JP3255093B2 - 3D image reconstruction device - Google Patents

3D image reconstruction device

Info

Publication number
JP3255093B2
JP3255093B2 JP24937097A JP24937097A JP3255093B2 JP 3255093 B2 JP3255093 B2 JP 3255093B2 JP 24937097 A JP24937097 A JP 24937097A JP 24937097 A JP24937097 A JP 24937097A JP 3255093 B2 JP3255093 B2 JP 3255093B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light source
dimensional image
control means
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP24937097A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1172744A (en
Inventor
敏行 須藤
勉 尾坂
Original Assignee
株式会社エム・アール・システム研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社エム・アール・システム研究所 filed Critical 株式会社エム・アール・システム研究所
Priority to JP24937097A priority Critical patent/JP3255093B2/en
Priority to US09/040,273 priority patent/US6798390B1/en
Priority to DE69840143T priority patent/DE69840143D1/en
Priority to EP98105425A priority patent/EP0899969B1/en
Publication of JPH1172744A publication Critical patent/JPH1172744A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3255093B2 publication Critical patent/JP3255093B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/302Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/305Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は3次元像再生装置に
関し、例えば3次元空間内の停止及び動く3次元像を再
生し、観察する際に好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional image reproducing apparatus, which is suitable, for example, for reproducing and observing a stopped and moving three-dimensional image in a three-dimensional space.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より立体物(3次元物体)を立体的
に再生し、観察する方法として様々な方式が提案されて
いる。例えば、両眼視差を用いて観察者に立体視を行わ
せる方法(偏光メガネ方式、レンチキュラ方式など)は
広く利用されている。この方法は、眼の調節機能による
立体認識と、両眼視差による立体認識との間に矛盾が生
じるため、観察者は疲労や違和感を覚えることが少なく
ない。そこで、こうした両眼視差のみに頼らず、眼の立
体認識機能の全てを満足する三次元像を再生する方法
が、数多く提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been proposed for reproducing and observing a three-dimensional object (three-dimensional object) three-dimensionally. For example, a method of causing an observer to perform stereoscopic vision using binocular parallax (a polarized glasses method, a lenticular method, or the like) is widely used. In this method, an inconsistency occurs between the stereoscopic recognition by the accommodation function of the eyes and the stereoscopic recognition by the binocular parallax, so that the observer often feels tired or uncomfortable. Therefore, many methods have been proposed for reproducing a three-dimensional image that satisfies all of the three-dimensional eye recognition functions without relying only on such binocular parallax.

【0003】例えば特開昭64−84993号公報で
は、ホログラフィ技術を用いて3次元物体を再生するた
めの方法として、液晶ドットマトリクス表示素子を用い
たリアルタイムホログラム再生装置を開示している。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-84793 discloses a real-time hologram reproducing apparatus using a liquid crystal dot matrix display element as a method for reproducing a three-dimensional object using holography technology.

【0004】図28は同公報で提案されている装置の構
成を示した概略図である。図中、マイクロプロセッサ2
0−1及び映像制御装置20−2によって所望の立体像
再生を可能にする干渉縞パターンを生成し、ドライバ回
路20−3にて上記干渉縞パターンを液晶ドットマトリ
クス素子20−4上に明暗のパターンとして描画してい
る。
FIG. 28 is a schematic diagram showing a configuration of an apparatus proposed in the publication. In the figure, microprocessor 2
0-1 and the video controller 20-2 generate an interference fringe pattern enabling a desired stereoscopic image reproduction, and the driver circuit 20-3 transfers the interference fringe pattern onto the liquid crystal dot matrix element 20-4. It is drawn as a pattern.

【0005】これをレーザー発光回路20−5より発生
するレーザー光にて照射し、方向Aから観察して、液晶
ドットマトリクス素子20−4に表示した立体像を観察
している。さらに、液晶ドットマトリクス素子20−4
上に描画する干渉縞パターンを動的に変化させて立体動
画像の観察を行っている。
This is irradiated with a laser beam generated from a laser light emitting circuit 20-5, observed from a direction A, and a three-dimensional image displayed on a liquid crystal dot matrix element 20-4 is observed. Further, the liquid crystal dot matrix element 20-4
The three-dimensional moving image is observed by dynamically changing the interference fringe pattern drawn on the top.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図28に示す3次元像
再生装置としてのリアルタイムホログラム再生装置には
次のような問題点が存在する。
The real-time hologram reproducing apparatus as the three-dimensional image reproducing apparatus shown in FIG. 28 has the following problems.

【0007】第1に、干渉縞パターンを表示する空間変
調素子としての液晶ドットマトリクス素子の解像度が、
従来のフィルム等の感光材料の解像度に比べてかなり低
く、再生光の回折角をあまり大きくできない。よって再
生像の観察域が狭くなってしまう。
First, the resolution of a liquid crystal dot matrix element as a spatial modulation element for displaying an interference fringe pattern is as follows.
The resolution is considerably lower than the resolution of a conventional photosensitive material such as a film, and the diffraction angle of the reproduction light cannot be so large. Therefore, the observation area of the reproduced image becomes narrow.

【0008】第2に、リアルタイムホログラム再生装置
に使用されるような、微細な干渉縞パターンを形成しう
る空間変調素子の有効面積は、概してあまり大きくでき
ない。よって再生像のサイズが制限されてしまう。
[0008] Second, the effective area of a spatial modulation element capable of forming a fine interference fringe pattern, such as that used in a real-time hologram reproducing apparatus, cannot generally be so large. Therefore, the size of the reproduced image is limited.

【0009】第3に、リアルタイムホログラム再生装置
に使用されるような、微細な干渉縞パターンを形成しう
る空間変調素子の回折光利用効率は、概してきわめて低
い。
Third, the spatial light modulator capable of forming a fine interference fringe pattern, such as that used in a real-time hologram reproducing apparatus, has a very low diffracted light utilization efficiency in general.

【0010】第4に、空間変調素子上に表示する干渉縞
パターンの情報量が膨大で、干渉縞パターンを演算・処
理する系の処理能力が追いつかない。
Fourth, the amount of information of the interference fringe pattern displayed on the spatial modulation element is enormous, and the processing capability of the system for calculating and processing the interference fringe pattern cannot keep up.

【0011】本発明は、3次元空間内に所定の3次元像
を観察域が広く、大きな3次元像を高精度に迅速に再生
することができ、3次元像を良好に観察することができ
る3次元像再生装置の提供を目的とする。
According to the present invention, a predetermined three-dimensional image has a wide observation area in a three-dimensional space, a large three-dimensional image can be quickly and accurately reproduced, and a three-dimensional image can be favorably observed. It is intended to provide a three-dimensional image reproducing device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の3次元
像再生装置は単一指向性の光線を放射する光源部を複数
配列した光源列と、該光源列の複数の光源部からの光線
を独立に任意の方向に出射させる光線出射方向制御手段
と、該光線出射方向制御手段からの光線の集合が3次元
空間内の所定の点を一定単位時間内に通過するように該
複数の光源部の発光状態を制御する光源列制御手段とを
有し、これらの各手段を利用して、該所定の点の3次元
像の再生を行い、該所定の点の3次元像を観察位置で観
察する際、該観察位置に入射する最も近接する2つの光
線の間隔を観察者の瞳孔径以下としていることを特徴と
している。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image reproducing apparatus comprising: a light source array in which a plurality of light source units for emitting unidirectional light rays are arranged; Light emitting direction control means for emitting light rays independently in an arbitrary direction; and the plurality of light emitting direction control means such that a set of light rays from the light emitting direction control means passes through a predetermined point in a three-dimensional space within a predetermined unit time. A light source array control unit for controlling a light emitting state of the light source unit, and a reproduction of the three-dimensional image of the predetermined point is performed using these units, and the three-dimensional image of the predetermined point is displayed at the observation position. When observing at the observation position, the distance between the two light beams closest to the observation position is set to be smaller than the pupil diameter of the observer.

