JP3077930B2 - 3D image display - Google Patents

3D image display

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JP3077930B2
JP3077930B2 JP05267038A JP26703893A JP3077930B2 JP 3077930 B2 JP3077930 B2 JP 3077930B2 JP 05267038 A JP05267038 A JP 05267038A JP 26703893 A JP26703893 A JP 26703893A JP 3077930 B2 JP3077930 B2 JP 3077930B2
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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、立体画像を映し出す三
次元画像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 three-dimensional image display device for displaying a three-dimensional image.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、立体画像を映し出す三次元画
像表示装置として、2色または互いに直交する偏向特性
を持つ眼鏡を用いるものが知られている。この方式は、
眼鏡の左右眼部の光学的特性の違いを利用し、観察者の
左右の目にそれぞれ別々の画像を認識させ、「両眼視
差」と呼ばれる人間の生理的機能により立体感を感じさ
せるものである。一方、両眼の水平方向の間隔による結
像位置のずれを利用し、レンティキュラレンズシートを
用いて左右の目に別々の画像を見せることにより立体視
を行う、眼鏡等を必要としない方式も提案されている。
さらに、レーザ光を用いて物体の反射光と参照光との干
渉縞を記録し、この干渉縞からの回折によって三次元波
面を再生するホログラフィ技術を用いた立体表示の方式
も実用化されている。ホログラフィ方式によれば、元の
物体と全く同様の立体画像を再生することが可能であ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a three-dimensional image display device for displaying a three-dimensional image, there has been known a device using spectacles having two colors or deflection characteristics orthogonal to each other. This method is
By using the difference in optical characteristics of the left and right eye parts of the glasses, the observer can recognize different images from the left and right eyes of the observer, and feel the stereoscopic effect by the human physiological function called "binocular parallax". is there. On the other hand, there is also a method that does not require glasses or the like, in which stereoscopic viewing is performed by using a lenticular lens sheet to show different images to left and right eyes using a shift of an image forming position due to a horizontal interval between both eyes. Proposed.
Further, a three-dimensional display method using a holographic technique of recording interference fringes between reflected light of an object and a reference light using a laser beam and reproducing a three-dimensional wavefront by diffraction from the interference fringes has been put to practical use. . According to the holography method, it is possible to reproduce a stereoscopic image exactly the same as the original object.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、眼鏡等を使用
して立体視を行う場合、特別な眼鏡を使用しなければな
らないという煩わしさがある。また、レンティキュラレ
ンズシートを用いた方式では眼鏡を用いなくともよい
が、立体画像を見ることができる視野角は、レンティキ
ュラレンズのピッチで制限される。このピッチを小さく
することにより、視野角を広げることは原理的に可能で
ある。しかし、実際のところ、レンティキュラレンズシ
ートと画像表示面との位置合わせが困難であり、また画
像表示部分の分解能が制限されるため、得られる視野角
は5度程度にすぎない。さらに、レンティキュラレンズ
シートを通して観察する場合、観察者の位置によって右
目と左目にそれぞれにはいる画像が逆転する領域が存在
し、この領域では物体の凹凸が逆になる不自然な逆視野
を認識してしまうという問題がある。さらに、ホログラ
フィ方式では、記録時にレーザ光のようなコヒーレント
な光源を必要とすること、および現像を必要とする乾板
を用いなければならないため、実時間での記録再生が難
しい問題がある。さらに、この方式は低反射率のものの
記録が困難であり、記録できる被写体が限られる欠点も
ある。
However, when performing stereoscopic viewing using glasses or the like, there is an annoyance that special glasses must be used. In a method using a lenticular lens sheet, it is not necessary to use glasses, but the viewing angle at which a stereoscopic image can be viewed is limited by the pitch of the lenticular lens. It is possible in principle to increase the viewing angle by reducing the pitch. However, in practice, it is difficult to align the lenticular lens sheet with the image display surface, and the resolution of the image display portion is limited, so that the obtained viewing angle is only about 5 degrees. Furthermore, when observing through a lenticular lens sheet, there are areas where the images in the right and left eyes are reversed depending on the position of the observer, and in this area, an unnatural reverse view in which the unevenness of the object is reversed is recognized. There is a problem of doing it. Furthermore, the holographic method has a problem that it is difficult to perform real-time recording and reproduction because a coherent light source such as a laser beam is required for recording and a dry plate that requires development must be used. Further, this method has a drawback that recording with low reflectance is difficult, and the recordable objects are limited.

【0004】本発明は以上のような問題点を解決するた
めになされたものであり、被写体や被写体を照明する光
源に制約がなく、眼鏡を用いることなく、かつ広い視野
角で自然な立体画像を観察することのできる三次元画像
表示装置を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and there is no restriction on the subject or the light source for illuminating the subject. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional image display device capable of observing images.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る三次元画像表示装置は、複数の一次元
表示装置からなる第1の一次元表示装置群と、前記第1
の一次元表示装置群の各一次元表示装置からの表示パタ
ーンをそれぞれ前記一次元表示装置の配置方向と同一方
向に偏向する偏向手段とを具備することを特徴とする。
To achieve the above object, a three-dimensional image display device according to the present invention comprises a plurality of one- dimensional image display devices.
A first one-dimensional display device group including a display device;
Pattern from each one-dimensional display device of the one-dimensional display device group
In the same direction as the arrangement direction of the one-dimensional display device.
And a deflecting means for deflecting in the direction .

