JP2989115B2 - Stereoscopic display method and stereoscopic display device - Google Patents

Stereoscopic display method and stereoscopic display device

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JP2989115B2
JP2989115B2 JP7068419A JP6841995A JP2989115B2 JP 2989115 B2 JP2989115 B2 JP 2989115B2 JP 7068419 A JP7068419 A JP 7068419A JP 6841995 A JP6841995 A JP 6841995A JP 2989115 B2 JP2989115 B2 JP 2989115B2
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stereoscopic
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Hamamatsu Photonics KK
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    • G03H1/2294Addressing the hologram to an active spatial light modulator

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、仮想物体や実在する物
体の立体的な表示にあたっての立体表示方法、および、
この立体表示方法を用いて立体表示を行う立体表示装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stereoscopic display method for stereoscopic display of a virtual object or an actual object, and
The present invention relates to a three-dimensional display device that performs three-dimensional display using the three-dimensional display method.

【0002】[0002]

【従来の技術】立体表示技術では、2つの画像をそれぞ
れの目に与えて、両眼の網膜上で像をずらして結像さ
せ、両眼視差を発生させる両眼視差機能のみを利用して
立体表示を行うものが従来から実施されているが、人
間の視覚の中で距離感を成す要因である前述の両眼視差
機能、水晶体の焦点距離を変化させる調節機能、両
眼により或る一点を注視したときに両眼の視線の成す角
度より観察することができるときに感じられる輻輳機能
との全てを合わせ持つという利点がある、仮想物体や実
在する物体の像についての光波面制御用のホログラムま
たはキノフォームを作成後に作成されたホログラムまた
はキノフォームに基づいて立体表示する技術が注目され
ている。
2. Description of the Related Art In stereoscopic display technology, two images are given to each eye, images are formed on the retinas of both eyes while being shifted, and only a binocular parallax function for generating binocular parallax is used. Conventionally, stereoscopic display has been implemented. However, the above-mentioned binocular parallax function, which is a factor that constitutes a sense of distance in human vision, an adjustment function for changing the focal length of the crystalline lens, and a certain point due to both eyes. There is an advantage of having all of the convergence function felt when observing from the angle of the line of sight when gazing at the eyes, for light wavefront control for images of virtual objects and real objects Attention has been focused on a technique for displaying a hologram or kinoform three-dimensionally based on the hologram or kinoform created after the hologram or kinoform is created.

【0003】こうした立体表示は、三次元物体の構造を
視覚的に理解し易く、且つ迫力感が得られるので、計算
機(コンピュータシステム)等で計算された機構物体の
表示や医療用画像の表示、遊戯施設や映画等の娯楽用表
示にも応用することができ、優れた効果が期待されてい
る。
Such a three-dimensional display makes it easy to visually understand the structure of a three-dimensional object and gives a sense of power. Therefore, it is possible to display mechanical objects calculated by a computer (computer system) or the like, display medical images, It can also be applied to entertainment displays such as amusement facilities and movies, and excellent effects are expected.

【0004】従来、光波面制御により立体像を更新する
ことを可能にした立体表示装置に関する代表例として
は、次の文献に開示されたものが知られている。 (文献1)"Sunthetic aperture holography: a novel
approach to three-dimenshional displays" Piere St.
Hilaire, Stephen A.Benton, and Mark LucenteJ.Opt.S
oc.Am.A vol.9, No.11, p1969(1992) (文献2)"Konoform using an electrically controll
ed birefringent liquied-crystal spatial light m od
ulator" Jun Amako and Tomio Sonehara APPLIEDOPTICS
vol.30,No.32,p4622(1991) (文献3)"Wave-front control using liquid-crystal
devices" APPLIED OPTICS vol.32,No.23,p4323(1993) これらの文献に開示されたいずれの装置も、波面制御さ
れる読出し光と、振幅変調又は位相変調のいずれか若し
くはこれら両方の変調により同時に波面を制御する空間
光変調素子と、この空間光変調素子に与えるホログラム
やキノフォームと呼ばれる波面制御用のデータを作成す
る計算手段とを備えている。
Conventionally, as a typical example of a stereoscopic display device capable of updating a stereoscopic image by light wavefront control, the one disclosed in the following document is known. (Reference 1) "Sunthetic aperture holography: a novel
approach to three-dimenshional displays "Piere St.
Hilaire, Stephen A. Benton, and Mark Lucente J. Opt.S
oc.Am.A vol.9, No.11, p1969 (1992) (Reference 2) "Konoform using an electrically controll
ed birefringent liquied-crystal spatial light m od
ulator "Jun Amako and Tomio Sonehara APPLIEDOPTICS
vol.30, No.32, p4622 (1991) (Reference 3) "Wave-front control using liquid-crystal
devices "APPLIED OPTICS vol.32, No.23, p4323 (1993) Any of the devices disclosed in these documents employs a wavefront-controlled readout light and modulation of either amplitude modulation or phase modulation or both. At the same time, a spatial light modulator for controlling the wavefront and a calculation means for creating data for wavefront control called a hologram or kinoform to be applied to the spatial light modulator are provided.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、書き換
え可能な空間光変調素子の空間分解能には限界があるた
めその回折角度も少なくなり、また、広い領域で変調す
ることのできる充分に大きな空間光変調素子を実現する
ことが困難である。よって、大きな立体表示像を得るこ
とが技術的に困難となっている。
However, since the spatial resolution of the rewritable spatial light modulator is limited, its diffraction angle is reduced, and a sufficiently large spatial light modulator capable of modulating over a wide area. It is difficult to realize the device. Therefore, it is technically difficult to obtain a large stereoscopic display image.

【0006】また、視野を拡大する目的のために、大き
く角度を広げて光を出射させるので、空間分解能の低い
複数個の空間光変調器を仮想表示面(例えば、円筒面や
球面)に沿って配置する提案(特開平6−102813
号公報)も成されているが、この技術にあっては、立体
像の大きさそのものは1つの空間光変調器の持つ空間分
解能に制限されることには変わりはなく、複数の空間光
変調素子を使用する必要上、複雑な構成となるという問
題がある。
In addition, since light is emitted at a large angle for the purpose of expanding the field of view, a plurality of spatial light modulators having low spatial resolution are arranged along a virtual display surface (for example, a cylindrical surface or a spherical surface). (Japanese Patent Laid-Open No. 6-102813)
However, in this technology, the size of the stereoscopic image itself is still limited to the spatial resolution of one spatial light modulator, and a plurality of spatial light There is a problem that a complicated configuration is required due to the necessity of using an element.

【0007】また、空間分解能の低い空間光変調器を縮
小共焦点レンズ系で読出し、高い空間分解能に変換する
試みが特開平3−110592号公報や次の文献に開示
されている。
An attempt to read a spatial light modulator having a low spatial resolution with a reduced confocal lens system and convert the spatial light modulator to a high spatial resolution is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 3-110592 and the following document.

【0008】(文献4) "Real-Time Display of 3-D C
omputer Data Using Computer Generated Holograms" ,
Hamid Farhoosh, Yashaiahu Fainman, Kristopher Urqu
hart,and Sing H.Lee SPIE vol.1052 Holographic Opti
cs: Optically and ComputerGenerated(1989)172-176 しかし、これらの文献等の技術によれば、立体像を構成
する光像は、縮小された空間光変調器の像より発生する
こととなるので、観察者にとって観測可能な視野は、観
測者の目と上記空間光変調器の張る角度に限定されるこ
ととなる。よって、空間分解能の向上と引き換えに、視
野が小さくなってしまう。
(Reference 4) "Real-Time Display of 3-DC
omputer Data Using Computer Generated Holograms ",
Hamid Farhoosh, Yashaiahu Fainman, Kristopher Urqu
hart, and Sing H. Lee SPIE vol.1052 Holographic Opti
cs: Optically and ComputerGenerated (1989) 172-176 However, according to the techniques described in these documents, the optical image forming the stereoscopic image is generated from the image of the reduced spatial light modulator. The field of view that can be observed by the observer is limited to the angle between the observer's eyes and the spatial light modulator. Therefore, the field of view becomes small in exchange for the improvement of the spatial resolution.

【0009】また、平面像をレンズにより拡大して観察
する手法は、一般的で新規性は無いが、立体視を利用し
たものとしては、特開平6−27410号公報に開示さ
れたものがある。これは、特定の平面像のみの拡大を目
的としているので、立体像とレンズとの距離による拡大
倍率の補正方法と、レンズの収差補正方法についての技
術的開示がなされていない。
A method of observing a plane image by enlarging it with a lens is general and has no novelty. However, a method utilizing stereoscopic vision is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-27410. . Since this aims at enlarging only a specific planar image, there is no technical disclosure about a method of correcting an enlargement magnification based on a distance between a three-dimensional image and a lens and a method of correcting aberration of a lens.

【0010】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みて成されたものであり、レンズ収差に起因する像の歪
み等と、空間光変調素子の特性限界に起因する像の拡大
の困難性を解消して、鮮明且つ大きな立体像を実現する
ことができる立体表示方法及びこの立体表示方法を使用
して立体表示を実行する立体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 such problems of the prior art, and it is difficult to enlarge an image due to distortion of an image due to lens aberration and a characteristic limit of a spatial light modulator. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional display method capable of realizing a clear and large three-dimensional image by eliminating the problem and a three-dimensional display device that performs three-dimensional display using the three-dimensional display method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の立体表示方法
は、第1の3次元座標系での第1の立体像の情報に基づ
いて第2の3次元座標系における第2の立体像を形成
し、第2の立体像を拡大光学系で拡大して肉眼に提供す
る立体表示方法であって、第2の立体像の形成にあたっ
て、第2の立体像の各部分と拡大光学系との光軸方向で
の相対距離に応じて発生する拡大率の変化に応じて、肉
眼での視認される立体像が第1の立体像と略相似とする
第1の補正がなされることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a stereoscopic display method comprising the steps of: displaying a second three-dimensional image in a second three-dimensional coordinate system based on information of the first three-dimensional image in the first three-dimensional coordinate system; A stereoscopic display method of forming, enlarging a second stereoscopic image with an enlargement optical system, and providing the enlarged stereoscopic image to the naked eye. In forming the second stereoscopic image, each part of the second stereoscopic image and the magnifying optical system are formed. A first correction is performed so that a three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially similar to the first three-dimensional image according to a change in a magnification that occurs according to a relative distance in the optical axis direction. I do.

【0012】ここで、更に、拡大光学系での拡大後に発
生する第2の立体像に関する収差に応じて、肉眼で視認
される立体像が第1の立体像に対して略無歪とする第2
の補正がなされることを特徴としてもよい。
Here, the three-dimensional image which is visually recognized by the naked eye is made substantially distortion-free with respect to the first three-dimensional image in accordance with the aberration relating to the second three-dimensional image generated after the magnification by the magnifying optical system. 2
The correction may be made.

【0013】また、拡大光学系は、凸レンズで前記第
2の像の拡大を実行する、または、凹面鏡で前記第2の
像の拡大を実行する構成とすることが可能である。
The magnifying optical system may be configured to execute the enlargement of the second image by a convex lens or to execute the enlargement of the second image by a concave mirror.

【0014】また、第2の立体像は単色像である場合
に、第2の補正は像面湾曲および歪曲に関する補正であ
ることを特徴としてもよい。
Further, when the second three-dimensional image is a monochromatic image, the second correction may be a correction relating to field curvature and distortion.

【0015】また、第2の立体像が光の3原色の各色の
像の合成像であり、かつ、第2の立体像の拡大に凸レン
ズを使用する場合に、第2の補正は、光の3原色の各色
の像の夫々についての像面湾曲、歪曲および光の3原色
の各色の像の相互間での色収差に関する補正であること
を特徴としてもよい。
In the case where the second three-dimensional image is a composite image of images of the three primary colors of light and a convex lens is used for enlarging the second three-dimensional image, the second correction is performed by using It may be characterized in that the correction is for the field curvature, distortion, and chromatic aberration between the images of the three primary colors of light for each of the three primary color images.

【0016】また、第2の立体像は光の3原色の各色の
像の合成像であり、かつ、第2の立体像の拡大に凹面鏡
を使用する場合に、第2の補正は光の3原色の各色の像
の夫々についての像面湾曲、歪曲に関する補正であるこ
とを特徴としてもよい。
The second three-dimensional image is a composite image of images of the three primary colors of light, and when a concave mirror is used for enlarging the second three-dimensional image, the second correction is performed by using the three-dimensional image of light. It may be characterized in that the correction is related to field curvature and distortion for each of the primary color images.

【0017】また、第2の立体像は右目視用像と左目
視用像とであるとともに、拡大光学系は右目視用拡大
光学系と左目視用拡大光学系とを備え、第1の補正
は、右目視用像の各部分と右目視用拡大光学系との光軸
方向での相対距離に応じて発生する拡大率の変化に応じ
て、肉眼での視認される立体像が右目視像と略相似とす
る右目視用拡大補正と、左目視用像の各部分と左目視用
拡大光学系との光軸方向での相対距離に応じて発生する
拡大率の変化に応じて、肉眼での視認される立体像が左
目視像と略相似とする左目視用拡大補正とであることを
特徴としてもよい。
The second three-dimensional image is a right-viewing image and a left-viewing image, and the magnifying optical system includes a right-viewing magnifying optical system and a left-viewing magnifying optical system. Is a three-dimensional image that can be visually recognized by the naked eye according to a change in magnification that occurs according to the relative distance in the optical axis direction between each part of the right-view image and the right-view magnifying optical system. With the naked eye, in accordance with a change in the magnification that occurs according to the relative distance in the optical axis direction between each part of the image for the left eye and the optical system for the left eye, May be a left-view enlargement correction that is substantially similar to the left-view image.

【0018】また、第2の補正は、右目視用拡大光学系
での拡大後に発生する右目視像に関する収差に応じて、
肉眼で視認される立体像が第1の立体像に対して略無歪
とする右目視用収差補正と、左目視用拡大光学系での拡
大後に発生する左目視像に関する収差に応じて、肉眼で
視認される立体像が第1の立体像に対して略無歪とする
左目視用収差補正とであることを特徴としてもよい。
The second correction is performed according to an aberration relating to a right-view image generated after magnification by the right-view magnification optical system.
The right-eye aberration correction that makes the three-dimensional image visually recognized by the naked eye substantially distortion-free with respect to the first three-dimensional image, and the left-eye visual aberration generated after magnification by the left-eye magnifying optical system, May be characterized in that the three-dimensional image visually recognized in step (1) is left-eye aberration correction that makes the first three-dimensional image substantially distortion-free.

【0019】本発明の立体表示装置は、第1の3次元座
標系での第1の立体像の情報に基づいて第2の3次元座
標系における第2の立体像を形成後、第2の立体像を拡
大して肉眼に提供する立体表示装置であって、(a)第
2の立体像の各部分と拡大光学系との光軸方向での相対
距離に応じて発生する拡大率の変化に応じて、肉眼での
視認される立体像が第1の立体像と略相似とする第1の
補正を行って第2の立体像を形成する像形成部と、
(b)第2の立体像を拡大して肉眼に提供する拡大光学
系とを備えることを特徴とする。
The three-dimensional display device of the present invention forms a second three-dimensional image in a second three-dimensional coordinate system based on information of the first three-dimensional image in the first three-dimensional coordinate system, and then forms a second three-dimensional image in the second three-dimensional coordinate system. What is claimed is: 1. A stereoscopic display device for enlarging a stereoscopic image and providing it to the naked eye, wherein: (a) a change in an enlarging ratio that occurs in accordance with a relative distance in the optical axis direction between each part of the second stereoscopic image and an optical system An image forming unit that performs a first correction so that a three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially similar to the first three-dimensional image to form a second three-dimensional image,
(B) an enlargement optical system for enlarging the second stereoscopic image and providing it to the naked eye.

【0020】ここで、像形成部は、更に、拡大光学系で
の拡大後に発生する第2の立体像に関する収差に応じ
て、肉眼で視認される立体像が第1の立体像に対して略
無歪とする第2の補正を行って第2の立体像を形成する
ことを特徴としてもよい。
Here, the image forming unit further converts the three-dimensional image visually recognized by the naked eye with respect to the first three-dimensional image in accordance with the aberration relating to the second three-dimensional image generated after the magnification by the magnifying optical system. A second stereoscopic image may be formed by performing a second correction to eliminate distortion.

【0021】また、像形成部は、第1の立体像の情報
を格納する格納手段と、格納手段から読み出した第1
の立体像の情報に第1の補正に応じた第1の補正演算を
施して、第2の立体像の情報を演算する画像補正手段
と、画像補正手段で演算された第2の立体像の情報に
基づいて、2次元状の画像を表示する画像表示手段と、
画像表示手段に表示された2次元状の画像から第2の
3次元座標系における第2の立体像を形成する像形成光
学系とを備えることを特徴とする。ここで、画像補正手
段は、更に、第2の補正に応じた補正演算を行うことを
特徴としてもよい。
The image forming section includes a storage unit for storing information of the first three-dimensional image, and a first unit read from the storage unit.
Image correction means for performing a first correction operation in accordance with the first correction on the information of the three-dimensional image of the second three-dimensional image to calculate information of the second three-dimensional image, and an image correction means of the second three-dimensional image calculated by the image correction means. Image display means for displaying a two-dimensional image based on the information;
An image forming optical system for forming a second three-dimensional image in a second three-dimensional coordinate system from a two-dimensional image displayed on the image display means. Here, the image correction means may further perform a correction operation according to the second correction.

【0022】また、像形成部は、通知された第1の立体
像の情報を受信し、格納手段に格納する受信手段を更に
備えることを特徴としてもよい。
Further, the image forming section may further include a receiving means for receiving the information of the notified first three-dimensional image and storing the information in the storage means.