【0013】請求項2の発明の3次元像再生装置は単一
指向性の光線を放射する光源部を複数配列した光源列
と、該光源列の複数の光源部からの光線を独立に任意の
方向に出射させる光線出射方向制御手段と、該光線出射
方向制御手段からの光線の集合が3次元空間内の所定の
点を一定単位時間内に通過するように該複数の光源部の
発光状態を制御する光源列制御手段とを有し、これらの
各手段を利用して、該所定の点の3次元像の再生を行
い、該所定の点の3次元像を観察位置で観察する際、該
観察位置に入射する最も近接する2つの光線の間隔を2
mm以下としていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image reproducing apparatus in which a plurality of light source sections for emitting unidirectional light rays are arranged, and light beams from the plurality of light source sections of the light source row are independently arbitrarily selected. Light emission direction control means for emitting light in the direction, and a light emission state of the plurality of light source units such that a set of light rays from the light emission direction control means passes through a predetermined point in a three-dimensional space within a predetermined unit time. A light source array control means for controlling the light source array, and using these means, reproduces a three-dimensional image of the predetermined point. When observing the three-dimensional image of the predetermined point at an observation position, The distance between the two closest rays incident on the observation position is 2
mm or less.

【0014】請求項3の発明は請求項1又は2の発明に
おいて前記一定単位時間は観察者の残像許容時間よりも
短いことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the predetermined unit time is shorter than a permissible afterimage time of a viewer.

【0015】請求項4の発明は請求項1、2又は3の発
明において前記一定単位時間は1/30〜1/60秒の
範囲内であることを特徴としている。
A fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the first, second or third aspect of the invention, the predetermined unit time is within a range of 1/30 to 1/60 seconds.

【0016】請求項5の発明は請求項1又は2の発明に
おいて前記光線出射方向制御手段は、振動するマイクロ
レンズアレイを有していることを特徴としている。
A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect of the invention, the light emitting direction control means has a vibrating microlens array.

【0017】請求項6の発明は請求項1又は2の発明に
おいて前記光源列と前記光線出射方向制御手段との相対
的な振動により該光線出射方向制御手段から出射する光
線の出射方向を制御していることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the emission direction of the light beam emitted from the light beam emission direction control means is controlled by relative vibration between the light source array and the light beam emission direction control means. It is characterized by having.

【0018】請求項7の発明は請求項6の発明において
前記光源列と前記光線出射方向制御手段との相対的な振
動はジクザグ運動であることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the invention, the relative vibration between the light source array and the light emitting direction control means is a zigzag motion.

【0019】請求項8の発明は請求項1又は2の発明に
おいて前記光源部は発光部と該発光部からの光線を集光
し、平行光として出射させるコリメーターレンズとを有
していることを特徴としている。
According to an eighth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the light source unit has a light emitting unit and a collimator lens for condensing light rays from the light emitting unit and emitting the light as parallel light. It is characterized by.

【0020】請求項9の発明は請求項1又は2の発明に
おいて前記光源列の光出射側には該光源列の複数の光源
部からの主光線を略平行光として射出させるテレセント
リック系が設けられていることを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the first or the second aspect of the present invention, a telecentric system is provided on the light emitting side of the light source array for emitting principal rays from a plurality of light source sections of the light source array as substantially parallel light. It is characterized by having.

【0021】請求項10の発明は請求項5の発明におい
て前記マイクロレンズアレイは、厚さ方向の断面が連続
した波形形状より成っていることを特徴としている。
According to a tenth aspect, in the fifth aspect, the microlens array has a cross section in a thickness direction formed of a continuous waveform.

【0022】請求項11の発明は請求項1又は2の発明
において前記光源列の複数の光源部のうちの所定の領域
内の光源部の発光状態を制御して前記観察位置から見た
ときの前記所定の点からの光線に指向性を与えているこ
とを特徴としている。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the first or the second aspect of the present invention, the light emitting state of the light source section in a predetermined area among the plurality of light source sections in the light source array is controlled and viewed from the observation position. It is characterized in that directivity is given to light rays from the predetermined point.

【0023】請求項12の発明は請求項1又は2の発明
において前記光源部からの1つの光線が前記3次元空間
内の再生像上の複数の点を通過するとき、前記観察位置
より観察する該3次元空間内の所定の点が該複数の点の
うちの前記光線出射方向制御手段から最も遠い点となる
ように該再生像の隠面処理を行っていることを特徴とし
ている。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, when one light beam from the light source passes through a plurality of points on a reproduced image in the three-dimensional space, observation is performed from the observation position. The method is characterized in that hidden surface processing of the reproduced image is performed so that a predetermined point in the three-dimensional space is a point farthest from the light emitting direction control means among the plurality of points.

【0024】請求項13の発明は請求項1又は2の発明
において前記光線出射方向制御手段の光入射側又は光出
射側に屈折部材を設けていることを特徴としている。
A thirteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect of the present invention, a refraction member is provided on the light incident side or the light emitting side of the light emitting direction control means.

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】図1は本発明の3次元像再生装置
の要部概略図である。図中1は単一指向性の光線を放射
する複数の光源部1aを有する光源列であり、たとえば
マイクロレンズ付きのLED光源列や可視域レーザーダ
イオード列から成っている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of a main part of a three-dimensional image reproducing apparatus according to the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a light source row having a plurality of light source sections 1a that emit unidirectional light rays, and is composed of, for example, an LED light source row with a microlens and a visible range laser diode row.

【0027】各光源部1aは2次元平面上にそれぞれ独
立して配置されており、それらより放射される光は平行
光もしくはそれに準ずる単一指向性を有する微小径の光
ビー制御手段である。2は光線出射方向制御手段であ
り、光源列1の各光源部1aより放射されるすべての微
小径の光ビームを独立に任意の方向にきわめて高速に偏
向させる作用を有している。
The light sources 1a are independently arranged on a two-dimensional plane, and the light emitted from the light sources 1a is parallel light or a micro beam light control means having a unidirectionality equivalent thereto. Numeral 2 denotes a light emitting direction control means, which has a function of independently deflecting all the light beams having a small diameter radiated from each light source unit 1a of the light source array 1 in an arbitrary direction at an extremely high speed.

【0028】光源列1より放射される光ビームはすべて
光線出射方向制御手段2に入射する。光源列1の各光源
部1aは2次元的に配置されており、かつ各光源部1a
は独立駆動するので、図中のように光線出射方向制御手
段2をXY平面として座標軸をとれば任意の光ビームが
光線出射方向制御手段2と交わる交点での光ビーム強度
はψ(x, y, 0)と表せる。
All light beams emitted from the light source array 1 are incident on the light emission direction control means 2. Each light source section 1a of the light source row 1 is two-dimensionally arranged, and each light source section 1a
Are independently driven, the light beam intensity at the intersection where an arbitrary light beam intersects with the light emission direction control means 2 if the light emission direction control means 2 is taken as a coordinate axis with the XY plane as shown in the figure, is ψ (x, y). , 0).

【0029】また、光線出射方向制御手段2によって偏
向される光ビームの出射方向はきわめて短い周期Tで変
化しており、時刻tにおけるこの光ビームの方向ベクト
ル u={u(t), v(t) ,w(t)} と表せる。
The emission direction of the light beam deflected by the light beam emission direction control means 2 changes at a very short period T, and the direction vector u = {u (t), v ( t), w (t)}.