【0006】前記装置においては、偏向手段は鏡又は音
響光学素子であることが好ましい。
[0006] In the above device, the deflecting means is preferably a mirror or an acousto-optical element.

【0007】また前記装置においては、第1の一次元表
示装置群の一次元表示装置の配置方向と同一方向に配置
され、前記第1の一次元表示装置群と併せて二次元的に
配置される複数の一次元表示装置からなる第2の一次元
表示装置群を有し、前記偏向手段は、前記第2の一次元
表示装置群の各一次元表示装置からの表示パターンをそ
れぞれ前記同一方向に偏向することが好ましい。
In the above apparatus, the first one-dimensional table
In the same direction as the one-dimensional display device arrangement direction of the display device group
And two-dimensionally together with the first one-dimensional display device group.
A second one-dimensional device comprising a plurality of one-dimensional display devices arranged
A display device group, wherein the deflecting unit includes the second one-dimensional unit.
Display patterns from each one-dimensional display device of the display device group
It is preferable to deflect in the same direction .

【0008】また前記装置においては、一次元表示装置
は複数の発光ダイオードを組み合わせたものであること
が好ましい。
In the above apparatus, a one-dimensional display device is provided.
Is preferably a combination of a plurality of light emitting diodes .

【0009】[0009]

【作用】本発明における三次元画像表示装置の原理を図
1を用いて説明する。図1において、一次元画像表示装
置101〜104として、例えば複数のLEDを縦に組
み合わせたものを用い、一次元表示装置101〜104
を水平方向に配置する。観察者106は、画像偏向装置
(偏向手段)105を通して一次元表示装置101〜1
04を見るものとする。画像偏向装置105は、一次元
表示装置101〜104に表示されたパターンを任意の
方向に偏向する機能を有する。今、一次元表示装置10
1に二次元画像の各列に相当する部分の一次元パターン
を順次時分割して表示し、画像偏向装置105によって
各発光パターンに同期して水平方向に偏向して表示す
る。このとき観察者106には、目の残像現象により、
鉛直方向の一次元パターンが水平方向に拡張された二次
元パターンとしての出力像1が観察される。出力像1が
観察される方向は、一次元表示装置101と画像偏向装
置105との位置関係によって決定される。すなわち、
一次元表示装置101と画像偏向装置105の中心位置
とを結ぶ線分を延長した方向に出力像1が表示される。
二次元画像としては、実際の三次元物体をビデオカメラ
により異なる角度方向から撮像した画像や計算機を用い
て作製した架空物体について異なる方向から観察した場
合の画像などを利用することができる。同様に、他の一
次元表示装置102〜104についても、三次元の被表
示対象物を異なる角度方向から撮像した二次元画像を、
各列ごとに時分割して表示を行い、画像偏向装置105
を通して偏向することにより、出力像2〜出力像4とし
て表示する。一次元表示装置101〜104は、画像偏
向装置105に対して、それぞれの一次元表示装置10
1〜104に表示される画像が撮像された方向に対応す
るように配置される。
The principle of the three-dimensional image display device according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, as the one-dimensional image display devices 101 to 104, for example, a device in which a plurality of LEDs are vertically combined is used.
Are arranged horizontally. The observer 106 can use the one-dimensional display devices 101 to 1 through an image deflecting device (deflecting means) 105.
04. The image deflecting device 105 has a function of deflecting a pattern displayed on the one-dimensional display devices 101 to 104 in an arbitrary direction. Now, the one-dimensional display device 10
In FIG. 1, a one-dimensional pattern corresponding to each column of a two-dimensional image is sequentially displayed in a time-division manner, and the image is deflected in a horizontal direction by an image deflection device 105 in synchronization with each light-emitting pattern. At this time, the observer 106 is given a
An output image 1 is observed as a two-dimensional pattern obtained by expanding a vertical one-dimensional pattern in a horizontal direction. The direction in which the output image 1 is observed is determined by the positional relationship between the one-dimensional display device 101 and the image deflection device 105. That is,
The output image 1 is displayed in a direction in which a line connecting the one-dimensional display device 101 and the center position of the image deflection device 105 is extended.
As the two-dimensional image, an image obtained by capturing an actual three-dimensional object from a different angle direction using a video camera or an image obtained by observing an imaginary object created using a computer from a different direction can be used. Similarly, with respect to the other one-dimensional display devices 102 to 104, two-dimensional images obtained by capturing a three-dimensional display target object from different angle directions are displayed.
Display is performed in a time-division manner for each column, and the image deflector 105
And output images 2 to 4 are displayed. The one-dimensional display devices 101 to 104 correspond to the respective one-dimensional display devices 10 with respect to the image deflection device 105.
The images displayed at 1 to 104 are arranged so as to correspond to the direction in which the images were captured.

