JP5394108B2 - 3D image display device - Google Patents

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Description

本発明は、画像等の可視像を3次元画像として空間に表示する3次元画像表示装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional image display device that displays a visible image such as an image as a three-dimensional image in space.

物体を3次元表示する方式としては、数多くの方式が提案あるいは開発されている。
一般的な3次元画像表示装置として、2眼式立体画像表示方式がある(例えば、特許文献1参照)。この2眼式立体画像表示方式は、左眼用画像と右目用画像との2枚の間の視差画像を使用し、偏光メガネまたは偏光切換シャッターを装着し、それぞれの眼に対応した画像を、それぞれ対応する眼に提示し、3次元画像を観察者に表示する方式である。
この2眼式立体画像表示方式は、比較的少ない情報量で容易に3次元画像表示が可能であるという特徴を有するが、3次元画像を再生して表示した場合、観察者の両眼の眼球が移動あるいは回転し、視線の交差させる輻輳位置と、眼球のレンズが焦点を結ぶ焦点位置とが異なり、この位置の違いによる視覚疲労(例えば、3D酔い等)を引き起こすことが問題となっている。この視覚疲労を引き起こすという問題は、視差画像の提示のみにより、立体感を出す方式に共通の課題となっている。
Many methods have been proposed or developed as a method for displaying an object three-dimensionally.
As a general three-dimensional image display device, there is a binocular stereoscopic image display method (see, for example, Patent Document 1). This binocular stereoscopic image display method uses a parallax image between a left eye image and a right eye image, is equipped with polarized glasses or a polarization switching shutter, and images corresponding to each eye are displayed. This is a method of presenting each corresponding eye and displaying a three-dimensional image to an observer.
This binocular stereoscopic image display method has a feature that a three-dimensional image can be easily displayed with a relatively small amount of information. However, when a three-dimensional image is reproduced and displayed, the eyes of both eyes of the observer are displayed. Is moving or rotating, the convergence position where the line of sight intersects is different from the focal position where the lens of the eyeball is focused, causing visual fatigue (for example, 3D sickness etc.) due to this difference in position. . The problem of causing visual fatigue is a problem common to a method for producing a stereoscopic effect only by presenting a parallax image.

視覚疲労の少ない3次元画像表示装置としては、空間中に3次元画像を再生して表示させる方式が有効であり、すなわち、ホログラム表示方式や奥行き標本化方式が有効であるとされている。
このうち、ホログラムは、自然な3次元画像表示が行える可能性を有するが、被写体の干渉縞情報が必要であり、表示のための情報量が膨大であり、かつ表示するために超高精細の表示装置が必要となり、動画にて3次元画像を表示させるためには、情報量及び表示装置に課題が多く残っている(例えば、特許文献2参照)。
As a three-dimensional image display device with little visual fatigue, a method of reproducing and displaying a three-dimensional image in a space is effective, that is, a hologram display method and a depth sampling method are effective.
Among these, the hologram has a possibility of performing natural three-dimensional image display, but it requires interference fringe information of the subject, the amount of information for display is enormous, and the display is extremely high-definition. In order to display a three-dimensional image with a moving image since a display device is required, many problems remain in the amount of information and the display device (see, for example, Patent Document 2).

一方、奥行き標本化方式は、物体の各奥行き位置(観察者と3次元画像表示装置との距離方向における位置)における2次元断面画像を、空間上に体積的に、すなわち奥行き方向に配置して表示するものである(例えば、特許文献3参照)。
この方式では、奥行きを持った3次元映像が3次元空間中に表示されて再現されるので、輻輳距離と焦点距離とが一致し、視覚疲労が上記2眼式立体画像表示方式に比較して少なく、また、観察者は観察位置の移動に合わせた自然な3次元映像が観察できる。
この奥行き標本化方式には、振動するミラーに映像を映し、3次元映像画像を表示するバリフォーカルミラー方式や、スクリーンが機械的に高速移動する移動スクリーン方式、回転する螺旋系のスクリーンを使用する方式などがある。
On the other hand, in the depth sampling method, a two-dimensional cross-sectional image at each depth position of the object (position in the distance direction between the observer and the three-dimensional image display device) is arranged in space, that is, in the depth direction. It is displayed (for example, refer to Patent Document 3).
In this method, since a 3D image having depth is displayed and reproduced in a 3D space, the convergence distance and the focal length match, and visual fatigue is compared to the above-described binocular stereoscopic image display method. In addition, the observer can observe a natural three-dimensional image according to the movement of the observation position.
This depth sampling method uses a varifocal mirror method that displays images on a vibrating mirror and displays a three-dimensional image, a moving screen method in which the screen moves mechanically at high speed, and a rotating spiral screen. There are methods.

また、液晶表示装置を用いることにより、機械的な駆動部を持たない方式が開発されている。例えば、液晶パネルを多数重ねて奥行き方向に配置し、CRTに表示された画像を、重ねられた液晶パネルの適当な奥行きにあるパネルで反射させて、3次元画像を体積的に表示する方式である。
焦点距離可変の液晶を用いた奥行き標本化方式もある。2次元表示装置に順次表示される各奥行きごとの画像を、その後にある数cm以上の直径をもつ、液晶焦点可変レンズの焦点距離を同期して変化させ、空間上に各再生像(再生画像)を体積的に表示する方式である。この方式の特長は機械的な駆動部と、観察者が着用する特殊なメガネとが不要であり、自然な3次元映像が表示できることである。
In addition, a system that does not have a mechanical drive unit by using a liquid crystal display device has been developed. For example, a method in which a large number of liquid crystal panels are stacked and arranged in the depth direction, and an image displayed on a CRT is reflected by a panel at an appropriate depth of the stacked liquid crystal panels to display a three-dimensional image in a volumetric manner. is there.
There is also a depth sampling method using a liquid crystal with variable focal length. The images for each depth sequentially displayed on the two-dimensional display device are changed in synchronization with the focal length of the liquid crystal focus variable lens having a diameter of several centimeters or more, and each reproduced image (reproduced image) is displayed in space. ) In volume. The feature of this method is that a mechanical drive unit and special glasses worn by an observer are not required, and natural three-dimensional images can be displayed.

特開平8−223609号公報JP-A-8-223609 特開平11−103474号公報JP-A-11-103474 特開2006−285113号公報JP 2006-285113 A

しかしながら、特許文献3に示す奥行き標本化方式にあっては、空間において、奥行き画像を順次厚さ方向に表示していく時分割方式による表示である。
したがって、観察者の眼の残像時間内において、3次元画像の1フレームが完了しないと、すなわち奥行き方向の2次元画像が全て表示されないと、画像が欠けるフリッカーが知覚されてしまうことになる。
一方、1断面画像(2次元画像)の表示時間が短くなると、画像の輝度が低下してしまい、明瞭な3次元画像が得られなくなってしまう。
また、従来の奥行き標本化方式は、動画のビデオレート時間内に、奥行き方向に高速に多数の断面画像を表示する特殊な表示装置が必要となる。
However, the depth sampling method shown in Patent Document 3 is a time division display in which depth images are sequentially displayed in the thickness direction in a space.
Therefore, if one frame of the three-dimensional image is not completed within the afterimage time of the observer's eyes, that is, if all the two-dimensional images in the depth direction are not displayed, flicker lacking the image will be perceived.
On the other hand, when the display time of one cross-sectional image (two-dimensional image) is shortened, the luminance of the image is lowered and a clear three-dimensional image cannot be obtained.
Further, the conventional depth sampling method requires a special display device that displays a large number of cross-sectional images at high speed in the depth direction within the video rate time of the moving image.