【0030】次に上記の構成により3次元空間内の任意
の点像Pを再生する方法について説明する。点像Pの位
置を(α, β, γ)とすると、上記の光線出射方向制御
手段2上の任意の点T1 (x, y, 0)を出射し、点P
を通る光線の方向ベクトルは v=(α−x,β−y ,γ) と表すことができる。このような光線は光線出射方向制
御手段2によって偏向される光線の出射方向のベクトル
uが u=s・v(sは有理数) となるような時刻tに、XY平面上の点T1 (x,y,
0)を通る光ビームを光源列1より放射することで生成
することができる。
Next, a method of reproducing an arbitrary point image P in a three-dimensional space by the above configuration will be described. Assuming that the position of the point image P is (α, β, γ), an arbitrary point T 1 (x, y, 0) on the light beam emission direction control means 2 is emitted, and the point P
The direction vector of a ray passing through can be expressed as v = (α-x, β-y, γ). At the time t when the vector u in the emission direction of the light beam deflected by the light emission direction control means 2 becomes u = s · v (s is a rational number), a point T 1 (x , y,
0) can be generated by emitting a light beam passing through the light source array 1.

【0031】時刻tの検出は光線出射方向制御手段2の
状態を検出する光線出射方向検出手段3により行い、光
源列1の点灯(発光状態)は光線出射方向検出手段3か
らの信号に応じて光源列制御手段4が行う。このような
動作を光線出射方向制御手段2の光線偏向周期T内にX
Y平面の全範囲にわたって行う。
The detection of the time t is performed by the light emitting direction detecting means 3 for detecting the state of the light emitting direction controlling means 2, and the lighting of the light source array 1 (light emitting state) is performed according to a signal from the light emitting direction detecting means 3. This is performed by the light source array control means 4. Such an operation is performed within the light beam deflection period T of the light beam emission direction control means 2.
This is performed over the entire range of the Y plane.

【0032】尚、光線出射方向検出手段3と光源列制御
手段4は各種の振動制御を行う制御手段の一要素を構成
している。光線偏向周期Tが人間の眼の残像許容時間よ
りも小さくし(1/30〜1/60秒程度)、これによ
り点Pよりも遠い位置でこれら点Pを通る光線の集合を
観察する者が、これらの光線がすべて同時に生成されて
いると認識するようにして、あたかも点Pから広がりを
持った光束が発散していくかのように認識し、これによ
り空間に浮かぶ点像Pを立体的に観察するようにしてい
る。
The light emitting direction detecting means 3 and the light source array control means 4 constitute one element of a control means for performing various vibration controls. The beam deflection period T is made smaller than the permissible image persistence time of the human eye (about 1/30 to 1/60 second), so that a person who observes a set of light beams passing through the point P at a position farther than the point P can be observed. It is recognized that all of these light rays are generated at the same time, and it is recognized as if a divergent luminous flux diverges from the point P, whereby the point image P floating in space is three-dimensionally recognized. I try to observe it.

【0033】ただし、点像Pが3次元像と認識されるた
めには、点像Pを再生する個々のビーム径と光源列1の
光源部1aの配列ピッチがある条件を満足しなくてはな
らない。
However, in order for the point image P to be recognized as a three-dimensional image, the individual beam diameters for reproducing the point image P and the arrangement pitch of the light source units 1a of the light source array 1 must satisfy certain conditions. No.

【0034】本発明の3次元像再生の原理によれば、再
生される点像はすべて複数の光ビームの交点として表現
されている。よってこれを認識するには少なくとも二本
以上のビームが観察者の瞳の中に入射する必要がある。
人間の眼の瞳孔径は2mm〜7mm程度であるので、ま
ず第一に上記ビーム径はこの瞳孔径以下、望ましくは直
径2mm以下としている。
According to the principle of the three-dimensional image reproduction of the present invention, the reproduced point images are all represented as intersections of a plurality of light beams. Therefore, in order to recognize this, it is necessary that at least two beams enter the pupil of the observer.
Since the pupil diameter of the human eye is about 2 mm to 7 mm, first, the beam diameter is smaller than the pupil diameter, preferably smaller than 2 mm.

【0035】また、観察者の瞳孔に少なくとも二本のビ
ームが入射するためには、隣り合うビーム間距離がある
程度小さくなくてはならない。これを幾何学的に考察す
ると、図2に示すような位置関係を考慮する必要があ
る。つまり、XY平面上での隣り合うビーム1b間の距
離をΔ、XY平面から点像Pまでの距離をL1、点像P
から観察者の瞳位置HTまでの距離をL2とすると、観
察者の瞳位置HTでのビーム1b間距離pは p=L1/Δ*L2 と表され、ビーム間距離pが2mm以内であれば、観察
者の瞳孔に二本以上のビームが入射する状態となる。
In order for at least two beams to enter the pupil of the observer, the distance between adjacent beams must be small to some extent. Considering this geometrically, it is necessary to consider the positional relationship as shown in FIG. That is, the distance between the adjacent beams 1b on the XY plane is Δ, the distance from the XY plane to the point image P is L1, and the point image P
Assuming that the distance from to the pupil position HT of the observer is L2, the distance p between the beams 1b at the pupil position HT of the observer is expressed as p = L1 / Δ * L2, and if the distance p between the beams is within 2 mm Then, two or more beams enter the pupil of the observer.

【0036】こうした条件がXY平面の全範囲、再生さ
れるすべての点像、想定される観察者の観察位置のすべ
てにおいて満足するようにして、観察者が図1に示す点
Pの再生像を3次元像として認識することができるよう
にしている。次に、上記の点像再生方法についてより具
体的に説明する(尚、説明を簡潔化するために水平方向
の光線偏向についてのみ考察することにする)。図3は
本発明にかかる3次元像再生装置の要部平面図である。
The observer sets the reproduced image at the point P shown in FIG. 1 so that these conditions are satisfied in the entire range of the XY plane, all reproduced point images, and all assumed observer observation positions. It can be recognized as a three-dimensional image. Next, the above-mentioned point image reproducing method will be described more specifically (for simplicity, only the light deflection in the horizontal direction will be considered). FIG. 3 is a plan view of a main part of the three-dimensional image reproducing apparatus according to the present invention.

【0037】単一指向性の光線を放射する光源列1は、
光線出射方向制御手段2(XY平面)に対して常に垂直
な平行光線を出射する。図4はこのような単一指向性の
光線を放射する光源列1の説明図である。図中、5はL
ED、レーザーダイオード、EL素子等の微小な発光素
子の発光部である。6はこれら発光部5の前面に配置さ
れたコリメーターレンズ(集光レンズ)で、発光部5か
ら放射された光を平行ビームへと変換・整形する作用が
ある。光源部1aは発光部5とコリメーターレンズ6を
組み合わせて構成されている。光源列1は、平行光線を
放射する光源部1aの2次元配列より成っている。
A light source array 1 that emits a unidirectional light beam includes:
A parallel light beam that is always perpendicular to the light beam emission direction control means 2 (XY plane) is emitted. FIG. 4 is an explanatory view of the light source array 1 that emits such unidirectional light rays. In the figure, 5 is L
It is a light emitting portion of a minute light emitting element such as an ED, a laser diode, and an EL element. Reference numeral 6 denotes a collimator lens (condensing lens) arranged on the front of the light emitting unit 5 and has an operation of converting and shaping light emitted from the light emitting unit 5 into a parallel beam. The light source unit 1a is configured by combining a light emitting unit 5 and a collimator lens 6. The light source array 1 is composed of a two-dimensional array of light source units 1a that emit parallel rays.

【0038】一方、光線出射方向制御手段2は光源列1
からの平行光線を、微小周期Tで繰り返し高速に偏向さ
せている。
On the other hand, the light emitting direction control means 2 is a light source train 1
Are deflected at high speed repeatedly at a small period T.

【0039】図5はこのような光線出射方向制御手段2
の動作の説明図である。図中、7はマイクロレンズアレ
イである。個々のマイクロレンズ7aの大きさは上記光
源部1aより放射される個々のビーム径より十分大き
い。このマイクロレンズアレイ7はピエゾ素子やボイス
コイルモーター等で構成される高周波振動手段8によっ
てきわめて高速に振動している。マイクロレンズアレイ
7の振幅はマイクロレンズ7a一個の大きさmに等し
い。
FIG. 5 shows such a light emitting direction control means 2.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of FIG. In the figure, 7 is a micro lens array. The size of each micro lens 7a is sufficiently larger than the diameter of each beam emitted from the light source unit 1a. The microlens array 7 is vibrated at a very high speed by a high-frequency vibrating means 8 composed of a piezo element, a voice coil motor or the like. The amplitude of the micro lens array 7 is equal to the size m of one micro lens 7a.