【0010】撮像時の方向に合わせて表示された出力像
1〜4に関して、例えば、観察者106が図1に示すよ
うに画像偏向装置105に対してほぼ中央に位置する場
合、観察者106は右目で出力像3を左目で出力像2を
それぞれ観察することになる。これらの出力像2及び3
は、残像効果により同時に認識され、両眼視差の作用に
より、観察者106は立体像を知覚する。一方、観察者
106が観察位置を左側に移動した場合、今度は右目で
出力像2を左目で出力像1をそれぞれ観察することにな
る。また、観察者106が右側に移動した場合、左目で
出力像3を右目で出力像4をそれぞれ観察することにな
る。すなわち、観察位置の移動に対応して複数の情報が
表示されるので、運動視差の効果が生じ、観察者106
は、より自然な空間知覚を感ずる。
With respect to the output images 1 to 4 displayed in accordance with the direction at the time of imaging, for example, when the observer 106 is located substantially at the center with respect to the image deflecting device 105 as shown in FIG. The output image 3 is observed with the right eye and the output image 2 is observed with the left eye. These output images 2 and 3
Are simultaneously recognized by the afterimage effect, and the viewer 106 perceives a stereoscopic image by the action of binocular parallax. On the other hand, when the observer 106 moves the observation position to the left, the output image 2 is observed with the right eye and the output image 1 is observed with the left eye. When the observer 106 moves to the right, the output image 3 is observed with the left eye and the output image 4 is observed with the right eye. That is, since a plurality of pieces of information are displayed in accordance with the movement of the observation position, the effect of the motion parallax occurs, and
Feels more natural spatial perception.

【0011】図1に示すように、複数の画像をそれぞれ
異なった方向に偏向して表示することは、空間的な表示
領域を拡大することになり、画枠が観察者106の中心
視に入ることが少なくなる。その結果、観察者106
は、表示面までの距離や位置を感じにくくなる。また、
空間スクリーン的な効果が生じ、表示されているのが二
次元画像であるとの意識がより弱められ、表示空間に奥
行き方向の広がりを感じることができるようになる。さ
らに、一次元表示装置101〜104の数を増やし、順
次時分割表示する画像の数を増すと共に、画像の偏向方
向も細分化することにより、これらの効果をより高める
ことができる。すなわち、多角形の辺の数を増していく
と、多角形が次第に滑らかな円に近づいて見えるよう
に、表示される画像の数を増やすにつれ、観察者106
が観察する像は不連続な個々の平面画像ではなく、いく
つかの画像が連続的に結合されて作り出される滑らかな
曲面を持った、より自然な立体像となる。これはホログ
ラフィ再生時の三次元の波面再生と同様の効果である。
As shown in FIG. 1, when a plurality of images are displayed while being deflected in different directions, a spatial display area is enlarged, and the image frame enters the central view of the observer 106. Less. As a result, the observer 106
Makes it difficult to feel the distance and position to the display surface. Also,
The effect of a spatial screen is generated, and the consciousness that the displayed image is a two-dimensional image is further weakened, and the display space can be expanded in the depth direction. Further, by increasing the number of the one-dimensional display devices 101 to 104, increasing the number of images to be sequentially displayed in a time-division manner, and subdividing the image deflection direction, these effects can be further enhanced. In other words, as the number of displayed images increases, the observer 106 increases the number of images displayed so that the polygon gradually appears to approach a smooth circle as the number of sides of the polygon increases.
The image observed by is not a discrete individual planar image, but a more natural three-dimensional image having a smooth curved surface created by successively combining several images. This is the same effect as the three-dimensional wavefront reproduction at the time of holographic reproduction.

【0012】以上のように、本発明の三次元画像表示装
置は、立体視の要因としての両視差、運動視差、空間
スクリーン効果、三次元的波面再生効果の4つの要因を
同時に満たしているので、これらのうちの1つの立体視
の要因にのみ頼っていた従来の眼鏡方式やレンティキュ
ラレンズシート方式に比べて、実在するものを観察して
いるような、より自然な三次元画像が知覚認識される。
また、一次元の表示装置のみを使用してシステムを構成
しているため、装置の構成が簡単かつ小型になり、製造
コストも低減される。
As described above, the three-dimensional image display device of the present invention simultaneously satisfies the four factors of the binocular parallax, the motion parallax, the spatial screen effect, and the three-dimensional wavefront reproduction effect as the factors of the stereoscopic vision. Therefore, a more natural three-dimensional image, such as observing a real object, can be perceived as compared with the conventional eyeglass system or lenticular lens sheet system that relies only on one of these factors of stereoscopic vision. Be recognized.
Further, since the system is configured using only the one-dimensional display device, the configuration of the device is simple and small, and the manufacturing cost is reduced.

【0013】[0013]

【実施例】<第1の実施例> 本発明の三次元画像表示装置の第1の実施例について、
図1及び図2を参照しつつ説明する。図1において、一
次元表示装置101〜104は、それぞれ複数の異なる
方向から得られた二次元画像の各列成分に対応する一次
元パターンを時分割表示するためのものであり、例え
ば、複数の発光ダイオードを組み合わせたもの、陰極線
管、エレクトロルミネサンス、液晶表示素子(ツイスト
ネマティック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、動
的散乱モード液晶など)などが使用することができる。
画像偏向装置105は、一次元表示装置101〜104
により表示された各表示パターンを複数の方向に偏向す
る機能を有する。一次元表示装置101〜104により
表示される二次元画像としては、実際の三次元物体をビ
デオカメラにより異なる角度方向から撮像した画像や計
算機を用いて作製した架空物体について異なる方向から
観察した場合の画像などを利用することができる。図1
では、水平方向に4台の一次元表示装置101〜104
を配置しているが、2台以上であれば何台の一次元表示
装置を用いてもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <First Embodiment> A first embodiment of a three-dimensional image display device according to the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, one-dimensional display devices 101 to 104 are for displaying a one-dimensional pattern corresponding to each column component of a two-dimensional image obtained from a plurality of different directions in a time-division manner. A combination of a light emitting diode, a cathode ray tube, an electroluminescence, a liquid crystal display device (twisted nematic liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal, dynamic scattering mode liquid crystal, etc.) can be used.
The image deflecting device 105 includes one-dimensional display devices 101 to 104
Has the function of deflecting each display pattern displayed in a plurality of directions. As the two-dimensional images displayed by the one-dimensional display devices 101 to 104, images obtained by observing an actual three-dimensional object from different directions with respect to an image taken from a different angle direction by a video camera or an imaginary object made using a computer are shown. Images and the like can be used. FIG.
Then, four one-dimensional display devices 101 to 104 are arranged in the horizontal direction.
Are arranged, but any number of one-dimensional display devices may be used as long as the number is two or more.