また、時間分割を用いずに、空間に3次元画像を再生する方式として、図19に示すインテグラルフォトグラフィ方式がある。このインテグラルフォトグラフィ方式は、撮影において、微少なレンズアレイを介して、被写体を撮影して要素画像を得る。そして、インテグラルフォトグラフィ方式における表示において、要素画像210を表示し、レンズアレイ211を介して再生光212を観察することにより、観察者213は再生3次元画像214を観察することができる。
このインテグラルフォトグラフィ方式は、リアルタイムにて要素画像を撮影し、この要素画像により3次元画像を再生表示することができ、3次元テレビとしての可能性が高い点を特徴としている。
Further, there is an integral photography method shown in FIG. 19 as a method for reproducing a three-dimensional image in a space without using time division. In this integral photography method, in photographing, a subject is photographed through a minute lens array to obtain an element image. Then, in the display in the integral photography system, the element image 210 is displayed, and the reproduction light 212 is observed through the lens array 211, so that the observer 213 can observe the reproduction three-dimensional image 214.
This integral photography system is characterized in that an elemental image can be taken in real time, and a three-dimensional image can be reproduced and displayed by this elemental image, and the possibility as a three-dimensional television is high.

また、インテグラルフォトグラフィ方式は、すでに述べた2眼式立体画像表示方式で用いる特殊なメガネを必要とせず、水平方向及び垂直方向の双方に視差がある。かつ、インテグラルフォトグラフィ方式は、空中像再生方式であるため、実物を観察しているのと同様な自然な3次元画像の表示が可能となっている。
しかしながら、インテグラルフォトグラフィ方式は、図20に示すように、一般的に要素画像221とレンズアレイ222との間隔を、ほぼレンズアレイ222の焦点距離g・223と同様の間隔だけ離して設置されている。この図におけるレンズアレイ222を構成する各レンズの焦点距離はgである。
上述した図20における光学配置においては、要素画像からの光が平行光線に近い形で、各レンズアレイ211から出力される。
Further, the integral photography system does not require special glasses used in the above-described binocular stereoscopic image display system, and has parallax both in the horizontal direction and in the vertical direction. In addition, since the integral photography method is an aerial image reproduction method, it is possible to display a natural three-dimensional image similar to the actual observation.
However, as shown in FIG. 20, the integral photography system is generally installed such that the distance between the element image 221 and the lens array 222 is approximately the same as the focal length g · 223 of the lens array 222. ing. The focal length of each lens constituting the lens array 222 in this figure is g.
In the optical arrangement in FIG. 20 described above, light from the element image is output from each lens array 211 in a form close to parallel rays.

このため、要素画像からの平行光線の交点位置により、レンズアレイ222面からある奥行き位置に像が再生され、再生像の空間解像度は、レンズアレイ222の各レンズの大きさで制限される(図20(a)〜(c)参照)。そのため、従来のインテグラル方式で、解像度を向上するには、レンズアレイのサイズを微細化するしかなかった。しかし、このことは、同時に要素画像221の画素の微細化と、レンズアレイ222のサイズをさらに微細化するといった技術的に困難な技術開発が必要となる。
特に、レンズサイズの微細化を進めて、サブmmオーダーの径とすると、光の回折の影響が大きくなり、レンズから出射される光は平行光線ではなく、拡散した光となる傾向が強くなるため、レンズサイズの微細化には限界がある。
For this reason, an image is reproduced at a certain depth position from the surface of the lens array 222 by the intersection position of parallel rays from the element image, and the spatial resolution of the reproduced image is limited by the size of each lens of the lens array 222 (see FIG. 20 (a) to (c)). Therefore, the only way to improve the resolution with the conventional integral method is to reduce the size of the lens array. However, this requires technically difficult technical development such as miniaturization of the pixels of the element image 221 and further miniaturization of the size of the lens array 222.
In particular, if the lens size is further refined to a sub-mm order diameter, the influence of light diffraction increases, and the light emitted from the lens tends to be diffused light rather than parallel light. There is a limit to miniaturization of the lens size.

さらに、実際には要素画像の画素も有限な大きさを持ち、画素に対応した表示素子から出射される光も一般にコヒーレント光ではないため、現実には、十分な光の平行性を実現することはできない。
上述した特性のため、レンズアレイ222面の近傍と、レンズアレイ222面の近傍以外においては、以下に示すように、解像度が異なることになる。
すなわち、再生像がレンズアレイ面上あるいは近傍では、図20(a)に示すように、各要素画像における対応する画素の交差する部分の誤差が小さいため、レンズの空間周波数で規定される解像度で画像が再生できる。
一方、レンズアレイ222面より奥にある3次元映像や手前に飛び出した3次元映像では、各要素画像における対応する画素の交差する部分の誤差が大きくなるため、図20(b)及び図20(c)に示すように画素がぼけて解像度が悪くなってしまうことになる。
Furthermore, in reality, the pixel of the element image has a finite size, and the light emitted from the display element corresponding to the pixel is generally not coherent light. I can't.
Due to the above-described characteristics, the resolution is different between the vicinity of the lens array 222 surface and the vicinity of the lens array 222 surface as shown below.
That is, when the reconstructed image is on or near the lens array surface, as shown in FIG. 20A, the error at the intersection of the corresponding pixels in each element image is small, so the resolution is defined by the spatial frequency of the lens. Images can be played back.
On the other hand, in the three-dimensional video behind the lens array 222 and the three-dimensional video jumping out toward the front, the error of the intersecting portion of the corresponding pixels in each element image becomes large, and therefore FIG. 20B and FIG. As shown in c), the pixels are blurred and the resolution is deteriorated.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、レンズアレイを用いた空間像再生方式において、3次元画像を再生する際に、どの奥行き位置においても3次元画像の各画素のボケの発生を従来方式に比して抑制可能な3次元画像表示装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to reproduce each 3D image at any depth position when reproducing a 3D image in a spatial image reproduction system using a lens array. An object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device capable of suppressing the occurrence of pixel blur as compared with the conventional method.

[1]この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による3次元画像表示装置は、2次元平面画像である複数の要素画像における対応する画素を3次元空間において重ねることにより、3次元画像を表示するインテグラルフォトグラフィ方式の3次元画像表示装置であり、複数の表示素子が配列し、当該表示素子が前記要素画像を表示する複数の分割領域に分割されている2次元画像表示部と、該2次元画像表示部における前記表示素子毎の光軸上にそれぞれ配置された焦点可変レンズと、該焦点可変レンズの光の出射側において、前記分割領域各々と重なる位置にそれぞれ配置されたレンズと、前記3次元画像の画素の前記3次元空間の座標位置に対応し、前記2次元画像表示部における前記表示素子毎に、当該表示素子に対応する前記焦点可変レンズの焦点距離を制御することにより、前記3次元画像における一つの前記画素を構成する複数の前記分割領域の前記表示素子から出射される光を、前記3次元空間における同一位置において前記レンズにより集光させる表示制御部とを有することを特徴とする。
ここで、2次元画像表示部の各分割領域の表示素子から出射される光が、各分割領域の要素画像の対応する画素位置の表示素子の射出する光を、表示素子に対応した焦点可変レンズによって空間に再生する3次元画像の画素位置に集光させることで、上記要素画像を空間に3次元表示することが可能となる。また、各要素画像間の対応する画素の光を集光し、画素となる集光点にて合成するため、従来の平行光を用いた場合に比較して画素が大きくならずに、微細な画素を形成することができ、鮮明な3次元画像を表示することが可能となる。また、各複数の分割領域のそれぞれ対応する表示素子から、3次元画像の画素位置に対して集光されるため、従来に比較してより視域角(再生像を見ることのできる領域を示す角度)が大きくなり、3次元画像を観察することができる範囲を広げることができる。
[1] The present invention has been made to solve the above-described problems, and a three-dimensional image display device according to an aspect of the present invention provides corresponding pixels in a plurality of element images that are two-dimensional planar images in a three-dimensional space. Is a three-dimensional image display device of an integral photography system that displays a three-dimensional image by superimposing in FIG. 2, and a plurality of display elements are arranged, and the display elements are divided into a plurality of divided regions for displaying the element image. A two-dimensional image display unit, a variable-focus lens disposed on the optical axis of each display element in the two-dimensional image display unit, and each divided region on the light emission side of the variable-focus lens. respectively the lens disposed at a position overlapping, corresponding to the coordinate position of the three-dimensional space of the pixels of the 3D image, on the each display element in the two-dimensional image display unit, By controlling the focal length of the variable focus lens corresponding to the display element, the light emitted from the front Symbol display device of the plurality of divided areas constituting the pixels of one of the 3-dimensional image, wherein And a display control unit for focusing light by the lens at the same position in a three-dimensional space .
Here, the light that is emitted from the display element in each divided region of the two-dimensional image display unit is the light that is emitted from the display element at the pixel position corresponding to the element image in each divided region, and the variable focus lens corresponding to the display element. Thus, the element image can be three-dimensionally displayed in the space by focusing on the pixel position of the three-dimensional image to be reproduced in the space. In addition, since the light of the corresponding pixels between the element images is condensed and synthesized at the light condensing point to be the pixels, the pixels are not enlarged compared to the case of using the conventional parallel light, and the pixels are fine. Pixels can be formed, and a clear three-dimensional image can be displayed. Further, since the light is condensed from the display element corresponding to each of the plurality of divided regions with respect to the pixel position of the three-dimensional image, the viewing angle (the region where the reproduced image can be seen is shown) as compared with the conventional case. (Angle) becomes larger, and the range in which the three-dimensional image can be observed can be expanded.

[2]本発明の一態様による3次元画像表示装置は、前記2次元画像表示部における表示素子が、設定された分解能に対応するグリッド間隔より小さい径を有する点光源である発光素子にて形成されていることを特徴とする。
ここで、点光源の大きさとしては、空間に表示する3次元画像の分解能となる画素より小さければ良い。そして、焦点可変レンズにより集光され、複数の要素画像の画素を重ね合わせて形成される3次元画像の画素が、3次元画像の分解能以下の大きさに表示することができ、高解像度化が図れる。
[2] In the three-dimensional image display device according to one aspect of the present invention, the display element in the two-dimensional image display unit is formed of a light emitting element that is a point light source having a diameter smaller than a grid interval corresponding to a set resolution. It is characterized by being.
Here, the size of the point light source only needs to be smaller than a pixel that provides the resolution of the three-dimensional image displayed in the space. The pixels of the three-dimensional image that are collected by the variable focus lens and formed by superimposing the pixels of the plurality of element images can be displayed in a size that is less than the resolution of the three-dimensional image. I can plan.

[3] 本発明の一態様による3次元画像表示装置は、前記2次元画像表示部が、設定された分解能に対応するグリッド間隔より小さい径を有する点光源と見なせる発光部と、透過型あるいは反射型であり前記発光部からの光を変調する表示素子が配列された表示素子アレイとから形成されている
ことを特徴とする。
ここで、点光源の大きさとしては、空間に表示する3次元画像の分解能となる画素より小さければ良い。そして、焦点可変レンズにより集光され、複数の要素画像の画素を重ね合わせて形成される3次元画像の画素が、3次元画像の分解能以下の大きさに表示することができ、高解像度化が図れる。
[3] In the three-dimensional image display device according to one aspect of the present invention, the two-dimensional image display unit can be regarded as a point light source having a diameter smaller than the grid interval corresponding to the set resolution, and a transmission type or a reflection type. And a display element array in which display elements that modulate light from the light emitting portion are arranged.
Here, the size of the point light source only needs to be smaller than a pixel that provides the resolution of the three-dimensional image displayed in the space. The pixels of the three-dimensional image that are collected by the variable focus lens and formed by superimposing the pixels of the plurality of element images can be displayed in a size that is less than the resolution of the three-dimensional image. I can plan.

[4] 本発明の一態様による3次元画像表示装置は、前記分割領域と、前記分割領域の表示素子と対応して設けられた前記焦点可変レンズと、前記分割領域と平面視にて重なる位置に配置されたレンズと、前記分割領域に対応する可変焦点レンズを調整する前記表示制御部とが、1つの表示モジュールとして構成されていることを特徴とする。
2次元画像表示部を大面積にて作製する必要が無く、2次元画像表示部の表示素子の微細化を向上させることができ、より分解能を上げることができる。
また、モジュール数を増加させることで、要素画像の画素数を増加させることができ、再生立体像の多画素化(高精細化)と広視域化が可能となる。さらにモジュールを多数配列することで、大型のディスプレイが構成でき、大画面の立体像表示ができる。
また、分割領域毎に2次元画像表示部を作製するため、いずれかの表示素子が不良となった場合に、使用できなくなる部品のコストを低下させることができ、3次元画像表示装置の製造コストを低下させることができる。
[4] In the three-dimensional image display device according to one aspect of the present invention, the divided region, the variable focus lens provided corresponding to the display element of the divided region, and the position overlapping the divided region in plan view And the display control unit that adjusts the variable focus lens corresponding to the divided area are configured as one display module.
There is no need to produce a two-dimensional image display portion with a large area, and the miniaturization of the display element of the two-dimensional image display portion can be improved, and the resolution can be further increased.
Also, by increasing the number of modules, the number of pixels of the element image can be increased, and the reproduction stereoscopic image can be increased in number of pixels (high definition) and wide viewing area. Furthermore, by arranging a large number of modules, a large display can be constructed, and a large-screen stereoscopic image can be displayed.
In addition, since the two-dimensional image display unit is manufactured for each divided region, the cost of parts that cannot be used when any of the display elements becomes defective can be reduced, and the manufacturing cost of the three-dimensional image display device can be reduced. Can be reduced.