【0040】ある時刻においてマイクロレンズアレイ7
が図中の実線の位置にあるとすると、光源部1aの発光
点X1 より放射される平行ビームはマイクロレンズ7a
の点X2 において方向aに偏向される。しかし、別の時
刻においてマイクロレンズアレイ7が図中の点線の位置
に移動すると、同じ光源部1aから出た平行ビームでも
図中方向bへと光線偏向方向が変化する。
At a certain time, the micro lens array 7
Is located at the position indicated by the solid line in the figure, the parallel beam emitted from the light emitting point X1 of the light source unit 1a is a micro lens 7a
Is deflected in the direction a at the point X2. However, when the microlens array 7 moves to the position shown by the dotted line in the figure at another time, the light beam deflection direction changes to the direction b in the figure even with the parallel beam emitted from the same light source unit 1a.

【0041】本実施形態では、このような構成を有する
手段を用いて、平行ビームを微小な時間内に様々な方向
に偏向させている。
In the present embodiment, the parallel beam is deflected in various directions within a very short time by using means having such a configuration.

【0042】次に図3において上記のような構成の装置
を用いた場合の3次元空間内の任意の点像Pを再生する
方法を説明する。
Next, a method of reproducing an arbitrary point image P in a three-dimensional space when the apparatus having the above configuration is used will be described with reference to FIG.

【0043】ある時刻tにおいて点Pを通る光線を再生
するためには、その時刻における光線出射方向制御手段
2の状態に応じて、光源列1の中から点灯すべき光源部
1aを選択する必要がある。個々の光源部1aから出射
するビームはすべて平行ビームでしかもXY平面に垂直
であるので、点Pから光線を逆トレースしたときに、そ
の時刻における光線出射方向制御手段2を介してXY平
面に垂直な光線となって光源列1に到達するような点Q
に位置する光源部1aを、点灯すべき光源部としてい
る。
In order to reproduce the light beam passing through the point P at a certain time t, it is necessary to select the light source section 1a to be turned on from the light source array 1 according to the state of the light emission direction control means 2 at that time. There is. Since the beams emitted from the individual light source units 1a are all parallel beams and are perpendicular to the XY plane, when the rays are traced backward from the point P, the beams are perpendicular to the XY plane via the ray emission direction control means 2 at that time. Point Q that reaches the light source array 1 as a light beam
Is a light source section to be turned on.

【0044】このような光源部1aの位置は上記の構成
の場合一つの点像に対して複数個存在するが、そのすべ
てを同時点灯し、かつ微小周期T内の他の時刻について
も同様に光源部を選択的に点灯してゆけば、すべて点P
で収束するような光線を生成することができ、これによ
り観察者が点像Pを認識することができるようにしてい
る。
In the above configuration, a plurality of such light source portions 1a are present for one point image, but all of them are turned on at the same time, and similarly at other times within the micro period T. If the light source is selectively turned on, all points P
Can be generated so that the observer can recognize the point image P.

【0045】ただし、点灯する光源部の範囲に制限を加
えてXY平面上での光ビームの強度に2次元的な分布を
与えると、点Pを再生する光束の指向性をも表現するこ
とができる。
However, if the intensity of the light beam on the XY plane is given a two-dimensional distribution by restricting the range of the light source unit to be turned on, the directivity of the light beam for reproducing the point P can also be expressed. it can.

【0046】図6はこの方法の説明図である。点Pを再
生する光線のすべてを再生すると点像Pは観察者Aと観
察者Bの双方に観察されることになるが、光源列1にお
いて複数の光源部を点灯させる領域onと点灯させない領
域off とを設定すると、即ち、光源列の発光状態を制御
すると、点像Pを再生する光束は観察者Aにしか観察さ
れないような指向性を持った光束となる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of this method. When all of the light beams for reproducing the point P are reproduced, the point image P is observed by both the observer A and the observer B. When off is set, that is, when the light emission state of the light source array is controlled, the light beam for reproducing the point image P becomes a light beam having directivity that can be observed only by the observer A.

【0047】図6の説明では光線偏向周期T内に一つの
点像Pを再生する方法を示したが、本装置では光線偏向
周期T内に複数の点像を再生することができる。
In the description of FIG. 6, a method of reproducing one point image P in the light deflection period T has been described. However, the present apparatus can reproduce a plurality of point images in the light deflection period T.

【0048】図7は複数の点像P1 ,P2 ,P3 ‥‥,
を再生するときの説明図である。図7は再生すべき点像
がP1 〜Pn の複数個存在したとき、一つの点像を再生
する場合と同様に全ての点像P1 ,P2 ‥‥から光線を
逆トレースし、その時刻における光線出射方向制御手段
2を介してXY平面に垂直な光線となって光源列1に到
達した点Q1 〜Qn に相当する光源部1aを、点灯すべ
き光源の位置としている。
FIG. 7 shows a plurality of point images P 1 , P 2 , P 3 },
FIG. 9 is an explanatory diagram when reproducing. FIG. 7 shows that when there are a plurality of point images to be reproduced, P 1 to P n , light rays are traced backward from all the point images P 1 , P 2 } as in the case of reproducing one point image. the light source unit 1a which corresponds to Q 1 to Q n that has reached the light source array 1 becomes perpendicular beam to the XY plane via the light emission direction controlling means 2 at that time, and the position of the light source to be lighted.

【0049】これを微小周期T内の他の時刻についても
同様に光源部を選択的に点灯して、観察者が点像P1
n を認識することができるようにしている。同様に、
それぞれの点像の再生光束に指向性を与える場合も、X
Y平面上での光ビーム強度の2次元的な分布がそれぞれ
しかるべき分布となるよう考慮して光源の点灯を制御し
ている。
Similarly, the light source is selectively turned on at other times within the minute period T, and the observer can observe the point images P 1 to P 1 .
Pn can be recognized. Similarly,
When directivity is given to the reproduction light flux of each point image, X
Lighting of the light source is controlled in consideration of the two-dimensional distribution of the light beam intensity on the Y plane being an appropriate distribution.

【0050】次に、光線出射方向制御手段2の駆動方法
について説明する。図8はマイクロレンズアレイ7の駆
動とそれに伴う光線のふれ方の概念図、図9,図10は
マイクロレンズアレイ7の変位量の時間変化を示したグ
ラフである。
Next, a driving method of the light emitting direction control means 2 will be described. FIG. 8 is a conceptual diagram showing how the microlens array 7 is driven and how light rays are shaken, and FIGS. 9 and 10 are graphs showing the change over time of the displacement amount of the microlens array 7.

【0051】単位時間Tの間にマイクロレンズアレイ7
が要素レンズ7aの1ピッチ分dだけy方向に移動する
間に、x方向には振幅cの往復運動が繰り返される。こ
れによりマイクロレンズアレイ7はジグザグ運動をし、
光線もこれに伴ってジグザグ走査される。x方向への往
復運動の周期が短ければ、光線のふれ角はほぼ任意の値
をとることができる。これにより、2次元的に光線出射
方向を制御する手段を構成している。
During the unit time T, the micro lens array 7
Is moved in the y direction by one pitch d of the element lens 7a, the reciprocating motion of the amplitude c is repeated in the x direction. As a result, the micro lens array 7 performs a zigzag motion,
The light beam is also zigzag scanned accordingly. If the period of the reciprocation in the x direction is short, the deflection angle of the light beam can take almost any value. This constitutes means for controlling the light emission direction two-dimensionally.

