolution used was 1136 x 640. Since the screen of the 4-inch display is divided into two, the screen sizes of the right-eye display 10 and the left-eye display 20 are 50 mm × 44 mm, respectively.

遮光板30は黒紙を用いた。黒紙の厚みは無視できる。 Black paper was used for the light-shielding plate 30. The thickness of the black paper is negligible.

第1凸レンズ11,12は、直径50mm、焦点距離f=75mmの一般的な凸レンズを用いた。 As the first convex lenses 11 and 12, a general convex lens having a diameter of 50 mm and a focal length of f 1 = 75 mm was used.

第2凸レンズ40は、大口径平凸コンデンサーレンズ(以降、大口径平凸レンズ)40a,40bで構成した。大口径平凸レンズ40a,40bは、直径200mm、焦点距離f=200mmのものを用いた。 The second convex lens 40 was composed of large-diameter plano-convex condenser lenses (hereinafter, large-diameter plano-convex lenses) 40a and 40b. The large-diameter plano-convex lenses 40a and 40b used had a diameter of 200 mm and a focal length of f 2 = 200 mm.

上記の構成により、大口径平凸レンズ40a,40bの観察者H側の焦点距離fの距離離れた位置でx方向の幅が117.5mmの空中像を形成させた。そして、大口径平凸レンズ40a,40bから距離=734mmの位置にx方向の幅が133mmの右目用の視域と左目用の視域の2つを確認することができた。 With the above configuration, an aerial image having a width of 117.5 mm in the x direction was formed at a position separated by a focal length f2 on the observer H side of the large-diameter plano-convex lenses 40a and 40b. Then, at a distance of 734 mm from the large-diameter plano-convex lenses 40a and 40b, it was possible to confirm two areas, one for the right eye and the other for the left eye, which had a width of 133 mm in the x direction.

図2に示すように、右目用の視域と左目用の視域は、それぞれが無限遠5角形視域(ハッチングで示す範囲)を形成する。無限遠5角形視域は、大口径平凸レンズ40a,40bから遠ざかるほどそのレンズ軸40jから離れて行くので観察者Hが立体空中像を観察できる範囲は所定の範囲に限られるが、実用上問題の無いことが確認できた。 As shown in FIG. 2, the view area for the right eye and the view area for the left eye each form an infinity pentagonal view area (range indicated by hatching). Since the infinity pentagonal viewing range moves away from the lens axis 40j as the distance from the large-diameter plano-convex lenses 40a and 40b increases, the range in which the observer H can observe the stereoscopic aerial image is limited to a predetermined range, but this is a practical problem. I was able to confirm that there was no such thing.

(立体空中像表示方法)
図3は、上記の立体空中像表示装置100が行う立体空中像表示方法の処理手順を示すフローチャートである。
(3D aerial image display method)
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the three-dimensional aerial image display method performed by the three-dimensional aerial image display device 100.

