JP3268798B2 - ３次元表示装置 - Google Patents
３次元表示装置Info
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- projection
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は両眼視差を利用した３次
元表示装置に関する。
元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の３次元表示装置は、１９９０年画
像工学コンファレンス論文集、１１−４、ｐｐ．２１３
−２１６（１９９０）に示されるように小さい素レンズ
を配置したレンズ板（以下、レンズ板と称する）に対し
正確に投射位置合わせを行って投射したものや、テレビ
ジョン学会技術報告ｖｏｌ.１４、６７、ｐｐ．１−６
（１９９０）、電子情報通信学会春期全国大会ＳＤ−３
−１７にあるように、表示素子に接し、表示素子の画素
ピッチとレンズ板レンズ板のピッチを調整して正確な位
置合わせを行った表示装置であった。またテレビジョン
学会技術報告、ｖｏｌ．１２、３５、ｐｐ．５３−５
８、ＶＶＩ８８−４２（１９８９）に示されるように、
投影画像表示面はフィルムを用いるものであった。
像工学コンファレンス論文集、１１−４、ｐｐ．２１３
−２１６（１９９０）に示されるように小さい素レンズ
を配置したレンズ板（以下、レンズ板と称する）に対し
正確に投射位置合わせを行って投射したものや、テレビ
ジョン学会技術報告ｖｏｌ.１４、６７、ｐｐ．１−６
（１９９０）、電子情報通信学会春期全国大会ＳＤ−３
−１７にあるように、表示素子に接し、表示素子の画素
ピッチとレンズ板レンズ板のピッチを調整して正確な位
置合わせを行った表示装置であった。またテレビジョン
学会技術報告、ｖｏｌ．１２、３５、ｐｐ．５３−５
８、ＶＶＩ８８−４２（１９８９）に示されるように、
投影画像表示面はフィルムを用いるものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の３次元
表示装置には小さい素レンズを配置したレンズ板と画素
を正確に位置合わせをしなければならないという問題
点、表示装置の画素数に比べ、得られる解像力が大きく
低下する問題点、さらに視点が大きく動くと立体視がで
きなくなる問題点があった。そこで本発明では、投影位
置を変えた複数の表示素子からの多重化した像をレンズ
板を通して投射することによって位置合わせ精度を緩和
し、一つの表示装置の画素数の負担を軽減することを目
的とするものである。また３次元動画映像、そして３次
元カラー動画映像を得ることを目的にしている。
表示装置には小さい素レンズを配置したレンズ板と画素
を正確に位置合わせをしなければならないという問題
点、表示装置の画素数に比べ、得られる解像力が大きく
低下する問題点、さらに視点が大きく動くと立体視がで
きなくなる問題点があった。そこで本発明では、投影位
置を変えた複数の表示素子からの多重化した像をレンズ
板を通して投射することによって位置合わせ精度を緩和
し、一つの表示装置の画素数の負担を軽減することを目
的とするものである。また３次元動画映像、そして３次
元カラー動画映像を得ることを目的にしている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の視差像
を投影する複数のマトリクス型表示装置と、これら表示
装置に対応した複数の投射レンズと、これら投射レンズ
からの像を投影するレンズ板と、このレンズ板の後焦点
面に配置された再帰性反射スクリーンとを備え、前記レ
ンズ板のレンズピッチは、投影された像の画素ピッチよ
りも小さいことを特徴とする。
を投影する複数のマトリクス型表示装置と、これら表示
装置に対応した複数の投射レンズと、これら投射レンズ
からの像を投影するレンズ板と、このレンズ板の後焦点
面に配置された再帰性反射スクリーンとを備え、前記レ
ンズ板のレンズピッチは、投影された像の画素ピッチよ
りも小さいことを特徴とする。
【０００５】また、前記複数の表示装置は、液晶表示装
置であることを特徴とする。
置であることを特徴とする。
【０００６】さらに、前記複数の表示装置は、前記スク
リーン上の投影画素が重ね合わさるように光学配置され
ていることを特徴とする。
リーン上の投影画素が重ね合わさるように光学配置され
ていることを特徴とする。
【０００７】また、複数の視差像を投影する複数のマト
リクス型表示装置と、これら表示装置に対応した複数の
投射レンズと、これら投射レンズからの像を投影するレ
ンズ板と、このレンズ板の後焦点面に配置された再帰性
反射スクリーンと、このスクリーンに投影された像を視
認できる視認可能な領域を調整する光学手段とを備え、
前記レンズ板のレンズピッチは、投影された像の画素ピ
ッチよりも小さいことを特徴とする。
リクス型表示装置と、これら表示装置に対応した複数の
投射レンズと、これら投射レンズからの像を投影するレ
ンズ板と、このレンズ板の後焦点面に配置された再帰性
反射スクリーンと、このスクリーンに投影された像を視
認できる視認可能な領域を調整する光学手段とを備え、
前記レンズ板のレンズピッチは、投影された像の画素ピ
ッチよりも小さいことを特徴とする。
【０００８】さらに、前記光学手段は、非光軸のレンズ
素子を含むことを特徴とする。
素子を含むことを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
【作用】本発明は図１に示すように投影用の複数の表示
装置１０１、表示装置に対応した複数の投射レンズ１０
２、レンズ板１０３、レンズ板の後焦点面に置かれた再
帰性反射スクリーン１０５を基本構成としている。なお
１０６は表示装置を照明する照明光である。この様な多
眼式の３次元表示装置は、観察者の両眼視差に対応した
画像を一つのスクリーンを通して観察することによって