【0052】本方式ではこのように2次元的な光線偏向
が行えることが望ましいが、情報量の低減、光線出射方
向制御手段2の駆動速度の低減等の問題から再生像の垂
直視差を削減し、光線の走査方向を水平方向に限定する
こともできる。
In this method, it is desirable to be able to perform two-dimensional light beam deflection as described above. However, it is necessary to reduce the vertical parallax of the reproduced image due to problems such as a reduction in the amount of information and a reduction in the driving speed of the light beam emission direction control means 2. The scanning direction of the light beam can be limited to the horizontal direction.

【0053】この場合は光線偏向手段としてマイクロレ
ンズアレイ7の代わりに図11のようなレンチキュラレ
ンズ9を用い、このレンチキュラレンズ9を矢印で示す
水平方向の往復運動だけを行えばよい。
In this case, a lenticular lens 9 as shown in FIG. 11 may be used as the light beam deflecting means instead of the microlens array 7, and the lenticular lens 9 may be moved only in the horizontal direction indicated by the arrow.

【0054】また、光源列1と光線出射方向制御手段2
は必ずしも分離されている必要はなく、一方が他方を兼
ねる構成となっていてもよい。たとえばマイクロレンズ
アレイ7を使用する構成においては、マイクロレンズア
レイ7と光源列1との相対的位置関係が変化すれば光線
偏向は行われる。
A light source array 1 and a light emitting direction control means 2
Need not necessarily be separated, and one may also serve as the other. For example, in a configuration using the microlens array 7, if the relative positional relationship between the microlens array 7 and the light source array 1 changes, light beam deflection is performed.

【0055】図12はこのようにマイクロレンズアレイ
7は固定されたままで、光源列1の方を振動手段(不図
示)によって振動し、光線偏向の役割をも担うような構
成をとった説明図である。また、このような方法で光源
列1と光線出射方向制御手段2のそれぞれにx振動とy
振動を分担させるなど、光線偏向の役割分担を行うこと
も可能である。
FIG. 12 is an explanatory view showing a configuration in which the microlens array 7 is fixed and the light source array 1 is vibrated by vibrating means (not shown), and also plays a role of light beam deflection. It is. Further, in this manner, the x-vibration and y-vibration are applied to the light source array 1 and the light-emission direction control means 2, respectively.
It is also possible to share the role of beam deflection, such as sharing vibration.

【0056】次に、本装置を用いて3次元像を効率よく
再生する方法について説明する。本装置は点像の集合で
3次元像を表現している。よって最も単純な再生方法を
用いると、一辺の長さがm、各辺の分解能nの立方体を
再生するためには(m・n)3 個の点を再生することに
なる。
Next, a method for efficiently reproducing a three-dimensional image using the present apparatus will be described. This apparatus expresses a three-dimensional image by a set of point images. Therefore, if the simplest reproducing method is used, (m · n) 3 points are reproduced in order to reproduce a cube having a side length of m and a resolution of n on each side.

【0057】しかし、前述したように本装置においては
光束の指向性を表現することができるので、これをうま
く利用することにより再生すべき点像数を最小限に抑
え、かつ再生像において隠面処理(観察者から見たとき
に観察されない像については見えないように処理す
る。)をも実行することができる。
However, as described above, in the present apparatus, the directivity of the light beam can be expressed, and by utilizing this, the number of point images to be reproduced can be minimized and the hidden surface in the reproduced image can be reduced. Processing (processing so that an image that is not observed when viewed by an observer is made invisible) can also be executed.

【0058】図13は(m・n)3 個の点を再生する方
法の説明図である。図13は点像再生の基本概念を示し
ている。光線出射方向制御手段2上に主要な光線出射点
a〜dが存在するとする。これらから出射する光線の集
合によって三次元像A上の点Xoを再生するためには、
各光線をそれぞれ点Xoで交わるような方向に出射させ
ればよい。このとき、各光線は点Xoの他に、この三次
元像Aと点Xa、Xb、Xc、Xdで交わるが、それら
の点は光線の集束点とはなっていないので、3次元的な
点像とは認識されない。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a method for reproducing (m · n) 3 points. FIG. 13 shows the basic concept of point image reproduction. It is assumed that main light emitting points a to d exist on the light emitting direction control means 2. In order to reproduce the point Xo on the three-dimensional image A by a set of light beams emitted from these,
What is necessary is just to make each light beam emit in the direction which cross | intersects at the point Xo, respectively. At this time, each ray intersects with the three-dimensional image A at points Xa, Xb, Xc, and Xd in addition to the point Xo. It is not recognized as an image.

【0059】このように、本発明においては光線の集束
点のみが再生される点像となり、光線の集束するしない
は光線出射方向制御手段2上の出射点位置および時間に
依存した出射方向変化によって制御される。
As described above, in the present invention, only the convergence point of the light beam becomes a point image to be reproduced, and the convergence of the light beam is determined by the change of the outgoing direction depending on the position of the outgoing point on the light emitting direction control means 2 and time. Controlled.

【0060】次に、図14〜図17を用いて上記概念に
基づき3次元像の再生時に再生像の点数を最小限に抑制
し、再生の効率を向上させる方法について説明する。こ
れらの図においてはいずれも光線出射方向制御手段2か
らの光線の出射点として4点a〜dを、再生する点像と
して像A上の点X1〜X4を想定している。
Next, referring to FIGS. 14 to 17, a description will be given of a method for improving the efficiency of reproduction by minimizing the number of reproduced images at the time of reproducing a three-dimensional image based on the above concept. In these figures, four points a to d are assumed as the emission points of the light from the light emission direction control means 2, and points X1 to X4 on the image A are assumed as the point images to be reproduced.

【0061】図14において出射点aから出射する光線
は点X2を通るものを除いて再生像Aの複数の点を通過
する。そしていずれも像Aとの交点を2点以上有する
(点X2では光線は像Aに接している)。しかし、観察
者は1つの光線上に2点の再生点を認識する必要はな
い。観察者が認識すべき点像はこれらの点のうち出射点
から最も遠い点(最も観察者よりの点)の像のみであ
る。
In FIG. 14, the light rays emitted from the emission point a pass through a plurality of points of the reproduced image A except for those passing through the point X2. Each of them has two or more points of intersection with the image A (the light ray is in contact with the image A at the point X2). However, the observer does not need to recognize two reproduction points on one ray. The point image to be recognized by the observer is only the image of the point farthest from the emission point (the point farthest from the observer) among these points.

【0062】図14でいうと点X1よりも点X1' 、点
X3' よりも点X3、点X4 'よりも点X4の方が遠く
にあるから、出射点aからの光線の再生対象点はX1'
、X2、X3、X4となる。
In FIG. 14, the point X1 'is farther than the point X1, the point X3 is farther than the point X3', and the point X4 is farther than the point X4 '. X1 '
, X2, X3, and X4.

【0063】このように点aからの出射光線と像Aとの
交点のうち、より点Aから遠くにある点の集合は再生の
対象点とされ、図中の太実線で示された範囲に存在す
る。逆に、点aからの出射光線と像Aとの交点のうちよ
り点aの近くにある点の集合は再生対象外の点とされ、
図中の細点線で示された範囲に存在する。再生の対象と
なった点については前述したように、光線出射方向制御
手段2上の出射点位置および時間に依存した出射方向変
化によって制御できる。
As described above, a set of points farther from the point A among the intersections between the light beam emitted from the point a and the image A is regarded as a reproduction target point, and falls within a range indicated by a thick solid line in the drawing. Exists. Conversely, a set of points closer to point a out of the intersections of the light ray emitted from point a and image A is regarded as a point not to be reproduced,
It exists in the range shown by the thin dotted line in the figure. As described above, the point to be reproduced can be controlled by changing the emission direction depending on the emission point position and the time on the light emission direction control means 2.