【0014】画像偏向装置105として音響光学素子を
用い、音響光学素子の屈折率変化により、一次元画像表
示装置101〜104により表示された表示パターンを
偏向する。一般に、透過媒体の屈折率変化を起こす方法
としては、電気信号の入力によって屈折率変化を引き起
こす電気光学効果、音波を入力とする音響光学効果、ま
たは光の照射によって屈折率変化を引き起こす光学的効
果などを利用することができる。これらの方式は、第2
の実施例として示した鏡を用いた方式と比較して機械的
可動部分を持たないため、信頼性が向上すると共に軽量
でコンパクトなシステムを実現することができる。音響
光学素子の詳細を図2に示す。画像偏向装置105は、
超音波信号を伝達するトランスデューサ201、屈折率
分布を生じる超音波媒体202及び超音波吸収体203
等で構成されている。一般に、トランスデューサ20
1、超音波媒体202、超音波吸収体203までを総称
して音響光学素子と呼ぶ。トランスデューサ201を用
いて、超音波媒体202に超音波信号を印加すると、そ
れに対応した屈折率変化が超音波媒体202内部に生
じ、位相回折格子と同様の機能を奏する。図2に示すよ
うに、超音波媒体202にノコギリ波状の超音波信号を
印加すると、印加された信号に応じて屈折率分布が生じ
る。入射光である一次元表示装置101からのパターン
は、ノコギリ波状の屈折率分布に応じて所定の角度方向
へ偏向される。ノコギリ波のピッチを小さくすればする
ほど、すなわち、周波数を大きくすればするほど偏向角
θは大きくなるため、トランスデューサ201に印加す
る超音波信号の周波数を大きくすることにより、偏向角
θを大きくとることができる。逆に、超音波信号の周波
数を小さくすればするほど偏向角θは減少する。このよ
うにトランスデューサ201に印加する超音波信号の周
波数を変化することにより、ノコギリ波のピッチを制御
することができ、偏向方向を任意に定めることが可能で
ある。超音波媒体202に屈折率差が大きい材料を用い
ると、超音波媒体202の厚みを小さくすることがで
き、軽量化が可能になる。このため、屈折率差が大きく
生じる材料の使用が望ましい。例えば、重フリントガラ
ス、溶融石英、TeO2、LiNbO3、Pb2MoO5
などを使用することができる。また、これらの材料は数
十MHz程度までの高速応答が可能であり、光透過率も
90パーセント以上の値を実現できるので、音響光学素
子の材料として有用である。トランスデューサ201と
しては、例えばLiNbO3 が使用でき、数百MHZま
での駆動が可能である。また超音波吸収体203として
は、例えば重フリントガラス、溶融石英、TeO2、P
2MoO5等の使用が望ましい。
An acousto-optic device is used as the image deflecting device 105, and a display pattern displayed by the one-dimensional image display devices 101 to 104 is deflected by a change in the refractive index of the acousto-optic device. Generally, as a method of causing a change in the refractive index of a transmission medium, an electro-optic effect that causes a change in the refractive index by inputting an electric signal, an acousto-optic effect that receives a sound wave, or an optical effect that causes a change in the refractive index by irradiating light. And so on. These schemes are
Since there is no mechanically movable part as compared with the system using a mirror shown in the embodiment of the present invention, the reliability is improved and a lightweight and compact system can be realized. FIG. 2 shows details of the acousto-optic element. The image deflecting device 105 includes:
A transducer 201 for transmitting an ultrasonic signal, an ultrasonic medium 202 for generating a refractive index distribution, and an ultrasonic absorber 203
And so on. Generally, the transducer 20
1, the ultrasonic medium 202 and the ultrasonic absorber 203 are collectively called an acousto-optic element. When an ultrasonic signal is applied to the ultrasonic medium 202 using the transducer 201, a corresponding change in the refractive index occurs inside the ultrasonic medium 202, and a function similar to that of the phase diffraction grating is achieved. As shown in FIG. 2, when a sawtooth-shaped ultrasonic signal is applied to the ultrasonic medium 202, a refractive index distribution is generated according to the applied signal. The pattern from the one-dimensional display device 101 that is the incident light is deflected in a predetermined angle direction according to the sawtooth-shaped refractive index distribution. The smaller the pitch of the sawtooth wave, that is, the higher the frequency, the larger the deflection angle θ becomes. Therefore, by increasing the frequency of the ultrasonic signal applied to the transducer 201, the larger the deflection angle θ is. be able to. Conversely, as the frequency of the ultrasonic signal decreases, the deflection angle θ decreases. By changing the frequency of the ultrasonic signal applied to the transducer 201 in this manner, the pitch of the sawtooth wave can be controlled, and the deflection direction can be arbitrarily determined. When a material having a large difference in refractive index is used for the ultrasonic medium 202, the thickness of the ultrasonic medium 202 can be reduced, and the weight can be reduced. For this reason, it is desirable to use a material having a large difference in refractive index. For example, heavy flint glass, fused quartz, TeO 2 , LiNbO 3 , Pb 2 MoO 5 ,
Etc. can be used. In addition, these materials are capable of high-speed response up to about several tens of MHz and can realize a light transmittance of 90% or more, and thus are useful as materials for acousto-optical devices. As the transducer 201, for example, LiNbO 3 can be used, and can be driven up to several hundred MHZ. As the ultrasonic absorber 203, for example, heavy flint glass, fused quartz, TeO 2 , P
It is preferable to use b 2 MoO 5 or the like.