【0023】また、拡大光学系は第2の立体像を拡大す
る凸レンズまたは凹面鏡を備えて構成することが実用的
である。
It is practical that the magnifying optical system includes a convex lens or a concave mirror for magnifying the second stereoscopic image.

【0024】また、第2の立体像は単色像である場合
に、第2の補正は像面湾曲および歪曲に関する補正であ
ることを特徴としてもよい。
Further, when the second stereoscopic image is a monochromatic image, the second correction may be a correction relating to field curvature and distortion.

【0025】また、第2の立体像が光の3原色の各色の
像の合成像であり、かつ、第2の立体像の拡大に凸レン
ズを使用する場合に、第2の補正は、光の3原色の各色
の像の夫々についての像面湾曲、歪曲および光の3原色
の各色の像の相互間での色収差に関する補正であること
を特徴としてもよい。
Further, when the second three-dimensional image is a composite image of images of the three primary colors of light and a convex lens is used for enlarging the second three-dimensional image, the second correction is performed using the light It may be characterized in that the correction is for the field curvature, distortion, and chromatic aberration between the images of the three primary colors of light for each of the three primary color images.

【0026】また、第2の立体像は光の3原色の各色の
像の合成像であり、かつ、第2の立体像の拡大に凹面鏡
を使用する場合に、第2の補正は光の3原色の各色の像
の夫々についての像面湾曲、歪曲に関する補正であるこ
とを特徴としてもよい。
The second three-dimensional image is a composite image of images of the three primary colors of light, and when a concave mirror is used for enlarging the second three-dimensional image, the second correction is performed on the three-dimensional image of light. It may be characterized in that the correction is related to field curvature and distortion for each of the primary color images.

【0027】また、第2の立体像は右目視用像と左目
視用像とであるとともに、拡大光学系は右目視用拡大
光学系と左目視用拡大光学系とを備え、第1の補正
は、右目視用像の各部分と右目視用拡大光学系との光軸
方向での相対距離に応じて発生する拡大率の変化に応じ
て、肉眼での視認される立体像が右目視像と略相似とす
る右目視用拡大補正と、左目視用像の各部分と左目視用
拡大光学系との光軸方向での相対距離に応じて発生する
拡大率の変化に応じて、肉眼での視認される立体像が左
目視像と略相似とする左目視用拡大補正とであることを
特徴としてもよい。
The second stereoscopic image is a right-viewing image and a left-viewing image, and the magnifying optical system includes a right-viewing magnifying optical system and a left-viewing magnifying optical system. Is a three-dimensional image that can be visually recognized by the naked eye according to a change in magnification that occurs according to the relative distance in the optical axis direction between each part of the right-view image and the right-view magnifying optical system. With the naked eye, in accordance with a change in the magnification that occurs according to the relative distance in the optical axis direction between each part of the image for the left eye and the optical system for the left eye, May be a left-view enlargement correction that is substantially similar to the left-view image.

【0028】また、第2の補正は、右目視用拡大光学系
での拡大後に発生する右目視像に関する収差に応じて、
肉眼で視認される立体像が第1の立体像に対して略無歪
とする右目視用収差補正と、左目視用拡大光学系での拡
大後に発生する左目視像に関する収差に応じて、肉眼で
視認される立体像が第1の立体像に対して略無歪とする
左目視用収差補正とであることを特徴としてもよい。
The second correction is performed according to an aberration relating to a right-view image generated after the enlargement by the right-view magnification optical system.
The right-eye aberration correction that makes the three-dimensional image visually recognized by the naked eye substantially distortion-free with respect to the first three-dimensional image, and the left-eye visual aberration generated after magnification by the left-eye magnifying optical system, May be characterized in that the three-dimensional image visually recognized in step (1) is left-eye aberration correction that makes the first three-dimensional image substantially distortion-free.

【0029】[0029]

【作用】本発明の立体表示方法では、まず、第1の立体
像の情報に基づいて、第2の立体像の各部分と拡大光学
系との光軸方向での相対距離に応じて発生する拡大率の
変化に応じて、肉眼での視認される立体像が第1の立体
像と略相似とする第1の補正がなされ、第2の立体像の
情報が演算される。ここで、更に、拡大光学系での拡大
後に発生する第2の立体像に関する収差に応じて、肉眼
で視認される立体像が第1の立体像に対して略無歪とす
る第2の補正を行うことも可能である。この場合には、
更に質の良い立体像が肉眼に提供される。
According to the stereoscopic display method of the present invention, first, based on the information of the first stereoscopic image, it is generated in accordance with the relative distance in the optical axis direction between each part of the second stereoscopic image and the magnifying optical system. In accordance with the change in the magnification, the first correction is performed so that the three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially similar to the first three-dimensional image, and the information of the second three-dimensional image is calculated. Here, a second correction is performed such that the three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially distortion-free with respect to the first three-dimensional image in accordance with an aberration related to the second three-dimensional image generated after the magnification by the magnifying optical system. It is also possible to do. In this case,
A higher quality stereoscopic image is provided to the naked eye.

【0030】肉眼視される立体像を単色像とする場合に
は、第2の補正として像面湾曲および歪曲に関する補正
を実施し、第2の立体像を単色像として形成する。
When a stereoscopic image viewed with the naked eye is a monochromatic image, a correction relating to field curvature and distortion is performed as a second correction, and the second stereoscopic image is formed as a monochromatic image.

【0031】一方、肉眼視される像を多色像とする場合
には、第2の補正として像面湾曲、歪曲、および必要に
応じて色収差に関する補正を実施し、第2の立体像を光
の3原色の各色について像の合成像として形成する。
On the other hand, when the image viewed with the naked eye is a multicolor image, correction for curvature of field, distortion and, if necessary, chromatic aberration is performed as a second correction, and the second stereoscopic image is converted to light. Each of the three primary colors is formed as a composite image.

【0032】また、両眼視を採用する場合には、第2の
立体像を右目視用像と左目視用とし、夫々について上述
の第1および第2の補正を施す。
When the binocular vision is adopted, the second stereoscopic image is used for the right-viewing image and the left-viewing image, and the above-described first and second corrections are performed on each of them.

【0033】次に、第2の立体像の情報に基づいて第2
の立体像を形成する。この第2の像立体像を拡大光学系
で拡大して肉眼に提供する。
Next, based on the information of the second three-dimensional image, a second
Is formed. This second image stereoscopic image is enlarged by an enlargement optical system and provided to the naked eye.

【0034】本発明の立体表示装置は、(a)第2の立
体像の各部分と拡大光学系との光軸方向での相対距離に
応じて発生する拡大率の変化に応じて、肉眼での視認さ
れる立体像が第1の立体像と略相似とする第1の補正を
行って第2の立体像を形成する像形成部と、(b)第2
の立体像を拡大して肉眼に提供する拡大光学系とを備え
るので、本発明の立体表示方法を好適に実施する。
The three-dimensional display device according to the present invention is characterized in that: (a) the naked eye changes the magnification that occurs according to the relative distance in the optical axis direction between each part of the second stereoscopic image and the magnifying optical system. An image forming unit that performs a first correction to form a second three-dimensional image by making a three-dimensional image visually recognized to be substantially similar to the first three-dimensional image;
And a magnifying optical system for enlarging the stereoscopic image and providing it to the naked eye. Therefore, the stereoscopic display method of the present invention is suitably implemented.

【0035】ここで、像形成部は、更に、拡大光学系で
の拡大後に発生する第2の立体像に関する収差に応じ
て、肉眼で視認される立体像が第1の立体像に対して略
無歪とする第2の補正を行って第2の立体像を形成する
こととすることが可能である。
Here, the image forming section further converts the three-dimensional image visually recognized by the naked eye with respect to the first three-dimensional image in accordance with the aberration related to the second three-dimensional image generated after the magnification by the magnifying optical system. It is possible to form a second three-dimensional image by performing a second correction of no distortion.

【0036】また、像形成部を、第1の立体像の情報
を格納する格納手段と、格納手段から読み出した第1
の立体像の情報に第1の補正に応じた第1の補正演算を
施して、第2の立体像の情報を演算する画像補正手段
と、画像補正手段で演算された第2の立体像の情報に
基づいて、2次元状の画像を表示する画像表示手段と、
画像表示手段に表示された2次元状の画像から第2の
3次元座標系における第2の立体像を形成する像形成光
学系とを備えて構成することが可能である。ここで、画
像補正手段は更に第2の補正に応じた補正演算を施すこ
ととすることも可能である。
Further, the image forming section is provided with a storage means for storing information of the first three-dimensional image, and a first read-out means for reading out the information from the storage means.
Image correction means for performing a first correction operation in accordance with the first correction on the information of the three-dimensional image of the second three-dimensional image to calculate information of the second three-dimensional image, and an image correction means of the second three-dimensional image calculated by the image correction means. Image display means for displaying a two-dimensional image based on the information;
An image forming optical system that forms a second three-dimensional image in a second three-dimensional coordinate system from a two-dimensional image displayed on the image display means can be provided. Here, the image correction unit may further perform a correction operation according to the second correction.

【0037】この場合には、まず、画像補正手段が格納
手段から読み出された第1の立体像の情報に第1または
第1および第2の補正を施して第2の立体像の情報を得
る。次に、第2の立体像の情報に基づいた2次元状の画
像を画像表示手段に表示する。次いで、画像表示手段に
表示された2次元状の画像から、像形成光学系は第2の
3次元座標系における第2の立体像を形成する。
In this case, first, the image correction means performs the first or first and second corrections on the information of the first three-dimensional image read from the storage means to obtain the information of the second three-dimensional image. obtain. Next, a two-dimensional image based on the information of the second stereoscopic image is displayed on the image display means. Next, the image forming optical system forms a second three-dimensional image in a second three-dimensional coordinate system from the two-dimensional image displayed on the image display means.

【0038】像形成部が更にデータ通信による3次元形
態の情報や3次元スキャナによる3次元形態の測定装置
の測定結果情報を受信し、格納手段に格納する受信手段
を備えれば、立体表示する立体像の種類を容易に増やす
ことが可能となる。
If the image forming unit further includes a receiving means for receiving the information of the three-dimensional form by data communication or the measurement result information of the three-dimensional measuring apparatus by the three-dimensional scanner and storing the information in the storage means, the three-dimensional display is performed. It is possible to easily increase the types of stereoscopic images.

【0039】拡大光学系の拡大用光部品としては、凸レ
ンズまたは凹面鏡が好適に使用できる。拡大用光部品と
して凸レンズを使用した場合には、一般的に第2の補正
として色収差補正が必要となる。
As a magnifying optical component of the magnifying optical system, a convex lens or a concave mirror can be suitably used. When a convex lens is used as an optical component for enlargement, chromatic aberration correction is generally required as the second correction.

【0040】像形成部を右目用像形成部と左目用像形成
部とで形成すれば、本発明の立体表表示方法を実行する
ことで、両眼視による立体感にあふれた立体表示が可能
となる。
If the image forming unit is formed by the right-eye image forming unit and the left-eye image forming unit, the stereoscopic display method of the present invention can be executed to provide a stereoscopic display full of stereoscopic effect by binocular vision. Becomes

【0041】[0041]

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0042】図1は、本発明の立体表示方法を実行する
本発明の立体表示装置の基本構成図である。図1に示す
ように、この装置は、(a)立体像IM2を拡大して肉
眼に提供する拡大光学系300と、(b)立体像IM2
の各部分と拡大光学系300との光軸方向zでの相対距
離に応じて発生する拡大率の変化に応じて、肉眼での視
認される立体像が立体像IM1と略相似とする第1の補
正を行うとともに、拡大光学系での拡大後に発生する立
体像IM2に関する収差に応じて、肉眼で視認される立
体像が立体像IM1に対して略無歪とする第2の補正を
行って、立体像IM2に関する情報を出力する画像処理
部100と、(c)画像処理部100から出力された立
体像IM2に関する情報に基づいて第2の立体像を形成
する像形成光学系200とを備える。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a stereoscopic display device of the present invention for executing the stereoscopic display method of the present invention. As shown in FIG. 1, the apparatus includes (a) a magnifying optical system 300 that magnifies the stereoscopic image IM2 and provides it to the naked eye, and (b) a stereoscopic image IM2.
The three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially similar to the three-dimensional image IM1 according to a change in the magnification that occurs in accordance with the relative distance between each part of the optical system 300 and the magnifying optical system 300 in the optical axis direction z. And a second correction is performed so that the three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially distortion-free with respect to the three-dimensional image IM1 according to the aberration of the three-dimensional image IM2 generated after the enlargement by the magnifying optical system. , An image processing unit 100 that outputs information about the three-dimensional image IM2, and (c) an image forming optical system 200 that forms a second three-dimensional image based on the information about the three-dimensional image IM2 output from the image processing unit 100. .

【0043】画像処理部100は、立体像IM1の情
報を格納する格納部110と、格納器110から読み
出した立体像IM1の情報に、第1の補正に応じた補正
演算と第2の補正に応じた補正演算とを施して、立体像
IM2の情報を演算する画像補正部120と、画像補
正部120で演算された立体像IM2の情報に基づい
て、2次元状の画像情報を表示する画像表示手段130
とを備える。
The image processing unit 100 stores the information of the three-dimensional image IM1 in the storage unit 110 and the information of the three-dimensional image IM1 read out from the storage unit 110 into the correction operation according to the first correction and the second correction. An image correction unit 120 that performs information processing of the stereoscopic image IM2 by performing a correction operation in accordance with the image processing unit, and an image that displays two-dimensional image information based on the information of the stereoscopic image IM2 calculated by the image correction unit 120. Display means 130
And

【0044】像形成光学系200は、画像表示手段13
0から出力された画像情報を書込可能であるとともに、
書込まれた画像情報を読み出し可能な空間光変調器21
0を備える。
The image forming optical system 200 includes the image display unit 13
Image information output from 0 can be written,
Spatial light modulator 21 capable of reading written image information
0 is provided.

【0045】拡大光学系300は拡大用光部品として凸
レンズ310を備える。なお、拡大用光部品として凹面
鏡を使用することも可能である。
The magnifying optical system 300 has a convex lens 310 as a magnifying optical component. In addition, it is also possible to use a concave mirror as an optical component for magnification.

【0046】図1に示した装置は、以下のようにして本
発明の立体表示方法を実行する。
The apparatus shown in FIG. 1 executes the stereoscopic display method of the present invention as follows.

【0047】まず、画像補正部120が格納部110か
ら立体像IM1の情報を読み出す。この情報は、立体像
IM1の形態に関する座標情報、場合によっては各座標
情報に色情報が付加されたものである。
First, the image correction unit 120 reads information on the stereoscopic image IM1 from the storage unit 110. This information is coordinate information relating to the form of the stereoscopic image IM1, and in some cases, color information is added to each coordinate information.

【0048】画像補正部120は、第1の補正および第
2の補正を立体像IM1の情報に施すとともに、補正さ
れた情報が像形成光学を介した結果として座標系xyz
の所望の位置に立体像IM2を形成する立体像IM2に
関する画像情報を演算する。この、画像補正120の演
算は、立体像IM2の各部と凸レンズ310との相対
距離による倍率変化に応じた補正演算および凸レンズ
310で発生する収差に応じた補正演算をした後、所
望の位置に立体像IM2を形成するために空間光変調器
210に書込まれる画像情報の形態をとった立体像情報
の演算と、である。以下、順に各演算について説明す
る。
The image correction unit 120 performs the first correction and the second correction on the information of the three-dimensional image IM1, and converts the corrected information into the coordinate system xyz as a result through the image forming optics.
Of the stereoscopic image IM2 forming the stereoscopic image IM2 at the desired position of the image. In the calculation of the image correction 120, after performing a correction calculation according to a change in magnification due to a relative distance between each part of the three-dimensional image IM2 and the convex lens 310 and a correction calculation according to an aberration generated in the convex lens 310, the stereoscopic correction is performed at a desired position. Computation of stereoscopic image information in the form of image information written to spatial light modulator 210 to form image IM2. Hereinafter, each operation will be described in order.

【0049】1.凸レンズ310と立体像IM2との距
離による像倍率 図2は凸レンズ310による立体像IM2の拡大動作の
説明図である。立体像IM2を拡大するために、拡大し
たい立体像IM2の位置は凸レンズの焦点距離よりも内
側になるように配置される。
1. Image magnification based on distance between convex lens 310 and stereoscopic image IM2 FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of enlarging stereoscopic image IM2 by convex lens 310. In order to enlarge the three-dimensional image IM2, the position of the three-dimensional image IM2 to be enlarged is arranged inside the focal length of the convex lens.

【0050】立体像IM2の1断面が位置をza (原点
Oからの距離=a)、拡大像IM3の位置をzb (原点
Oからの距離=b)、凸レンズ310(配置位置z1
の焦点距離をfとすると、ガウスの結像公式より 1/a+1/b=1/f …(1) 但し、a:原点Oから−z方向で正 b:原点Oからz方向で正 の関係が成立する。一方、 a=zl +f−za …(2) b=zb −zl −f …(3) となる。
The position of one section of the three-dimensional image IM2 is represented by z a (distance from the origin O = a), the position of the enlarged image IM3 is represented by z b (distance from the origin O = b), and the convex lens 310 (arranged position z 1 ).
If the focal length of f is f, then from the Gaussian imaging formula, 1 / a + 1 / b = 1 / f (1) where a: positive from origin O in the -z direction b: positive relationship from origin O in the z direction Holds. On the other hand, the a = z l + f-z a ... (2) b = z b -z l -f ... (3).