【0064】出射点aに限らず他の出射点からの光線に
ついても、同様に再生対象点と再生対象外の点を決定す
ることができ、それぞれの範囲が図15〜17中に太実
線と細点線とで示されている。各出射点a〜dごとの主
要再生対象点をまとめると次の表のようになる。
Regarding light rays not only from the emission point a but also from other emission points, a reproduction target point and a point not to be reproduced can be determined in the same manner, and the respective ranges are indicated by thick solid lines in FIGS. This is indicated by a thin dotted line. The following table summarizes the main reproduction target points for each of the emission points a to d.

【0065】[0065]

【表1】 このように光線出射方向制御手段2の各出射点a〜dか
ら最も遠い像点のみを再生対象点とすることで像Aを形
成する点のすべてを再生する必要が無くなり、かつ1つ
の光線出射点からの光線の出射方向制御を1周期行うだ
けで1つの像の再生がすべて済んでしまい、これによっ
て、大幅な再生効率の向上を図っている。さらに、上記
の方法を応用して立体像同士の隠面処理も可能となる。
[Table 1] In this way, by setting only the image points furthest from the respective emission points a to d of the light emission direction control means 2 as reproduction target points, it is not necessary to reproduce all the points forming the image A, and one light emission Reproduction of one image is completed only by controlling the direction of emission of light from a point for one cycle, thereby greatly improving reproduction efficiency. Furthermore, hidden surface processing between three-dimensional images can be performed by applying the above method.

【0066】次に図18〜図21を用いて、この方法に
ついて説明する。図示されたように、像Aと像Bの2つ
の3次元像を再生する場合、観察される方向によっては
一方が他方に隠れてしまうことがあるが、こうした場合
も再生対象点の選択・制御によって十分表現可能とな
る。
Next, this method will be described with reference to FIGS. As shown in the figure, when two three-dimensional images of the image A and the image B are reproduced, one of them may be hidden by the other depending on the viewing direction. Can be fully expressed.

【0067】たとえば、図18において光線出射点aか
ら出射する光線と再生像A、Bの交点のうち、像A、像
Bを通じて最も点aから遠い点は図中の太実線の範囲に
存在しており、これらを再生対象点とし、それ以外の図
中細点線で示された範囲の点を再生対象外とすれば、隠
面は再生されない。出射点aに限らず他の出射点からの
光線についても、同様に再生対象点と再生対象外の点を
決定することができ、それぞれの範囲が図19〜21中
に太実線と細点線とで示されている。
For example, in FIG. 18, the point farthest from the point a through the images A and B among the intersections of the light beam emitted from the light emitting point a and the reproduced images A and B exists in the range of the thick solid line in the figure. If these points are set as reproduction target points and other points in the range shown by the thin dotted line in the figure are excluded from the reproduction target, the hidden surface is not reproduced. Not only the emission point a but also light rays from other emission points can be similarly determined as a reproduction target point and a non-reproduction target point, and their ranges are indicated by thick solid lines and thin dotted lines in FIGS. Indicated by

【0068】このような方法の像再生を光線出射方向制
御手段2上の全出射点において適用して、再生される3
次元像の隠面処理を行っている。
The image reproduction of such a method is applied to all the emission points on the light beam emission direction control means 2 to reproduce the image.
Hidden surface processing of a two-dimensional image is performed.

【0069】尚、これらの実施形態においては本発明に
おける代表的な構成例を示したが、本装置の構成部品に
おいて以下に示すような変更を加え、性能の向上やその
他の便宜を図ることができる。
In these embodiments, a typical configuration example of the present invention has been described. However, it is possible to improve the performance and other conveniences by making the following changes in the components of the apparatus. it can.

【0070】(イ−1)単一指向性の光線を放射する光
源列1 光線の単一指向性を発生させるために、光源列1に図2
2に示すようなテレセントリック光学102系を用いる
ことができる。LED等のマトリクス光源部5はそれぞ
れ光を発散しているが、これらの発散光はフィールドレ
ンズ10でやや光軸中心に集光される。そして、ピンホ
ール11を通った光のみが光源部として利用可能とな
り、ピンホール11より焦点距離fだけ離れて配置され
たレンズ12によって、単一指向性の平行光線としてい
る。
(A-1) Light Source Array 1 for Emitting Unidirectional Light Rays
2 can be used. Each of the matrix light source units 5 such as LEDs emits light, and these divergent lights are condensed by the field lens 10 at the center of the optical axis. Then, only the light passing through the pinhole 11 can be used as the light source unit, and is converted into a unidirectional parallel light beam by the lens 12 arranged at a focal distance f from the pinhole 11.

【0071】(イ−2)光線出射方向制御手段2 前記のマイクロレンズアレイ7はレンズ7aの境界部が
不連続で、マイクロレンズアレイ7を連続に変位させて
も光線の出射方向変化が不連続になる。このため、図2
3のように、レンズ断面が波形で個々のレンズの境界が
連続になっているような波形レンズアレイ71を使用す
ると、光線の出射方向変化も連続性を保つことができ
る。
(A-2) Light Emitting Direction Control Means 2 The microlens array 7 has a discontinuous boundary portion of the lens 7a, and the light emitting direction changes discontinuously even if the microlens array 7 is continuously displaced. become. Therefore, FIG.
By using a waveform lens array 71 in which the lens cross section is a waveform and the boundaries of individual lenses are continuous, as in 3, it is possible to maintain the continuity of the change in the light emitting direction.

【0072】また、光線の偏向手段としてレンズ以外の
光学素子も用いることができる。たとえば回折格子やホ
ログラム等の回折により光を偏向させるものを高速に振
動させることで、上記実施例同様の装置を構成すること
ができる。
Further, an optical element other than a lens can be used as a light beam deflecting means. For example, a device similar to the above-described embodiment can be configured by vibrating a material that deflects light by diffraction, such as a diffraction grating or a hologram, at high speed.

【0073】さらに、VAP(頂角可変プリズム)やD
MD素子のように光線の屈折角や反射角を能動的に変化
させるものによって光線出射方向制御手段を構成するこ
ともできる。
Further, VAP (vertical angle variable prism) and D
The light emitting direction control means may be constituted by an element that actively changes the refraction angle or the reflection angle of the light beam like an MD element.

【0074】(イ−3)その他の構成 前記の実施形態の構成によれば、図24からもわかるよ
うに、光線出射方向制御手段2上の点aと点bでの光線
出射方向の範囲Aと範囲Bは図中斜線のような範囲とな
り、点aからの光線と点bからの光線の両方が届く範囲
は図中縦線で示した範囲Cとなる。これに対し、図25
に示すように光線出射方向制御手段2の前または後ろに
屈折部材、例えば凸レンズ13を置くと光線出射方向が
中央に寄り、点aからの光線と点bからの光線の両方が
届く範囲Cを広くすることができる。
(A-3) Other Configurations According to the configuration of the above embodiment, as can be seen from FIG. 24, the range A of the light emission direction at the points a and b on the light emission direction control means 2 The range B is a range as shown by oblique lines in the figure, and the range in which both the light rays from the point a and the light rays from the point b reach is a range C shown by a vertical line in the figure. In contrast, FIG.
When a refraction member, for example, a convex lens 13 is placed in front of or behind the light emission direction control means 2 as shown in (2), the light emission direction is shifted toward the center, and the range C in which both the light from the point a and the light from the point b reach Can be wider.

【0075】また、図26に示すように光線出射方向制
御手段2の前または後ろに凹レンズ14を置くと、光線
出射方向の範囲が広がり観察域を広くすることができ
る。
When the concave lens 14 is placed in front of or behind the light emitting direction control means 2 as shown in FIG. 26, the range of the light emitting direction is widened and the observation area can be widened.

【0076】図27は、本装置に観察者の頭部位置検出
手段15,16を組み合わせる構成により、再生像デー
タ生成と光源列1の光源駆動を高速化する説明図であ
る。
FIG. 27 is an explanatory diagram for speeding up the generation of the reproduced image data and the driving of the light source array 1 by the configuration in which the present apparatus is combined with the observer's head position detecting means 15 and 16.