【0015】図1に示す第1の実施例では、一次元画像
表示装置101〜104として200個の発光ダイオー
ドを組み合わせたものを用いた。また、画像偏向装置1
05として用いられる音響光学素子は、重フリントガラ
スを用いて厚さ(50μm〜200μm)の範囲で5〜
10インチの大きさに作製した。図示していないが、音
響光学素子にはLiNbO3 のトランスデューサ及び溶
融石英の超音波吸収体が設けられている。一次元表示装
置101〜104を、それぞれ画像偏向装置105の中
心位置からの距離が等しくなるように、画像偏向装置1
05より5cm〜30cmの範囲内に円弧状に配置し
た。また、一次元表示装置101〜104の出力像の大
きさを調節するため、画像偏向装置105と一次元表示
装置101〜104との間に焦点距離50mm〜200
mm、直径100mm〜300mmのレンズを配置し
た。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the one-dimensional image display devices 101 to 104 are a combination of 200 light emitting diodes. Further, the image deflecting device 1
The acousto-optic element used as 05 has a thickness (50 μm to 200 μm) of 5 to 50 μm using heavy flint glass.
It was manufactured to a size of 10 inches. Although not shown, the acousto-optic device is provided with a LiNbO 3 transducer and a fused silica ultrasonic absorber. The image deflecting devices 1 to 104 are arranged such that the distances from the center position of the image deflecting device 105 are equal to each other.
It was arranged in an arc within the range of 5 cm to 30 cm from 05. Further, in order to adjust the size of the output images of the one-dimensional display devices 101 to 104, a focal length of 50 mm to 200 mm is provided between the image deflecting device 105 and the one-dimensional display devices 101 to 104.
mm and a lens having a diameter of 100 mm to 300 mm.

【0016】一次元表示装置101〜104には、三次
元の対象物を異なる角度方向から撮像した二次元画像の
各列成分に対応するパターンを、150μs毎にそれぞ
れ200パターン表示した。画像偏向装置105を構成
する音響光学素子には、ノコギリ波状の0〜20V範囲
の超音波信号を印加し、この周波数を1/30秒間に5
0MHZ〜100MHZの範囲で変化させることによっ
て、一次元表示装置101〜104に表示されたパター
ンをそれぞれのパターンの対応する方向に偏向して表示
した。この結果、立体視可能な位置範囲としては、画像
偏向装置105の後方10cm〜2m、水平方向は、奥
行き2mの位置において最大で±50cmであった。ま
た、この範囲内で観察者106が観察位置を左右に動か
すと、物体の側面を観察することができ、運動視差の効
果を確認することができた。
On the one-dimensional display devices 101 to 104, 200 patterns each corresponding to each column component of a two-dimensional image obtained by imaging a three-dimensional object from different angles are displayed every 150 μs. To the acousto-optic element constituting the image deflecting device 105, a sawtooth-shaped ultrasonic signal in the range of 0 to 20 V is applied, and this frequency is set to 5/30 seconds.
The patterns displayed on the one-dimensional display devices 101 to 104 were deflected in the directions corresponding to the respective patterns by changing the values in the range of 0 MHz to 100 MHZ. As a result, the position range that can be viewed stereoscopically was 10 cm to 2 m behind the image deflector 105, and the horizontal direction was ± 50 cm at the maximum at a position of 2 m in depth. In addition, when the observer 106 moved the observation position right and left within this range, the side of the object could be observed, and the effect of the motion parallax could be confirmed.

【0017】<第2の実施例> 本発明の三次元画像表示装置の第2の実施例について、
図3を参照しつつ説明する。図に示す第2の実施例
は、機械的方式によりパターンを偏向する画像偏向装置
105を備えた例である。画像偏向装置105は可動ミ
ラー301を有し、この可動ミラー301を振動させる
ことにより、一次元表示装置101〜104により時分
割表示された一次元の発光パターンを、各発光パターン
に対応して水平方向に偏向して表示する。一次元表示装
置101〜104と可動ミラー301との位置関係に対
応して出力像1〜出力像4が、それぞれの画像が撮像さ
れた方向に表示される。観察者106は、これらの複数
の出力像1〜出力像4を同時に知覚する。可動ミラー3
01として、電気的または機械的に可動なガルバノミラ
ーを使用することができる。
Second Embodiment A second embodiment of the three-dimensional image display device according to the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. The second embodiment shown in FIG. 3 is an example including an image deflecting device 105 for deflecting a pattern by a mechanical method. The image deflecting device 105 has a movable mirror 301, and by vibrating the movable mirror 301, a one-dimensional light-emitting pattern time-divisionally displayed by the one-dimensional display devices 101 to 104 is horizontally moved corresponding to each light-emitting pattern. The display is deflected in the direction. Output images 1 to 4 are displayed in the directions in which the respective images are captured, corresponding to the positional relationship between the one-dimensional display devices 101 to 104 and the movable mirror 301. The observer 106 simultaneously perceives the plurality of output images 1 to 4. Movable mirror 3
As 01, an electrically or mechanically movable galvanomirror can be used.

【0018】図に示す第2の実施例では、第1の実施
例と同様に、一次元画像表示装置101〜104として
200個の発光ダイオードを組み合わせたものを用い
た。また、画像偏向装置105として対角10インチの
ガルバノミラーから成る可動ミラー301を使用した。
一次元表示装置101〜104は、可動ミラー301の
中心位置からの距離がそれぞれ等しくなるように、可動
ミラー301より5cm〜30cmの範囲に円弧状に配
置した。また、一次元表示装置101〜104の出力像
の大きさを調節するため、可動ミラー301と一次元表
示装置101〜104との間に焦点距離50mm〜20
0mm、直径100mm〜300mmのレンズを配置し
た。
In the second embodiment shown in FIG. 3 , as in the first embodiment, the one-dimensional image display devices 101 to 104 each include a combination of 200 light emitting diodes. Further, a movable mirror 301 composed of a 10-inch diagonal galvanometer mirror was used as the image deflecting device 105.
The one-dimensional display devices 101 to 104 are arranged in an arc shape within a range of 5 cm to 30 cm from the movable mirror 301 so that the distances from the center position of the movable mirror 301 are equal. In order to adjust the size of the output images of the one-dimensional display devices 101 to 104, a focal length of 50 mm to 20 mm is provided between the movable mirror 301 and the one-dimensional display devices 101 to 104.
A lens having a diameter of 0 mm and a diameter of 100 mm to 300 mm was arranged.

【0019】一次元表示装置101〜104には、三次
元の対象物を異なる角度方向から撮像した二次元画像の
各列成分に対応するパターンを、150μs毎にそれぞ
れ200パターン表示した。可動ミラー301は、周波
数30HZ、0〜10V範囲の振幅を持つノコギリ波状
の信号電圧による変調を行い、この周期時間内の信号電
圧の振幅に応じて可動ミラー301の反射位置を設定し
た。従って、1/30秒間に、一次元表示装置101〜
104により順次時分割表示された200のパターン
は、可動ミラー301の振動により水平方向に偏向さ
れ、200×200の分解能を持つ二次元画像として出
力された。観察者106がこれらの出力像を観察したと
ころ、画像のちらつきを感じず自然な立体像を知覚でき
た。また、観察者106が立体視可能な範囲としては、
奥行き方向では可動ミラー301の正面中心位置より後
方10cm〜2mの範囲であり、水平方向では奥行き2
mの位置において最大で±50cmの範囲であることが
判明した。この範囲内では観察位置を左右に変化すると
立体の側面を観察することができ、空間的に奥行きを持
って広がった自然な三次元画像を観察することができ
た。
On the one-dimensional display devices 101 to 104, 200 patterns corresponding to each column component of a two-dimensional image obtained by imaging a three-dimensional object from different angles are displayed every 150 μs. The movable mirror 301 performs modulation with a sawtooth signal voltage having a frequency of 30 HZ and an amplitude in the range of 0 to 10 V, and sets the reflection position of the movable mirror 301 according to the amplitude of the signal voltage within this cycle time. Therefore, in 1/30 second, the one-dimensional display devices 101 to 101
The 200 patterns sequentially displayed in a time-sharing manner by 104 were deflected in the horizontal direction by the vibration of the movable mirror 301, and were output as a two-dimensional image having a resolution of 200 × 200. When the observer 106 observed these output images, he could perceive a natural three-dimensional image without flickering the image. In addition, as a range in which the observer 106 can view stereoscopically,
In the depth direction, the range is 10 cm to 2 m behind the front center position of the movable mirror 301, and in the horizontal direction, the depth is 2
At the position of m, it was found that the maximum range was ± 50 cm. When the observation position was changed left and right within this range, the three-dimensional side surface could be observed, and a natural three-dimensional image that had a spatial depth and spread could be observed.

【0020】<第3の実施例> 本発明の三次元画像表示装置の第3の実施例について、
図4を参照しつつ説明する。図1に示す第1の実施例で
は、水平方向にのみ一次元表示装置101〜104を配
置しているため、鉛直方向における立体視の機能は有し
ていない。図4に示す第3の実施例では、水平方向だけ
でなく鉛直方向を含めたより自然な三次元画像を提供す
るため、一次元表示装置401〜408を二次元に配置
している。図4では、8台の一次元表示装置を2×4の
アレイ状に配置しているが、台数をさらに増やして5×
3、4×8、10×10のように任意に配列してもよ
い。このように一次元表示装置401〜408を二次元
的に配置している場合、それぞれの表示装置と画像偏向
装置105との位置に対応した水平、鉛直の両方向に画
像が出力される。すなわち、一次元表示装置401によ
る画像は出力像1に対応し、以下一次元表示装置402
〜408による画像は、それぞれ出力像2〜出力像8に
対応する。従って、観察者106が水平、鉛直の任意の
位置に移動した場合でも、その動きに応じて左右、上下
の方向の立体像を知覚することができ、観察位置によら
ない完全な立体視が可能になる。
<Third Embodiment> A three-dimensional image display device according to a third embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. In the first embodiment shown in FIG. 1, since the one-dimensional display devices 101 to 104 are arranged only in the horizontal direction, they do not have the function of stereoscopic viewing in the vertical direction. In the third embodiment shown in FIG. 4, the one-dimensional display devices 401 to 408 are two-dimensionally arranged to provide a more natural three-dimensional image not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. In FIG. 4, eight one-dimensional display devices are arranged in a 2 × 4 array.
Arrangements may be made arbitrarily, such as 3, 4 × 8, 10 × 10. When the one-dimensional display devices 401 to 408 are two-dimensionally arranged as described above, images are output in both horizontal and vertical directions corresponding to the positions of the respective display devices and the image deflecting device 105. That is, the image from the one-dimensional display device 401 corresponds to the output image 1, and the one-dimensional display device 402
408 correspond to output images 2 to 8, respectively. Therefore, even when the observer 106 moves to any horizontal or vertical position, it is possible to perceive a stereoscopic image in the left, right, up and down directions according to the movement, and complete stereoscopic vision independent of the observation position is possible. become.

【0021】図4に示す第3の実施例では、第1の実施
例と同様に、一次元表示装置401〜408として20
0個の発光ダイオードを組み合わせたものを用いた。ま
た、画像偏向装置105として音響光学素子を使用し
た。音響光学素子は、重フリントガラスを用いて厚さ
(50μm〜200μm)の範囲で5〜10インチの大
きさに作製した。また、図示していないが、音響光学素
子にはLiNbO3 のトランスデューサ及び溶融石英の
超音波吸収体が設けられている。表示パターンを水平方
向だけでなく鉛直方向にも偏向して表示するため、一次
元表示装置401〜408を、画像偏向装置105の中
心位置からの距離がそれぞれ等しくなるように、画像偏
向装置105より5cm〜30cmの範囲内に2×4の
二次元的に配置した。また、一次元表示装置401〜4
08の出力像の大きさを調節するため、画像偏向装置1
05と一次元表示装置401〜408との間に焦点距離
50mm〜200mm、直径100mm〜300mmの
レンズを配置した。
In the third embodiment shown in FIG. 4, similar to the first embodiment, the one-dimensional display devices 401 to 408 have 20
A combination of zero light emitting diodes was used. An acousto-optic device was used as the image deflecting device 105. The acousto-optic device was manufactured using heavy flint glass to a size of 5 to 10 inches in a thickness (50 μm to 200 μm) range. Although not shown, the acousto-optic element is provided with a LiNbO 3 transducer and a fused silica ultrasonic absorber. In order to deflect and display the display pattern not only in the horizontal direction but also in the vertical direction, the one-dimensional display devices 401 to 408 are moved from the image deflecting device 105 so that the distances from the center position of the image deflecting device 105 are equal. 2 × 4 two-dimensionally arranged within a range of 5 cm to 30 cm. In addition, the one-dimensional display devices 401 to 4
08 to adjust the size of the output image.
A lens having a focal length of 50 mm to 200 mm and a diameter of 100 mm to 300 mm was arranged between the lens unit 05 and the one-dimensional display devices 401 to 408.

【0022】一次元表示装置401〜408には、三次
元の対象物を異なる角度方向から撮像した二次元画像の
各列成分に対応するパターンを150μs毎にそれぞれ
200パターン表示した。画像偏向装置105を構成す
る音響光学素子には、ノコギリ波状の0〜20V範囲の
超音波信号を印加し、この周波数を1/30秒間に50
MHZ〜100MHZの範囲で変化させることにより、
一次元表示装置401〜408に表示されたパターンを
それぞれのパターンの対応する方向に偏向して表示し
た。この結果、立体視の可能範囲としては、奥行き方向
で、画像偏向装置105の正面より10cm〜2m、水
平方向は、奥行き2mの位置において最大で±50c
m、鉛直方向で±25cmであった。また、観察者10
6が水平及び垂直の任意の位置に移動した場合、観察位
置の変化にともなって異なった方向の立体像が観察でき
観察位置によらない立体視を行うことができた。
On the one-dimensional display devices 401 to 408, 200 patterns corresponding to each column component of a two-dimensional image obtained by imaging a three-dimensional object from different angles are displayed every 150 μs. An acousto-optic signal in the range of 0 to 20 V in the form of a sawtooth wave is applied to the acousto-optic element constituting the image deflecting device 105, and this frequency is set to 50/30 seconds.
By changing in the range of MHZ to 100 MHZ,
The patterns displayed on the one-dimensional display devices 401 to 408 were deflected in directions corresponding to the respective patterns and displayed. As a result, the possible range of stereoscopic viewing is 10 cm to 2 m from the front of the image deflecting device 105 in the depth direction, and ± 50 c at the maximum in the horizontal direction at a position of 2 m in depth.
m, ± 25 cm in the vertical direction. In addition, observer 10
When 6 was moved to an arbitrary position in the horizontal and vertical directions, stereoscopic images in different directions could be observed with a change in the observation position, and stereoscopic vision independent of the observation position could be performed.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
一次元表示装置により順次時分割表示された表示パター
ンを画像偏向装置により各表示パターンに対応した方向
に偏向して出力像を表示するように構成したので、観察
者には、複数の出力像が目の残像効果により同時に認識
され、両眼視差の作用により立体像として知覚すること
ができる。また、観察位置の移動に対応して複数の情報
が表示されるように構成したので、運動視差の効果が生
じ、観察者は、より自然な空間知覚を感ずることができ
る。さらに、複数の画像をそれぞれ異なった方向に偏向
して表示するので、空間的な表示領域が拡大され、観察
者は表示面までの距離や位置を感じにくくなり、空間ス
クリーン的な効果が生じ、表示空間に奥行き方向の広が
りを感じることができる。さらに、立体視の要因として
の両視差、運動視差、空間スクリーン効果、三次元的
波面再生効果の4つの要因を同時に満たしているので、
これらのうちの1つの立体視の要因にのみ頼っていた従
来の眼鏡方式やレンティキュラレンズシート方式に比べ
て、実在するものを観察しているような、より自然な三
次元画像を知覚認識することができる。さらに、一次元
の表示装置のみを使用してシステムを構成しているた
め、装置の構成を簡単かつ小型にすることができ、製造
コストを低減することもできる。さらに、従来例と異な
り、眼鏡を用いることなく、被写体や被写体を照らす光
源に制約を持たず、かつ広い視野角で自然な立体像を観
察することのできる。
As described above, according to the present invention, an output image is obtained by deflecting a display pattern sequentially time-divisionally displayed by a plurality of one-dimensional display devices in a direction corresponding to each display pattern by an image deflection device. Since the display is configured to be displayed, a plurality of output images can be simultaneously recognized by the observer by the afterimage effect of the eyes, and can be perceived as a stereoscopic image by the action of binocular parallax. In addition, since a plurality of pieces of information are displayed in accordance with the movement of the observation position, the effect of the motion parallax occurs, and the observer can feel a more natural spatial perception. Furthermore, since a plurality of images are displayed by deflecting them in different directions, a spatial display area is enlarged, and it becomes difficult for an observer to perceive the distance and position to the display surface, resulting in a spatial screen effect. You can feel the depth of the display space. Furthermore, since the four factors of binocular disparity, motion disparity, spatial screen effect, and three-dimensional wavefront reproduction effect as the factors of stereoscopic vision are simultaneously satisfied,
Compared to the conventional eyeglass system or lenticular lens sheet system that relies only on one of these factors of stereoscopic vision, a more natural three-dimensional image, such as observing a real object, is perceived and recognized. be able to. Furthermore, since the system is configured using only a one-dimensional display device, the configuration of the device can be simplified and reduced in size, and the manufacturing cost can be reduced. Further, unlike the conventional example, it is possible to observe a natural stereoscopic image with a wide viewing angle without any restriction on the subject or the light source illuminating the subject without using glasses.

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

【図1】本発明の三次元画像表示装置の第1の実施例の
構成を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a first embodiment of a three-dimensional image display device of the present invention.

【図2】第1の実施例で用いた音響光学素子の詳細な構
成を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of an acousto-optic device used in the first embodiment.

【図3】本発明の三次元画像表示装置の第2の実施例の
構成を示す斜視図
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a second embodiment of the three-dimensional image display device of the present invention.

【図4】本発明の三次元画像表示装置の第3の実施例の
構成を示す斜視図
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a third embodiment of the three-dimensional image display device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101〜104: 一次元表示装置 105: 画像偏向装置 106: 観察者 201: トランスデューサ 202: 超音波媒体 203: 超音波吸収体 301: 可動ミラー 401〜408: 一次元表示装置 101 to 104: one-dimensional display device 105: image deflecting device 106: observer 201: transducer 202: ultrasonic medium 203: ultrasonic absorber 301: movable mirror 401 to 408: one-dimensional display device

フロントページの続き (72)発明者 小川 久仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−185092(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/22 Continuation of the front page (72) Inventor Hisato Ogawa 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-4-1855092 (JP, A) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) G02B 27/22

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の一次元表示装置からなる第1の一
次元表示装置群と、前記第1の一次元表示装置群の各一
次元表示装置からの表示パターンをそれぞれ前記一次元
表示装置の配置方向と同一方向に偏向する偏向手段とを
具備する三次元画像表示装置。
1. A first device comprising a plurality of one-dimensional display devices.
One-dimensional display device group and each one of the first one-dimensional display device group.
The display pattern from the three-dimensional display device
Deflecting means for deflecting in the same direction as the disposition direction of the display device.
3D image display device provided .
【請求項2】 偏向手段は鏡である請求項1に記載の三
次元画像表示装置。
2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the deflecting means is a mirror .
【請求項3】 偏向手段は音響光学素子である請求項1
記載の三次元画像表示装置。
3. The deflecting means is an acousto-optic device.
Three-dimensional image display device according to.
【請求項4】 前記第1の一次元表示装置群の一次元表
示装置の配置方向と同一方向に配置され、前記第1の一
次元表示装置群と併せて二次元的に配置される複数の一
次元表示装置からなる第2の一次元表示装置群を有し、
前記偏向手段は、前記第2の一次元表示装置群の各一次
元表示装置からの表示パターンをそれぞれ前記同一方向
に偏向する請求項1に記載の三次元画像表示装置。
4. A one-dimensional table of the first one-dimensional display device group.
The display device is arranged in the same direction as the arrangement direction of the display device.
One of a plurality of two-dimensionally arranged
A second one-dimensional display device group including a two-dimensional display device,
The deflecting means is provided for each primary of the second one-dimensional display device group.
Display patterns from the original display device in the same direction
The three-dimensional image display device according to claim 1 , wherein the three-dimensional image display device deflects the light .
【請求項5】 一次元表示装置は複数の発光ダイオード
を組み合わせたものである請求項に記載の三次元画像
表示装置。
5. The three-dimensional image display device according to claim 1 , wherein the one-dimensional display device is a combination of a plurality of light emitting diodes.
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