【0051】(1)式より、 b=fa/(a−f) …(4) なので、(2),(3)より zb =z1 +f+f(z1 +f−za )/(z1 −za )…(5) となる。このときの倍率m=b/aは m(za )=f/(a−f) =f/(z1 +f−za −f)=f/(z1 −za )…(6) となる。[0051] from equation (1), b = fa / (a- f) ... (4) so, (2), (3) than z b = z 1 + f + f (z 1 + f-z a) / (z 1 −z a ) (5) Magnification m = b / a in this case is m (z a) = f / (a-f) = f / (z 1 + f-z a -f) = f / (z 1 -z a) ... (6) Becomes

【0052】すなわちレンズの焦点距離内に等倍の倍率
をもつ立体像の断層像を複数配置しても拡大レンズによ
る倍率は一定にはならない。また等間隔に断層を複数配
置しても拡大像の断層間隔も等間隔にならない。図3
は、za の相違による倍率mの相違の説明図である。図
3に示すように、拡大像IM3は立体像IM2に対して
歪んだ立体像としてしか観測できないので、元になる立
体像IM1に対して、立体像IM2が相似関係にある
と、拡大像IM3は立体像IM2に対して歪んだ立体像
としてしか観測できないことになる。
That is, even if a plurality of tomographic images of a three-dimensional image having the same magnification are arranged within the focal length of the lens, the magnification by the magnifying lens is not constant. Further, even if a plurality of tomograms are arranged at equal intervals, the tomographic intervals of the enlarged image do not become equal. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a difference in magnification m due to a difference in z a . As shown in FIG. 3, since the enlarged image IM3 can be observed only as a three-dimensional image distorted with respect to the three-dimensional image IM2, if the three-dimensional image IM2 is similar to the original three-dimensional image IM1, the enlarged image IM3 Can be observed only as a three-dimensional image distorted with respect to the three-dimensional image IM2.

【0053】この位置歪と倍率歪を補正する方法につい
て説明する。
A method for correcting the position distortion and the magnification distortion will be described.

【0054】最初に、拡大像IM3の位置zb から位置
a と縮小倍率m(zb )=a/bを求めると、 za =z1 +f−f(zb −z1 −f)/(zb −z1 −2f)…(7) m(zb )=a/b=f/(zb −z1 −2f) …(8) である。
First, when the position z a and the reduction magnification m (z b ) = a / b are obtained from the position z b of the enlarged image IM3, z a = z 1 + f−f (z b −z 1 −f) a / (z b -z 1 -2f) ... (7) m (z b) = a / b = f / (z b -z 1 -2f) ... (8).

【0055】位置zb より−△ずつ離れた拡大断層像i
番目について考えると、その入力立体断面像の位置
a ’は za ’=z1 +f−f(zb −i・△−z1 −f) /(zb −i・△−z1 −2f) …(9) とすれば位置歪が補正される。
An enlarged tomographic image i separated by-△ from the position z b
The position z a ′ of the input three-dimensional sectional image is given by z a ′ = z 1 + f−f (z b −i · △ −z 1 −f) / (z b −i · △ −z 1 − 2f) (9) position distortion is corrected.

【0056】また、このときの倍率m(zb −i・△)
は m(zb −i・△)=f/(zb −i・△−z1 −2f) …(10) なので、補正倍率m’(zb −i・△)として m’(zb −i・△)=m(zb −i・△)/m(zb ) …(11) を計算し、この補正倍率を入力立体断面像にあらかじめ
乗じておけばzbの位置にある拡大像と同じ倍率の拡大
断面像を得ることができることになる。図4は、補正後
の立体像IM2と拡大像IM3との説明図である。
Further, the magnification m (z b -i · △) at this time.
M (z b -i · △) is = f / (z b -i · △ -z 1 -2f) ... (10) so the correction factor m '(z b -i · △ ) as m' (z b −i · △) = m (z b −i · △) / m (z b ) (11), and if the correction magnification is multiplied in advance by the input three-dimensional sectional image, an enlarged image at the position of zb is obtained. Thus, an enlarged cross-sectional image having the same magnification as that described above can be obtained. FIG. 4 is an explanatory diagram of the corrected stereoscopic image IM2 and the enlarged image IM3.

【0057】以上は、拡大断層像を等間隔に配置するよ
うにした場合であるが、目の距離感を満足するためには
等間隔である必要はなく数m以内の像について距離が近
いほど密に配置することが望ましい。この場合も(9)
式および(10)式に従った入力位置と倍率補正を考慮
すればよい。また、これらの補正式は立体像IM2が虚
像でも実像でも成立する。但し、入力立体像のサンプリ
ング間隔は、後の説明に従う必要がある。
The above is the case where the enlarged tomographic images are arranged at equal intervals. However, in order to satisfy the sense of distance between eyes, the tomographic images need not be equal intervals. It is desirable to arrange them densely. Also in this case (9)
The input position and the magnification correction according to the equations (10) and (10) may be considered. Further, these correction formulas are established whether the stereoscopic image IM2 is a virtual image or a real image. However, the sampling interval of the input stereoscopic image must follow the description given below.

【0058】2.レンズの収差補正 実像もしくは虚像を目に対して拡大するレンズは、望遠
鏡や顕微鏡では接眼レンズと呼ばれ、射出瞳がレンズか
ら離れている非対称レンズであることが特徴である。こ
の非対称である接眼レンズの設計上複雑な収差補正とし
て、1)像面湾曲、2)歪曲、3)色収差の補正がよく
知られている。このためこれらの収差を補正したレンズ
は設計および構成が複雑であるとともに精密加工が必要
となる。
2. Lens aberration correction A lens that enlarges a real image or a virtual image with respect to the eye is called an eyepiece in a telescope or a microscope, and is characterized by an asymmetric lens in which an exit pupil is away from the lens. As the complicated aberration correction in the design of the asymmetric eyepiece, 1) field curvature, 2) distortion, and 3) correction of chromatic aberration are well known. For this reason, a lens in which these aberrations are corrected has a complicated design and configuration, and requires precision processing.

【0059】本発明の立体表示方法では、実像もくしは
虚像の各断面像を任意の位置に任意の倍率で配置するこ
とで収差を補正するので、入手が容易な安価なレンズを
使用できる。以下、各補正の方法について順に説明す
る。
In the three-dimensional display method of the present invention, aberrations are corrected by arranging each cross-sectional image of a real image or a virtual image at an arbitrary position and an arbitrary magnification, so that an inexpensive lens that is easily available can be used. Hereinafter, each correction method will be described in order.

【0060】(1)像面湾曲及び歪曲の補正の方法 サジタル像面とメリジォナル像面の隔たりを非点収差と
呼び、その中間が実用像面となる。この平均像面は、平
面となるとは限らず通常は湾状にカーブした像面とな
る。これが像面湾曲である。この像面湾曲は平行光の入
力すなわち入力像は無限遠にあることを想定するもので
あるが、像面湾曲の意味を広く解釈しレンズに近い場所
に置いた入力平面が平面上に結像せず湾上にカーブする
ことを主に考慮する。
(1) Method of Correcting Field Curvature and Distortion The gap between the sagittal image plane and the meridional image plane is called astigmatism, and the middle is the practical image plane. The average image plane is not necessarily a plane, but usually an image plane curved in a bay shape. This is the field curvature. This field curvature assumes that the input of parallel light, that is, the input image is at infinity, but the meaning of field curvature is interpreted widely, and the input plane placed near the lens forms an image on the plane The main consideration is to bend over the bay without.

【0061】また、像の形状の再現性の欠陥を表す収差
が歪曲であり、物体平面上の正方形が像面上では正方形
とならずに樽型または糸巻き型となったりする。
Further, the aberration representing a defect in the reproducibility of the shape of the image is distorted, and the square on the object plane does not become a square on the image plane but becomes a barrel type or a pincushion type.

【0062】以上の様な収差のもとでの結像でも、一点
の物体から一点への結像と見なすことができるので、光
の可逆性を鑑みると、拡大によって生じる像面湾曲や歪
曲と逆傾向の適度の像面湾曲や歪曲を立体像IM2に施
すことにより、拡大像IM3の元の立体像IM1に対す
る像歪を解消することができる。
Even when the image is formed under the above-mentioned aberration, it can be regarded as an image formed from one object to one point. By applying a moderate field curvature or distortion having a reverse tendency to the three-dimensional image IM2, image distortion of the enlarged image IM3 with respect to the original three-dimensional image IM1 can be eliminated.

【0063】図5は、像面湾曲や歪曲の補正方法の説明
図である。この方法では、まず、想定する接眼レンズに
対し、拡大像を入力像としその結像位置での像面湾曲
や歪曲のデータを収集、あるいは、設計時のデータを
集め、入力立体像の座標系(x,y,z)と出力すべき
補正後の座標系(x’,y’,z’)で、複数の基準点
を求める。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of correcting field curvature and distortion. In this method, first, for an assumed eyepiece, an enlarged image is used as an input image and data of curvature of field or distortion at the image forming position is collected, or data at the time of design is collected, and the coordinate system of the input stereoscopic image is collected. A plurality of reference points are obtained using (x, y, z) and the coordinate system (x ′, y ′, z ′) after correction to be output.

【0064】次に、必要な基準点を持つ拡大像を計算に
より歪曲が無いものとして入力像に変換する。更に、拡
大像を入力として、実際のレンズで結像させる評価実験
を実施した縮小像を得る。
Next, an enlarged image having a necessary reference point is converted into an input image by calculation without distortion. Further, a magnified image is obtained in which an evaluation experiment for forming an image with an actual lens is performed using the magnified image as an input.

【0065】次いで、計算によって得られた縮小像とレ
ンズ評価実験で得られた縮小像とそれぞれ基準点の対応
より補正変換式を求める。
Next, a correction conversion formula is obtained from the correspondence between the reduced image obtained by the calculation and the reduced image obtained by the lens evaluation experiment and the reference point.

【0066】拡大レンズの入力画像に対し得られた補正
変換式を使用し、補正を計算し拡大レンズの入力面に配
置すると歪が補正された拡大像が得られることになる。
When the correction is calculated using the correction conversion formula obtained for the input image of the magnifying lens and is arranged on the input surface of the magnifying lens, a magnified image with corrected distortion can be obtained.

【0067】歪曲の場合にはz方向には補正する必要が
ないので入力立体像の座標系(x,y)、補正後の座標
系(x’,y’)で座標変換式を用いることになる。
In the case of distortion, there is no need to correct in the z direction. Therefore, a coordinate conversion formula is used in the coordinate system (x, y) of the input stereoscopic image and in the coordinate system (x ′, y ′) after correction. Become.

【0068】こうした、得られた補正変換式による補正
を元となる立体像IM1の情報に施して、湾曲カーブや
歪に従って、立体像IM2を構成する輝点を配置する。
補正された立体像IM2を拡大レンズ130で拡大する
ことにより、元となる立体像IM1に対して歪の無い拡
大像IM3が得られる。
The correction based on the obtained correction conversion formula is applied to the information of the original three-dimensional image IM1, and the bright spots forming the three-dimensional image IM2 are arranged according to the curve and the distortion.
By enlarging the corrected stereoscopic image IM2 with the magnifying lens 130, an enlarged image IM3 having no distortion with respect to the original stereoscopic image IM1 is obtained.

【0069】これらの歪等は、レンズ個々に異なるため
に一般式で記述することは困難である。
Since these distortions and the like differ for each lens, it is difficult to describe them by a general formula.

【0070】歪曲に関する座標変換式には、以下のよう
な数多くの候補があり、実際の拡大レンズの特性に応じ
て選択をする。
There are a number of candidates for the coordinate transformation formula relating to distortion as described below, and selection is made according to the characteristics of an actual magnifying lens.

【0071】単純な放射状の歪曲には、 r=a1 r’+a3 r’3 +a5 r’5 ここで、r=(x2 +y2 (1/2) r’=(x’2 +y’2 (1/2) を使用する。For a simple radial distortion, r = a 1 r ′ + a 3 r ′ 3 + a 5 r ′ 5 where r = (x 2 + y 2 ) (1/2) r ′ = (x ′ 2 + y '2) the use of (1/2).

【0072】エルミート変換とみなされる場合には、 x=ax’+by’+c y=−bx’+ay’+d を使用する。When it is considered that the Hermitian transform is used, x = ax '+ by' + cy = -bx '+ ay' + d is used.

【0073】アフィン変換とみなされる場合には、 x=ax’+by’+c y=dx’+ey’+f を使用する。If it is regarded as an affine transformation, use x = ax '+ by' + cy = dx '+ ey' + f.

【0074】疑似アフィン変換とみなされる場合に
は、 x=a1 x’y’+a2 x’+a3 y’+a4 y=b1 x’y’+b2 x’+b3 y’+b4 を使用する。
If it is considered as a pseudo-affine transformation, x = a 1 x'y '+ a 2 x' + a 3 y '+ a 4 y = b 1 x'y' + b 2 x '+ b 3 y' + b 4 use.

【0075】2次コンフォーマル変換とみなされる場
合には、 x=ax’+by’c(x’2 −y’2 )+2dx’y’+e y=−bx’+ay’−d(x’2 −y’2 )+2cx’y’+f 2次元透視投影変換とみなされる場合には、 x=(a1 x’+a2 y’+a3 )/(a7 x’+a8 y’+1) y=(a4 x’+a5 y’+a6 )/(a7 x’+a8 y’+1) を使用する。
If it is regarded as a second-order conformal transformation, x = ax ′ + by′c (x ′ 2 −y ′ 2 ) + 2dx′y ′ + ey = −bx ′ + ay′−d (x ′ 2 − y ′ 2 ) + 2cx′y ′ + f When considered as a two-dimensional perspective projection transformation, x = (a 1 x ′ + a 2 y ′ + a 3 ) / (a 7 x ′ + a 8 y ′ + 1) y = ( a 4 x '+ a 5 y ' + a 6) using a / (a 7 x '+ a 8 y' + 1).

【0076】多項式表現となる場合には、In the case of a polynomial expression,

【0077】[0077]

【数1】 (Equation 1)

【0078】を使用する。Is used.

【0079】これらの座標変換式の各係数は、決定に必
要とする数以上の基準点の座標を用いて最小2乗法によ
って求める。基準点以外の座標について残差を検討し精
度が満足できる変換式を用いることになる。
Each coefficient of these coordinate conversion equations is obtained by the least squares method using the coordinates of reference points equal to or more than the number required for determination. A residual equation is examined for coordinates other than the reference point, and a conversion formula that satisfies the accuracy is used.

【0080】満足する座標変換式を使用し、入力立体像
の座標値より補正すべき座標値に変換した歪曲補正画像
を得る。この歪曲補正画像が拡大レンズの入力像とする
場合に、拡大された像は歪曲を持たないことになる。空
間光変調素子上の波面の計算はこの歪曲補正画像に対し
て実行する。
Using a satisfactory coordinate conversion formula, a distortion-corrected image is obtained by converting the coordinate values of the input stereoscopic image into the coordinate values to be corrected. When the distortion-corrected image is an input image of the magnifying lens, the enlarged image has no distortion. The calculation of the wavefront on the spatial light modulator is performed on the distortion corrected image.

【0081】なお、拡大用レンズとして入手が容易なレ
ンズは、通常、球面対称な歪曲特性を有するので、通常
はの座標変換式を適用できる。
Incidentally, a lens which is easily available as an enlarging lens usually has a spherically symmetric distortion characteristic, so that an ordinary coordinate conversion formula can be applied.

【0082】また、像面湾曲の場合には歪曲補正の場合
のz方向への拡張と考えられる。入力立体像の座標系
(x,y,z)、補正後の座標系(x’,y’,z’)
で座標変換式を用いる。
Further, in the case of field curvature, it is considered to be an extension in the z direction in the case of distortion correction. Coordinate system (x, y, z) of input stereoscopic image, coordinate system (x ', y', z ') after correction
Use the coordinate transformation formula.

【0083】座標変換式も同様にz方向に拡張して以下
に例を示す。
The coordinate conversion formula is similarly extended in the z direction, and an example is shown below.

【0084】単純な放射状の像面湾曲の場合には、 z=z’+a1 r’+a3 r’3 +a5 r’5 ここで、r’=(x’2 +y’2 (1/2) アフィン変換とみなされる場合には、 x=ax’+by’+cz’+b y=ex’+fy’+gz’+h z=ix’+jy’+kz’+1 を使用する。In the case of a simple radial curvature of field, z = z ′ + a 1 r ′ + a 3 r ′ 3 + a 5 r ′ 5 where r ′ = (x ′ 2 + y ′ 2 ) (1 / 2) If it is regarded as an affine transformation, use x = ax ′ + by ′ + cz ′ + by = ex ′ + fy ′ + gz ′ + hz = ix ′ + ji ′ + kz ′ + 1.

【0085】疑似アフィン変換とみなされる場合に
は、 x=a1 x’y’+a2 y’z’+a3 z’x’+a4 x’+a5 y’+a
6 z’+a4 y=b1 x’y’+b2 y’z+b3 z’x’+b4 x’+b5 y’+b6 z’
+b4 z=c1 x’y’+c2 y’z’+c3 z’x’+c4 x’+c5 y’+c
6 z’+c を使用する。
In the case of being regarded as a pseudo-affine transformation, x = a 1 x′y ′ + a 2 y′z ′ + a 3 z′x ′ + a 4 x ′ + a 5 y ′ + a
6 z '+ a 4 y = b 1 x'y' + b 2 y'z + b 3 z'x '+ b 4 x' + b 5 y '+ b 6 z'
+ B 4 z = c 1 x'y '+ c 2 y'z' + c 3 z'x '+ c 4 x' + c 5 y '+ c
Using the 6 z '+ c 4.