再生像点１０４が空間的に位置決定され、３次元感を得
るものである。本発明の装置は、投影用表示装置からの
光束がスクリーン上で再帰性を示すために、１つの再生
像点をつくる右目と左目の光束を、２つの視差像を表示
する投影表示装置から自動的に空間サンプリングして選
び出すことができる。それに対し、レンズ板の後焦点面
に表示像を配置した場合は、図２に示すように視差像を
空間サンプリングして順に並べる必要があった。このた
め同じ３次元再生像を得るのに必要な表示装置の性能
は、レンズ板と同程度の画素密度で済む本発明に対し、
図２の従来の場合はレンズ板の数倍の画素密度を要求す
る。また本発明は、スクリーンに対し視差像を合わせて
投影すれば自動的に視差像が位置合わせされるため、投
影表示像間の合わせ精度だけが必要であるのに対し、従
来の方法は、レンズ板の各素レンズと極めて高い精度で
視差像を対応させなければならず、投影表示像はレンズ
板に対し絶対的な位置精度を要求される。このように本
発明では投影用表示装置の位置精度に対する要求が緩和
され、さらに表示信号についても従来必要であった視差
像を空間サンプリングしてと合成を行って作る必要がな
くなった。
装置１０１、表示装置に対応した複数の投射レンズ１０
２、レンズ板１０３、レンズ板の後焦点面に置かれた再
帰性反射スクリーン１０５を基本構成としている。なお
１０６は表示装置を照明する照明光である。この様な多
眼式の３次元表示装置は、観察者の両眼視差に対応した
画像を一つのスクリーンを通して観察することによって
再生像点１０４が空間的に位置決定され、３次元感を得
るものである。本発明の装置は、投影用表示装置からの
光束がスクリーン上で再帰性を示すために、１つの再生
像点をつくる右目と左目の光束を、２つの視差像を表示
する投影表示装置から自動的に空間サンプリングして選
び出すことができる。それに対し、レンズ板の後焦点面
に表示像を配置した場合は、図２に示すように視差像を
空間サンプリングして順に並べる必要があった。このた
め同じ３次元再生像を得るのに必要な表示装置の性能
は、レンズ板と同程度の画素密度で済む本発明に対し、
図２の従来の場合はレンズ板の数倍の画素密度を要求す
る。また本発明は、スクリーンに対し視差像を合わせて
投影すれば自動的に視差像が位置合わせされるため、投
影表示像間の合わせ精度だけが必要であるのに対し、従
来の方法は、レンズ板の各素レンズと極めて高い精度で
視差像を対応させなければならず、投影表示像はレンズ
板に対し絶対的な位置精度を要求される。このように本
発明では投影用表示装置の位置精度に対する要求が緩和
され、さらに表示信号についても従来必要であった視差
像を空間サンプリングしてと合成を行って作る必要がな
くなった。
【００１１】以下、実施例により本発明の詳細を示す。
【００１２】
（実施例１）図３、図４は、それぞれ、本発明の３次元
表示装置の模式図と立面図である。投影用の表示装置は
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）によって駆
動される単色の液晶表示装置３０１（以下、ＬＣＤと称
する）を用いて、これを水平一次元配列したものであ
る。レンズ板はレンティキュラースクリーンLS ３０２
を用いた。反射スクリーンは拡散反射性をもたせたアル
ミコートをされ、レンズ板の焦点位置に接着してある。
また３０３は投影ＬＣＤの間隔を見かけ上小さくするた
めの凸面鏡である。３０４は各ＬＣＤに配置された投影
レンズL1であり、連続的な視域を確保し、光軸をはずす
ために設置したフレネルレンズFL ３０５と共にＬＣＤ
像をスクリーンに結像させる。このフレネルレンズと凸
面鏡が変換光学系を構成する。
表示装置の模式図と立面図である。投影用の表示装置は
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）によって駆
動される単色の液晶表示装置３０１（以下、ＬＣＤと称
する）を用いて、これを水平一次元配列したものであ
る。レンズ板はレンティキュラースクリーンLS ３０２
を用いた。反射スクリーンは拡散反射性をもたせたアル
ミコートをされ、レンズ板の焦点位置に接着してある。
また３０３は投影ＬＣＤの間隔を見かけ上小さくするた
めの凸面鏡である。３０４は各ＬＣＤに配置された投影
レンズL1であり、連続的な視域を確保し、光軸をはずす
ために設置したフレネルレンズFL ３０５と共にＬＣＤ
像をスクリーンに結像させる。このフレネルレンズと凸
面鏡が変換光学系を構成する。
【００１３】ＬＣＤへの照明は、ハロゲンランプLP ３
０６と熱線カットフィルター、コンデンサーレンズL2
３０８、強制空冷装置FN ３０７からなる照明装置によ
り平行光をＬＣＤに入射させ、ＬＣＤへの光束の入射角
度による表示ムラを防止した。ES ３０９は ＬＣＤの制
御・信号処理回路、CL ３１０は撮像機からの信号ケー
ブルである。観察者は、凸面鏡CM越しに、LSの近傍に表
示された像を観察する。表１に本実施例で用いた構成の
実際例を示す。
０６と熱線カットフィルター、コンデンサーレンズL2
３０８、強制空冷装置FN ３０７からなる照明装置によ
り平行光をＬＣＤに入射させ、ＬＣＤへの光束の入射角
度による表示ムラを防止した。ES ３０９は ＬＣＤの制
御・信号処理回路、CL ３１０は撮像機からの信号ケー
ブルである。観察者は、凸面鏡CM越しに、LSの近傍に表
示された像を観察する。表１に本実施例で用いた構成の
実際例を示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】次に本実施例の装置の作用を簡単に説明す
る。視差像信号（ここでは視点を水平方向に変えたＬＣ
Ｄのｃｈ分のビデオ信号）を独立したＬＣＤ群に与え、
各々のＬＣＤは少しずつ視点のずれたところから物体を
見た像を表示する。この表示像を水平方向に１列に並
べ、スクリーン上で１つに重なるように投影する。本実
施例では各ＬＣＤ対応させた投射レンズと変換光学系
（光軸をはずしたフレネルレンズと凸面鏡）によって投
影光学系を作っている。レンティキュラースクリーンの
再帰性によって、右目の見る像は、右目の視点から見た
像に対応するＬＣＤ像となる。左目も同様である。そし
て視点をずらすにつれ、順次、視点の移動方向に対応す
るＬＣＤ像にシフトしていく。そこで視点の移動に対
し、飛びの無いなめらかな像シフトと広い視域を得るた
めには、多数の投影用表示装置を視点の移動に対応する
角度変化と同じように配置する必要がある。このために
はＬＣＤの間隔は人の両眼間隔より小さいことが望まし
いが、実際にはＬＣＤの大きさの制限や配線のスペース
を必要となり、間隔が大きくなってしまう。これを実現
するために、本実施例では小さな間隔で配置された投射
レンズ群とそれに対応する投影用表示装置、変換光学系
を用いている。投影用表示装置としてドライバー回路を
同じガラス基板に内蔵したポリシリコンＴＦＴによって
駆動される小型のＬＣＤを用いて間隔を狭めている。ま
た本実施例では画素数３２０×２２０の１２ｃｈのＬＣ
Ｄを用いたが、これと同じ性能の３次元表示装置を従来
の方法で形成しようとすると、横方向が１２倍の画素密
度の表示装置を必要とする。さらに従来の方法ではレン
ズ板の素レンズ内に空間サンプリングされた１２ｃｈの
視差像を正確に合わせ込まなければならず、表示装置、
レンズ板の精度は極めて高いものが要求された。本実施
例の場合、ＬＣＤをスクリーン上に多重投射するだけで
済み、レンズ板に対し合わせ精度を必要としない。さら
にＬＣＤ自身が位置精度の高いマトリクス画素を持つた
めに各投影像間の相対的な位置合わせ精度も簡単に行わ
れる利点もある。また視差像の映像信号をそのままＬＣ
Ｄに入力すれば良くサンプリングと合成を行って表示信
号を作る必要がない。
る。視差像信号（ここでは視点を水平方向に変えたＬＣ
Ｄのｃｈ分のビデオ信号）を独立したＬＣＤ群に与え、
各々のＬＣＤは少しずつ視点のずれたところから物体を
見た像を表示する。この表示像を水平方向に１列に並
べ、スクリーン上で１つに重なるように投影する。本実
施例では各ＬＣＤ対応させた投射レンズと変換光学系
（光軸をはずしたフレネルレンズと凸面鏡）によって投
影光学系を作っている。レンティキュラースクリーンの
再帰性によって、右目の見る像は、右目の視点から見た
像に対応するＬＣＤ像となる。左目も同様である。そし
て視点をずらすにつれ、順次、視点の移動方向に対応す
るＬＣＤ像にシフトしていく。そこで視点の移動に対
し、飛びの無いなめらかな像シフトと広い視域を得るた
めには、多数の投影用表示装置を視点の移動に対応する
角度変化と同じように配置する必要がある。このために
はＬＣＤの間隔は人の両眼間隔より小さいことが望まし
いが、実際にはＬＣＤの大きさの制限や配線のスペース
を必要となり、間隔が大きくなってしまう。これを実現
するために、本実施例では小さな間隔で配置された投射
レンズ群とそれに対応する投影用表示装置、変換光学系
を用いている。投影用表示装置としてドライバー回路を
同じガラス基板に内蔵したポリシリコンＴＦＴによって
駆動される小型のＬＣＤを用いて間隔を狭めている。ま
た本実施例では画素数３２０×２２０の１２ｃｈのＬＣ
Ｄを用いたが、これと同じ性能の３次元表示装置を従来
の方法で形成しようとすると、横方向が１２倍の画素密
度の表示装置を必要とする。さらに従来の方法ではレン
ズ板の素レンズ内に空間サンプリングされた１２ｃｈの
視差像を正確に合わせ込まなければならず、表示装置、
レンズ板の精度は極めて高いものが要求された。本実施
例の場合、ＬＣＤをスクリーン上に多重投射するだけで
済み、レンズ板に対し合わせ精度を必要としない。さら
にＬＣＤ自身が位置精度の高いマトリクス画素を持つた
めに各投影像間の相対的な位置合わせ精度も簡単に行わ
れる利点もある。また視差像の映像信号をそのままＬＣ
Ｄに入力すれば良くサンプリングと合成を行って表示信
号を作る必要がない。
【００１６】更に詳細に各構成体について説明する。初
めに変換光学系について説明する。本実施例では連続性
視域の深さを確保するために、フレネルレンズと凸面鏡
CMによる２枚構成の変換光学系を採用している。各ＬＣ
Ｄの間隔が人の両眼間隔（約64mm）と比較するとき、や
や大き過ぎ、そのままでは像の飛びが大きく連続的な視
域がとれない。このような場合には、視域を若干縮小し
ても人の視覚性能と整合させる方が重要となる。これら
の不連続性は、テレビジョン学会誌、ｖｏｌ．４４、Ｎ
ｏ．５、ｐｐ．５９８−６０７に記述されているように
映像情報の受け手である観察者がいる空間（以下、表示
空間と呼ぶ）における、投射レンズ配列（以下、相点配
列と呼ぶ）とレンティキュラースクリーンの素レンズ中
心配列（以下、録点配列と呼ぶ）との位置関係で決まる
ことが知られている。
めに変換光学系について説明する。本実施例では連続性
視域の深さを確保するために、フレネルレンズと凸面鏡
CMによる２枚構成の変換光学系を採用している。各ＬＣ
Ｄの間隔が人の両眼間隔（約64mm）と比較するとき、や
や大き過ぎ、そのままでは像の飛びが大きく連続的な視
域がとれない。このような場合には、視域を若干縮小し
ても人の視覚性能と整合させる方が重要となる。これら
の不連続性は、テレビジョン学会誌、ｖｏｌ．４４、Ｎ
ｏ．５、ｐｐ．５９８−６０７に記述されているように
映像情報の受け手である観察者がいる空間（以下、表示
空間と呼ぶ）における、投射レンズ配列（以下、相点配
列と呼ぶ）とレンティキュラースクリーンの素レンズ中
心配列（以下、録点配列と呼ぶ）との位置関係で決まる
ことが知られている。
【００１７】図５では、投射レンズ配列の前面に置かれ
た光学系について説明する。図５(a)において、Ｃ面は
投射レンズ中心配列面、Ｅ面は録点面であり、Ａ面は視
差像群が再生される面（ＬＣＤ表示面）である。LCは #
1,#2 面間に配置され、Ｚ軸を光軸とする大口径レンズ
系からなる変換光学系である。
た光学系について説明する。図５(a)において、Ｃ面は
投射レンズ中心配列面、Ｅ面は録点面であり、Ａ面は視
差像群が再生される面（ＬＣＤ表示面）である。LCは #
1,#2 面間に配置され、Ｚ軸を光軸とする大口径レンズ
系からなる変換光学系である。
【００１８】Ａ面を左方から照明するとき、投射レンズ
の一つを通過して#1面を通る光線Ｐ１はＬＣによって変
換され、#2面を出るときにはP2となる。レンティキュラ
ー・スクリーンの作用により3D像はＥ面の近傍(OB)に現
れる。観察者はＥ面と同一空間にいるので、観察者が見
る像も(OB)である。しかし、Ｅ面に投射される光線の延
長が集まる点は、図５(a)において、Ｅ面から変換光学
系 LCを通してＣ面を見たときの、Ｃ面の像面、即ち、
図５(b)に示されたＣ′面上の点である。従って、観察
空間における相点面はＣ′面であり、その位置と相点間
隔は図示のｕ0とｃ′である。図ではLCが拡大光学系で
ある場合を示しているが、LCが縮小光学系の場合には
ｃ′は、図５(a)における投射レンズ間隔ｃより小さく
なる。このように本実施例でで用いた光学系は、観察者
にとっては、相点面縮小光学系となっている。 相点面
変換においては、観察者にとって、両眼視覚性の良い位
置に適当な間隔ｃ′で相点が現れることが望ましい。他
方投影表示装置にとっては、視差像はレンティキュラー
スクリーン面Ｅの上に結像されなければならない。従っ
てこのような変換光学系では、相点間隔の適切な変換
と、視差像の結像という二つの条件を同時に満たすこと
が必要である。
の一つを通過して#1面を通る光線Ｐ１はＬＣによって変
換され、#2面を出るときにはP2となる。レンティキュラ
ー・スクリーンの作用により3D像はＥ面の近傍(OB)に現
れる。観察者はＥ面と同一空間にいるので、観察者が見
る像も(OB)である。しかし、Ｅ面に投射される光線の延
長が集まる点は、図５(a)において、Ｅ面から変換光学
系 LCを通してＣ面を見たときの、Ｃ面の像面、即ち、
図５(b)に示されたＣ′面上の点である。従って、観察
空間における相点面はＣ′面であり、その位置と相点間
隔は図示のｕ0とｃ′である。図ではLCが拡大光学系で
ある場合を示しているが、LCが縮小光学系の場合には
ｃ′は、図５(a)における投射レンズ間隔ｃより小さく
なる。このように本実施例でで用いた光学系は、観察者
にとっては、相点面縮小光学系となっている。 相点面
変換においては、観察者にとって、両眼視覚性の良い位
置に適当な間隔ｃ′で相点が現れることが望ましい。他
方投影表示装置にとっては、視差像はレンティキュラー
スクリーン面Ｅの上に結像されなければならない。従っ
てこのような変換光学系では、相点間隔の適切な変換
と、視差像の結像という二つの条件を同時に満たすこと
が必要である。
【００１９】図６は、相点面の変換のために２枚レンズ
系を用いた場合の説明図である。図７は上記の二つの条
件を同時に満たす場合の２枚のレンズ焦点距離とレンズ
間隔を求める図である。撮像側では、本実施例のよう
に、無限遠にピントを合わせたレンズ配列と変換光学系
とによって視差像群が得られているものとする。表示側
において、無限遠にピントを合わせた投射レンズ配列の
直前に一枚のレンズL1(f1)を置き、その前方距離ｄの位
置にもう一枚のレンズL2(f2)を配置した場合、図７の横
軸は相点間隔の拡大率Ｍ (=c'/c)を、縦軸は規格化され
た距離 ｕ2/ｕ0（図５(a),(b)を参照）による相点位置
を示す。描かれている実線と短破線と長破線との曲線群
は、それぞれ、二枚のレンズの焦点距離 f2(α),f1(β)
とレンズ間隔ｄ(γ)とを、規格化角度をα,β,γで表わ
したものである。
系を用いた場合の説明図である。図７は上記の二つの条
件を同時に満たす場合の２枚のレンズ焦点距離とレンズ
間隔を求める図である。撮像側では、本実施例のよう
に、無限遠にピントを合わせたレンズ配列と変換光学系
とによって視差像群が得られているものとする。表示側
において、無限遠にピントを合わせた投射レンズ配列の
直前に一枚のレンズL1(f1)を置き、その前方距離ｄの位
置にもう一枚のレンズL2(f2)を配置した場合、図７の横
軸は相点間隔の拡大率Ｍ (=c'/c)を、縦軸は規格化され
た距離 ｕ2/ｕ0（図５(a),(b)を参照）による相点位置
を示す。描かれている実線と短破線と長破線との曲線群
は、それぞれ、二枚のレンズの焦点距離 f2(α),f1(β)
とレンズ間隔ｄ(γ)とを、規格化角度をα,β,γで表わ
したものである。
【００２０】なおf1(β)＝ｕ0 cotβ，f2(α)＝ｕ0 cot
α，ｄ(γ)＝ｕ0 cotγ，Ｆ＝ｕ0/Ｍ単位はdegreeであ
る。
α，ｄ(γ)＝ｕ0 cotγ，Ｆ＝ｕ0/Ｍ単位はdegreeであ
る。
【００２１】Ａ面に再生された視差像と、Ｅ面に投射・
再生される像との間の像拡大率は、-ｕ0/(fM)である。
ここに、f は図５(a)に示した投射レンズ焦点距離であ
る。3D像の拡大率は撮像系における拡大率（通常は縮小
系である）と-ｕ0/(fM) との積となる。
再生される像との間の像拡大率は、-ｕ0/(fM)である。
ここに、f は図５(a)に示した投射レンズ焦点距離であ
る。3D像の拡大率は撮像系における拡大率（通常は縮小
系である）と-ｕ0/(fM) との積となる。
【００２２】例として、相点側が凸レンズであり、録点
側が凹レンズであり、焦点距離の絶対値がともに1100m
m、録点面の前方の距離ｕ0=1100mmの位置に相点面を得
たいならば、図６を参照して、-α=β=45°となる。図
７において α=-45°, β=45°の曲線の交点における値
を読み取ると γ=31.7°,ｕ2/ｕ0=0.62 , Ｍ=0.62 が得
られる。従って、相点間隔拡大率Ｍは0.62、録点側にあ
る凹レンズから相点面までの距離ｕ2及び必要なレンズ
間隔ｄは、それぞれ、ｕ2=680mm,ｄ=680mmが予測され
る。
側が凹レンズであり、焦点距離の絶対値がともに1100m
m、録点面の前方の距離ｕ0=1100mmの位置に相点面を得
たいならば、図６を参照して、-α=β=45°となる。図
７において α=-45°, β=45°の曲線の交点における値
を読み取ると γ=31.7°,ｕ2/ｕ0=0.62 , Ｍ=0.62 が得
られる。従って、相点間隔拡大率Ｍは0.62、録点側にあ
る凹レンズから相点面までの距離ｕ2及び必要なレンズ
間隔ｄは、それぞれ、ｕ2=680mm,ｄ=680mmが予測され
る。
【００２３】このようにして設計された本実施例の変換
系では、投射レンズ配列面から 約120mm離れた位置に凸
レンズ（L1(f1)、フレネルレンズ）があり、凹レンズ
（L2(f2)）の替わりに凸面鏡が用いた。その値はｕ2=65
0mm,ｄ=550mm,ｕ0=1100mm,f1=1100mm,f2=-1100mm,Ｍ=0.
73である。
系では、投射レンズ配列面から 約120mm離れた位置に凸
レンズ（L1(f1)、フレネルレンズ）があり、凹レンズ
（L2(f2)）の替わりに凸面鏡が用いた。その値はｕ2=65
0mm,ｄ=550mm,ｕ0=1100mm,f1=1100mm,f2=-1100mm,Ｍ=0.
73である。
【００２４】また、フレネルレンズFL中心部のレンズ形
状不整に伴う著しい歪を除去し、且つ、レンティキュラ
ースクリーンLSへの入射角を小さくするため、フレネル
レンズの中心部の使用を避け、フレネルレンズの中心か
ら約160mm偏った部分を用いている。これは変換光学系
の光軸を両眼とスクリーン中心の作る平面から上下には
ずし、スクリーンから目に向かう光束と投影表示装置か
らスクリーンに向かう光束が重なりあわないようにする
ためでもある。
状不整に伴う著しい歪を除去し、且つ、レンティキュラ
ースクリーンLSへの入射角を小さくするため、フレネル
レンズの中心部の使用を避け、フレネルレンズの中心か
ら約160mm偏った部分を用いている。これは変換光学系
の光軸を両眼とスクリーン中心の作る平面から上下には
ずし、スクリーンから目に向かう光束と投影表示装置か
らスクリーンに向かう光束が重なりあわないようにする
ためでもある。
【００２５】次にスクリーンであるが、本実施例では、
反射再帰性能よりも映像の柔らかさを重視して拡散性の
強いものを用いた。なおレンズのピッチは投影された像
の画素ピッチよりも小さくし、望ましくは画素ピッチの
２倍以上のピッチを持つ必要がある。これは投影用表示
装置の表示情報をレンズ板で損なわないためである。
反射再帰性能よりも映像の柔らかさを重視して拡散性の
強いものを用いた。なおレンズのピッチは投影された像
の画素ピッチよりも小さくし、望ましくは画素ピッチの
２倍以上のピッチを持つ必要がある。これは投影用表示
装置の表示情報をレンズ板で損なわないためである。
【００２６】本実施例で用いいたＬＣＤとその照明装置
は、この表示装置の最も重要な要素である。その設計・
調整の要点は次の通りである。
は、この表示装置の最も重要な要素である。その設計・
調整の要点は次の通りである。
【００２７】1)ＬＣＤは小型で高解像力・高コントラス
トのものであることが望ましい。
トのものであることが望ましい。
【００２８】2)ＬＣＤの電気・光学特性のバラツキが小
さいこと。
さいこと。
【００２９】3)光源は小型で白色平行光が得られる均質
なものであり、ＬＣＤの温度上昇を起こさな いことが
重要である。
なものであり、ＬＣＤの温度上昇を起こさな いことが
重要である。
【００３０】4)照明光束方向、投射レンズ中心位置、Ｌ
ＣＤの光軸周りの回転の補正、偏光板の偏光方向に対し
て、それぞれ調整機構を持つこと。
ＣＤの光軸周りの回転の補正、偏光板の偏光方向に対し
て、それぞれ調整機構を持つこと。
【００３１】電気調整は偏光板方向調整及び照明光束方
向調整と密接に関連する。コントラストとラティチュー
ドは二次元画像表示の場合と共通な問題であるが、視差
像間の明るさの均一性と色の均一性、及び、相互位置合
わせは三次元像表示において特に必要である。
向調整と密接に関連する。コントラストとラティチュー
ドは二次元画像表示の場合と共通な問題であるが、視差
像間の明るさの均一性と色の均一性、及び、相互位置合
わせは三次元像表示において特に必要である。
【００３２】ＬＣＤの前後２枚の偏光板の方向調節と、
ＬＣＤバイアス電圧調節、信号電圧調節、及び、照明光
束方向調節とによって、ＬＣＤ全面で一様に明るく、二
次元像のコントラストが高く、透過光の色が白色或いは
同系統の色になるように調整する。ＬＣＤの色ばらつき
が存在すると、両眼視覚に好ましくない。ＬＣＤ透過光
の明るさのバラツキも両眼視覚には好ましくない。ＬＣ
Ｄバラツキによって明るさのバラツキが避けられない場
合には、信号電圧振幅調整、光源輝度調整、フィルター
等によって、バラツキが 3dB以内となるように抑え込
む。本実施例では凸面鏡とスクリーンでの反射ロスを減
らすために透過偏光方向を水平に揃えている。また明る
さのバラツキは各ＬＣＤからの投影光をモニターし、光
源、ＬＣＤの駆動信号にフィードバック制御をかけても
よい。
ＬＣＤバイアス電圧調節、信号電圧調節、及び、照明光
束方向調節とによって、ＬＣＤ全面で一様に明るく、二
次元像のコントラストが高く、透過光の色が白色或いは
同系統の色になるように調整する。ＬＣＤの色ばらつき
が存在すると、両眼視覚に好ましくない。ＬＣＤ透過光
の明るさのバラツキも両眼視覚には好ましくない。ＬＣ
Ｄバラツキによって明るさのバラツキが避けられない場
合には、信号電圧振幅調整、光源輝度調整、フィルター
等によって、バラツキが 3dB以内となるように抑え込
む。本実施例では凸面鏡とスクリーンでの反射ロスを減
らすために透過偏光方向を水平に揃えている。また明る
さのバラツキは各ＬＣＤからの投影光をモニターし、光
源、ＬＣＤの駆動信号にフィードバック制御をかけても
よい。
【００３３】視差像の位置合わせは光学調整による。全
ての視差像チャンネルに同じ標準映像試験信号を入れて
置く。投射レンズ配列の前面にフレネルレンズを置き、
先ず、それぞれのチャンネルについて、フレネルレンズ
の焦点面上に鮮明な像が現われるように、それぞれの投
射レンズの奥行き距離を調整する。次に、ＬＣＤのそれ
ぞれの水平軸が水平となるようにＬＣＤ取付枠を調整す
る。その後、複数個の視差像チャンネルを同時に用い
て、投射レンズの横方向位置を調整して視差像が最も良
く重なるようにする。
ての視差像チャンネルに同じ標準映像試験信号を入れて
置く。投射レンズ配列の前面にフレネルレンズを置き、
先ず、それぞれのチャンネルについて、フレネルレンズ
の焦点面上に鮮明な像が現われるように、それぞれの投
射レンズの奥行き距離を調整する。次に、ＬＣＤのそれ
ぞれの水平軸が水平となるようにＬＣＤ取付枠を調整す
る。その後、複数個の視差像チャンネルを同時に用い
て、投射レンズの横方向位置を調整して視差像が最も良
く重なるようにする。
【００３４】このようにして、レンティキュラースクリ
ーンの向こう側に動画３Ｄ像を観察することができた。
本実施例の場合、表示空間における相点間隔は約35mm、
相点面位置はレンティキュラースクリーン前方約1100mm
にある。視域の深さはレンティキュラースクリーン前方
約600mmから4000mm以上。視域の範囲では、被写体の大
きさと比較して 約160% に拡大された三次元像が得られ
ている。なお、得られた３次元像は複数のＬＣＤの画像
情報が合成、認識されるためにマトリクス状の画素が目
につきにくく、質感の優れたものとなった。
ーンの向こう側に動画３Ｄ像を観察することができた。
本実施例の場合、表示空間における相点間隔は約35mm、
相点面位置はレンティキュラースクリーン前方約1100mm
にある。視域の深さはレンティキュラースクリーン前方
約600mmから4000mm以上。視域の範囲では、被写体の大
きさと比較して 約160% に拡大された三次元像が得られ
ている。なお、得られた３次元像は複数のＬＣＤの画像
情報が合成、認識されるためにマトリクス状の画素が目
につきにくく、質感の優れたものとなった。
【００３５】さらに、撮像光学系の主軸方向が直線的で
あるのに対して、表示光学系ではフレネルレンズと凸面
鏡によって屈曲されているために、表示された３Ｄ像は
若干歪んでいる。これは主にフレネルレンズの収差、投
射レンズの収差と考えられる。しかし、撮像光学系を表
示光学系に合わせるか、或いは、表示する前にそれぞれ
の視差像に画像補正歪を与えることによって解消するこ
とができる。
あるのに対して、表示光学系ではフレネルレンズと凸面
鏡によって屈曲されているために、表示された３Ｄ像は
若干歪んでいる。これは主にフレネルレンズの収差、投
射レンズの収差と考えられる。しかし、撮像光学系を表
示光学系に合わせるか、或いは、表示する前にそれぞれ
の視差像に画像補正歪を与えることによって解消するこ
とができる。
【００３６】表示された３Ｄ像の両眼視解像度は、ＬＣ
Ｄの解像力の粗さ（３２０×２２０）と比較して向上し
ているように観察された。視差像の合わせ込みが完全な
らば、水平解像力は両眼分の表示情報を持つためＬＣＤ
単体と比較して理論的に約２倍に改善される。
Ｄの解像力の粗さ（３２０×２２０）と比較して向上し
ているように観察された。視差像の合わせ込みが完全な
らば、水平解像力は両眼分の表示情報を持つためＬＣＤ
単体と比較して理論的に約２倍に改善される。
【００３７】なお本実施例の表示信号は多連の CCDカメ
ラからなる撮像装置から得た。撮像レンズ配列は無限遠
にピント合わせした水平一次元配列である。さらに各Ｌ
ＣＤへはチャンネルごとにベースバンド信号として送出
した。
ラからなる撮像装置から得た。撮像レンズ配列は無限遠
にピント合わせした水平一次元配列である。さらに各Ｌ
ＣＤへはチャンネルごとにベースバンド信号として送出
した。
【００３８】（実施例２）実施例２は実施例１のＬＣＤ
にカラーフィルター付のＬＣＤを採用した場合の実施例
である。実際の装置構成は実施例１と同様であるのでこ
こでは説明を割愛する。ＲＧＢの３原色カラーフィルタ
ーをＬＣＤの画素に配置して併置加法混色を行なうカラ
ー再現法は小型液晶テレビジョンで汎用される方法であ
るが、本実施例ではこのＬＣＤの投影像をレンズ板の投
影画素に対し少なくともレンズ板の素レンズが１以上対
応するようにレンズ板ピッチ、ＬＣＤ画素、投影光学系
が設定されている。従来の方法ではレンズ板の１素レン
ズに空間サンプリングされた視差にたいする複数のカラ
ー視差像を正確に合わせ込まなければならず、表示装
置、レンズ板、投影装置の精度は極めて高いものが要求
される。これに対し本実施例の場合、ＬＣＤをスクリー
ン上に多重投射するだけで済み、レンズ板に対し合わせ
精度を必要としない。さらにＬＣＤ自身が位置精度の高
いマトリクス画素を持つために各投影像間の相対的な位
置合わせ精度も簡単に行われる利点もある。また視差像
の映像信号をそのままＬＣＤに入力すれば良くサンプリ
ングと合成を行って表示信号を作る必要がない。さらに
ＬＣＤの投影像をレンズ板の投影画素に対し望ましくは
レンズ板の素レンズが１０以上対応するようにするとＬ
ＣＤ画素とレンズ板とのモアレ縞を防ぐ効果がある。
にカラーフィルター付のＬＣＤを採用した場合の実施例
である。実際の装置構成は実施例１と同様であるのでこ
こでは説明を割愛する。ＲＧＢの３原色カラーフィルタ
ーをＬＣＤの画素に配置して併置加法混色を行なうカラ
ー再現法は小型液晶テレビジョンで汎用される方法であ
るが、本実施例ではこのＬＣＤの投影像をレンズ板の投
影画素に対し少なくともレンズ板の素レンズが１以上対
応するようにレンズ板ピッチ、ＬＣＤ画素、投影光学系
が設定されている。従来の方法ではレンズ板の１素レン
ズに空間サンプリングされた視差にたいする複数のカラ
ー視差像を正確に合わせ込まなければならず、表示装
置、レンズ板、投影装置の精度は極めて高いものが要求
される。これに対し本実施例の場合、ＬＣＤをスクリー
ン上に多重投射するだけで済み、レンズ板に対し合わせ
精度を必要としない。さらにＬＣＤ自身が位置精度の高
いマトリクス画素を持つために各投影像間の相対的な位
置合わせ精度も簡単に行われる利点もある。また視差像
の映像信号をそのままＬＣＤに入力すれば良くサンプリ
ングと合成を行って表示信号を作る必要がない。さらに
ＬＣＤの投影像をレンズ板の投影画素に対し望ましくは
レンズ板の素レンズが１０以上対応するようにするとＬ
ＣＤ画素とレンズ板とのモアレ縞を防ぐ効果がある。
【００３９】またスクリーン状に多重投射されるＬＣＤ
像を図８に示すように用途によって並び方を変えること
ができる。図８は簡単のため隣合う３ｃｈ分の投影像を
横一列の場合について示した。例えば図８（ａ）のよう
に映像信号のサンプリングをかくＬＣＤで揃え、さらに
ＲＧＢ画素を揃えて多重投射すると視点が動いても細部
の色変化が少なく、色彩を重視する場合に用いるとよ
い。また図８（ｂ）のように映像信号のサンプリングを
ずらし、ＲＧＢ画素を隣合うＬＣＤ毎にＲＧＢ，ＧＲ
Ｂ，ＢＲＧと規則的にずらして行くことによって相関の
強い隣接画像の情報を混入させ単一ＬＣＤの場合よりも
見た目の解像度を向上させることができる。こうして本
実施例ではレンティキュラースクリーンを通してカラー
の動画３Ｄ像を観察することができた。表示空間、視
域、像の大きさは実施例１と同様である。なお、得られ
た３次元像は複数のＬＣＤの画像情報が合成、認識され
るためにカラーフィルターやマトリクス状の画素が目に
つきにくく、質感の優れたものとなった。
像を図８に示すように用途によって並び方を変えること
ができる。図８は簡単のため隣合う３ｃｈ分の投影像を
横一列の場合について示した。例えば図８（ａ）のよう
に映像信号のサンプリングをかくＬＣＤで揃え、さらに
ＲＧＢ画素を揃えて多重投射すると視点が動いても細部
の色変化が少なく、色彩を重視する場合に用いるとよ
い。また図８（ｂ）のように映像信号のサンプリングを
ずらし、ＲＧＢ画素を隣合うＬＣＤ毎にＲＧＢ，ＧＲ
Ｂ，ＢＲＧと規則的にずらして行くことによって相関の
強い隣接画像の情報を混入させ単一ＬＣＤの場合よりも
見た目の解像度を向上させることができる。こうして本
実施例ではレンティキュラースクリーンを通してカラー
の動画３Ｄ像を観察することができた。表示空間、視
域、像の大きさは実施例１と同様である。なお、得られ
た３次元像は複数のＬＣＤの画像情報が合成、認識され
るためにカラーフィルターやマトリクス状の画素が目に
つきにくく、質感の優れたものとなった。
【００４０】以上実施例を述べたが、本発明は以上の実
施例のみならず、液晶のカラープロジェクターやＣＲＴ
のプロジェクターを投影表示装置として用いることがで
きる。この場合表示装置間の間隔が両眼間隔よりも大き
くなるため、本発明の変換光学系は非常に有用となる。
本発明は動画３次元表示を現実的なレベルで得ることが
でき、広く医用、コンピューターグラフィックス、各種
設計業務などに応用が可能である。
施例のみならず、液晶のカラープロジェクターやＣＲＴ
のプロジェクターを投影表示装置として用いることがで
きる。この場合表示装置間の間隔が両眼間隔よりも大き
くなるため、本発明の変換光学系は非常に有用となる。
本発明は動画３次元表示を現実的なレベルで得ることが
でき、広く医用、コンピューターグラフィックス、各種
設計業務などに応用が可能である。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、複数
の投影用表示装置を多重投影することにより一つの装置
の画素数の負担を軽減する効果を有する。また本発明
は、スクリーンに対し自動的に視差像が位置合わせされ
るため、投影表示像はレンズ板に対し投影するだけで済
み、絶対的な位置精度を必要としないメリットもある。
また複数の表示情報が合成、認識されるためにマトリク
ス状の画素が目につきにくく、質感の優れたものとなっ
た。さらに本発明では表示信号についても従来必要であ
った視差像を空間サンプリングしてと合成を行って作る
必要がなくなるという効果も有すしている。さらに光源
装置を分散することによって光源の負担も減少する効果
もある。また本発明による変換光学系の採用によって、
連続的な３次元視野が確保され、さらに間隔の広い投影
表示装置であっても採用することができる。
の投影用表示装置を多重投影することにより一つの装置
の画素数の負担を軽減する効果を有する。また本発明
は、スクリーンに対し自動的に視差像が位置合わせされ
るため、投影表示像はレンズ板に対し投影するだけで済
み、絶対的な位置精度を必要としないメリットもある。
また複数の表示情報が合成、認識されるためにマトリク
ス状の画素が目につきにくく、質感の優れたものとなっ
た。さらに本発明では表示信号についても従来必要であ
った視差像を空間サンプリングしてと合成を行って作る
必要がなくなるという効果も有すしている。さらに光源
装置を分散することによって光源の負担も減少する効果
もある。また本発明による変換光学系の採用によって、
連続的な３次元視野が確保され、さらに間隔の広い投影
表示装置であっても採用することができる。
【００４２】このようにして３次元動画映像、３次元カ
ラー動画映像をホログラフィックな手法やきわめて大規
模な表示装置を用いることなく実現できる効果は大であ
る。
ラー動画映像をホログラフィックな手法やきわめて大規
模な表示装置を用いることなく実現できる効果は大であ
る。
【図１】 本発明の作用の説明図。
【図２】 従来の視差型３次元表示装置の原理図。
【図３】 本発明の３次元表示装置の模式図。
【図４】 本発明の３次元表示装置の立面図。
【図５】 変換光学系の原理説明図（ａ）（ｂ）共。
【図６】 相点面の変換のために２枚レンズ系を用いた
場合の説明図。
場合の説明図。
【図７】 ２枚のレンズ焦点距離とレンズ間隔を求める
図。
図。
【図８】 ＬＣＤ像の多重投射の説明図、ＲＧＢ画素を
揃えた場合（ａ）、ＲＧＢ画素を規則的にずらした場合
（ｂ）。
揃えた場合（ａ）、ＲＧＢ画素を規則的にずらした場合
（ｂ）。
１０１ … 投影用表示装置 １０２ … 投射レンズ １０３ … レンズ板 １０４ … 再生像点 １０５ … 再帰性反射スクリーン １０６ … 照明光 ３０１ … ＬＣＤ ３０２ … レンティキュラースクリーン ３０３ … 凸面鏡 ３０４ … 投影レンズ ３０５ … フレネルレンズ ３０６ … ハロゲンランプ ３０７ … 強制空冷装置 ３０８ … コンデンサーレンズ ３０９ … ＬＣＤの制御・信号処理回路 ３１０ … 信号ケーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 三男 東京都杉並区久我山３−５−34 (72)発明者 濱▲崎▼ 襄二 東京都目黒区大岡山１−６−15 審査官 田部 元史 (56)参考文献 特開 昭58−4132（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65943（ＪＰ，Ａ) テレビジョン学会技術報告ＶＯＬ．12 ＮＯ．35（1988年）Ｐ．53−58 高橋 正巳 他 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/22 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】複数の視差像を投影する複数のマトリクス
型表示装置と、これら表示装置に対応した複数の投射レ
ンズと、これら投射レンズからの像を投影するレンズ板
と、このレンズ板の後焦点面に配置された再帰性反射ス
クリーンとを備え、前記レンズ板のレンズピッチは、投
影された像の画素ピッチよりも小さいことを特徴とする
３次元表示装置。 - 【請求項２】前記複数の表示装置は、液晶表示装置であ
ることを特徴とする請求項１記載の３次元表示装置。 - 【請求項３】前記複数の表示装置は、前記スクリーン上
の投影画素が重ね合わさるように光学配置されているこ
とを特徴とする請求項１記載の３次元表示装置。 - 【請求項４】複数の視差像を投影する複数のマトリクス
型表示装置と、これら表示装置に対応した複数の投射レ
ンズと、これら投射レンズからの像を投影するレンズ板
と、このレンズ板の後焦点面に配置された再帰性反射ス
クリーンと、このスクリーンに投影された像を視認でき
る視認可能な領域を調整する光学手段とを備え、前記レ
ンズ板のレンズピッチは、投影された像の画素ピッチよ
りも小さいことを特徴とする３次元表示装置。 - 【請求項５】前記光学手段は、非光軸のレンズ素子を含
むことを特徴とする請求項４記載の３次元表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27116491A JP3268798B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ３次元表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27116491A JP3268798B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ３次元表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107504A JPH05107504A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3268798B2 true JP3268798B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=17496235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27116491A Expired - Lifetime JP3268798B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ３次元表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3268798B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005062626A (ja) * | 2003-08-18 | 2005-03-10 | Seiko Epson Corp | 投射型表示装置 |
| US7625093B2 (en) | 2005-03-29 | 2009-12-01 | Seiko Epson Corporation | Image display device having a plurality of basic-color projection units |
-
1991
- 1991-10-18 JP JP27116491A patent/JP3268798B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| テレビジョン学会技術報告ＶＯＬ．１２ ＮＯ．３５（１９８８年）Ｐ．５３−５８ 高橋正巳 他 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05107504A (ja) | 1993-04-30 |
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