【0077】図中、16は観察者Aの頭部位置を検出す
る画像処理部で、ステレオカメラ15によって得られた
ステレオ画像を分析して、観察者Aの頭部位置を検出す
る。頭部位置のデータは光源列制御手段4に送られる。
観察者Aの頭部位置が特定できれば、その存在範囲にの
み像再生用の光線を放射すればよいので、光源列制御手
段4においては、光源列1の点灯範囲を狭い範囲に限定
することができる。これにより再生像データを生成する
計算量は軽減し、光源列の光源部を駆動すべき範囲も狭
くして、光源列駆動速度を高速化している。
In the figure, reference numeral 16 denotes an image processing unit for detecting the position of the head of the observer A, which analyzes a stereo image obtained by the stereo camera 15 and detects the position of the head of the observer A. The head position data is sent to the light source array control means 4.
If the position of the head of the observer A can be specified, light rays for image reproduction need to be emitted only to the existing range, so that the light source array control means 4 limits the lighting range of the light source array 1 to a narrow range. it can. As a result, the amount of calculation for generating the reproduced image data is reduced, the range in which the light source unit of the light source array should be driven is narrowed, and the light source array driving speed is increased.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することによって、3次元空間内に所定の3次元像を
観察域が広く、大きな3次元像を高精度に迅速に再生す
ることができ、3次元像を良好に観察することができる
3次元像再生装置を達成することができる。
According to the present invention, by setting each element as described above, a predetermined three-dimensional image has a wide observation area in a three-dimensional space, and a large three-dimensional image can be quickly and accurately reproduced. Thus, it is possible to achieve a three-dimensional image reproducing device capable of favorably observing a three-dimensional image.

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

【図1】本発明の実施形態1の要部概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の一部分の光線の光路説明図FIG. 2 is an explanatory view of an optical path of a part of the light beam in FIG. 1;

【図3】図1の一部分の拡大説明図FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 1;

【図4】図1の一部分の拡大説明図FIG. 4 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 1;

【図5】図1の一部分の拡大説明図FIG. 5 is an enlarged explanatory view of a part of FIG. 1;

【図6】図1の一部分の動作説明図FIG. 6 is an operation explanatory diagram of a part of FIG. 1;

【図7】図1の一部分の動作説明図FIG. 7 is an operation explanatory view of a part of FIG. 1;

【図8】図7のマイクロレンズアレイの駆動の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of driving of the microlens array of FIG. 7;

【図9】図7のマイクロレンズアレイの変位量の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of a displacement amount of the microlens array of FIG. 7;

【図10】図7のマイクロレンズアレイの変位量の時間
変位の説明図
FIG. 10 is an explanatory diagram of the time displacement of the displacement amount of the microlens array of FIG. 7;

【図11】図1の光線出射方向制御手段の一部分の説明
FIG. 11 is an explanatory view of a part of the light beam emission direction control means of FIG. 1;

【図12】図1の一部分の説明図FIG. 12 is an explanatory view of a part of FIG. 1;

【図13】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 13 is a view showing a third light beam from the light beam emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図14】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 14 is a view showing a third light beam from the light beam emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図15】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 15 is a view showing a third light beam from the light beam emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図16】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 16 shows a third example of the light beam from the light beam emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図17】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 17 is a view showing a third light beam from the light beam emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図18】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 18 is a view showing a third light beam from the light emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図19】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 19 is a view showing light rays 3 from the light ray emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図20】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 20 is a view showing a third example of the light beam from the light beam emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図21】図1の光線出射方向制御手段からの光線の3
次元像への入射光路説明図
FIG. 21 is a view showing a third light beam from the light beam emission direction control means in FIG. 1;
Explanatory diagram of incident light path to two-dimensional image

【図22】図1の光線出射方向制御手段の近傍の一部分
の改良説明図
FIG. 22 is an explanatory view of an improvement of a part near the light beam emission direction control means of FIG. 1;

【図23】図1の光線出射方向制御手段のマイクロレン
ズアレイの説明図
FIG. 23 is an explanatory view of a microlens array of the light beam emission direction control means of FIG. 1;

【図24】図1の光線出射方向制御手段の説明図FIG. 24 is an explanatory diagram of a light beam emission direction control unit of FIG. 1;

【図25】図1の光線出射方向制御手段の説明図FIG. 25 is an explanatory diagram of a light beam emission direction control unit in FIG. 1;

【図26】図1の光線出射方向制御手段の説明図FIG. 26 is an explanatory diagram of a light beam emission direction control unit of FIG. 1;

【図27】図1の一部分を偏光したときの概略図FIG. 27 is a schematic diagram when a part of FIG. 1 is polarized.

【図28】従来の3次元像再生装置の概略図FIG. 28 is a schematic diagram of a conventional three-dimensional image reproducing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源列 1a 光源部 2 光線出射方向制御手段 3 光線出射方向検出手段 4 光源列制御手段 5 発光部 6 コリメーターレンズ 7 マイクロレンズアレイ 8 高周波振動手段 9 レンチキュラーレンズ 10 正レンズ 11 ピンホール 12 正レンズ 13,14 屈折系 15 ステレオカメラ 16 画像処理部 101 制御手段 A,B 観察者 P,P1 ,P2 ,P3 再生像 102 テレセントリック系REFERENCE SIGNS LIST 1 light source array 1 a light source section 2 light emitting direction control means 3 light emitting direction detecting means 4 light source array controlling means 5 light emitting section 6 collimator lens 7 micro lens array 8 high frequency vibration means 9 lenticular lens 10 positive lens 11 pinhole 12 positive lens 13,14 refraction system 15 stereo camera 16 image processing unit 101 control unit A, B observer P, P 1, P 2, P 3 reproduced image 102 telecentric

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−240788(JP,A) 特開 平7−98439(JP,A) 特開 平6−300986(JP,A) 特開 平6−160770(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/22 H04N 13/00 - 17/06 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-240788 (JP, A) JP-A-7-98439 (JP, A) JP-A-6-300986 (JP, A) JP-A-6-300986 160770 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 27/22 H04N 13/00-17/06