本実施形態に係る立体空中像表示方法は、立体空中像表示装置100が行う立体空中像表示方法であって、立体空中像表示装置100は、観察者Hの右目に映す映像Aを表示する右目用ディスプレイ10と、観察者Hの左目に映す映像Bを表示する左目用ディスプレイ20と、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20のそれぞれの正面に、焦点距離fの距離離れて並んで配置される2枚の第1凸レンズ11,12と、右目用ディスプレイ10の光と左目用ディスプレイ20の光が、並んで配置される他方の第1凸レンズ11,12に入射しないように遮光する遮光板30と、遮光板30の右目用ディスプレイ10と反対側の延長線上に中心を一致させ、焦点距離fよりも長い焦点距離fと焦点距離fとの和の距離離れて配置され、第1凸レンズ11,12を透過する光の範囲をカバーする直径を持つ第2凸レンズ40とを備え、右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20に表示された映像A,Bを、2枚の第1凸レンズ11,12でそれぞれ投影する第1投影ステップ(ステップS1)と、第1凸レンズ11,12を透過した光を第2凸レンズ40で投影する第2投影ステップ(ステップS2)と、観察者が第2凸レンズ40を介して両眼視差を有する空中像を観察する立体空中像観察ステップ(ステップS3)とを行なう。これにより、両眼視差を有する立体空中像を安いコストで表示することができる。 The three-dimensional aerial image display method according to the present embodiment is a three-dimensional aerial image display method performed by the three-dimensional aerial image display device 100, in which the three-dimensional aerial image display device 100 displays an image A projected on the right eye of the observer H. The display 10 for the left eye, the display 20 for the left eye displaying the image B projected on the left eye of the observer H, and the display 10 for the right eye and the display 20 for the left eye are arranged side by side at a distance of a focal distance f1 in front of each of the display 10. A light-shielding plate 30 that shields the light of the two first convex lenses 11 and 12, the light of the right-eye display 10 and the light of the left-eye display 20 from incident on the other first convex lenses 11 and 12 arranged side by side. The center is aligned on the extension line on the opposite side of the light-shielding plate 30 from the display 10 for the right eye, and the focal distance f 2 longer than the focal distance f 1 and the focal distance f 1 are arranged at a distance of the sum of the first. The second convex lens 40 having a diameter covering the range of light transmitted through the convex lenses 11 and 12 is provided, and the images A and B displayed on the right-eye display 10 and the left-eye display 20 are combined with the two first convex lenses 11. The first projection step (step S1) to be projected by the first convex lens 11 and 12, the second projection step (step S2) to project the light transmitted through the first convex lenses 11 and 12 by the second convex lens 40, and the second convex lens by the observer. A three-dimensional aerial image observation step (step S3) for observing an aerial image having binocular disparity via 40 is performed. This makes it possible to display a stereoscopic aerial image having binocular parallax at a low cost.

以上説明したように本実施形態に係る立体空中像表示装置100とその方法によれば、一般的な凸レンズを組み合わせた簡単で且つ低コストな構成で、両眼視差を有する立体空中像を表示することができる。 As described above, according to the stereoscopic aerial image display device 100 and the method thereof according to the present embodiment, a stereoscopic aerial image having binocular parallax is displayed with a simple and low-cost configuration in which a general convex lens is combined. be able to.

なお、立体空中像が観察できる位置は、上記の距離dのピンポイントの位置に限られない。第1凸レンズ11,12及び第2凸レンズ40の焦点深度の範囲で、奥行き(y)方向に幅を持って立体空中像を観察することができる。 The position where the stereoscopic aerial image can be observed is not limited to the pinpoint position at the distance d described above. A stereoscopic aerial image can be observed with a width in the depth (y) direction within the range of the depth of focus of the first convex lenses 11 and 12 and the second convex lens 40.

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。右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20は、一つの携帯端末のディスプレイを分割して用いる例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。右目用ディスプレイ10と左目用ディスプレイ20は、別々のディスプレイで構成してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified within the scope of the gist thereof. The right-eye display 10 and the left-eye display 20 have described an example in which the display of one mobile terminal is divided and used, but the present invention is not limited to this example. The right-eye display 10 and the left-eye display 20 may be configured as separate displays.

また、具体例で示した大口径平凸レンズ40a,40bは、一般的な凸レンズで構成しても構わない。 Further, the large-diameter plano-convex lenses 40a and 40b shown in the specific example may be configured by a general convex lens.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明指定事項によってのみ定められるものである。 As described above, it goes without saying that the present invention includes various embodiments not described here. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention designation matters relating to the reasonable claims from the above description.

10:右目用ディスプレイ
11:第1凸レンズ
12:第2凸レンズ
20:左目用ディスプレイ
30:遮光板
40:第2凸レンズ
51,52:空中像(拡大空中像)
H:観察者
10: Right eye display 11: First convex lens 12: Second convex lens 20: Left eye display 30: Shading plate 40: Second convex lens 51, 52: Aerial image (magnified aerial image)
H: Observer

Claims (3)

観察者の右目に映す映像を表示する右目用ディスプレイと、
前記観察者の左目に映す映像を表示する左目用ディスプレイと、
前記右目用ディスプレイと前記左目用ディスプレイのそれぞれの正面に、焦点距離fの距離離れて並んで配置される2枚の第1凸レンズと、
前記右目用ディスプレイの光と前記左目用ディスプレイの光が、並んで配置される他方の前記第1凸レンズに入射しないように遮光する遮光板と、
前記遮光板の前記右目用ディスプレイと反対側の延長線上に中心を一致させ、前記焦点距離fよりも長い焦点距離fと前記焦点距離fとの和の距離離れて配置され、前記第1凸レンズを透過する光の範囲をカバーする直径を持つ第2凸レンズとを備え、
前記観察者は、前記第2凸レンズを介して両眼視差を有する空中像を観察する立体空中像表示装置。
A display for the right eye that displays the image projected on the observer's right eye,
A display for the left eye that displays an image projected on the left eye of the observer, and a display for the left eye.
Two first convex lenses arranged side by side at a focal length f1 in front of each of the right-eye display and the left-eye display.
A light-shielding plate that shields the light of the right-eye display and the light of the left-eye display from incident on the other first convex lens arranged side by side.
The light-shielding plate is centered on an extension line on the opposite side of the right-eye display, and is arranged at a distance of the sum of the focal length f 2 longer than the focal length f 1 and the focal length f 1 . It is equipped with a second convex lens having a diameter that covers the range of light transmitted through the one convex lens.
The observer is a stereoscopic aerial image display device for observing an aerial image having binocular parallax through the second convex lens.
前記観察者は、前記第2凸レンズから下記の距離d以上離れて前記空中像を観察する
Figure 2022030414000003
請求項1に記載の立体空中像表示装置。
The observer observes the aerial image at a distance d or more of the following distance from the second convex lens.
Figure 2022030414000003
The three-dimensional aerial image display device according to claim 1.
立体空中像表示装置が行う立体空中像表示方法であって、
前記立体空中像表示装置は、
観察者の右目に映す映像を表示する右目用ディスプレイと、
前記観察者の左目に映す映像を表示する左目用ディスプレイと、
前記右目用ディスプレイと前記左目用ディスプレイのそれぞれの正面に、焦点距離fの距離離れて並んで配置される2枚の第1凸レンズと、
前記右目用ディスプレイの光と前記左目用ディスプレイの光が、並んで配置される他方の前記第1凸レンズに入射しないように遮光する遮光板と、
前記遮光板の前記右目用ディスプレイと反対側の延長線上に中心を一致させ、前記焦点距離fよりも長い焦点距離fと前記焦点距離fとの和の距離離れて配置され、前記第1凸レンズを透過する光の範囲をカバーする直径を持つ第2凸レンズとを備え、
前記右目用ディスプレイと前記左目用ディスプレイに表示された映像を、2枚の前記第1凸レンズでそれぞれ投影する第1投影ステップと、
前記第1凸レンズを透過した光を前記第2凸レンズで投影する第2投影ステップと、
前記観察者が前記第2凸レンズを介して両眼視差を有する空中像を観察する立体空中像観察ステップと
を行なう立体空中像表示方法。
This is a 3D aerial image display method performed by a 3D aerial image display device.
The stereoscopic aerial image display device is
A display for the right eye that displays the image projected on the observer's right eye,
A display for the left eye that displays an image projected on the left eye of the observer, and a display for the left eye.
Two first convex lenses arranged side by side at a focal length f1 in front of each of the right-eye display and the left-eye display.
A light-shielding plate that shields the light of the right-eye display and the light of the left-eye display from incident on the other first convex lens arranged side by side.
The light-shielding plate is centered on an extension line on the opposite side of the right-eye display, and is arranged at a distance of the sum of the focal length f 2 longer than the focal length f 1 and the focal length f 1 . It is equipped with a second convex lens having a diameter that covers the range of light transmitted through the one convex lens.
A first projection step in which the images displayed on the right-eye display and the left-eye display are projected by the two first convex lenses, respectively.
The second projection step of projecting the light transmitted through the first convex lens with the second convex lens,
A stereoscopic aerial image display method in which the observer performs a stereoscopic aerial image observation step of observing an aerial image having binocular parallax through the second convex lens.
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