【0086】3次元透視投影とみなされる場合には、 x=(ax’+a2 y’+a3 z’+a4 )/(a13x’+a14y’+a15
z’+1) y=(a5 x’+a6 y’+a7 z’+a8 )/(a13x’+a14y’+a
15z’+1) z=(a9 x’+a10y’+a11z’+a12)/(a13x’+a14y’+a
15z’+1) を使用する。
When considered as a three-dimensional perspective projection, x = (a 1 x '+ a 2 y' + a 3 z '+ a 4 ) / (a 13 x' + a 14 y '+ a 15
z ′ + 1) y = (a 5 x ′ + a 6 y ′ + a 7 z ′ + a 8 ) / (a 13 x ′ + a 14 y ′ + a
15 z ′ + 1) z = (a 9 x ′ + a 10 y ′ + a 11 z ′ + a 12 ) / (a 13 x ′ + a 14 y ′ + a
15 Use z '+ 1).

【0087】多項式表現となる場合には、In the case of a polynomial expression,

【0088】[0088]

【数2】 (Equation 2)

【0089】を使用する。Is used.

【0090】これらの座標変換式の各係数は、決定に必
要とする数以上の基準点の座標を用いて最小2乗法によ
って求める。基準点以外の座標について残差を検討し精
度が満足できる変換式を用いることになる。
Each coefficient of these coordinate conversion equations is obtained by the least squares method using the coordinates of reference points equal to or more than the number required for determination. A residual equation is examined for coordinates other than the reference point, and a conversion formula that satisfies the accuracy is used.

【0091】満足する座標変換式を使用し入力立体像の
座標値より補正すべき座標値に変換した像面湾曲補正画
像を得る。この像面湾曲補正画像が拡大レンズの入力像
とする場合に拡大された像は像面湾曲を持たないことに
なる。空間光変調器上の波面の計算はこの像面湾曲補正
画像に対して実行する。
Using a satisfactory coordinate conversion equation, a field curvature corrected image is obtained by converting the coordinate values of the input stereoscopic image into the coordinate values to be corrected. When the image curvature corrected image is used as an input image of the magnifying lens, the enlarged image has no field curvature. The calculation of the wavefront on the spatial light modulator is performed on the image curvature corrected image.

【0092】なお、拡大用レンズとして入手が容易なレ
ンズは、通常、球面対称な像面湾曲特性を有するので、
通常はの座標変換式を適用できる。
A lens which is easily available as an enlarging lens usually has a spherically symmetric field curvature characteristic.
Normal coordinate conversion formulas can be applied.

【0093】(2)色収差補正の方法 カラー表示を可能とするためには、多色のコヒーレント
光で各色に対する実像もくしは虚像を作成し、1つのレ
ンズによって拡大することになる。このため接眼レンズ
では多色に対して拡大像が同一の大きさを持つようにし
ないと色ズレをおこしてしまう。
(2) Method of Correcting Chromatic Aberration In order to enable color display, a real image or a virtual image for each color is created with multicolor coherent light, and is enlarged by one lens. For this reason, in the eyepiece lens, a color shift occurs unless the enlarged images have the same size for multiple colors.

【0094】図6は、拡大用レンズとして、波長により
焦点距離が異なるレンズすなわち縦の色収差を持つレン
ズを用いた場合における色ずれの説明図である。なお、
図6では、赤色と青色とについての色ずれを代表として
示している。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the color shift when a lens having a different focal length depending on the wavelength, that is, a lens having vertical chromatic aberration, is used as the enlarging lens. In addition,
In FIG. 6, the color shift between red and blue is shown as a representative.

【0095】図6に示すように、立体像IM2が赤色成
分と青色成分とをもつ場合、赤色に対する拡大用レンズ
の焦点距離fr と青色に対する拡大用レンズの焦点距離
bとがことなるので、拡大像の赤色成分は位置z
brに、拡大像の青色成分は位置zbbに、異なる大きさで
形成される。
[0095] As shown in FIG. 6, if the stereoscopic image IM2 has a red component and a blue component, because different and the focal length f b of the magnifying lens to the focal length f r and blue magnifying lens for red , The red component of the enlarged image is the position z
At br , the blue component of the enlarged image is formed at a position z bb with a different size.

【0096】図7は、図6に示した色ずれの発生の原因
である拡大レンズの色収差に応じた補正の説明図であ
る。赤色成分に関する拡大像の位置zb (=zbr
bb)より赤色入力画像の位置zarと倍率mr (zb
は、 zar=z1 +fr −fr (zb −z1 −fr ) /(zb −z1 −2fr ) …(12) mr (zb )=fr /(zb −z1 −2fr ) …(13) となる。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the correction according to the chromatic aberration of the magnifying lens which causes the color shift shown in FIG. The position z b (= z br =
z bb ) The position z ar of the red input image and the magnification mr (z b )
Is, z ar = z 1 + f r -f r (z b -z 1 -f r) / (z b -z 1 -2f r) ... (12) m r (z b) = f r / (z b -z 1 -2f r) ... it is (13).

【0097】青色に関する焦点位置fb の赤色に関する
焦点に対する変位を△bとおくと、青色入力画像の位置
abは、(12)式でz1 をz1 +△b、fr をfb
置き換えたものに相当し、 zab=z1 +△b+fb −fb {zb −(z1 +△b)−fb } /{zb −(z1 +△b)−2fb }…(14) となり、その倍率はmb (zb ) mb (zb )=fb /{zb −(z1 +△b)−2fb } …(15) となる。
[0097] Placing the displacement of △ b with respect to the focal about red focus position f b about blue, the position z ab blue input image, the z 1 in (12) z 1 + △ b, the f r f b Z ab = z 1 + △ b + f b -f b {z b- (z 1 + △ b) -f b } / {z b- (z 1 + △ b) -2f b } ... (14), and the magnification m b (z b) m b (z b) = f b / {z b - a (z 1 + △ b) -2f b} ... (15).

【0098】したがって、補正倍率をm’b (zb )を m’b (zb )=mb (zb )/mr (zb ) …(16) として、あらかじめ青色立体断面像に乗じておけば色に
対する焦点距離とその位置の違いより発生する拡大倍率
の補正が実行される。
Therefore, assuming that the correction magnification is m ′ b (z b ), m ′ b (z b ) = m b (z b ) / m r (z b ) (16) In this case, the correction of the enlargement magnification caused by the difference between the focal length and the position for the color is executed.

【0099】以上では、赤色を基準として青色について
の補正を示したが、赤色を基準として緑色についての補
正も同様にして実行できる。こうして、光の3原色の各
色相互の色収差補正が実行される。
In the above description, the correction for blue based on red is shown. However, the correction for green based on red can be executed in the same manner. Thus, the chromatic aberration of each of the three primary colors of light is corrected.

【0100】3.空間光変調器210に書込まれる立体
像情報の演算 立体像IM2は、立体像IM2から発生する光をフレネ
ル回折理論で導かれる波面として空間光変調器210上
の位相振幅を計算しておき、その計算値を空間光変調器
210に書込み、更に、書込んだ像情報を読み出すこと
により、立体像IM2から伝搬する光の位相と振幅を再
現することで得られる。こうした像の再現方法として、
ホログラム法とキノフォーム法とがある。ホログラム法
の採用の場合とキノフォーム法の採用の場合とにおける
計算上の違いは、空間光変調素子上で参照光を加えるか
加えないかである。すなわち、参照光と複素和をと
り、その光強度をホログラム法では計算し、キノフォー
ム法では計算しないことと、キノフォーム法では振幅
を一定とし位相の項のみを利用することが相違する。以
後の説明では、キノフォーム法を想定して参照光の寄与
を考慮しなこととする。なお、ホログラムとして計算す
るには空間光変調器の位置で参照光との複素和とりその
光強度(複素振幅の自乗)を計算すれば良い。
3. Calculation of stereoscopic image information written to spatial light modulator 210 Stereoscopic image IM2 calculates the phase amplitude on spatial light modulator 210 as a wavefront derived from the stereoscopic image IM2 by the Fresnel diffraction theory, The calculated value is written to the spatial light modulator 210, and further, the written image information is read, thereby obtaining the phase and amplitude of the light propagating from the three-dimensional image IM2. As a method of reproducing such an image,
There are a hologram method and a kinoform method. The difference in calculation between the case where the hologram method is adopted and the case where the kinoform method is adopted is whether or not reference light is added on the spatial light modulator. That is, there is a difference between taking the complex sum with the reference light and calculating the light intensity by the hologram method and not calculating by the kinoform method, and using the kinoform method with a constant amplitude and using only the phase term. In the following description, the kinoform method is assumed and the contribution of the reference light is not considered. To calculate a hologram, the complex sum with the reference light at the position of the spatial light modulator may be calculated and the light intensity (square of the complex amplitude) may be calculated.

【0101】立体像の波面の計算方法には2種類の方法
があり、その利害得失と実際の使用態様に応じて選択さ
れる。
There are two methods for calculating the wavefront of a stereoscopic image, and the method is selected according to the advantages and disadvantages of the method and the actual use mode.

【0102】(1)球面波法 第1の方法は、立体像を複数の点光源とみなし、これら
点光源からの球面波が空間光変調器の一点に全て重ね合
わされるものとして計算する球面波法である。
(1) Spherical Wave Method In the first method, a stereoscopic image is regarded as a plurality of point light sources, and a spherical wave is calculated assuming that the spherical waves from these point light sources are all superimposed on one point of the spatial light modulator. Is the law.

【0103】立体像の一断面を光源像として、その光源
側座標系(ε,η)として、光源像が「(εi
ηi );i=0〜n−1」に存在するn個の点光源(光
源輝度=ui (εi ,ηi )、以後では点光源ui (ε
i ,ηi )とも記す)から構成されているものとした場
合、光源像u(ε,η)は、
Assuming that one section of the three-dimensional image is a light source image and its light source side coordinate system (ε, η), the light source image is “(ε i ,
η i); i = 0~n- 1 "to n point source present (light source luminance = u i (ε i, η i), the point light source u i (epsilon in the subsequent
i , η i )), the light source image u (ε, η) becomes

【0104】[0104]

【数3】 (Equation 3)

【0105】と表される。Are represented as follows.

【0106】また、回折像が形成される回折像平面の座
標系を(x,y)として、回折像平面と点光源ui (ε
i ,ηi )との垂直距離をziとした場合、回折像U
(x,y)は、
Further, when the coordinate system of the diffraction image plane on which the diffraction image is formed is (x, y), the diffraction image plane and the point light source u i
i , η i ), the diffraction image U
(X, y) is

【0107】[0107]

【数4】 (Equation 4)

【0108】 ri =((εi −x)2 +(ηi −y)2 +zi 2 1/2 …(18) と表される。R i = ((ε i −x) 2 + (η i −y) 2 + z i 2 ) 1/2 (18)

【0109】球面波法では、(18)式を含めて(1
7)式を回折像平面の全域にわたって計算を行って、回
折像U(x,y)を得る。なお、回折像平面の全域とい
っても、全ての点光源から充分に遠い領域に関しては、
回折像U(x,y)≒0となるので、計算を省略するこ
とが実用的である。
In the spherical wave method, (1) including the equation (18) is used.
Expression 7) is calculated over the entire area of the diffraction image plane to obtain a diffraction image U (x, y). In addition, even if it says the whole area of the diffraction image plane, for the area sufficiently far from all point light sources,
Since the diffraction image U (x, y) ≒ 0, it is practical to omit the calculation.

【0110】U(x,y)は複素振幅分布を意味するの
で、キノフォームの形成の場合には、その位相のみを抽
出することになる。
Since U (x, y) means a complex amplitude distribution, in the case of forming a kinoform, only its phase is extracted.

【0111】また、ホログラムの場合には、参照光との
複素和をとりその光強度(振幅の自乗)を計算したり、
参照光と物体光の位相差の余弦成分のみを計算したりし
て計算量を減少させることが可能である。
In the case of a hologram, a complex sum with the reference light is calculated to calculate the light intensity (square of the amplitude),
The amount of calculation can be reduced by calculating only the cosine component of the phase difference between the reference light and the object light.

【0112】さらに像の質を高めるために複素振幅分布
の振幅成分を振幅変調型空間光変調素子で変調し位相成
分を位相変調型空間光変調素子で変調する。
To further improve the quality of the image, the amplitude component of the complex amplitude distribution is modulated by the amplitude modulation type spatial light modulator, and the phase component is modulated by the phase modulation type spatial light modulator.

【0113】以上の計算方法は、光の伝搬方向に沿った
計算方法であるので、虚像発生の計算方法である。一
方、実像を発生させるためには、光が集光する実像側を
光源側とみなし、この光源像より空間光変調素子に伝搬
した場合の空間光変調素子上での複素振幅分布を計算す
る計算方法を採用すればよい。
Since the above calculation method is a calculation method along the light propagation direction, it is a calculation method for generating a virtual image. On the other hand, in order to generate a real image, the calculation is performed by regarding the real image side on which light converges as the light source side and calculating the complex amplitude distribution on the spatial light modulation element when the light is propagated from the light source image to the spatial light modulation element. A method may be adopted.

【0114】キノフォームでは、平面波で読みだすこと
となることから、その複素振幅分布の複素共役をとりそ
の位相成分を計算することで実像が得られる。再生にあ
たっては、空間光変調素子に対し実像が発生する空間と
逆の空間から平面波を照射することになる。
In the kinoform, a real wave is obtained by taking the complex conjugate of the complex amplitude distribution and calculating the phase component since the kinoform is read out by a plane wave. At the time of reproduction, a plane wave is applied to the spatial light modulator from the space opposite to the space where the real image is generated.

【0115】また、ホログラムの場合には実像側を光源
像とみなし空間光変調素子上の複素振幅分布を計算する
ところまではキノフォームの場合と同様であるが、参照
光を光源像側空間より照射したとみなして空間光変調素
子上で複素和とその光強度を計算することになる。再生
にあたっては、計算で用いた参照光と共役の参照光で、
例えば参照光が平面波であったならば実像が発生する空
間と逆の空間からすなわち計算で用いた参照光と逆方向
の平面波を用いて照射することになる。
In the case of a hologram, the process is the same as that of the kinoform up to the point where the real image side is regarded as the light source image and the complex amplitude distribution on the spatial light modulator is calculated. The complex sum and its light intensity are calculated on the spatial light modulator assuming that the light has been irradiated. When reproducing, the reference light used in the calculation and the conjugate reference light
For example, if the reference light is a plane wave, irradiation is performed from a space opposite to the space where the real image is generated, that is, using a plane wave in the direction opposite to the reference light used in the calculation.

【0116】この球面波法の欠点は、(17)式およ
び(18)式の計算が膨大なこと、および、のため
に、再生光学系にレンズ、プリズム等の光学素子を挿入
したときの計算が光学素子直前の複素振幅分布を計算
し、光学素子の伝達関数を乗じその光学素子直後の複素
振幅分布を計算する過程を繰り返すことになることから
膨大で複雑となることである。
The disadvantage of the spherical wave method is that the calculations of the equations (17) and (18) are enormous, and because of this, the calculation when an optical element such as a lens or a prism is inserted into the reproduction optical system. Is extremely complicated because the process of calculating the complex amplitude distribution immediately before the optical element and multiplying by the transfer function of the optical element to calculate the complex amplitude distribution immediately after the optical element is repeated.

【0117】更に、実像の波面を既知として空間光変
調素子上での波面を計算する逆変換の計算が困難である
ことも球面波法の欠点である。
Furthermore, it is a disadvantage of the spherical wave method that it is difficult to calculate the inverse transform for calculating the wavefront on the spatial light modulator by assuming that the wavefront of the real image is known.

【0118】また長所としてはサンプリングピッチにつ
いて像と空間光変調素子で独立であり、任意の範囲の計
算を実行することが可能であることと自然に3次元の立
体像の計算となり、入力像として断面を用意する必要が
無いことである。
Also, the advantages are that the sampling pitch is independent of the image and the spatial light modulator, that the calculation of an arbitrary range can be executed, and that a three-dimensional stereoscopic image is calculated naturally. There is no need to prepare a cross section.

【0119】以上、空間光変調素子の空間分解能の制約
のもとで任意の虚像または実像を任意の大きさで任意の
位置に表示することが出来る。
As described above, an arbitrary virtual image or real image can be displayed at an arbitrary position in an arbitrary size under the restriction of the spatial resolution of the spatial light modulator.

【0120】(2)高速フーリエ変換法 第2の方法はフレネル変換を高速フーリエ変換を利用し
て計算する高速フーリエ変換法である。
(2) Fast Fourier Transform Method The second method is a fast Fourier transform method in which the Fresnel transform is calculated using the fast Fourier transform.

【0121】この方法は、計算量が比較的少なくてすむ
高速フーリエ変換を利用し、フレネル回折場の計算を実
行する方法である。
This method uses the fast Fourier transform that requires a relatively small amount of calculation, and executes the calculation of the Fresnel diffraction field.

【0122】この方法では、サンプリング数、波長、サ
ンプリングピッチ、伝搬距離が、重要なパラメータとし
て計算にかかわってくるため、光源側により回折側のサ
ンプリングピッチが、または、回折側のサンプリングピ
ッチにより光源側のサンプリングピッチが固定されると
いう欠点がある。
In this method, the number of samples, the wavelength, the sampling pitch, and the propagation distance are involved in the calculation as important parameters. Therefore, the sampling pitch on the diffraction side depends on the light source side, or the sampling pitch on the diffraction side depends on the diffraction side. Has a drawback that the sampling pitch of the sample is fixed.

【0123】しかし、再生光学系にレンズ、プリズムな
どの光学素子を挿入しても、その光学素子直前の波面の
複素振幅分布にその光学素子の複素振幅分布を乗じるこ
とで、直後の波面を容易に計算することができる性質を
利用して既知の出力波面から挿入光学素子を含めて入力
波面を計算する逆フレネル変換の計算が容易であるとい
う長所がある。
However, even if an optical element such as a lens or a prism is inserted into the reproducing optical system, the wavefront immediately after the optical element is multiplied by the complex amplitude distribution of the optical element, thereby facilitating the wavefront immediately after the optical element. There is an advantage that it is easy to calculate the inverse Fresnel transform for calculating the input wavefront including the insertion optical element from the known output wavefront using the property that can be calculated.

【0124】まず、光源像より空間光変調素子上に伝搬
する波面計算の方法について説明する。
First, a method of calculating a wavefront propagating from a light source image onto a spatial light modulator will be described.

【0125】立体像の一断面を光源像として、光源側座
標系を(ε,η)、光源像をu(ε,η)、光源像より
zだけ離れた回折像面の回折像側座標系を(x,y)、
回折像をU(x,y)として、 (a)回折距離rが波長より充分長い、 (b)cosγ=1 γ:入射角(u(ε,η)に対
する)、かつ、 cosθ=1 θ:出射角(U(x,y)に対する) という近似条件を設定する。この条件の下で回折像U
(x,y)は、
With one section of the three-dimensional image as a light source image, the light source side coordinate system is (ε, η), the light source image is u (ε, η), and the diffraction image side coordinate system of the diffraction image plane separated by z from the light source image. To (x, y),
Assuming that the diffraction image is U (x, y), (a) the diffraction distance r is sufficiently longer than the wavelength, (b) cosγ = 1 γ: incidence angle (with respect to u (ε, η)), and cosθ = 1θ: An approximate condition of an emission angle (with respect to U (x, y)) is set. Under these conditions, the diffraction image U
(X, y) is

【0126】[0126]

【数5】 (Equation 5)

【0127】ただし、r=((x−ε)2 +(y−η)
2 +z2 1/2 となる。なお、(19)式では、exp(jkr)を発
散波として使用することにするが、この符号は後でレン
ズ関数との整合性をとる必要がある。例えば上記の設定
での凸レンズ関数は負の符号をつける必要がある。また
発散波をexp(−jkr)と決めると凸レンズ関数は
正の符号をつける必要がある。
Where r = ((x−ε) 2 + (y−η)
2 + z 2) is 1/2. In equation (19), exp (jkr) is used as a diverging wave, but this sign needs to be consistent with the lens function later. For example, the convex lens function in the above setting needs to be given a negative sign. If the diverging wave is determined as exp (-jkr), the convex lens function needs to be given a positive sign.

【0128】上記の仮定をした上で、伝搬距離rに対し
て、近似を用いるか用いないかで2つの方法で大別され
る。
Under the above assumption, the propagation distance r is roughly classified into two methods depending on whether approximation is used or not.

【0129】[伝搬距離rを近似しない方法]この方法
では、(19)式をコンボリューション型とみなして、
2回のフーリエ変換を行う。すなわち、コンボリューシ
ョンは、それぞれのフーリエ変換の積とみなせるので、
コンボリューション型を、
[Method not approximating propagation distance r] In this method, equation (19) is regarded as a convolution type, and
Perform two Fourier transforms. That is, the convolution can be regarded as the product of the respective Fourier transforms,
The convolution type,

【0130】[0130]

【数6】 (Equation 6)

【0131】として、(19)式をあてはめると、 A=j/λ u1(ε,η)=u(ε,η) u2(x−ε,y−η)=(1/r)exp[jkr] =(1/((x−ε)2 +(y−η)2 +z2 1/2 ) ×exp[jk((x−ε)2 +(y−η)2 +z2 1/2 ] となる。By applying the equation (19), A = j / λ u1 (ε, η) = u (ε, η) u2 (x−ε, y−η) = (1 / r) exp [jkr ] = (1 / ((x−ε) 2 + (y−η) 2 + z 2 ) 1/2 ) × exp [jk ((x−ε) 2 + (y−η) 2 + z 2 ) 1/2 ].

【0132】したがって、 U(x,y,z)=(j/γ) ×F-1[F[u(x,y)] ×F[(1/(x2 +y2 +z2 1/2 ) ×exp[jk(x2 +y2 +z2 1/2 ]]] を機械的に計算する。Therefore, U (x, y, z) = (j / γ) × F -1 [F [u (x, y)] × F [(1 / (x 2 + y 2 + z 2 ) 1/2 ) × exp [jk (x 2 + y 2 + z 2 ) 1/2 ]]] is calculated mechanically.

【0133】高速フーリエ変換を用いる場合には、回折
像側のサンプリングピッチpは、光源像側のサンプリン
グピッチと一致することになる。
When the fast Fourier transform is used, the sampling pitch p on the diffraction image side matches the sampling pitch on the light source image side.

【0134】また、 F[(1/(x2 +y2 +z2 1/2 )×exp[jk
(x2 +y2 +z2 1/2 ]] を解析的に解いて、離散的に表現した伝達関数のフーリ
エ変換型を用いて計算する方法がより好適である。
Also, F [(1 / (x 2 + y 2 + z 2 ) 1/2 ) × exp [jk
(X 2 + y 2 + z 2 ) 1/2 ]] is analytically solved, and a method of calculating using a Fourier transform type of a transfer function discretely represented is more preferable.

【0135】サンプリングピッチp、サンプリング数N
とした場合には、
Sampling pitch p, sampling number N
If

【0136】[0136]

【数7】 (Equation 7)

【0137】となる。Is obtained.

【0138】[伝搬距離rを近似する方法] この方法では、上記(a)および(b)の条件に加え
て、伝送距離rの近似のため、(c)各光源が近軸領域
にある、を仮定する。一般に、この近似を採用して像の
再現精度を維持できる応用態様は狭いものとなる。
[Method of Approximating Propagation Distance r] In this method, in addition to the conditions (a) and (b), (c) each light source is in a paraxial region because of the approximation of the transmission distance r. Is assumed. Generally, an application mode in which the approximation can be adopted to maintain the image reproduction accuracy is narrow.

【0139】この条件のもとでは、r2 =z2 +(x−
ε)2 +(y−η)2 から、 r≒z+(1/(2z)){(x−ε)2 +(y−η)2 }+… であるから、
Under these conditions, r 2 = z 2 + (x−
From ε) 2 + (y−η) 2 , r ≒ z + (1 / (2z)) {(x−ε) 2 + (y−η) 2 } +.

【0140】[0140]

【数8】 (Equation 8)

【0141】(21)式を、コンボリューション型と
見る場合と、フーリエ変換型と見る場合がある。両者
は数学的には同等でありどちらを使用しても良いのであ
るが、離散的にデータを処理する場合には位相項の位相
変化が1サンプリング間隔で最大でもπを越えないとい
う条件で両者は使い分ける必要がある。
Expression (21) may be viewed as a convolution type or a Fourier transform type. Both are mathematically equivalent and either of them may be used. However, when processing the data discretely, both of them are required on condition that the phase change of the phase term does not exceed π at the maximum at one sampling interval. Must be used properly.

【0142】コンボリューション型と見る場合 コンボリューション型とみて、(21)式を(20)式
の形式と考えると、位相関数をpfとして、 pf=(j/(λz))exp[j2zπ/λ] u1(ε,η)=u(ε,η), u2(x−ε,y−η) =exp[(jπ/(λz)){(x−ε)2 +(x−η)2 }] となる。
Considering the convolution type Considering the convolution type, considering equation (21) in the form of equation (20), assuming that the phase function is pf, pf = (j / (λz)) exp [j2zπ / λ U1 (ε, η) = u (ε, η), u2 (x−ε, y−η) = exp [(jπ / (λz)) {(x−ε) 2 + (x−η) 2 } ].

【0143】したがって、伝搬関数f(ε,η)を、 f(ε,η)=F[exp[(jπ/(λz)){x2 +y2 }]] とすると、 U(x,y,z) =pf・F-1{F[u(ε,η)]・f(ε,η)} …(22) となる。Therefore, if the propagation function f (ε, η) is expressed as f (ε, η) = F [exp [(jπ / (λz)) {x 2 + y 2 }]], U (x, y, z) = pf · F −1 {F [u (ε, η)] · f (ε, η)} (22)

【0144】ところで、伝搬関数f(ε,η)を解析的
に解くと、 f(ε,η)=F[u2(x,y)] =jλzexp[−jπλz(ε2 +η2 )] となる。すなわち、光源像u(ε,η)のフーリエ変換
に伝搬関数のフーリエ変換f(ε,η)を乗じて、その
逆フーリエ変換にさらに位相関数pfを乗じればよい。
位相関数pfの内、exp[j2zπ/λ]はzによる
オフセット分と見なし無視することも出来る。
By the way, when the propagation function f (ε, η) is solved analytically, f (ε, η) = F [u2 (x, y)] = jλzexp [−jπλz (ε 2 + η 2 )] . That is, the Fourier transform of the light source image u (ε, η) may be multiplied by the Fourier transform f (ε, η) of the propagation function, and the inverse Fourier transform may be further multiplied by the phase function pf.
Of the phase function pf, exp [j2zπ / λ] is regarded as an offset by z and can be ignored.

【0145】ここで離散的フーリエ変換を使用すること
からサンプリング間隔を考慮して離散的に式を表現す
る。
Here, since a discrete Fourier transform is used, an expression is discretely expressed in consideration of a sampling interval.

【0146】伝搬関数のフーリエ変換f(ε,η)は、
サンプリング番号(m,n)、光源像側サンプリングピ
ッチp、サンプリング数Nとすると回折側サンプリング
ピッチopは、 op=1/(pN) となり、f(ε=op・m,η=op・n)は、 f(ε=op・m,η=op・n) =(jλz)exp[−(jπλz) ×((op・m)2 +(op・n)2 )]…(23) となる。
The Fourier transform f (ε, η) of the propagation function is
Assuming that the sampling number (m, n), the light source image side sampling pitch p, and the sampling number N are, the diffraction side sampling pitch op becomes: op = 1 / (pN), and f (ε = op · m, η = op · n) Is expressed as f (ε = op · m, η = op · n) = (jλz) exp [− (jπλz) × ((op · m) 2 + (op · n) 2 )] (23)

【0147】光源像u(ε,η)は光源側サンプリング
ピッチpとして、光源像u(ε=p・m,η=p・n)
として取り扱うことになる。位相関数pfは2回のフー
リエ変換のためそのサンプリング間隔は光源像側のサン
プリング間隔と等しくなる。
The light source image u (ε, η) is defined as a light source side sampling pitch p, and the light source image u (ε = pm, η = pn)
Will be treated as Since the phase function pf is twice Fourier transformed, its sampling interval is equal to the sampling interval on the light source image side.

【0148】ここで離散的に表現した伝搬関数のフーリ
エ変換の式(7)の適用範囲を確認する。(7)式の位
相が1サンプリング間隔でπを越えないことが条件であ
る。すなわち、 πλz{(op・(N/2))2 −(op・(N/2−1))2 }<π より、 z<p・p・N・N/(λN)=p・p・N/λ …(24) が条件となる。
Here, the application range of the Fourier transform equation (7) of the discretely expressed propagation function is confirmed. The condition is that the phase of equation (7) does not exceed π at one sampling interval. That is, from πλz {(op · (N / 2)) 2 − (op · (N / 2-1)) 2 } <π, z <p · p · N · N / (λN) = p · p · N / λ (24) is a condition.

【0149】フーリエ変換型と見る場合 (19)式を変形すると、以下の式となる。When the Fourier Transform Type is Viewed By transforming equation (19), the following equation is obtained.

【0150】[0150]

【数9】 (Equation 9)

【0151】フーリエ変換の式は、The equation of the Fourier transform is

【0152】[0152]

【数10】 (Equation 10)

【0153】なので、位相関数pf(x,y)、伝搬関
数f(ε,η)と置くと pf(x,y)=(j/(λz))exp[j2zπ/λ] ×exp[(jπ/(λz))(x2 +y2 )] f(ε,η)=exp[(jπ/(λz))(ε2 +η2 )] となり、
Therefore, if a phase function pf (x, y) and a propagation function f (ε, η) are set, pf (x, y) = (j / (λz)) exp [j2zπ / λ] × exp [(jπ / (Λz)) (x 2 + y 2 )] f (ε, η) = exp [(jπ / (λz)) (ε 2 + η 2 )],

【0154】[0154]

【数11】 [Equation 11]

【0155】となる。Is obtained.

【0156】変数変換として、 X=x/(λz),Y=y/(λz) を行うと、 U(X,Y,z)=pf(X,Y)・F[u(ε,η)・f(ε,η)] となる。すなわち光源像に伝搬関数を乗じそのフーリエ
変換を行い、さらに位相関数を乗じれば良い。
When X = x / (λz) and Y = y / (λz) are performed as variable conversion, U (X, Y, z) = pf (X, Y) · F [u (ε, η) · F (ε, η)]. That is, the light source image may be multiplied by the propagation function, Fourier-transformed, and further multiplied by the phase function.

【0157】位相関数pfの内、exp[j2zπ/
λ]はzによるオフセット分と見なし無視することも出
来る。
In the phase function pf, exp [j2zπ /
λ] can be regarded as an offset by z and ignored.

【0158】離散的フーリエ変換で表現すると、サンプ
リング番号(k,l)、光源像側サンプリングピッチ
p、サンプリング数Nとしてu(ε=p・k,η=p・
1)を用いて、
In terms of the discrete Fourier transform, u (ε = pk, η = p ・) is used as the sampling number (k, l), the light source image side sampling pitch p, and the sampling number N.
Using 1),

【0159】[0159]

【数12】 (Equation 12)

【0160】となる。ここで、U(X,Y)はピッチが
pNの逆数となり、離散的表現はサンプリング番号
(m,l)を用いて U(X,Y)=U(X=n/(pN),Y=m/(pN)) となる。また、X=x/(λz),Y=y/(λz)の
関数から、 n/(pN)=x/(λz),m/(pN)=y/(λz) なので、x=λzn/(pN),y=λzm/(pN)
となり、回折側のサンプリングピッチをopとすると op=λz/(pN) と扱える。したがって、
Is as follows. Here, the pitch of U (X, Y) is the reciprocal of pN, and the discrete expression is U (X, Y) = U (X = n / (pN), Y = m / (pN)). From the function of X = x / (λz) and Y = y / (λz), n / (pN) = x / (λz) and m / (pN) = y / (λz), so that x = λzn / (PN), y = λzm / (pN)
Where op = λz / (pN) where op is the sampling pitch on the diffraction side. Therefore,

【0161】[0161]

【数13】 (Equation 13)

【0162】となる。Is obtained.

【0163】こうして、高速フーリエ変換の使用に好適
な形式となる。なお、高速フーリエ変換を行う部分は機
械的に実行すれば良くそのピッチ、係数等の解釈は不要
である。
This is a form suitable for using the fast Fourier transform. It should be noted that the part for performing the fast Fourier transform may be mechanically executed, and its pitch, coefficient, and the like need not be interpreted.

【0164】光源像と伝搬関数は、光源像側サンプリン
グピッチpで乗算し、その後、高速フーリエ変換した後
回折像側サンプリングピッチopで位相関数を乗ずれば
良い。
The light source image and the propagation function may be multiplied by the sampling pitch p on the light source image side, and then subjected to fast Fourier transform, and then multiplied by the phase function at the sampling pitch op on the diffraction image side.

【0165】伝搬関数f(ε,η)=f(pk,pl)
は以下の式となる。
Propagation function f (ε, η) = f (pk, pl)
Becomes the following equation.

【0166】 f(ε=p・k,η=p・l) =exp[(jπ/(λz))(ε2 +η2 )] =exp[(jπ/(λz)){(pk)2 +(pl)2 }]…(25) 離散的に表現した伝搬関数の(25)式の適用範囲は、
(25)式の位相が1サンプリング間隔でπを越えない
ことが条件である。したがって、 z>p・p・N/λ …(26) が条件となる。
F (ε = pk, η = p · l) = exp [(jπ / (λz)) (ε 2 + η 2 )] = exp [(jπ / (λz)) {(pk) 2 + (Pl) 2 }] (25) The applicable range of the discretely expressed propagating function (25) is as follows:
The condition is that the phase of equation (25) does not exceed π at one sampling interval. Therefore, z> p · p · N / λ (26) is a condition.

【0167】以上に示した光源像より空間光変調器21
0上へ伝搬する波面の計算方法に基づいて立体像の波面
の計算を具体的に示す。
From the light source images shown above, the spatial light modulator 21
The calculation of the wavefront of a three-dimensional image will be specifically described based on the method of calculating the wavefront propagating on zero.

【0168】虚像再生のための計算方法 虚像は物体からの発散波を目の水晶体のレンズにより網
膜上の結像して立体像を観測することから、物体からの
発散波すなわちフレネル変換を実行する。
Calculation Method for Reconstructing Virtual Image Since a virtual image forms a divergent wave from an object on the retina by a lens of the eye lens and observes a three-dimensional image, the divergent wave from the object, that is, Fresnel transformation is executed. .

【0169】但し、立体像側のサンプリングピッチp、
フレネル変換側のサンプリングピッチをp’とすると、
物体と空間光変調器210と近い場合は、図8に示すよ
うにp=p’として2回のフーリエ変換を実行する。遠
い場合は図9に示すようにp’=λz/(pN)または
p=λz/(p’N)となる。しかしながら2回のフー
リエ変換を繰り返して、伝搬距離を伸ばす方法が実用的
である。
However, the sampling pitch p on the stereoscopic image side,
If the sampling pitch on the Fresnel conversion side is p ',
When the object is close to the spatial light modulator 210, two Fourier transforms are performed with p = p 'as shown in FIG. If it is far, p '= λz / (pN) or p = λz / (p'N) as shown in FIG. However, a method of repeating the Fourier transform twice to extend the propagation distance is practical.

【0170】位相関数をpfとして pf=(j/(λz))exp[j2zπ/λ]、 物体を u(ε,η)、 伝搬関数を u2(x−ε,y−η) =exp[(jπ/(λz)){(x−ε)2 +(y−η)2 }] 伝搬関数のフーリエ変換を f(ε,η)=F[exp[(jπ/(λz)){x2 +y2 }]] とすると、空間光変調器210上の複素振幅分布U
(x,y,z)は、 U(x,y,z)=pf・F-1{F[u(ε,η)]・f(ε,η)} となり、これを計算すれば良い。
Assuming that the phase function is pf, pf = (j / (λz)) exp [j2zπ / λ], the object is u (ε, η), and the propagation function is u2 (x−ε, y−η) = exp [ jπ / (λz)) {(x−ε) 2 + (y−η) 2 }] Fourier transform of the propagation function is expressed as f (ε, η) = F [exp [(jπ / (λz))} x 2 + y 2 }]], the complex amplitude distribution U on the spatial light modulator 210
(X, y, z) is given by U (x, y, z) = pf · F −1 {F [u (ε, η)] · f (ε, η)}, which may be calculated.

【0171】f(ε,η)のサンプリングピッチは、
(22)式のように1/P・Nとして扱う。
The sampling pitch of f (ε, η) is
Treated as 1 / P · N as in equation (22).

【0172】U(x,y,z)は複素振幅分布を意味す
るので、キノフォームの場合には位相のみを抽出するこ
とになる。また、ホログラムの場合には、参照光との複
素和をとりその光強度(振幅の自乗)を計算したり特殊
な場合にはその実数成分または虚数成分のみを計算して
計算量を減少させる方法もある。
Since U (x, y, z) means a complex amplitude distribution, in the case of a kinoform, only the phase is extracted. In the case of a hologram, a method of calculating the light intensity (square of the amplitude) by taking the complex sum with the reference light or calculating the real component or the imaginary component only in a special case to reduce the calculation amount There is also.

【0173】実像再生のための計算方法 球面波法と同様に、光が集光する実像側を光源側とみな
し、この光源像より空間光変調素子に伝搬した空間光変
調器210上での複素振幅分布を計算する。
Calculation Method for Reconstructing Real Image As in the case of the spherical wave method, the real image side on which light is condensed is regarded as the light source side, and the complex light on the spatial light modulator 210 that has propagated from this light source image to the spatial light modulator is considered. Calculate the amplitude distribution.

【0174】キノフォームの場合では平面波で読みだす
こととなることから、その複素振幅分布の複素共役をと
りその位相成分を計算することで実像が得られる。再生
にあたっては空間光変調素子に対し実像が発生する空間
と逆の空間から平面波を照射することになる。
In the case of a kinoform, since it is read out by a plane wave, a real image can be obtained by taking the complex conjugate of the complex amplitude distribution and calculating its phase component. Upon reproduction, the spatial light modulator is irradiated with a plane wave from a space opposite to a space where a real image is generated.

【0175】また、ホログラムの場合には実像側を光源
像とみなし、空間光変調器210上の複素振幅分布を計
算するところまでは同様であるが、参照光を光源像側空
間より照射したとみなして、空間光変調器210上で複
素和とその光強度を計算することになる。再生にあたっ
ては、計算で用いた参照光と共役の参照光で、例えば参
照光が平面波であったならば実像が発生する空間と逆の
空間から、すなわち計算で用いた参照光と逆方向の平面
波を用いて照射することになる。
In the case of a hologram, the process is the same up to the point where the real image side is regarded as the light source image and the complex amplitude distribution on the spatial light modulator 210 is calculated. As a result, the complex sum and its light intensity are calculated on the spatial light modulator 210. In the reproduction, the reference light used in the calculation is a reference light conjugate to the reference light.For example, if the reference light is a plane wave, the plane light is in the space opposite to the space where the real image is generated. Irradiation is performed using

【0176】フーリエ変換型の場合には、上記の手法よ
り直接フレネル逆変換が可能なため以下の手法を用いる
のが簡易である。
In the case of the Fourier transform type, since the Fresnel inverse transform can be performed more directly than the above method, it is easy to use the following method.

【0177】実像の再生の場合には、フレネル変換した
結果の画像が既知であり、どの様な物体をフレネル変換
させると既知の波面が得られるかを解くことに相当す
る。
In the case of reproducing a real image, the image resulting from the Fresnel transform is known, which corresponds to solving what kind of object is subjected to the Fresnel transform to obtain a known wavefront.

【0178】そのためには逆フレネル変換を実行するこ
とになる。
For that purpose, an inverse Fresnel transformation is executed.

【0179】ア)空間光変調素子と再生像の距離が短い
場合 2回のフーリエ変換を使用する。すまわち、図10に示
すような配置で、空間光変調器210上の複素振幅分布
をu(ε,η)、再生像の複素振幅分布をU(x,y,
z)とし、位相関数pf=(j/(λz))exp[j
2zπ/λ]とすると、 u(ε,η)=F-1{F{U(x,y,z)/pf}・
* (ε,η)} ここで、* :複素共役を示す となる。
A) When the distance between the spatial light modulator and the reproduced image is short: Two Fourier transforms are used. That is, in the arrangement shown in FIG. 10, the complex amplitude distribution on the spatial light modulator 210 is u (ε, η), and the complex amplitude distribution of the reproduced image is U (x, y,
z), and the phase function pf = (j / (λz)) exp [j
2zπ / λ], u (ε, η) = F −1 {F {U (x, y, z) / pf} ·
f * (ε, η)} where * : denotes complex conjugate.

【0180】u(ε,η)のサンプリングピッチをPと
すると、再生像側は同一のピッチであり、f* (ε,
η)のサンプリングピッチは(22)式のように1/P
Nとして高速フーリエ変換を利用する。
Assuming that the sampling pitch of u (ε, η) is P, the reproduced image side has the same pitch, and f * (ε, η)
η) is 1 / P as shown in equation (22).
N is a fast Fourier transform.

【0181】イ)空間光変調素子と再生像の距離が長い
場合 図11に示す配置で、位相関数pf(x,y)、伝搬関
数f(ε,η)とすると、 pf(x,y)=(j/(λz))exp[j2zπ/λ] ×exp[(jπ/(λz))(x2 +y2 )] f(ε,η)=exp[(jπ/(λz))(ε2 +η2 )]
A) When the distance between the spatial light modulator and the reproduced image is long If the phase function pf (x, y) and the propagation function f (ε, η) are set in the arrangement shown in FIG. 11, pf (x, y) = (J / (λz)) exp [j2zπ / λ] × exp [(jπ / (λz)) (x 2 + y 2 )] f (ε, η) = exp [(jπ / (λz)) (ε 2 + Η 2 )]

【0182】[0182]

【数14】 [Equation 14]

【0183】となる。変数変換=X=x/(λz),Y
=y/(λz)を行うと、 U(X,Y,z)=pf(X,Y)・F[u(ε,η)・f(ε,η)] となるので、 u(ε,η)=F-1{U(X,Y,z)/pf(X,Y)} ×f* (ε,η) となる。したがって、u(ε,η)のサンプリングピッ
チをPとすると、再生像側のピッチはλZ/(PN)で
あり、f* (ε,η)のサンプリングピッチをPとして
高速フーリエ変換を利用する。
Is obtained. Variable conversion = X = x / (λz), Y
= Y / (λz), U (X, Y, z) = pf (X, Y) · F [u (ε, η) · f (ε, η)], so u (ε, η) = F −1 {U (X, Y, z) / pf (X, Y)} × f * (ε, η). Therefore, assuming that the sampling pitch of u (ε, η) is P, the pitch on the reproduction image side is λZ / (PN), and the fast Fourier transform is used with the sampling pitch of f * (ε, η) being P.

【0184】キノフォームの場合には平面波で読みだす
こととなることから、逆フレネル変換したその複素振幅
分布の位相成分を計算することで実像が得られる。再生
にあたっては、空間光変調器210に対し実像が発生す
る空間と逆の空間から平面波を照射することになる。
In the case of a kinoform, since it is read out by a plane wave, a real image can be obtained by calculating the phase component of the complex amplitude distribution subjected to the inverse Fresnel transform. Upon reproduction, the spatial light modulator 210 is irradiated with a plane wave from a space opposite to a space where a real image is generated.

【0185】また、ホログラムの場合には、参照光を実
像側空間とは逆の空間より照射したとみなして、空間光
変調器210上で複素和とその光強度を計算することに
なる。再生にあたっては計算で用いた参照光に相当する
実際の参照光で照射することになる。
In the case of a hologram, the complex light and its light intensity are calculated on the spatial light modulator 210, assuming that the reference light is irradiated from the space opposite to the space on the real image side. At the time of reproduction, irradiation is performed with actual reference light corresponding to the reference light used in the calculation.

【0186】以上の計算で得られるフレネル回折像は、
想定する立体像の1断面であるため多数の断面を含む立
体像を計算するには、半透明体の様に奥の断面なども観
測する必要があり、ホログラム面で各断面に対する複素
振幅分布の和をとることになる。また、不透明な物体を
想定する場合には、想定する立体像の遠い断面から次の
断面までのフレネル回折場を計算し、その複素振幅分布
の中でそこでの断面に立体を構成する輝点がある部分は
その輝点の複素振幅に置き換える。また、陰となる部分
は波面を零と置き換えた新たな複素振幅分布を構成し、
次の断面にフレネル伝搬させることを繰り返し、最後の
断面での複素振幅分布を得られた後に空間光変調器まで
のフレネル変換またはフレネル逆変換を計算する。
The Fresnel diffraction image obtained by the above calculation is
In order to calculate a three-dimensional image including many cross-sections because it is one cross-section of the assumed three-dimensional image, it is necessary to observe deep cross-sections such as a translucent body. I will take the sum. In addition, when assuming an opaque object, the Fresnel diffraction field from the far section to the next section of the assumed stereo image is calculated, and the luminescent spot constituting the solid at that section in the complex amplitude distribution is calculated. Some parts are replaced by the complex amplitude of the bright spot. Also, the shaded part constitutes a new complex amplitude distribution with the wavefront replaced with zero,
The Fresnel propagation to the next cross section is repeated, and after obtaining the complex amplitude distribution in the last cross section, the Fresnel transform or the inverse Fresnel transform to the spatial light modulator is calculated.

【0187】以上のようにして、空間光変調器210の
空間分解能とサンプリングピッチとの制約のもとで任意
の虚像または実像を任意の大きさで任意の位置に表示す
る。
As described above, an arbitrary virtual image or real image is displayed at an arbitrary position in an arbitrary size under the restrictions of the spatial resolution of the spatial light modulator 210 and the sampling pitch.

【0188】以下、具体的な実施例を説明する。Hereinafter, specific examples will be described.

【0189】(第1実施例) 本実施例では、両目に対して接眼レンズにより拡大し、
両眼視差、輻輳、目の焦点調節機能を満足させた立体表
示を行う。図12は、本発明の立体表示方法の第1実施
例に使用する本発明の立体表示装置の第1実施例の構成
図である。
(First Embodiment) In this embodiment, both eyes are enlarged by an eyepiece.
Performs stereoscopic display that satisfies the binocular parallax, convergence, and eye focusing functions. FIG. 12 is a configuration diagram of a first embodiment of the stereoscopic display device of the present invention used in the first embodiment of the stereoscopic display method of the present invention.

【0190】残光時間の長いCRT131、132でイ
ンライン型ホログラムを表示し、夫々、結像レンズ22
1 、2202 を介して、反射型の位相変調型空間光変
調素子2111 、2112 (例えば、浜松ホトニクス社
製:X−5641、PAL−SLM)に書き込む。書き
込み画像は、512×512の画像よりなるインライン
型ホログラムで結像倍率より換算して、1画素あたりの
長さは24μmとなる。
The in-line holograms are displayed on the CRTs 131 and 132 having a long afterglow time,
The data is written to the reflection-type phase modulation type spatial light modulation elements 211 1 and 211 2 (for example, X-5641, PAL-SLM manufactured by Hamamatsu Photonics KK) via O 1 and 220 2 . The written image is an inline hologram composed of 512 × 512 images, and the length per pixel is 24 μm when converted from the imaging magnification.

【0191】読みだし光は、波長632.8nmのHe
−Neレーザ231をコリメートレンズ232で平行光
にした後、ハーフミラー2331 、2332 での反射光
を用いる。
The reading light is He at a wavelength of 632.8 nm.
After the -Ne laser 231 is converted into parallel light by the collimator lens 232, the reflected light from the half mirrors 233 1 and 233 2 is used.

【0192】共焦点レンズ系2401 (凸レンズ241
1 (焦点距離20cm)および凸レンズ2421 (焦点
距離20cm))および共焦点レンズ系2402 (凸レ
ンズ2412 (焦点距離20cm)および凸レンズ24
2 (焦点距離20cm))空間光変調素子2111
2112 の実像2121 、2122 を形成する。なお、
凸レンズ2411 および凸レンズ2421 並びに凸レン
ズ2412 および凸レンズ2422 の焦点距離を選択す
ることで、空間光変調素子2111 、2112の実像2
121 、2122 の倍率を制御することができ、表示の
空間分解能を細かく制御できることになる。0次カット
フィルター2431 、2432 は位相変調の不完全さに
より背景光として生じる光を取り除くためであり、完全
な位相変調が達成される場合には不用である。この空間
光変調素子2111 、2112 の実像2121 、212
2 からインライン型ホログラムにより結像される実像I
M21 、IM22 を接眼レンズ3101 (焦点距離10
2.3mm)、接眼レンズ3102 (焦点距離102.
3mm)で5倍に拡大観測する。この拡大された像がI
M31 、IM32 である。
The confocal lens system 240 1 (convex lens 241)
1 (focal length 20 cm) and convex lens 242 1 (focal length 20 cm)) and confocal lens system 240 2 (convex lens 241 2 (focal length 20 cm) and convex lens 24
2 2 (focal length 20 cm)) spatial light modulator 211 1 ,
The real images 212 1 and 212 2 of 211 2 are formed. In addition,
Convex lens 241 1 and a convex lens 242 1 and the convex lens 241 2 and by selecting the focal length of the convex lens 242 2, the spatial light modulator 211 1, 211 2 of the real image 2
It is possible to control the 12 1, 212 2 magnification, becomes possible to finely control the spatial resolution of the display. The zero-order cut filters 243 1 and 243 2 are for removing light generated as background light due to imperfect phase modulation, and are unnecessary when complete phase modulation is achieved. Real images 212 1 , 212 of these spatial light modulators 211 1 , 211 2
Real image I formed from inline hologram from 2
M2 1, IM2 2 an eyepiece 310 1 (focal distance 10
2.3 mm), eyepiece 310 2 (focal length 102.
3 mm) and magnify 5 times. This enlarged image is I
M3 1 and IM3 2 .

【0193】本実施例では、予め接眼レンズ3101
3102 の拡大特性を測定しておき、像面湾曲および歪
曲の補正変換式を求めておく。この後、まず、画像補正
部120が倍率補正パラメータの算出を行う。図13
は、倍率補正のフローチャートである。空間光変調素子
2111 の実像2121 と接眼レンズ3101 の距離及
び空間光変調素子2112 の実像2122 と接眼レンズ
3102 との距離は共に20.23cmとし、空間光変
調器2111 、2112 の実像2121 、2122 と接
眼レンズ3101 、3102 の前側焦点との距離は0.
1mとした。
In this embodiment, the eyepiece 310 1 ,
Measured beforehand expansion characteristics of 310 2, previously obtained correction conversion expression field curvature and distortion. Thereafter, first, the image correction unit 120 calculates a magnification correction parameter. FIG.
9 is a flowchart of magnification correction. The distance between the spatial light modulator 211 1 of the real image 212 1 and the eyepiece 310 first distance and the real image 212 2 of the spatial light modulator 211 2 and the eyepiece 310 2 are both a 20.23Cm, spatial light modulator 211 1, The distance between the real images 212 1 , 212 2 of the eyepiece 211 2 and the front focal points of the eyepieces 310 1 , 310 2 is 0.
1 m.

【0194】まず、拡大像IM31 の断面(i=0)を
長さ5cmとして、空間光変調素子2111 より20c
m光源側、すなわち、zb0=−20cmに表示させるこ
とし、最初に基準となる倍率m(zb0)を(8)式に基
づいて画像補正部120が演算する。本実施例の光学的
な配置関係では、m(zb0)=−0.20273とな
る。
[0194] First, enlarged image IM3 1 of cross section (i = 0) as the length 5 cm, 20c from spatial light modulator 211 1
The image is displayed on the m light source side, that is, z b0 = −20 cm, and the image correction unit 120 first calculates the reference magnification m (z b0 ) based on the equation (8). In the optical arrangement according to the present embodiment, m (z b0 ) = − 0.20273.

【0195】次に、実像IM21 の位置za0を(7)式
に基づいて計算する。本実施例の光学的な配置関係で
は、za0=12.07cmとなる。このとき、実像IM
1 の大きさは、5cm×|m(zb0)|=1.014
cmである。ここでのサンプリングピッチは、2回のフ
ーリエ変換を利用することから、空間光変調素子211
1 上でのサンプリングピッチと等しく、24μmとなる
ので、1.014cmに相当する423画素とした。
[0195] Next, calculated on the basis of the position z a0 of the real image IM2 1 to (7). In the optical arrangement of this embodiment, z a0 = 12.07 cm. At this time, the real image IM
2 1 of magnitude, 5cm × | m (z b0 ) | = 1.014
cm. Since the sampling pitch here uses two Fourier transforms, the spatial light modulator 211
Since it is equal to the sampling pitch on 1 and is 24 μm, 423 pixels corresponding to 1.014 cm are set.

【0196】次いで、上記のi=0の拡大断面よりΔ
(=20cm)だけ光源寄り、すなわちzb =−40c
mに拡大像IM31 の断面(i=1)を長さ5cmとし
て、補正倍率m’(zb −Δ)を(11)式より、像形
成位置za1を(7)式より計算する。本実施例の光学的
な配置関係では、m’(zb −Δ)=0.7162、z
a1=11.49cmである。このとき、実像IM21
大きさは、1.014cm×m’(zb −Δ)=0.7
262cmである。ここでのサンプリングピッチは、2
回のフーリエ変換を利用することから、空間光変調素子
2111 上でのサンプリングピッチと等しく、24μm
となるので、0.7262cmに相当する309画素と
した。
Next, from the enlarged cross section at the above-mentioned i = 0, Δ
(= 20 cm) closer to the light source, ie, z b = −40c
enlarged image IM3 1 of cross section (i = 1) as the length 5cm to m, the correction factor m 'a (z b - [delta) from equation (11), is calculated from the image forming position z a1 (7) below. In the optical arrangement relationship of the present embodiment, m ′ (z b −Δ) = 0.7162, z
a1 = 11.49 cm. At this time, the size of the real image IM2 1 is, 1.014cm × m '(z b -Δ) = 0.7
262 cm. The sampling pitch here is 2
Is equal to the sampling pitch on the spatial light modulator 211 1 , 24 μm
Therefore, 309 pixels corresponding to 0.7262 cm were set.

【0197】以後、拡大像IM31 の各断面について実
像IM21 の補正倍率m’(zb −i・Δ)および像形
成位置zaiを算出し、更に、拡大像IM32 の各断面に
ついて実像IM22 に関する基準位置倍率m(zb0)、
補正倍率m’(zb −i・Δ)および像形成位置zai
算出する。
[0197] Subsequently, to calculate the real image IM2 1 correction factor m '(z b -i · Δ ) and the image forming position z ai for each cross section of the enlarged image IM3 1, further real image for each section of the enlarged image IM3 2 IM2 2 for the reference position magnification m (z b0),
The correction magnification m ′ (z b −i · Δ) and the image forming position z ai are calculated.

【0198】上述の倍率補正用パラメータの算出に引き
続いて、画像補正部120は格納部110から元となる
立体像IM1の情報を読み出した後、実像IM2の補正
を行う。
Subsequent to the calculation of the magnification correction parameter, the image correction unit 120 reads the information of the original stereoscopic image IM1 from the storage unit 110, and then corrects the real image IM2.

【0199】すなわち、実像IM2に対し、上記で算出
した補正用パラメータの適用および予め求めておいた拡
大レンズ3101 の像面湾曲および歪曲についてのレン
ズ収差補正を行う。
[0199] That is, with respect to the real image IM2, the lens is aberration correction for application and previously obtained curvature of the magnifying lens 310 1 and distortion correction parameters calculated above.

【0200】次に、補正後の実像IM21 、IM22
関する空間光変調素子2111 、2112 への書き込み
像の算出、すなわち、逆フレネル変換を行う。
Next, calculation of the written images of the corrected real images IM2 1 and IM2 2 on the spatial light modulators 211 1 and 211 2 , that is, the inverse Fresnel transform is performed.

【0201】図14は、本実施例での逆フレネル変換の
フローチャートである。図14に示すように、まず、i
=0番目の断層実像位置za =12.07cmとして、
伝搬関数のフーリエ変換の複素共役を計算する。この場
合、za の大きさに従って、解析的に解いた式を用いる
か、伝搬関数を直接フーリエ変換し、その複素共役をと
ったものを用いるかを選択する。なお、あらかじめza
に応じた計算値を格納しておいて、この値を使用するこ
とが可能である。
FIG. 14 is a flowchart of the inverse Fresnel transform in this embodiment. As shown in FIG. 14, first, i
= 0th tomographic real image position z a = 12.07 cm,
Compute the complex conjugate of the Fourier transform of the propagator. In this case, according to the magnitude of z a , it is selected whether to use an equation solved analytically or to use the one obtained by directly performing the Fourier transform of the propagation function and taking its complex conjugate. Note that z a
It is possible to store the calculated value according to the above and use this value.

【0202】次に、立体像IM1のi=0番目の断層像
に2次元フーリエ変換を施す。
Next, a two-dimensional Fourier transform is applied to the i = 0th tomographic image of the three-dimensional image IM1.

【0203】次いで、断層像の2次元フーリエ変換と伝
搬関数の2次元フーリエ変換の複素共役との積に対し2
次元逆フーリエ変換を計算し、計算結果の複素値をホロ
グラム領域の計算結果に加算する。
Next, the product of the two-dimensional Fourier transform of the tomographic image and the complex conjugate of the two-dimensional Fourier transform of the propagation function is calculated as follows.
A dimensional inverse Fourier transform is calculated, and the complex value of the calculation result is added to the calculation result of the hologram area.

【0204】以後、立体像IM1の全ての断面像につい
て同様の計算を行い、都度、計算結果をホログラム領域
の計算結果に加算する。最終的に得られた複素和の実数
成分をインライン型ホログラムとして使用する。
Thereafter, the same calculation is performed for all the cross-sectional images of the three-dimensional image IM1, and the calculation result is added to the calculation result of the hologram area each time. The real component of the finally obtained complex sum is used as an in-line hologram.

【0205】こうして得られたホログラムをCRT13
1、132に表示し、空間光変調器2111 、2112
の書き込み後に、共焦点レンズ系2401 、2402
介して実像IM21 、IM22 を形成する。これを、接
眼レンズ3101 、3102で拡大することによって、
元の立体像IM1に対して忠実な立体感のある像が肉眼
に提供される。
The hologram obtained in this way is
1, 132 and the spatial light modulators 211 1 , 211 2
After writing to, via a confocal lens system 240 1, 240 2 to form a real image IM2 1, IM2 2. By enlarging this with eyepieces 310 1 and 310 2 ,
An image having a three-dimensional effect faithful to the original three-dimensional image IM1 is provided to the naked eye.

【0206】本実施例は像が単色の場合であるが、多色
像の場合には、右目および左目について、光の3原色の
各色ごとに上記と同様の計算に加えて、上述の色収差の
補正をして実像IM2を形成すればよい。
In this embodiment, the image is of a single color. However, in the case of a multicolor image, the same calculation as described above is performed for the right and left eyes for each of the three primary colors of light. The correction may be performed to form the real image IM2.

【0207】(第2実施例)図15は、本発明の立体表
示方法の第1実施例に使用する本発明の立体表示装置の
第2実施例の構成図である。本実施例では空間光変調器
2111 、2112で虚像を発生させることが、第1実
施例と異なる。この結果、図15に示すように、この装
置と図12の装置とでは、共焦点光学系2401 、24
2 と接眼レンズ3101 、3102 との間の光学系が
異なる。
(Second Embodiment) FIG. 15 is a block diagram of a second embodiment of the stereoscopic display device of the present invention used in the first embodiment of the stereoscopic display method of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that virtual images are generated by the spatial light modulators 211 1 and 211 2 . As a result, as shown in FIG. 15, the confocal optical systems 240 1 , 24
0 2 and the eyepiece 310 1, 310 optical system between the 2 different.

【0208】本実施例でも、第1実施例と同様に、予め
接眼レンズ3101 、3102 の拡大特性を測定してお
き、像面湾曲および歪曲の補正変換式を求めておく。こ
の後、まず、図13と同様のフローで、画像補正部12
0が倍率補正パラメータの算出を行う。空間光変調素子
2111 の実像2121 と接眼レンズ3101 の距離及
び空間光変調素子2112 の実像2122 と接眼レンズ
3102 との距離は共に0.0523mとし、空間光変
調器2111 、2112 の実像2121 、2122 と接
眼レンズ3101 、3102 の前側焦点との距離は0.
05mとした。
In this embodiment, as in the first embodiment, the enlargement characteristics of the eyepieces 310 1 and 310 2 are measured in advance, and the correction conversion equations for the field curvature and distortion are obtained. Thereafter, first, the image correction unit 12 is executed in the same flow as in FIG.
0 calculates a magnification correction parameter. The distance between the spatial light modulator 211 1 of the real image 212 1 and the eyepiece 310 first distance and the real image 212 2 of the spatial light modulator 211 2 and the eyepiece 310 2 are both a 0.0523M, spatial light modulator 211 1, The distance between the real images 212 1 , 212 2 of the eyepiece 211 2 and the front focal points of the eyepieces 310 1 , 310 2 is 0.
05 m.

【0209】まず、拡大像IM31 の断面(i=0)を
長さ5cmとして、空間光変調素子2111 より20c
m光源側、すなわち、zb0=−35cmに表示させるこ
とし、最初に基準となる倍率m(zb0)を(8)式に基
づいて画像補正部120が演算する。本実施例の光学的
な配置関係では、m(zb0)=−0.2250となる。
[0209] First, enlarged image IM3 1 of cross section (i = 0) as the length 5 cm, 20c from spatial light modulator 211 1
The image is displayed on the m light source side, that is, z b0 = −35 cm, and first, the image correction unit 120 calculates the reference magnification m (z b0 ) based on the equation (8). In the optical arrangement according to the present embodiment, m (z b0 ) = − 0.2250.

【0210】次に、虚像IM21 の位置za0を(7)式
に基づいて計算する。本実施例の光学的な配置関係で
は、za0=2.70cmとなる。このとき、虚像IM2
1 の大きさは、5cm×|m(zb0)|=1.125c
mである。ここでのサンプリングピッチは、2回のフー
リエ変換を利用することから、空間光変調素子2111
上でのサンプリングピッチと等しく、24μmとなるの
で、1.125cmに相当する450画素の大きさの虚
像とした。
[0210] Next, calculated on the basis of the position z a0 of the virtual image IM2 1 to (7). In the optical arrangement relation of the present embodiment, z a0 = 2.70 cm. At this time, the virtual image IM2
The size of 1 is 5 cm × | m (z b0 ) | = 1.125c
m. Since the sampling pitch here uses two Fourier transforms, the spatial light modulator 211 1
Since it is equal to the above sampling pitch and 24 μm, a virtual image having a size of 450 pixels corresponding to 1.125 cm was obtained.

【0211】次いで、上記のi=0の拡大断面よりΔ
(=20cm)だけ光源寄り、すなわちzb =−55c
mに拡大像IM31 の断面(i=1)を長さ5cmとし
て、補正倍率m’(zb −Δ)を(11)式より、像形
成位置za1を(7)式より計算する。本実施例の光学的
な配置関係では、m’(zb −Δ)=0.69447、
a1=−3.40cmである。このとき、虚像IM21
の大きさは、1.125cm×m’(zb −Δ)=0.
78123cmである。ここでのサンプリングピッチ
は、2回のフーリエ変換を利用することから、空間光変
調素子2111 上でのサンプリングピッチと等しく、2
4μmとなるので、0.78123cmに相当する32
6画素の大きさの虚像とした。
Next, from the enlarged cross section at the above-mentioned i = 0, Δ
(= 20 cm) closer to the light source, ie, z b = −55c
enlarged image IM3 1 of cross section (i = 1) as the length 5cm to m, the correction factor m 'a (z b - [delta) from equation (11), is calculated from the image forming position z a1 (7) below. In the optical arrangement according to the present embodiment, m ′ (z b −Δ) = 0.69447;
z a1 = −3.40 cm. At this time, the virtual image IM2 1
Is 1.125 cm × m ′ (z b −Δ) = 0.
78123 cm. The sampling pitch here is equal to the sampling pitch on the spatial light modulator 211 1 because two Fourier transforms are used.
4 μm, which corresponds to 0.78123 cm 32
A virtual image having a size of 6 pixels was obtained.

【0212】以後、拡大像IM31 の各断面について虚
像IM21 の補正倍率m’(zb −i・Δ)および像形
成位置zaiを算出し、更に、拡大像IM32 の各断面に
ついて虚像IM22 に関する基準位置倍率m(zb0)、
補正倍率m’(zb −i・Δ)および像形成位置zai
算出する。
[0212] Subsequently, to calculate the virtual image IM2 1 correction factor m '(z b -i · Δ ) and the image forming position z ai for each cross section of the enlarged image IM3 1, further, the virtual image of each cross section of the enlarged image IM3 2 IM2 2 for the reference position magnification m (z b0),
The correction magnification m ′ (z b −i · Δ) and the image forming position z ai are calculated.

【0213】上述の倍率補正用パラメータの算出に引き
続いて、画像補正部120は格納部110から元となる
立体像IM1の情報を読み出した後、虚像IM2の補正
を行う。
[0213] Subsequent to the calculation of the magnification correction parameter, the image correction unit 120 reads the information of the original stereoscopic image IM1 from the storage unit 110, and then corrects the virtual image IM2.

【0214】すなわち、虚像IM2に対し、上記で算出
した補正用パラメータの適用および予め求めておいた拡
大レンズ3101 の像面湾曲および歪曲についてのレン
ズ収差補正を行う。
[0214] That is, with respect to the virtual image IM2, the lens is aberration correction on the application and pre-determined in advance magnifying lens 310 1 of field curvature and distortion was the correction parameters calculated above.

【0215】次に、補正後の虚像IM21 、IM22
関する空間光変調素子2111 、2112 への書き込み
像の算出、すなわち、逆フレネル変換を行う。
[0215] Next, calculation of the virtual image IM2 1, IM2 2 spatial light modulator 211 1 relates, 211 writes image to 2 after correction, that is, performs inverse Fresnel transformation.

【0216】図16は、本実施例での逆フレネル変換の
フローチャートである。図14に示すように、まず、i
=0番目の断層虚像位置za =2.70cmとして、伝
搬関数のフーリエ変換の複素共役を計算する。この場
合、za の大きさに従って、解析的に解いた式を用いる
か、伝搬関数を直接フーリエ変換し、その複素共役をと
ったものを用いるかを選択する。なお、あらかじめza
に応じた計算値を格納しておいて、この値を使用するこ
とが可能である。
FIG. 16 is a flowchart of the inverse Fresnel transform in this embodiment. As shown in FIG. 14, first, i
The complex conjugate of the Fourier transform of the propagation function is calculated assuming the 0th tomographic virtual image position z a = 2.70 cm. In this case, according to the magnitude of z a , it is selected whether to use an equation solved analytically or to use the one obtained by directly performing the Fourier transform of the propagation function and taking its complex conjugate. Note that z a
It is possible to store the calculated value according to the above and use this value.

【0217】次に、立体像IM1のi=0番目の断層像
に2次元フーリエ変換を施す。
Next, a two-dimensional Fourier transform is applied to the i = 0th tomographic image of the three-dimensional image IM1.

【0218】次いで、断層像の2次元フーリエ変換と伝
搬関数の2次元フーリエ変換の複素共役との積に対し2
次元逆フーリエ変換を計算し、計算結果の複素値をホロ
グラム領域の計算結果に加算する。
Next, the product of the two-dimensional Fourier transform of the tomographic image and the complex conjugate of the two-dimensional Fourier transform of the propagation function is calculated as follows.
A dimensional inverse Fourier transform is calculated, and the complex value of the calculation result is added to the calculation result of the hologram area.

【0219】以後、立体像IM1の全ての断面像につい
て同様の計算を行い、都度、計算結果をホログラム領域
の計算結果に加算する。最終的に得られた複素和の実数
成分をインライン型ホログラムとして使用する。
Thereafter, the same calculation is performed for all the cross-sectional images of the three-dimensional image IM1, and the calculation result is added to the calculation result of the hologram area each time. The real component of the finally obtained complex sum is used as an in-line hologram.

【0220】こうして得られたホログラムをCRT13
1、132に表示し、空間光変調器2111 、2112
の書き込み後に、共焦点レンズ系2401 、2402
介して虚像IM21 、IM22 を形成する。これを、接
眼レンズ3101 、3102で拡大することによって、
元の立体像IM1に対して忠実な立体感のある像が肉眼
に提供される。
The hologram obtained in this way is
1, 132 and the spatial light modulators 211 1 , 211 2
After writing to, via a confocal lens system 240 1, 240 2 to form a virtual image IM2 1, IM2 2. By enlarging this with eyepieces 310 1 and 310 2 ,
An image having a three-dimensional effect faithful to the original three-dimensional image IM1 is provided to the naked eye.

【0221】本実施例は像が単色の場合であるが、第1
実施例と同様に、多色像の場合には、右目および左目に
ついて、光の3原色の各色ごとに上記と同様の計算に加
えて、上述の色収差の補正をして虚像IM2を形成すれ
ばよい。
In this embodiment, the image is of a single color.
As in the case of the embodiment, in the case of a multicolor image, for the right eye and the left eye, in addition to the above-described calculation for each of the three primary colors of light, the above-described chromatic aberration is corrected to form the virtual image IM2. Good.

【0222】[0222]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の立
体表示方法および立体表示装置によれば、拡大系で生じ
る像の歪等に応じた補正をしてホログラムなどを作製す
るので、元の立体像に忠実で鮮明且つ大きな立体像を表
示することができる。
As described in detail above, according to the three-dimensional display method and three-dimensional display device of the present invention, a hologram or the like is manufactured by performing correction in accordance with image distortion or the like generated in an enlargement system. , And a clear and large stereoscopic image can be displayed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の立体表示方法を実行する本発明の立体
表示装置の基本構成図である。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a stereoscopic display device of the present invention that executes a stereoscopic display method of the present invention.

【図2】凸レンズ310による立体像IM2の拡大動作
の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of enlarging a three-dimensional image IM2 by a convex lens 310.

【図3】za の相違による倍率mの相違の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a difference in magnification m due to a difference in z a ;

【図4】補正後の立体像IM2と拡大像IM3との説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a corrected stereoscopic image IM2 and an enlarged image IM3.

【図5】像面湾曲や歪曲の補正方法の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of correcting curvature of field and distortion.

【図6】拡大用レンズとして、波長により焦点距離が異
なるレンズすなわち縦の色収差を持つレンズを用いた場
合における色ずれの説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of color shift when a lens having a different focal length depending on wavelength, that is, a lens having longitudinal chromatic aberration, is used as an enlarging lens.

【図7】色ずれの発生の原因である拡大レンズの色収差
に応じた補正の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of correction according to chromatic aberration of a magnifying lens that causes color shift.

【図8】物体と空間光変調器210と近い場合の虚像の
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a virtual image when the object and the spatial light modulator 210 are close to each other.

【図9】物体と空間光変調器210と遠い場合の虚像の
説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a virtual image when the object and the spatial light modulator 210 are far from each other.

【図10】物体と空間光変調器210と近い場合の実像
の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a real image in a case where an object is close to a spatial light modulator 210.

【図11】物体と空間光変調器210と遠い場合の実像
の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a real image when the object and the spatial light modulator 210 are far from each other.

【図12】本発明の第1実施例の立体表示装置の構成図
である。
FIG. 12 is a configuration diagram of a stereoscopic display device according to a first embodiment of the present invention.

【図13】第1実施例の倍率補正のフローチャートであ
る。
FIG. 13 is a flowchart of magnification correction of the first embodiment.

【図14】第1実施例の逆フレネル変換のフローチャー
トである。
FIG. 14 is a flowchart of the inverse Fresnel transform of the first embodiment.

【図15】本発明の第2実施例の立体表示装置の構成図
である。
FIG. 15 is a configuration diagram of a stereoscopic display device according to a second embodiment of the present invention.

【図16】第2実施例の逆フレネル変換のフローチャー
トである。
FIG. 16 is a flowchart of the inverse Fresnel transform of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…画像処理部、110…格納部、120…画像補
正部、130,131,132…画像表示手段(CR
T)、200…像形成光学系、210,211…空間光
変調素子、300…拡大光学系、310…拡大レンズ。
100 image processing unit, 110 storage unit, 120 image correction unit, 130, 131, 132 image display means (CR
T), 200: image forming optical system, 210, 211: spatial light modulator, 300: magnifying optical system, 310: magnifying lens.

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の3次元座標系での第1の立体像の
情報に基づいて第2の3次元座標系における第2の立体
像を形成し、前記第2の立体像を拡大光学系で拡大して
肉眼に提供する立体表示方法であって、 前記第2の立体像の形成にあたって、 前記第2の立体像の各部分と前記拡大光学系との光軸方
向での相対距離に応じて発生する拡大率の変化に応じ
て、肉眼での視認される立体像が前記第1の立体像と略
相似とする第1の補正がなされる、 ことを特徴とする立体表示方法。
1. A second three-dimensional image in a second three-dimensional coordinate system is formed based on information of a first three-dimensional image in a first three-dimensional coordinate system, and the second three-dimensional image is magnified. A stereoscopic display method of providing the image to the naked eye by enlarging with a system, wherein in forming the second stereoscopic image, a relative distance in the optical axis direction between each part of the second stereoscopic image and the magnifying optical system is determined. A first correction is performed so that a three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially similar to the first three-dimensional image in accordance with a change in the magnification that occurs accordingly.
【請求項2】 前記第2の立体像の形成にあたって、更
に、 前記拡大光学系での拡大後に発生する前記第2の立体像
に関する収差に応じて、肉眼で視認される立体像が前記
第1の立体像に対して略無歪とする第2の補正がなされ
る、 ことを特徴とする請求項1記載の立体表示方法。
2. The method according to claim 1, further comprising: forming a stereoscopic image visually recognized by the naked eye in accordance with an aberration of the second stereoscopic image generated after the enlargement by the magnifying optical system. 2. The stereoscopic display method according to claim 1, wherein a second correction is performed on the three-dimensional image to be substantially distortion-free. 3.
【請求項3】 前記拡大光学系は凸レンズで前記第2の
像の拡大を実行する、ことを特徴とする請求項1記載の
立体表示方法。
3. The stereoscopic display method according to claim 1, wherein the magnifying optical system executes the magnification of the second image by using a convex lens.
【請求項4】 前記拡大光学系は凹面鏡で前記第2の像
の拡大を実行する、ことを特徴とする請求項1記載の立
体表示方法。
4. The stereoscopic display method according to claim 1, wherein said magnifying optical system executes magnifying the second image with a concave mirror.
【請求項5】 前記第2の立体像は単色像であり、前記
第2の補正は像面湾曲および歪曲に関する補正である、
ことを特徴とする請求項2記載の立体表示方法。
5. The method according to claim 1, wherein the second stereoscopic image is a monochromatic image, and the second correction is a correction relating to a field curvature and a distortion.
The stereoscopic display method according to claim 2, wherein:
【請求項6】 前記拡大光学系は凸レンズで前記第2の
像の拡大を実行し、前記第2の立体像は光の3原色の各
色の像の合成像であり、前記第2の補正は前記3原色の
各色の像の夫々についての像面湾曲、歪曲および前記3
原色の各色の像の相互間での色収差に関する補正であ
る、ことを特徴とする請求項2記載の立体表示方法。
6. The magnifying optical system executes magnification of the second image with a convex lens, the second stereoscopic image is a composite image of images of three primary colors of light, and the second correction is Field curvature, distortion, and the image quality of each of the three primary color images;
3. The stereoscopic display method according to claim 2, wherein the correction is for chromatic aberration between the images of the primary colors.
【請求項7】 前記拡大光学系は凹面鏡で前記第2の像
の拡大を実行し、前記第2の立体像は光の3原色の各色
の像の合成像であり、前記第2の補正は前記3原色の各
色の像の夫々についての像面湾曲、歪曲に関する補正で
ある、ことを特徴とする請求項4記載の立体表示方法。
7. The magnifying optical system executes magnification of the second image with a concave mirror, the second stereoscopic image is a composite image of images of three primary colors of light, and the second correction is The stereoscopic display method according to claim 4, wherein the correction is for correction of curvature of field and distortion of each of the three primary color images.
【請求項8】 前記第2の立体像は右目視用像と左目視
用像とであるとともに、前記拡大光学系は右目視用拡大
光学系と左目視用拡大光学系とを備え、 前記第1の補正は、前記右目視用像の各部分と前記右目
視用拡大光学系との光軸方向での相対距離に応じて発生
する拡大率の変化に応じて、肉眼での視認される立体像
が前記右目視像と略相似とする右目視用拡大補正と、前
記左目視用像の各部分と前記左目視用拡大光学系との光
軸方向での相対距離に応じて発生する拡大率の変化に応
じて、肉眼での視認される立体像が前記左目視像と略相
似とする左目視用拡大補正とである、 ことを特徴とする請求項1記載の立体表示方法。
8. The second stereoscopic image is a right-viewing image and a left-viewing image, and the magnifying optical system includes a right-viewing magnifying optical system and a left-viewing magnifying optical system; The correction of 1 is performed by a three-dimensional object visually recognized by the naked eye in accordance with a change in an enlargement ratio generated according to a relative distance in the optical axis direction between each part of the right-view image and the right-view magnifying optical system. Right-eye magnification correction for making the image substantially similar to the right-eye image, and an enlargement ratio generated according to the relative distance in the optical axis direction between each part of the left-eye image and the left-eye magnification optical system. The stereoscopic display method according to claim 1, wherein a stereoscopic image visually recognized by the naked eye is a left-view enlargement correction that is substantially similar to the left-eye view image in accordance with the change of the image.
【請求項9】 前記第2の立体像は右目視用像と左目
視用像とであるとともに、前記拡大光学系は右目視用拡
大光学系と左目視用拡大光学系とを備え、 前記第2の補正は、前記右目視用拡大光学系での拡大後
に発生する前記右目視像に関する収差に応じて、肉眼で
視認される立体像が前記第1の立体像に対して略無歪と
する右目視用収差補正と、前記左目視用拡大光学系での
拡大後に発生する前記左目視像に関する収差に応じて、
肉眼で視認される立体像が前記第1の立体像に対して略
無歪とする左目視用収差補正とである、 ことを特徴とする請求項2記載の立体表示方法。
9. The second stereoscopic image is a right-viewing image and a left-viewing image, and the magnifying optical system includes a right-viewing magnifying optical system and a left-viewing magnifying optical system; The correction of 2 is such that the three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially distortion-free with respect to the first three-dimensional image in accordance with the aberration related to the right-view image generated after the enlargement by the right-view magnifying optical system. Correction for right-view aberration, according to the aberration for the left-view image generated after magnification in the left-view magnifying optical system,
The stereoscopic display method according to claim 2, wherein the stereoscopic image visually recognized by the naked eye is left-eye aberration correction that makes the first stereoscopic image substantially distortion-free.
【請求項10】 第1の3次元座標系での第1の立体像
の情報に基づいて第2の3次元座標系における第2の立
体像を形成後、前記第2の立体像を拡大して肉眼に提供
する立体表示装置であって、 前記第2の立体像の各部分と前記拡大光学系との光軸方
向での相対距離に応じて発生する拡大率の変化に応じ
て、肉眼での視認される立体像が前記第1の立体像と略
相似とする第1の補正を行って前記第2の立体像を形成
する像形成部と、 前記第2の立体像を拡大して肉眼に提供する拡大光学系
と、 を備えることを特徴とする立体表示装置。
10. After forming a second three-dimensional image in a second three-dimensional coordinate system based on information of the first three-dimensional image in the first three-dimensional coordinate system, expand the second three-dimensional image. A stereoscopic display device provided to the naked eye according to a change in a magnification that occurs according to a relative distance in the optical axis direction between each part of the second stereoscopic image and the magnifying optical system. An image forming unit that forms the second three-dimensional image by performing a first correction to make the three-dimensional image visually recognized to be substantially similar to the first three-dimensional image; And a magnifying optical system provided for the stereoscopic display device.
【請求項11】 前記像形成部は、更に、 前記拡大光学系での拡大後に発生する前記第2の立体像
に関する収差に応じて、肉眼で視認される立体像が前記
第1の立体像に対して略無歪とする第2の補正を行って
前記第2の立体像を形成する、 ことを特徴とする請求項10記載の立体表示装置。
11. The image forming unit further includes: a stereoscopic image visually recognized by the naked eye in the first stereoscopic image according to an aberration related to the second stereoscopic image generated after the magnification by the magnifying optical system. The stereoscopic display device according to claim 10, wherein the second stereoscopic image is formed by performing a second correction to make the image substantially distortion-free.
【請求項12】 前記像形成部は、前記第1の立体像の
情報を格納する格納手段と、 前記格納手段から読み出した第1の立体像の情報に前記
第1の補正に応じた第1の補正演算を施して、前記第2
の立体像の情報を演算する画像補正手段と、 前記画像補正手段で演算された前記第2の立体像の情報
に基づいて、2次元状の画像を表示する画像表示手段
と、 前記画像表示手段に表示された前記2次元状の画像から
前記第2の3次元座標系における前記第2の立体像を形
成する像形成光学系と、 を備えることを特徴とする請求項10記載の立体表示装
置。
12. The image forming unit according to claim 1, further comprising: a storage unit configured to store the information of the first three-dimensional image; and a first unit corresponding to the first correction based on the information of the first three-dimensional image read from the storage unit. The correction operation of
Image correction means for calculating information on the three-dimensional image of the above, image display means for displaying a two-dimensional image based on the information on the second three-dimensional image calculated by the image correction means, and the image display means The three-dimensional display device according to claim 10, further comprising: an image forming optical system that forms the second three-dimensional image in the second three-dimensional coordinate system from the two-dimensional image displayed on the three-dimensional image. .
【請求項13】 前記画像補正手段は、更に、前記第2
の補正に応じた補正演算とを施して、前記第2の立体像
の情報を演算する、ことを特徴とする請求項12記載の
立体表示装置。
13. The image correcting means according to claim 2, further comprising:
13. The stereoscopic display device according to claim 12, wherein a correction operation according to the correction is performed to calculate the information of the second stereoscopic image.
【請求項14】 前記像形成部は、通知された前記第1
の立体像の情報を受信し、前記格納手段に格納する受信
手段を更に備えることを特徴とする請求項12記載の立
体表示装置。
14. The image forming unit according to claim 1, wherein
13. The three-dimensional display device according to claim 12, further comprising a receiving unit that receives the information of the three-dimensional image and stores the information in the storage unit.
【請求項15】 前記拡大光学系は前記第2の立体像を
拡大する凸レンズを備える、ことを特徴とする請求項1
0記載の立体表示装置。
15. The magnifying optical system according to claim 1, wherein the magnifying optical system includes a convex lens for magnifying the second stereoscopic image.
0. The stereoscopic display device according to item 0.
【請求項16】 前記拡大光学系は前記第2の立体像を
拡大する凹面鏡を備える、ことを特徴とする請求項10
記載の立体表示装置。
16. The optical system according to claim 10, wherein the magnifying optical system includes a concave mirror for magnifying the second stereoscopic image.
The stereoscopic display device as described in the above.
【請求項17】 前記第2の立体像は単色像であり、前
記第2の補正は像面湾曲および歪曲に関する補正であ
る、ことを特徴とする請求項11記載の立体表示装置。
17. The three-dimensional display device according to claim 11, wherein the second three-dimensional image is a monochromatic image, and the second correction is correction relating to field curvature and distortion.
【請求項18】 前記拡大光学系は前記第2の立体像を
拡大する凸レンズを備え、前記第2の立体像は光の3原
色の各色の像の合成像であり、前記第2の補正は前記3
原色の各色の像の夫々についての像面湾曲、歪曲および
前記3原色の各色の像の相互間での色収差に関する補正
である、ことを特徴とする請求項11記載の立体表示装
置。
18. The magnifying optical system includes a convex lens that magnifies the second stereoscopic image, the second stereoscopic image is a composite image of images of three primary colors of light, and the second correction is 3 above
12. The three-dimensional display device according to claim 11, wherein the correction is for correction of curvature of field, distortion of each image of the primary colors, and chromatic aberration between the images of the three primary colors.
【請求項19】 前記拡大光学系は前記第2の立体像を
拡大する凹面鏡を備え、前記第2の立体像は光の3原色
の各色の像の合成像であり、前記第2の補正は前記3原
色の各色の像の夫々についての像面湾曲、歪曲に関する
補正である、ことを特徴とする請求項12記載の立体表
示装置。
19. The magnifying optical system includes a concave mirror that magnifies the second three-dimensional image, the second three-dimensional image is a composite image of images of three primary colors of light, and the second correction is 13. The three-dimensional display device according to claim 12, wherein the correction is related to field curvature and distortion for each of the three primary color images.
【請求項20】 前記第2の立体像は右目視用像と左目
視用像とであるとともに、前記拡大光学系は右目視用拡
大光学系と左目視用拡大光学系とを備え、 前記第1の補正は、前記右目視用像の各部分と前記右目
視用拡大光学系との光軸方向での相対距離に応じて発生
する拡大率の変化に応じて、肉眼での視認される立体像
が前記右目視像と略相似とする右目視用拡大補正と、前
記左目視用像の各部分と前記左目視用拡大光学系との光
軸方向での相対距離に応じて発生する拡大率の変化に応
じて、肉眼での視認される立体像が前記左目視像と略相
似とする左目視用拡大補正とである、 ことを特徴とする請求項10記載の立体表示装置。
20. The second stereoscopic image is a right-viewing image and a left-viewing image, and the magnifying optical system includes a right-viewing magnifying optical system and a left-viewing magnifying optical system; The correction of 1 is performed by a three-dimensional object visually recognized by the naked eye in accordance with a change in an enlargement ratio generated according to a relative distance in the optical axis direction between each part of the right-view image and the right-view magnifying optical system. Right-eye magnification correction for making the image substantially similar to the right-eye image, and an enlargement ratio generated according to the relative distance in the optical axis direction between each part of the left-eye image and the left-eye magnification optical system. The three-dimensional display device according to claim 10, wherein a three-dimensional image visually recognized by the naked eye according to the change of (i) is a left-view enlargement correction that is substantially similar to the left-eye view image.
【請求項21】 前記第2の立体像は右目視用像と左目
視用像とであるとともに、前記拡大光学系は右目視用拡
大光学系と左目視用拡大光学系とを備え、 前記第2の補正は、前記右目視用拡大光学系での拡大後
に発生する前記右目視像に関する収差に応じて、肉眼で
視認される立体像が前記第1の立体像に対して略無歪と
する右目視用収差補正と、前記左目視用拡大光学系での
拡大後に発生する前記左目視像に関する収差に応じて、
肉眼で視認される立体像が前記第1の立体像に対して略
無歪とする左目視用収差補正とである、 ことを特徴とする請求項11記載の立体表示装置。
21. The second stereoscopic image is a right-viewing image and a left-viewing image, and the magnifying optical system includes a right-viewing magnifying optical system and a left-viewing magnifying optical system; The correction of 2 is such that the three-dimensional image visually recognized by the naked eye is substantially distortion-free with respect to the first three-dimensional image in accordance with the aberration related to the right-view image generated after the enlargement by the right-view magnifying optical system. Correction for right-view aberration, according to the aberration for the left-view image generated after magnification in the left-view magnifying optical system,
The stereoscopic display device according to claim 11, wherein a stereoscopic image visually recognized by the naked eye is left-eye aberration correction that makes the first stereoscopic image substantially distortion-free.
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