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 単一指向性の光線を放射する光源部を複
数配列した光源列と、該光源列の複数の光源部からの光
線を独立に任意の方向に出射させる光線出射方向制御手
段と、該光線出射方向制御手段からの光線の集合が3次
元空間内の所定の点を一定単位時間内に通過するように
該複数の光源部の発光状態を制御する光源列制御手段と
を有し、これらの各手段を利用して、該所定の点の3次
元像の再生を行い、該所定の点の3次元像を観察位置で
観察する際、該観察位置に入射する最も近接する2つの
光線の間隔を観察者の瞳孔径以下としていることを特徴
とする3次元像再生装置。
1. A light source array in which a plurality of light source units that emit unidirectional light beams are arranged, and a light emitting direction control unit that independently emits light beams from a plurality of light source units in the light source array in an arbitrary direction. Light source array control means for controlling the light emitting state of the plurality of light source units so that a set of light rays from the light emission direction control means passes through a predetermined point in a three-dimensional space within a predetermined unit time ;
Has, by using each of these means, then play of the three-dimensional image of the predetermined point, when you observed at the observation position a three-dimensional image of the given point, most incident on the observation position Two close
A three-dimensional image reproducing apparatus, wherein an interval between light beams is equal to or smaller than a pupil diameter of an observer .
【請求項2】 単一指向性の光線を放射する光源部を複
数配列した光源列と、該光源列の複数の光源部からの光
線を独立に任意の方向に出射させる光線出射方向制御手
段と、該光線出射方向制御手段からの光線の集合が3次
元空間内の所定の点を一定単位時間内に通過するように
該複数の光源部の発光状態を制御する光源列制御手段と
を有し、これらの各手段を利用して、該所定の点の3次
元像の再生を行い、該所定の点の3次元像を観察位置で
観察する際、該観察位置に入射する最も近接する2つの
光線の間隔を2mm以下としていることを特徴とする三
次元像再生装置。
2. A light source array in which a plurality of light source units that emit unidirectional light beams are arranged, and a light emitting direction control unit that independently emits light beams from the plurality of light source units in the light source array in an arbitrary direction. Light source array control means for controlling the light emitting state of the plurality of light source units so that a set of light rays from the light emission direction control means passes through a predetermined point in a three-dimensional space within a predetermined unit time ;
It has, by using each of these means, then play of the three-dimensional image of the predetermined point, when observing the observation position 3-dimensional image of the predetermined point closest incident on the observation position Two
A three-dimensional image reproducing apparatus , wherein the interval between light beams is 2 mm or less .
【請求項3】 前記一定単位時間は観察者の残像許容時
間よりも短いことを特徴とする請求項1又は2の3次元
像再生装置。
3. The three-dimensional image reproducing apparatus according to claim 1, wherein the predetermined unit time is shorter than a permissible afterimage time of an observer.
【請求項4】 前記一定単位時間は1/30〜1/60
秒の範囲内であることを特徴とする請求項1、2又は3
の3次元像再生装置。
4. The fixed unit time is 1/30 to 1/60.
4. The method according to claim 1, wherein the time is within the range of seconds.
3D image reproducing apparatus.
【請求項5】 前記光線出射方向制御手段は、振動する
マイクロレンズアレイを有していることを特徴とする請
求項1又は2の3次元像再生装置。
5. The three-dimensional image reproducing apparatus according to claim 1, wherein said light beam emission direction control means has a vibrating microlens array.
【請求項6】 前記光源列と前記光線出射方向制御手段
との相対的な振動により該光線出射方向制御手段から出
射する光線の出射方向を制御していることを特徴とする
請求項1又は2の3次元像再生装置。
6. The method of claim 1 or 2, characterized in that to control the emission direction of the light rays emitted from the light ray emission direction controlling means by the relative vibration between the light source array and the light emission direction controlling means 3D image reproducing apparatus.
【請求項7】 前記光源列と前記光線出射方向制御手段
との相対的な振動はジクザグ運動であることを特徴とす
る請求項の3次元像再生装置。
7. The three-dimensional image reproducing apparatus according to claim 6 , wherein the relative vibration between the light source array and the light emitting direction control means is a zigzag motion.
【請求項8】 前記光源部は発光部と該発光部からの光
線を集光し、平行光として出射させるコリメーターレン
ズとを有していることを特徴とする請求項1又は2の
次元像再生装置。
Wherein said light source unit according to claim 1 or 2 3, characterized in that it has a collimator lens for the light from the light emitting portion and a light emitting portion is condensed, emitted as parallel light
Dimensional image reproducing device.
【請求項9】 前記光源列の光出射側には該光源列の複
数の光源部からの主光線を略平行光として射出させるテ
レセントリック系が設けられていることを特徴とする請
求項1又は2の3次元像再生装置。
9. The method of claim 1 or 2, characterized in that telecentric be emitted as substantially parallel light principal ray from the plurality of light sources of the light source row on the light emitting side of the light source array is provided 3-dimensional image reproducing apparatus.
【請求項10】 前記マイクロレンズアレイは、厚さ方
向の断面が連続した波形形状より成っていることを特徴
とする請求項の3次元像再生装置。
10. The three-dimensional image reproducing apparatus according to claim 5 , wherein said microlens array has a cross section in a thickness direction having a continuous waveform shape.
【請求項11】 前記光源列の複数の光源部のうちの所
定の領域内の光源部の発光状態を制御して前記観察位置
から見たときの前記所定の点からの光線に指向性を与え
ていることを特徴とする請求項1又は2の3次元像再生
装置。
11. A light-emitting state of a light source unit in a predetermined area of the plurality of light source units of the light source row is controlled to give directivity to light rays from the predetermined point when viewed from the observation position. The three-dimensional image reproducing apparatus according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項12】 前記光源部からの1つの光線が前記3
次元空間内の再生像上の複数の点を通過するとき、前記
観察位置より観察する該3次元空間内の所定の点が該複
数の点のうちの前記光線出射方向制御手段から最も遠い
点となるように該再生像の隠面処理を行っていることを
特徴とする請求項1又は2の3次元像再生装置。
12. One of the light beams from the light source unit may be
When passing through a plurality of points on the reconstructed image in the three-dimensional space, a predetermined point in the three-dimensional space to be observed from the observation position is a point farthest from the light emitting direction control means among the plurality of points. so as a three-dimensional image reproducing apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that performing the hidden surface processing of the reproduction image.
【請求項13】 前記光線出射方向制御手段の光入射側
又は光出射側に屈折部材を設けていることを特徴とする
請求項1又は2の3次元像再生装置。
13. A three-dimensional image reproducing apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that is provided with the refractive member on the light incident side or light emission side of the light emission direction controlling means.
JP24937097A 1997-08-29 1997-08-29 3D image reconstruction device Expired - Fee Related JP3255093B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24937097A JP3255093B2 (en) 1997-08-29 1997-08-29 3D image reconstruction device
US09/040,273 US6798390B1 (en) 1997-08-29 1998-03-18 3D image reconstructing apparatus and 3D object inputting apparatus
DE69840143T DE69840143D1 (en) 1997-08-29 1998-03-25 Three-dimensional imaging system and device
EP98105425A EP0899969B1 (en) 1997-08-29 1998-03-25 3D image reconstructing apparatus and 3D image capturing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24937097A JP3255093B2 (en) 1997-08-29 1997-08-29 3D image reconstruction device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1172744A JPH1172744A (en) 1999-03-16
JP3255093B2 true JP3255093B2 (en) 2002-02-12

Family

ID=17192021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24937097A Expired - Fee Related JP3255093B2 (en) 1997-08-29 1997-08-29 3D image reconstruction device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3255093B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
HUP0001449D0 (en) * 2000-04-07 2000-06-28 Method and apparatus for the presentation of three-dimensional images
US7084841B2 (en) 2000-04-07 2006-08-01 Tibor Balogh Method and apparatus for the presentation of three-dimensional images
JP3811026B2 (en) * 2001-07-04 2006-08-16 株式会社東芝 3D image display device
JP3811062B2 (en) * 2001-12-28 2006-08-16 株式会社東芝 3D image display device
JP4489610B2 (en) * 2005-01-28 2010-06-23 株式会社 日立ディスプレイズ Stereoscopic display device and method
DE102008001644B4 (en) * 2008-05-08 2010-03-04 Seereal Technologies S.A. Device for displaying three-dimensional images
JP5263244B2 (en) * 2010-09-09 2013-08-14 株式会社Jvcケンウッド 3D display device
US9813695B2 (en) * 2011-11-09 2017-11-07 Koninklijke Philips N.V. Display device with free focus capability

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1172744A (en) 1999-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6798390B1 (en) 3D image reconstructing apparatus and 3D object inputting apparatus
US11906739B2 (en) Microlens collimator for scanning optical fiber in virtual/augmented reality system
US11662585B2 (en) Virtual/augmented reality system having reverse angle diffraction grating
CA2991642C (en) Collimating fiber scanner design with inward pointing angles in virtual/augmented reality system
JP3199345B2 (en) Autostereoscopic display device for 3D images
JP2000047138A (en) Image display device
JP3255093B2 (en) 3D image reconstruction device
JP3403048B2 (en) Three-dimensional image reproducing device and three-dimensional subject information input device
CN113359312B (en) Optical waveguide display module based on multiple light sources
US11782290B2 (en) Apparatus and method for displaying three-dimensional image
JP2000148063A (en) Three-dimensional display device
JPH04175094A (en) Method for projecting stereoscopic image in space without using screen
WO2013179699A1 (en) Floating body display device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081130

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091130

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101130

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101130

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111130

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121130

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131130

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees