JP3576630B2 - Projection type stereoscopic image display device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、立体テレビ放送などで使用される立体画像表示装置に係わり、特に偏光眼鏡など特殊な眼鏡を必要とすることなく、観視者が自然な状態で立体画像を観視し得るようにした投写型立体画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
立体テレビ放送などで使用される立体画像表示装置として、従来、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を使用して立体画像を観視する装置と、レンティキュラースクリーンなどを用い、眼鏡無しで立体画像を観視する装置とが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の立体画像表示装置においては、次に述べるような問題点があった。
【0004】
まず、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を使用して立体画像を観視する立体画像表示装置では、観視者が立体画像を観視するに際して、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を着用することが前提条件となっているので、自然な状態で立体画像を観視することができないという問題点があった。
【0005】
また、レンティキュラースクリーンなどを用い、眼鏡無しで立体画像を観視する立体画像表示装置では、細長いかまぼこ状のレンズを多数並列配置して形成したレンティキュラースクリーンや1枚の板にスリットを多数形成して作製したパララックスバリアなどによって、観視者は左右画像を左右眼用にそれぞれ分離して観視するようにしているので、立体視の可能な範囲(視域)が非常に狭く、観視者が動くと、左右両眼の位置が移動し、左眼用画像が右眼に、右眼用画像が左眼に反転入射して立体画像が成立しないことがあるなどの問題点があった。
【0006】
本発明は上記事情に鑑み、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を使用するわずらわしさもなく、また、観視者が動いても、必ず左眼用画像を左眼に、右眼用画像を右眼に導くことによって正しい立体画像を表示するとともに、複数の観視者に対しても、広い視域で大画面の立体画像を観視することのできる投写型立体画像表示装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による投写型立体画像表示装置は、偏光角が互いに90°相違する左眼用画像光及び右眼用画像光を合成して観察される画像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段からそれぞれ出射した左眼用画像光及び右眼用画像光を観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射させる集光手段と、前記観視者の左眼及び右眼の位置を検出する半顔検出手段と、前記画像表示手段と集光手段との間に配置され、マトリックス状に区画された複数の光透過領域を有する液晶素子及び一方向の偏光特性を有する偏光板を有し、前記画像表示手段から出射し集光手段を経て観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射する左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定する光路選択手段と、前記半顔検出手段により検出された観視者の左眼及び右眼の位置情報に基づき前記光路選択手段を制御する制御信号を発生する透過領域制御手段とを具え、前記光路選択手段は、前記液晶素子の各光透過領域が、前記透過領域制御手段からの制御信号により、通過する光の偏光角を変化させることにより左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定することを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記光路選択手段が、マトリックス状に区画された複数の領域の中から、前記透過領域制御手段によって透過領域の選択を可能とする液晶素子によって構成されていることを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、スクリーン面を中心として左眼用および右眼用画像光の出射点と前記左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ面対象となる二重ハエの眼レンズスクリーン装置によって構成されていることを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、該手段を構成するレンズの中心点に対して、左眼用および右眼用画像光の出射点と前記左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ点対称となる凸レンズ、ホログラフィックレンズ、回折格子レンズ、セルフォックレンズまたはフレネルレンズによって構成されていることを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、該手段について入射光の光路と出射光の光路とが同一となる猫の眼レンズスクリーン装置またはトリプルミラースクリーン装置によって構成され、かつ該装置の表示特性を反射表示型にしていることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、凹面鏡によって構成され、かつ該凹面鏡の表示特性を反射表示型にしていることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記拡散板が、透過型または反射型に構成されていることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記拡散板に、さらに凸レンズ、フレネルレンズまたはアレイ状レンズを追加配置しているか、または、前記凸レンズ、フレネルレンズまたはアレイ状レンズを拡散板に加工したものを前記拡散板として使用していることを特徴とするものである。
【0015】
【実施例】
以下に添付図面を参照し、実施例により本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明投写型立体画像表示装置の原理的構成図である。
図1において、10は画像表示手段、20は光路選択手段および偏光角変位手段、30は集光手段、および、40は半顔検出手段および透過領域制御手段をそれぞれ示している。なお、図1において同期信号発生回路50は、図示のように、画像表示手段10中の左右両画像プロジェクタ1,2と、半顔検出手段および透過領域制御手段40中のテレビジョンカメラ7および半顔測定回路8に同期信号を供給するためのものである。
【0016】
上記において、画像表示手段10は、左眼用および右眼用画像信号を受信し、立体画像を構成する左眼用画像光および右眼用画像光をそれぞれ発生する画像プロジェクタ1および2を具えている。ここで例えば、画像プロジェクタ1の画像表示窓の直近または光路中に90度偏光板(図示せず)を配置するなどして、左右両画像光間で相互に偏光角を異ならせてある。これら偏光角が相互に異なった左右両画像光は、同じく画像表示手段10中の拡散板3上に両画像光の位置合わせがなされた状態で投写される。
【0017】
拡散板3からの各出射光(それぞれ破線および実線で示す左画像光および右画像光)は光路選択手段および偏光角変位手段20に入射されるが、この光路選択手段および偏光角変位手段20は、画像表示装置10の拡散板3から所定距離だけ離れた位置に配置され、光透過部分をマトリックス状に区画された複数の領域の中から外部制御信号によって任意所望に制御可能な液晶素子(以下、LCDと書く)などの光透過制御素子4と、一方向性の偏光特性を有する偏光板5と、LCD4および偏光板5の透過画像光を、後述する集光手段30としてのフレネルレンズ上に画像を焦立させるための凸レンズ6とから構成されている。これらのうち、光透過制御素子4は、後述の半顔検出手段および透過領域制御手段40からの制御信号を受信し、その制御信号により指定された領域を通過する光の偏光角を変える機能を有している。
【0018】
透過光は、左眼用および右眼用画像光に対応するそれぞれA領域およびB領域に対応するものであるが、図示の例では、画像表示手段10において左眼用画像光を右眼用画像光に比して+90度だけ偏光角を進めているので、A領域の透過光に対して偏光角変位手段(光透過制御素子4の機能)により−90度の偏光角変位を与える。これにより、左眼用および右眼用画像光ともに偏光角は0度となる。
【0019】
半顔検出手段および透過領域制御手段40は、上述の光透過制御素子4のそれぞれ左眼用および右眼用画像光の光透過領域であるA領域およびB領域を人の眼の移動に追随して自動的に設定するための手段である。特に観視者の眼の近傍を含む左右の半顔を検出する半顔検出手段は、例えば、大森繁、鈴木淳、片岡國正、佐久間貞行、服部知彦「バックライト分割方式ステレオディスプレイシステム」、3次元画像コンファレンス ’94講演論文集5−5、3次元画像コンファレンス ’94実行委員会、1994年7月7日・8日の論文、その中において、特に「3.2 バックライト光学系」(同論文集第221 頁乃至第222 頁)に、左右それぞれの顔半面像を独立して得る方法が述べられている。また、本願人の一人の出願に係る特願平6−213460号「立体表示装置」にも詳細に説明されているので、ここではその動作原理等の説明は省略するが、図示のように、テレビジョンカメラ7(2台)および半顔位置測定回路8によって構成され、半顔位置測定回路はさらにレベル調整回路、減算回路および2値化回路等からなる電子回路(図示せず)により構成されている。
【0020】
以上により、光路選択手段および偏光角変位手段20において、LCDなどの光透過制御素子4のA領域およびB領域を透過した左眼用および右眼用画像光は、同一の偏光角となっている(図示の場合、ともに0度)ので、偏光板5の偏光角を0度に設定しておけば左右両画像光のそれぞれの光路が上述の理由で分離され、集光手段30としてのフレネルレンズ上に焦立され、さらに観視者の左右両眼にそれぞれ分離されて入射されるので立体視が可能となる。
【0021】
また、本発明投写型立体画像表示装置においては、左右両画像光のそれぞれを観視者の左右両眼に分離入射させるための集光手段30(図1参照)は、上述のフレネルレンズに限られるものでなく、例えば、図2にその特性を概念図で示すようなスクリーン面を中心として左眼用および右眼用画像光の出射点と左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ面対象となる二重ハエの眼レンズスクリーン装置によって構成してもよい。ただし、この場合には、レンズスクリーンを中心として入射光と透過光は面対称特性を示すので、図1の場合とは異なり左眼用画像光と右眼用画像光とが逆転することになる。
【0022】
さらに集光手段の他の例としては、集光手段を構成するレンズの中心点に対して、左眼用および右眼用画像光の出射点と左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ点対称となる凸レンズ、ホログラフィックレンズ、回折格子レンズ、セルフォックレンズによって構成し、または、集光手段を入射光の光路と出射光の光路とが同一となる猫の眼レンズスクリーン装置またはトリプルミラースクリーン装置によって構成するか、あるいは凹面鏡によって構成し、かつ装置の表示特性を反射表示型にするなどしてもよい。
【0023】
また、本発明表示装置に使用する光路選択手段も上述のLCDに限らず、平面上で複数の区画に分割された各領域に対し個別に偏光角が制御できるものであればそれを使用することができる。
【0024】
また、本発明表示装置においては、画像表示装置10での拡散板3を上述した透過型から反射型に変更し、拡散板3と画像プロジェクタ1および2との位置関係を入れ替えてもよい。さらにまた、光路選択手段への集光効率を高めるため、拡散板3に凸レンズ、フレネルレンズ、アレイ状レンズ等を追加配置してもよく、それらレンズ等を拡散板に加工したものを用いてもよい。
【0025】
【発明の効果】
本発明投写型立体画像表示装置によれば、人の眼(左右両眼)の移動に追随して左眼用および右眼用画像光それぞれの光路を制御することにより、それぞれの画像光が分離して観視者の左右両眼に入射するようにしているので、従来のように観視者は偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を着用するわずらわしさがなく、自然な状態で立体画像を観視することができる。
【0026】
また、本発明表示装置によれば、従来のレンティキュラースクリーンやパララックスバリアを用いた方式のように左右眼用画像光の表示位置が逆転してしまうこともないので、複数の観視者が同時に広い視域で大画面の立体画像を観視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明投写型立体画像表示装置の原理的構成図である。
【図2】本発明表示装置に使用する集光手段を、二重ハエの眼レンズスクリーン装置で構成した場合の特性の概念図である。
【符号の説明】
1,2 画像プロジェクタ
3 拡散板
4 光透過制御素子(LCD)
5 偏光板
6 凸レンズ
7 テレビジョンカメラ
8 半顔位置測定回路
10 画像表示手段
20 光路選択手段および偏光角変位手段
30 集光手段
40 半顔検出手段および透過領域制御手段
50 同期信号発生回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a stereoscopic image display device used in stereoscopic television broadcasting and the like, and enables a viewer to view a stereoscopic image in a natural state without requiring special glasses such as polarized glasses. And a projection type stereoscopic image display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a stereoscopic image display device used in stereoscopic television broadcasting, a stereoscopic image viewing device using special glasses such as polarized glasses and shutter glasses, and a stereoscopic image without glasses using a lenticular screen or the like. There is known an apparatus for observing images.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional stereoscopic image display device has the following problems.
[0004]
First, in a stereoscopic image display device that uses a pair of special glasses such as polarized glasses and shutter glasses to view a stereoscopic image, a viewer wears special glasses such as polarized glasses and shutter glasses when viewing the stereoscopic image. Is a prerequisite, there is a problem that a stereoscopic image cannot be viewed in a natural state.
[0005]
Also, in a stereoscopic image display device that uses a lenticular screen or the like to view a stereoscopic image without eyeglasses, a lenticular screen formed by arranging a large number of long and slender, semi-cylindrical lenses in parallel or a large number of slits formed in one plate. The parallax barrier and the like created by the viewer allow the viewer to view the left and right images separately for the left and right eyes, so that the range (viewing range) of stereoscopic vision is extremely narrow. If the viewer moves, the positions of the left and right eyes move, and there is a problem that the left-eye image may be reversed to the right eye and the right-eye image may be reversed to the left eye, and a stereoscopic image may not be formed. Was.
[0006]
In view of the above circumstances, the present invention does not bother using special glasses such as polarized glasses or shutter glasses, and always moves the left-eye image to the right eye and the right-eye image to the right even if the viewer moves. To provide a projection type stereoscopic image display device capable of displaying a correct stereoscopic image by directing it to the eyes, and also allowing a plurality of viewers to view a large screen stereoscopic image in a wide viewing area. The purpose is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a projection-type stereoscopic image display device according to the present invention provides an image display for displaying an image observed by combining left-eye image light and right-eye image light having polarization angles different from each other by 90 °. Means, light collecting means for causing the left-eye image light and the right-eye image light respectively emitted from the image display means to enter the left and right eyes of the viewer, respectively, and the left and right eyes of the viewer A half-face detecting means for detecting the position of the eye, a liquid crystal element disposed between the image display means and the light condensing means and having a plurality of light transmitting areas partitioned in a matrix, and having a unidirectional polarization characteristic An optical path selecting unit having a polarizing plate, and defining an optical path of left-eye image light and right-eye image light emitted from the image display unit and incident on the left eye and the right eye of the viewer via the condensing unit, respectively. And the left of the viewer detected by the half-face detecting means. And a transmission area control means for generating a control signal for controlling the light path selection means based on the position information of the right eye, wherein the light path selection means is configured such that each light transmission area of the liquid crystal element is transmitted from the transmission area control means. The optical path of the image light for the left eye and the image light for the right eye is defined by changing the polarization angle of the passing light in accordance with the control signal.
[0008]
Further, in the projection type stereoscopic image display device of the present invention, the optical path selection means is constituted by a liquid crystal element which enables selection of a transmission area from the plurality of areas partitioned in a matrix by the transmission area control means. It is characterized by having.
[0009]
Further, in the projection type stereoscopic image display device of the present invention, the condensing unit may be configured such that the light-condensing unit is configured to emit the left-eye and right-eye image light and the left-eye and right-eye image light with respect to the screen surface. Are configured by a double fly eye lens screen device which is a plane object.
[0010]
Further, in the projection type stereoscopic image display device of the present invention, the light condensing means may be arranged such that the light-emitting points of the left-eye and right-eye image light and the left-eye and right-eye It is characterized by being constituted by a convex lens, a holographic lens, a diffraction grating lens, a selfoc lens, or a Fresnel lens, each of which has a point symmetry with the focal point of the image light for the eye.
[0011]
Further, in the projection type stereoscopic image display device of the present invention, the light condensing means is configured by a cat's eye lens screen device or a triple mirror screen device in which the optical path of incident light and the optical path of outgoing light are the same for the means. In addition, the display characteristics of the device are of a reflective display type.
[0012]
Further, in the projection type stereoscopic image display device according to the present invention, the light condensing means is constituted by a concave mirror, and the display characteristics of the concave mirror are of a reflective display type.
[0013]
Further, the projection type stereoscopic image display device of the present invention is characterized in that the diffusion plate is configured as a transmission type or a reflection type.
[0014]
Further, in the projection type stereoscopic image display device of the present invention, the diffusing plate is further provided with a convex lens, a Fresnel lens or an array lens, or the convex lens, the Fresnel lens or the array lens is processed into a diffusing plate. An object is used as the diffusion plate.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the projection type stereoscopic image display device of the present invention.
In FIG. 1,
[0016]
In the above, the image display means 10 includes image projectors 1 and 2 that receive left-eye and right-eye image signals and generate left-eye image light and right-eye image light, respectively, that form a stereoscopic image. I have. Here, for example, a 90-degree polarizing plate (not shown) is disposed in the vicinity of or in the optical path of the image display window of the image projector 1 so that the right and left image light beams have different polarization angles. The left and right image lights having different polarization angles are projected onto the diffusion plate 3 in the image display means 10 in a state where the two image lights are aligned.
[0017]
Each light emitted from the diffusion plate 3 (left image light and right image light indicated by a broken line and a solid line, respectively) is incident on an optical path selection unit and a polarization
[0018]
The transmitted light corresponds to the A region and the B region corresponding to the left-eye image light and the right-eye image light, respectively. In the illustrated example, the image display means 10 converts the left-eye image light into the right-eye image light. Since the polarization angle is advanced by +90 degrees as compared to the light, the polarization angle displacement means (the function of the light transmission control element 4) imparts a polarization angle displacement of -90 degrees to the transmitted light in the region A. As a result, the polarization angles of the left-eye image light and the right-eye image light are both 0 degrees.
[0019]
The half-face detection unit and the transmission
[0020]
As described above, in the optical path selection unit and the polarization
[0021]
Further, in the projection type stereoscopic image display apparatus of the present invention, the light condensing means 30 (see FIG. 1) for separating and entering each of the left and right image lights into the left and right eyes of the viewer is limited to the above-described Fresnel lens. For example, the emission points of the left-eye and right-eye image light and the converging points of the left-eye and right-eye image light around a screen surface whose characteristics are shown in a conceptual diagram in FIG. May be constituted by a double fly eye lens screen device, each of which is a plane object. However, in this case, since the incident light and the transmitted light have a plane symmetric characteristic about the lens screen, the image light for the left eye and the image light for the right eye are reversed, unlike the case of FIG. .
[0022]
Further, as another example of the light condensing means, the emission points of the image light for the left eye and the right eye and the light condensing of the image light for the left eye and the right eye with respect to the center point of the lens constituting the light condensing means. A cat's eye lens screen composed of a convex lens, a holographic lens, a diffraction grating lens, and a selfoc lens, each of which has a point symmetry with respect to a point, or a condensing means in which an optical path of incident light and an optical path of output light are the same. The display device may be constituted by a device or a triple mirror screen device, or may be constituted by a concave mirror, and the display characteristics of the device may be a reflection display type.
[0023]
Further, the optical path selection means used in the display device of the present invention is not limited to the above-mentioned LCD, but may be used as long as the polarization angle can be individually controlled for each area divided into a plurality of sections on a plane. Can be.
[0024]
Further, in the display device of the present invention, the diffusion plate 3 in the
[0025]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the projection type stereoscopic image display apparatus of this invention, each image light is isolate | separated by controlling each optical path of the image light for left eyes and the image light for right eyes following the movement of a human eye (both right and left eyes). So that it is incident on the left and right eyes of the viewer, so that the viewer does not have to worry about wearing special glasses such as polarized glasses or shutter glasses as in the past, You can see it.
[0026]
Further, according to the display device of the present invention, the display position of the image light for the left and right eyes does not reverse as in the conventional method using a lenticular screen or a parallax barrier. At the same time, a stereoscopic image on a large screen can be viewed in a wide viewing area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of a projection type stereoscopic image display device according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of characteristics in a case where a light condensing unit used in the display device of the present invention is configured by a double fly eye lens screen device.
[Explanation of symbols]
1, 2 image projector 3 diffuser 4 light transmission control element (LCD)
5 Polarizing Plate 6 Convex Lens 7
Claims (7)
前記画像表示手段(10)からそれぞれ出射した左眼用画像光及び右眼用画像光を観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射させる集光手段(30)と、
前記観視者の左眼及び右眼の位置を検出する半顔検出手段(40)と、
前記画像表示手段(10)と集光手段(30)との間に配置され、マトリックス状に区画された複数の光透過領域を有する液晶素子(4)及び一方向の偏光特性を有する偏光板(5)を有し、前記画像表示手段から出射し集光手段を経て観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射する左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定する光路選択手段(20)と、
前記半顔検出手段(40)により検出された観視者の左眼及び右眼の位置情報に基づき前記光路選択手段を制御する制御信号を発生する透過領域制御手段(40)とを具え、
前記光路選択手段(20)は、前記液晶素子の各光透過領域が、前記透過領域制御手段からの制御信号により、通過する光の偏光角を変化させることにより左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定することを特徴とする投写型立体画像表示装置。 Image display means (10) for displaying an image observed by combining left-eye image light and right-eye image light having polarization angles different from each other by 90 °;
Focusing means (30) for causing the left-eye image light and the right-eye image light respectively emitted from the image display means (10) to enter the left and right eyes of the viewer ,
A half-face detecting means (40) for detecting a position of a left eye and a right eye of the viewer ,
A liquid crystal element (4) which is disposed between the image display means (10) and the light condensing means (30) and has a plurality of light transmitting regions partitioned in a matrix, and a polarizing plate having one-way polarization characteristics ( 5) optical path selecting means for defining the optical paths of the left-eye image light and the right-eye image light which are emitted from the image display means and enter the left and right eyes of the viewer via the condensing means, respectively. (20) ,
Transmission area control means (40) for generating a control signal for controlling the optical path selection means based on positional information of the left and right eyes of the observer detected by the half face detection means (40) ,
The light path selecting means (20) changes the polarization angle of light passing through each light transmission area of the liquid crystal element according to a control signal from the transmission area control means, so that image light for the left eye and image light for the right eye are changed. A projection type stereoscopic image display device, wherein an optical path of image light is defined .
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