[5] 本発明の一態様による3次元画像表示装置は、前記焦点可変レンズに対して複数の点光源を設け、いずれの点光源を用いるかにより3次元画像の画素の位置を、2次元画像表示部と平行な2次元平面上にて制御することを特徴とする。
ここで、3次元画像の画素の位置は、分割領域の表示素子の位置により、再生像の奥行き位置が決定されるが、複数の点光源のいずれかを用いることにより、一定の奥行き位置の2次元平面内での位置を微調整し、より精細な3次元画像を表示させることができる。
[5] In the three-dimensional image display device according to one aspect of the present invention, a plurality of point light sources are provided for the variable focus lens, and the position of the pixel of the three-dimensional image is determined according to which point light source is used. Control is performed on a two-dimensional plane parallel to the display unit.
Here, as for the position of the pixel of the three-dimensional image, the depth position of the reproduced image is determined by the position of the display element in the divided area. Finer three-dimensional images can be displayed by fine-tuning the position in the dimensional plane.

[6] 本発明の一態様による3次元画像表示装置は、前記表示制御部が、前記2次元画像表示部の各表示素子に対応する全ての焦点可変レンズの焦点距離を、予め設定された同一値とすることにより、焦点可変レンズによる集光点の位置を、前記レンズから所定の距離にある2次元画像表示部と平行な2次元表示平面とし、前記2次元画像表示部に表示された画像を、前記2次元表示平面に表示させることを特徴とする。
通常のテレビジョン受像器と同様に、2次元平面の画像を表示することができ、2次元画像及び3次元画像のいずれをも、1台のテレビにて鑑賞することができる。
[6] In the three-dimensional image display device according to one aspect of the present invention, the display control unit has the same preset focal length of all the variable focus lenses corresponding to the display elements of the two-dimensional image display unit. By setting the value, the position of the condensing point by the variable focus lens is a two-dimensional display plane parallel to the two-dimensional image display unit at a predetermined distance from the lens, and the image displayed on the two-dimensional image display unit and characterized in that to be displayed on the two-dimensional display plane.
Like a normal television receiver, a two-dimensional plane image can be displayed, and both a two-dimensional image and a three-dimensional image can be viewed on a single television.

[7] 本発明の一態様による3次元画像表示装置は、前記2次元表示平面の位置に配置され、光を透過させる透明な状態と、光を拡散させる状態とに切り換える拡散スクリーンをさらに有し、3次元画像を表示する際、前記拡散スクリーンを光を透過させる透明な状態とし、一方、2次元画像を表示する際、前記拡散スクリーンを光を拡散させる状態とすることを特徴とする。
通常のテレビジョン受像器と同様に、2次元平面の画像を表示することができ、2次元画像及び3次元画像のいずれをも、1台のテレビにて鑑賞することができる。
[7] The three-dimensional image display device according to an aspect of the present invention further includes a diffusion screen that is disposed at the position of the two-dimensional display plane and switches between a transparent state that transmits light and a state that diffuses light. When displaying a three-dimensional image, the diffusion screen is in a transparent state that transmits light, and when displaying a two-dimensional image, the diffusion screen is in a state of diffusing light.
Like a normal television receiver, a two-dimensional plane image can be displayed, and both a two-dimensional image and a three-dimensional image can be viewed on a single television.

この発明によれば、2次元画像表示部の表示素子毎に、焦点距離を制御できる焦点可変レンズを配置し、かつ、この焦点可変レンズアレイの前に、レンズをもしくはレンズアレイを配置した構造としたため、空間に3次元映像を再生する際、上記焦点可変レンズ各々の焦点距離を個々に制御することにより、表示素子からの光を、画素位置に対応させて空間の任意の奥行き位置に集光することができるようになり、従来のように平行光がぼけてかつ交差する位置がずれることが無くなり、3次元映像を従来に比較してより精細に表示することができる。   According to the present invention, a variable focus lens capable of controlling the focal length is disposed for each display element of the two-dimensional image display unit, and a lens or a lens array is disposed in front of the variable focus lens array. Therefore, when reproducing a three-dimensional image in space, the focal length of each of the variable focus lenses is individually controlled so that the light from the display element is condensed at an arbitrary depth position in the space corresponding to the pixel position. Thus, the parallel light is not blurred and the crossing position is not shifted as in the conventional case, and the three-dimensional image can be displayed more finely than in the conventional case.

この発明の第1の実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional image display device according to a first embodiment of the present invention. 図1の2次元画像表示素子11の構成例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration example of a two-dimensional image display element 11 in FIG. 1. 図1の3次元画像表示装置が3次元画像の各画素を空間に形成する動作を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the operation | movement in which the three-dimensional image display apparatus of FIG. 1 forms each pixel of a three-dimensional image in space. 図1の3次元画像表示装置における空間のz方向に対する画素を表示する表示座標の制御を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the control of the display coordinate which displays the pixel with respect to the z direction of the space in the three-dimensional image display apparatus of FIG. 焦点可変レンズ22の焦点可変距離と、固定焦点レンズ23からの光の集光距離Lとの関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between a variable focal distance of the variable focus lens 22 and a condensing distance L of light from the fixed focus lens 23. 空間の3次元座標において、図1の表示制御部10による3次元画像の画素の形成処理について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the pixel formation process of the three-dimensional image by the display control part 10 of FIG. 1 in the three-dimensional coordinate of space. 従来の3次元画像表示装置における視域角を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the viewing zone angle in the conventional three-dimensional image display apparatus. 本実施形態の3次元画像表示装置における視域角を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the viewing zone angle in the three-dimensional image display apparatus of this embodiment. この発明の第2の実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of the three-dimensional image display apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態による3次元画像表示装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of the three-dimensional image display apparatus by 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of the three-dimensional image display apparatus by the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態による3次元画像表示装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of the three-dimensional image display apparatus by 3rd Embodiment. 第3の実施形態による3次元画像表示装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of the three-dimensional image display apparatus by 3rd Embodiment. 本発明の第4の実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of the three-dimensional image display apparatus by the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of the three-dimensional image display apparatus by the 5th Embodiment of this invention. 第5の実施形態による3次元画像表示装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of the three-dimensional image display apparatus by 5th Embodiment. 第5の実施形態による3次元画像表示装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of the three-dimensional image display apparatus by 5th Embodiment. 第5の実施形態による3次元画像表示装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of the three-dimensional image display apparatus by 5th Embodiment. 従来のインテグラルフォトグラフィ方式による3次元画像表示装置を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the three-dimensional image display apparatus by the conventional integral photography system. 従来のインテグラルフォトグラフィ方式による3次元画像表示装置による3次元画像における画素表示を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the pixel display in the three-dimensional image by the three-dimensional image display apparatus by the conventional integral photography system.

<第1の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概略ブロック図である。
本実施形態による3次元画像表示装置は、空間への3次元画像の画素の表示座標を制御する表示制御部10と、複数の表示素子21が2次元平面上に配列して構成される2次元画像表示部11と、焦点距離が可変である焦点可変レンズ22が2次元平面上に複数配列して構成される焦点可変レンズアレイ12と、焦点が固定である固定焦点レンズが2次元平面上に複数配列して構成される固定焦点レンズアレイ13とを有している。以下の説明において、3次元空間のy軸を図面の上下方向とし、z軸を図面の横方向とし、x軸をy軸及びz軸が構成する平面に対して垂直方向とする。
ここで、2次元画像表示部11、焦点可変レンズアレイ12及び固定焦点レンズアレイ13とはそれぞれの2次元平面が平行となるように配置されている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the three-dimensional image display apparatus according to the present embodiment.
The three-dimensional image display apparatus according to the present embodiment is a two-dimensional structure in which a display control unit 10 that controls display coordinates of pixels of a three-dimensional image in space and a plurality of display elements 21 are arranged on a two-dimensional plane. The image display unit 11, a variable focus lens array 12 configured by arranging a plurality of variable focus lenses 22 having variable focal lengths on a two-dimensional plane, and a fixed focus lens having a fixed focus on a two-dimensional plane. A plurality of fixed focus lens arrays 13 arranged in a row. In the following description, the y-axis of the three-dimensional space is the vertical direction of the drawing, the z-axis is the horizontal direction of the drawing, and the x-axis is the vertical direction with respect to the plane formed by the y-axis and the z-axis.
Here, the two-dimensional image display unit 11, the variable focus lens array 12, and the fixed focus lens array 13 are arranged so that their two-dimensional planes are parallel to each other.

本実施形態においては、画像を表示する2次元画像表示部11の表示素子21(2次元画像の画素に対応)毎に、その光軸上において焦点距離を可変できる焦点可変レンズ22が重なるように、2次元画像表示部11と、焦点可変レンズアレイ12とを平行に配置している。3次元画像を表示する際に入力される、各画素を表示する空間の座標位置を示す画像データ(x,y,z)に対応し、上記表示制御部10が2次元画像表示部2において画素を表示する表示素子21を選択し、焦点可変レンズ22の焦点距離を制御し、空間に3次元画像の画素を焦点可変レンズ22が集光して再生画像を表示する。
図2の平面図(図1のz軸方向から見た平面図)に示すように、2次元画像表示部11における表示素子21は、2次元平面上に格子状に配置されている。3次元空間内において、3次元画像を構成するための2次元画像である要素画像を表示するため、2次元画像表示部11における表示素子21は複数個、本実施形態においては225個の表示素子21が25個のグループとして、分割領域B1〜B9の9つのグループに分割されている。そして、図2における線A−Aにおける断面が図1の2次元画像表示部11に対応している。各表示素子21からなる1つの上記分割領域に1つの固定焦点レンズ23が平面視(z軸方向)にて重なるように、固定焦点レンズアレイ13が焦点可変レンズアレイ12と所定の距離を置いて、焦点可変レンズアレイ12の光が射出される側に配置されている。
上述した構成により、2次元画像表示部11の各表示素子21から出射された光が、焦点可変レンズアレイ12及び固定焦点レンズアレイ13を介することにより、空間において3次元画像である再生像14が生成される。本実施形態においては、空間の画素の集合が、表示される3次元の再生像を形成するとして説明する。
以上、図2では、分割領域を正方格子状に配列した構成で説明したが、例えば、上記分割領域を俵積み(デルタ配置)状など、あるいは多角形状に分割領域を配置する構成として形成してもよい。なお、分割領域の横方向の画素数は、水平方向の視差数に対応し、縦方向の画素数は垂直方向の視差数に対応している。この分割領域では、横方向の画素数と縦方向の画素数が等しい必要はない。例えば、水平方向の視差数を増加させる場合には、縦方向の画素数を減少させ、横方向の画素数を増加させた分割領域にすればよい。逆に、垂直方向の視差数を増加させる場合には、横方向の画素数を減少させ、縦方向の画素数を増加させた分割領域にすればよい。もちろん、横方向の画素のみ、縦方向の画素のみとしてもよい。
固定焦点レンズアレイは、一般的な丸い円状のレンズのみでなく、要素画像の形状に応じた各種形状のレンズが使用でき、例えば、要素画像の縦と横の画素数が異なる場合は、横方向と縦方向の曲率が異なるレンズも使用できる。また、横方向の画素のみとする要素画像の場合は、固定焦点レンズはシリンドリカル状のものが使用できる。
In the present embodiment, for each display element 21 (corresponding to a pixel of a two-dimensional image) of the two-dimensional image display unit 11 that displays an image, a variable focus lens 22 that can change the focal length on the optical axis is overlapped. The two-dimensional image display unit 11 and the variable focus lens array 12 are arranged in parallel. Corresponding to image data (x, y, z), which is input when displaying a three-dimensional image, and indicating the coordinate position of the space for displaying each pixel, the display control unit 10 in the two-dimensional image display unit 2 Is selected, the focal length of the variable focal lens 22 is controlled, and the variable focal lens 22 condenses the pixels of the three-dimensional image in the space to display the reproduced image.
As shown in the plan view of FIG. 2 (plan view seen from the z-axis direction of FIG. 1), the display elements 21 in the two-dimensional image display unit 11 are arranged in a grid on the two-dimensional plane. In order to display an element image, which is a two-dimensional image for forming a three-dimensional image, in the three-dimensional space, there are a plurality of display elements 21 in the two-dimensional image display unit 11, and in this embodiment, 225 display elements. 21 is divided into nine groups of divided regions B1 to B9 as 25 groups. A cross section taken along line AA in FIG. 2 corresponds to the two-dimensional image display unit 11 in FIG. The fixed-focus lens array 13 is placed at a predetermined distance from the variable-focus lens array 12 so that one fixed-focus lens 23 overlaps the one divided area composed of each display element 21 in a plan view (z-axis direction). The light is emitted from the variable focus lens array 12 on the side from which light is emitted.
With the configuration described above, the light emitted from each display element 21 of the two-dimensional image display unit 11 passes through the variable focus lens array 12 and the fixed focus lens array 13, so that a reproduced image 14 that is a three-dimensional image in space is obtained. Generated. In the present embodiment, a description will be given assuming that a set of pixels in space forms a three-dimensional reproduced image to be displayed.
2 has been described with the configuration in which the divided regions are arranged in a square lattice shape. For example, the divided regions are formed as a configuration in which the divided regions are arranged in a stacked (delta arrangement) shape or a polygonal shape. Also good. Note that the number of pixels in the horizontal direction of the divided area corresponds to the number of parallaxes in the horizontal direction, and the number of pixels in the vertical direction corresponds to the number of parallaxes in the vertical direction. In this divided area, the number of pixels in the horizontal direction need not be equal to the number of pixels in the vertical direction. For example, when the number of parallaxes in the horizontal direction is increased, the number of pixels in the vertical direction may be decreased and the divided region may be increased in the number of pixels in the horizontal direction. On the other hand, when the number of parallaxes in the vertical direction is increased, the number of pixels in the horizontal direction may be decreased and the divided region may be increased in the number of pixels in the vertical direction. Of course, only the pixels in the horizontal direction or the pixels in the vertical direction may be used.
The fixed-focus lens array can use not only a general round circular lens but also various shapes of lenses according to the shape of the element image. For example, if the number of pixels in the element image is different from the vertical, the horizontal Lenses with different direction and longitudinal curvatures can also be used. Further, in the case of an element image having only horizontal pixels, a cylindrical lens can be used as the fixed focus lens.

上記2次元画像表示部11は、液晶パネルやDMD(Digital Micromirror Device)など外部の点光源からの光を各表示素子21が変調する構成や、CRT(Cathode Ray Tube)、PDP(Plasma Display Panel)、EL(Electro Luminescence)、FED(Field Emission Display)、LED(Light Emitting Diode)など自発光するタイプの表示素子21を有する構成(この場合、表示素子自体が点光源となる)のディスプレイパネルを用いることができる。ここで、点光源の大きさとしては、設定された3次元画像の分解能に対応するグリッド間隔より小さい径を有するサイズとする。これにより、焦点可変レンズ22により集光した際、グリッド間隔より小さい画素を形成することができる。
また、詳細は後述するが、焦点可変レンズアレイ12を構成する焦点可変レンズ22としては、例えば、液晶を用いたり、Electrowetting技術(少量の油と水、そして電圧をかけると疎水性から親水性に変化する素材の層で形成された表示素子)のように液体の形状を電気的に制御する方法などを用いたりすることができる。
The two-dimensional image display unit 11 includes a configuration in which each display element 21 modulates light from an external point light source such as a liquid crystal panel or DMD (Digital Micromirror Device), a CRT (Cathode Ray Tube), or a PDP (Plasma Display Panel). A display panel having a display element 21 of a self-luminous type such as EL (Electro Luminescence), FED (Field Emission Display), LED (Light Emitting Diode), etc. (in this case, the display element itself becomes a point light source) is used. be able to. Here, the size of the point light source is a size having a diameter smaller than the grid interval corresponding to the set resolution of the three-dimensional image. Thereby, when the light is condensed by the variable focus lens 22, pixels smaller than the grid interval can be formed.
Although details will be described later, as the variable focus lens 22 constituting the variable focus lens array 12, for example, liquid crystal is used, or an electrowetting technique (a small amount of oil and water, and applying a voltage from hydrophobic to hydrophilic). It is possible to use a method of electrically controlling the shape of the liquid, such as a display element formed of a layer of a changing material.

次に、本実施形態による3次元画像の表示の原理を図3を用いて説明する。図3は空間に対する3次元画像の画素の表示処理について説明する概念図である。
3次元画像の再生に寄与する分割領域B1〜B9各々の表示素子21から、この表示素子21に対応する焦点可変レンズ22に対し、画素を形成する光が出射される。この画素を形成する光は、各焦点可変レンズ22を通過し、さらに固定焦点レンズ23により、空間における画像データのz軸方向の位置にて集光し、3次元画像の画素を形成する。このとき、分割領域B1〜B9において、それぞれ1つの表示素子21が3次元座標における同一の座標位置にて集光し、この9つの表示素子21の出射する光が集光した座標位置を画素として3次元画像が表示されることになる。ここで、2次元画像表示装部11の分割領域B1〜B9各々には、3次元画像である再生像を形成するために、それぞれ同様の2次元画像である要素画像が表示される。
Next, the principle of displaying a three-dimensional image according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining display processing of pixels of a three-dimensional image with respect to a space.
Light that forms pixels is emitted from the display elements 21 in the divided regions B1 to B9 that contribute to the reproduction of the three-dimensional image to the variable focus lens 22 corresponding to the display elements 21. The light forming this pixel passes through each of the variable focus lenses 22 and is further condensed by the fixed focus lens 23 at a position in the z-axis direction of the image data in space to form a pixel of a three-dimensional image. At this time, in each of the divided regions B1 to B9, one display element 21 is condensed at the same coordinate position in the three-dimensional coordinates, and the coordinate position where the light emitted from the nine display elements 21 is collected is used as a pixel. A three-dimensional image is displayed. Here, in each of the divided regions B1 to B9 of the two-dimensional image display unit 11, in order to form a reproduced image that is a three-dimensional image, a similar element image that is a two-dimensional image is displayed.

後述するように、分割領域B1〜B9における表示素子21の位置と、焦点可変レンズ22の焦点距離とにより、3次元空間において画素32、33、34各々の位置を設定する。すなわち、2次元画像表示部11に表示された要素画像からの光、すなわち要素画像を表示している表示素子21からの光は、焦点可変レンズ22により、その集光性が制御され、固定焦点レンズ23を通過し、焦点可変レンズ22の集光性の制御に対応した奥行き位置(画素33の座標位置)で最も集光する。
また、画素33より近い座標位置に像再生する場合、2次元画像表示部11の分割領域における表示素子21の位置を変化させるとともに、焦点可変レンズ22の焦点距離を、画素33の場合に比較して短くすることにより、固定焦点レンズアレイ13の表面に対して、画素33の距離に比較して近い座標位置に画素34が表示されることになる。
また、画素33の座標位置より遠い座標位置に像再生する場合、2次元画像表示部11の分割領域における表示素子21の位置を変化させるとともに、焦点可変レンズ22の焦点距離を、画素33の場合に比較して長くすることにより、固定焦点レンズアレイ13の表面に対して、画素33の距離に比較して遠い座標位置に画素32が表示されることになる。
As will be described later, the positions of the pixels 32, 33, and 34 in the three-dimensional space are set based on the position of the display element 21 in the divided areas B1 to B9 and the focal length of the variable focus lens 22. That is, the light from the element image displayed on the two-dimensional image display unit 11, that is, the light from the display element 21 displaying the element image is controlled by the variable focus lens 22, and the fixed focus It passes through the lens 23 and is most condensed at a depth position (coordinate position of the pixel 33) corresponding to the control of the light condensing property of the variable focus lens 22.
When the image is reproduced at a coordinate position closer to the pixel 33, the position of the display element 21 in the divided area of the two-dimensional image display unit 11 is changed, and the focal length of the variable focus lens 22 is compared with that of the pixel 33. Thus, the pixel 34 is displayed at a coordinate position closer to the surface of the fixed focus lens array 13 than the distance of the pixel 33.
In the case of reproducing an image at a coordinate position far from the coordinate position of the pixel 33, the position of the display element 21 in the divided area of the two-dimensional image display unit 11 is changed, and the focal length of the variable focus lens 22 is changed to the pixel 33. By making the length longer than, the pixel 32 is displayed at a coordinate position farther from the surface of the fixed focus lens array 13 than the distance of the pixel 33.

したがって、要素画像を表示する表示素子21各々に対し、適切に焦点可変レンズの焦点距離を個々に制御することにより、3次元画像の画素毎に、任意の奥行き位置に画素を集光させて、3次元画像を結像させることができる。
本実施形態の場合、画素の座標位置に、分割領域B1〜B9それぞれの対応する表示素子21からの光を同一の座標位置において集光する(絞り込む)ことにより、複数の表示素子21からの光により3次元画像の1画素を表示するため、従来のように光が広がることがなく空間解像度(空間分解能)を高くすることができる。
また、1個の固定焦点レンズから出力される光線に注目した場合、3次元画像の結像位置の各画素に光が集光するため、観察者が観察する際、z軸方向の位置に応じて眼の焦点調整が機能する点も、立体視の疲労を抑制できるため従来手法と異なる。
Therefore, by individually controlling the focal length of the variable focus lens for each of the display elements 21 that display the element image, the pixels are condensed at arbitrary depth positions for each pixel of the three-dimensional image, A three-dimensional image can be formed.
In the case of the present embodiment, the light from the plurality of display elements 21 is collected at the coordinate position of the pixel by condensing (narrowing) the light from the corresponding display elements 21 of the divided regions B1 to B9 at the same coordinate position. Thus, since one pixel of the three-dimensional image is displayed, the spatial resolution (spatial resolution) can be increased without spreading light as in the prior art.
When attention is paid to the light beam output from one fixed focus lens, the light is focused on each pixel at the imaging position of the three-dimensional image. The point that the focus adjustment of the eye functions also differs from the conventional method because stereoscopic fatigue can be suppressed.

次に、本実施形態における3次元画像表示装置におけるz軸方向の座標位置の制御方法を図4により説明する。図4は、焦点可変レンズ22の制御した焦点距離と、空間に表示される画素の座標位置との関係を説明する概念図である。ここで、2次元画像表示部11の各表示素子21が、焦点可変レンズ22に対し、平行光として光41を出射し、焦点可変レンズ22には、上記光41が平行光として入射する場合について説明する。焦点可変レンズ22の焦点距離fの制御は、図1の表示制御部10が入力される各要素画像の画素データ(x,y,z)により行う。
図4(a)に示すように、焦点可変レンズ22の焦点距離をf、固定焦点レンズ23の焦点距離gとし、焦点可変レンズ22と固定焦点レンズ23との間隔をf+gとする。
このとき、要素画像からの平行光線41は、固定焦点レンズ23通過後も、平行光線である出力光42として出力される。
Next, a method for controlling the coordinate position in the z-axis direction in the three-dimensional image display apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the focal length controlled by the variable focus lens 22 and the coordinate positions of pixels displayed in space. Here, each display element 21 of the two-dimensional image display unit 11 emits light 41 as parallel light to the variable focus lens 22, and the light 41 enters the variable focus lens 22 as parallel light. explain. The focal length f of the variable focus lens 22 is controlled by pixel data (x, y, z) of each elemental image input to the display control unit 10 in FIG.
As shown in FIG. 4A, the focal length of the variable focus lens 22 is f, the focal length g of the fixed focus lens 23, and the distance between the variable focus lens 22 and the fixed focus lens 23 is f + g.
At this time, the parallel light beam 41 from the element image is output as the output light 42 which is a parallel light beam even after passing through the fixed focus lens 23.

また、図4(b)及び(c)に示すように、焦点可変レンズ22の焦点距離をfからf’=f−Δfへ可変させると、固定焦点レンズ23を通過後、画素である光の集光点43までの距離Lが次の式(1)及び(2)により求められる。
1/(g−Δf)+1/L=1/g …(1)
L=−g(g−Δf)/Δf …(2)
ここで、図4(b)の場合、焦点距離がfからf−Δf(Δf<0)へと短くなっており、図4(c)の場合、焦点距離がfからf−Δf(Δf>0)へと長くなっている。
上記図4における焦点距離と、固定焦点レンズ23から光の集光点43(空間に表示される画素の座標値)までの距離Lとの関係の一例として、図5に焦点距離の変化分Δfと、上記距離Lとの関係を示すグラフである。この図5においては、固定焦点レンズ23の焦点距離をg=5.24mmとしている。ここで、Δfを0〜1mmと変化させた場合、距離Lは∞から22.2mmと変化し、一方、Δfを0〜−1mmと変化させた場合、距離Lは∞から−22.2mmへと変化する。
したがって、図5に示されるように、焦点可変レンズ22と固定焦点レンズ23との間隔をf+gとしたとき、焦点距離gを中心としてΔfを制御し、焦点可変レンズ22の焦点距離f’を調整することにより、広い奥行き範囲においてz軸方向の位置を制御することができる。
Further, as shown in FIGS. 4B and 4C, when the focal length of the variable focus lens 22 is changed from f to f ′ = f−Δf, after passing through the fixed focus lens 23, the light of the pixel is transmitted. The distance L to the condensing point 43 is obtained by the following equations (1) and (2).
1 / (g−Δf) + 1 / L = 1 / g (1)
L = −g (g−Δf) / Δf (2)
Here, in the case of FIG. 4B, the focal length is shortened from f to f−Δf (Δf <0), and in the case of FIG. 4C, the focal length is changed from f to f−Δf (Δf>). 0).
As an example of the relationship between the focal length in FIG. 4 and the distance L from the fixed focus lens 23 to the light condensing point 43 (the coordinate value of the pixel displayed in the space), FIG. And a graph showing the relationship with the distance L. In FIG. 5, the focal length of the fixed focus lens 23 is set to g = 5.24 mm. Here, when Δf is changed from 0 to 1 mm, the distance L changes from ∞ to 22.2 mm, while when Δf is changed from 0 to −1 mm, the distance L changes from ∞ to −22.2 mm. And change.
Therefore, as shown in FIG. 5, when the distance between the variable focus lens 22 and the fixed focus lens 23 is f + g, Δf is controlled around the focal length g, and the focal length f ′ of the variable focus lens 22 is adjusted. Thus, the position in the z-axis direction can be controlled in a wide depth range.

次に、本実施形態における3次元画像表示装置におけるx軸及びy軸の2次元平面上での画素の座標位置の制御方法を図6により説明する。図6は空間の3次元座標において、図1の表示制御部10による3次元画像の画素の形成処理について説明する概念図である。
図6に示すように、再生像61を座標(x,y,z)に再生する場合について、焦点可変レンズ22と固定焦点レンズ23の焦点距離、レンズ位置の関係を示す。焦点可変レンズ22の焦点距離f’をf+Δf、そのレンズ中心座標を(x,y,−g−f)とし、焦点可変レンズ22の焦点の座標を(x,y,−g+Δf)とする。ただし、このとき要素画像の位置と焦点可変レンズ22の中心位置座標は等しいものとする。また、固定焦点レンズ23の焦点距離をg、固定焦点レンズ23の中心座標を(x,y,0)とする。焦点可変レンズ22と固定焦点レンズ23は、g+fだけ距離をおいて配置されているとする。また、座標(0,0,0)は、2次元画像表示部11の全表示素子の中心にある表示素子の座標である。
Next, a method for controlling the coordinate position of the pixel on the two-dimensional plane of the x-axis and the y-axis in the three-dimensional image display apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining pixel formation processing of a three-dimensional image by the display control unit 10 of FIG. 1 at three-dimensional coordinates in space.
As shown in FIG. 6, the relationship between the focal length and the lens position of the variable focus lens 22 and the fixed focus lens 23 when the reproduced image 61 is reproduced at coordinates (x, y, z) is shown. The focal length f ′ of the variable focus lens 22 is f + Δf, the lens center coordinates are (x e , y e , −g−f), and the focal point coordinates of the variable focus lens 22 are (x e , y e , −g + Δf). And However, at this time, the position of the element image and the center position coordinate of the variable focus lens 22 are assumed to be equal. The focal length of the fixed focus lens 23 is g, and the center coordinates of the fixed focus lens 23 are (x 0 , y 0 , 0). Assume that the variable focus lens 22 and the fixed focus lens 23 are arranged at a distance of g + f. The coordinates (0, 0, 0) are the coordinates of the display element at the center of all the display elements of the two-dimensional image display unit 11.

上記条件の場合における再生像61の座標(x,y,z)は以下の式(3)〜(5)により表される。
x=x+(x−x)・g/Δf …(3)
y=y+(y−y)・g/Δf …(4)
z=−g・(g−Δf)/Δf …(5)
式(3)〜(5)の式から、座標(x,y,z)に再生像を再生するためには、焦点可変レンズ22の焦点距離の可変量Δfを、上記式(5)を変形した以下の式(6)により求めて設定する。
Δf=−g/(z−g) …(6)
The coordinates (x, y, z) of the reproduced image 61 under the above conditions are expressed by the following equations (3) to (5).
x = x 0 + (x e −x 0 ) · g / Δf (3)
y = y 0 + (y e -y 0) · g / Δf ... (4)
z = −g · (g−Δf) / Δf (5)
From the formulas (3) to (5), in order to reproduce the reproduced image at the coordinates (x, y, z), the variable amount Δf of the focal length of the variable focus lens 22 is changed to the above formula (5). The following equation (6) is obtained and set.
Δf = −g 2 / (z−g) (6)

また、座標(x,y,z)に再生像を再生するための焦点可変レンズ22の位置、すなわち2次元画像表示部11における表示素子21の座標位置は、以下の式(7)及び(8)により求めて設定する。
=x+−g・(x−x)/(z−g) …(7)
=y+−g・(y−y)/(z−g) …(8)
したがって、表示制御部10は、入力される画像データの各画素の空間における座標位置(x,y,z)を、空間の3次元座標に表示させる再生像61の各画素の座標位置として、焦点距離の可変量Δfと、2次元画像表示部11における表示素子21の座標位置を算出し、上記再生像61が空間に表示されるよう、2次元画像表示部11及び焦点可変レンズアレイ12を制御する。
Further, the position of the variable focus lens 22 for reproducing the reproduction image at the coordinates (x, y, z), that is, the coordinate position of the display element 21 in the two-dimensional image display unit 11 is expressed by the following equations (7) and (8). ) To determine and set.
x e = x 0 + −g · (x−x 0 ) / (z−g) (7)
y e = y 0 + −g · (y−y 0 ) / (z−g) (8)
Therefore, the display control unit 10 uses the coordinate position (x, y, z) in the space of each pixel of the input image data as the coordinate position of each pixel of the reproduced image 61 to be displayed in the three-dimensional space. The distance variable amount Δf and the coordinate position of the display element 21 in the two-dimensional image display unit 11 are calculated, and the two-dimensional image display unit 11 and the variable focus lens array 12 are controlled so that the reproduced image 61 is displayed in space. To do.

次に、従来例と本実施形態とにおける3次元映像の視域角について説明する。図7に示すように、従来の一般的な焦点可変レンズを使った3次元映像表示方式(特開2004−144874)においては、表示素子21各々に対応する焦点可変レンズ22により、表示素子21から出射される光を結像させ、空中に3次元の再生像における画素を表示させている。
しかしながら、図7の方式においては、空中に再生された3次元映像を観察できる視域角θと奥行きの飛び出し量f’と以下の式(9)で示す関係にある。
θ=2arctan(D/2f’) …(9)
上記式(9)において、飛び出し量f’は焦点可変レンズ22の可変された焦点距離であり、Dは焦点可変レンズ22の直径であり、表示素子21の光を射出する面の開口径と同様である。
Next, the viewing zone angle of the three-dimensional image in the conventional example and this embodiment will be described. As shown in FIG. 7, in a conventional three-dimensional image display system using a variable focus lens (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-144874), the variable focus lens 22 corresponding to each of the display elements 21 causes the display element 21 to move away from the display element 21. The emitted light is imaged, and the pixels in the three-dimensional reproduced image are displayed in the air.
However, in the method of FIG. 7, there is a relationship represented by the following formula (9) and the viewing zone angle θ at which the 3D video reproduced in the air can be observed and the depth pop-out amount f ′.
θ = 2arctan (D / 2f ′) (9)
In the above formula (9), the pop-out amount f ′ is the variable focal length of the variable focus lens 22, D is the diameter of the variable focus lens 22, and is the same as the aperture diameter of the surface of the display element 21 that emits light. It is.

上記式(9)から判るように、観察者が3次元映像を観察できる視域角θと奥行きの飛び出し量f’(すなわち、焦点可変レンズ22の可変される焦点距離)とは、トレードオフの関係を有しており、奥行きの飛び出し量(画像の表示の奥行き)を大きくすると、視域角θが狭く制限されるという課題がある。
すなわち、式(9)において、表示素子21の径Dはサブμmである一方、奥行きをつけるため飛び出し量f’を大きく取ろうとすると、視域角θは小さくなり、3次元映像を観察できる位置(角度範囲)が限定されてしまう。
As can be seen from the above equation (9), the viewing zone angle θ at which the observer can observe a three-dimensional image and the depth protrusion amount f ′ (that is, the variable focal length of the variable focus lens 22) are a trade-off. There is a problem that the viewing zone angle θ is limited to be narrow when the protrusion amount of the depth (the display depth of the image) is increased.
That is, in Expression (9), the diameter D of the display element 21 is sub-μm, but if the projection amount f ′ is increased to increase the depth, the viewing zone angle θ is reduced, and a position where a three-dimensional image can be observed. (Angle range) will be limited.

そこで、本実施形態においては、図8に示すように、対応する表示素子毎にそれぞれ焦点可変レンズの焦点位置を調整し、複数の固定焦点レンズ23により、再生像の画素を構成して再生する。すなわち、空間に表示される3次元の再生画像における各画素は、複数の表示素子21から出射された光が対応する固定焦点レンズ23により結像されることで、複数の結像された光により形成されている。
このため、本実施形態における画素の視域角θ’は、以下の式(10)により表される。
θ’=2arctan(D’/2L)
=2arctan[D’Δf/{2g・(g−Δf)] …(10)
上記式(10)において、gは固定焦点レンズ23の焦点距離、Δfは焦点可変レンズ22の焦点距離の可変量、D’は固定焦点レンズアレイ13の有効径(固定焦点レンズアレイ13を構成する固定焦点レンズ23の径を加算した数値)である。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the focal position of the variable focus lens is adjusted for each corresponding display element, and a plurality of fixed focus lenses 23 constitutes a pixel of the reproduced image and reproduces it. . That is, each pixel in the three-dimensional reproduced image displayed in space is imaged by the fixed focus lens 23 corresponding to the light emitted from the plurality of display elements 21, so that the plurality of imaged light is used. Is formed.
For this reason, the viewing zone angle θ ′ of the pixel in the present embodiment is expressed by the following equation (10).
θ ′ = 2arctan (D ′ / 2L)
= 2 arctan [D′ Δf / {2 g · (g−Δf)] (10)
In the above equation (10), g is the focal length of the fixed focus lens 23, Δf is the variable amount of the focal length of the variable focus lens 22, and D ′ is the effective diameter of the fixed focus lens array 13 (constituting the fixed focus lens array 13). It is a numerical value obtained by adding the diameter of the fixed focus lens 23).

上記式(10)より、再生像における各画素の形成に寄与する固定焦点レンズアレイ13における固定焦点レンズ23の数を増加させることにより、固定焦点レンズアレイ13の有効径D’を大きくできる。
これにより、3次元の再生像における1画素の再生に寄与する要素画像の画素数(すなわち、表示素子数)を増加させることに相当する。したがって、再生像である3次元映像の画素数は低減するが、広い視域を確保することができる。
なお、再生像の再生に必要な要素画像の画素数、及び固定焦点レンズ数は、式(10)にしたがい、必要な視域角θ’が確保できるように、Δfに応じて調整することにより、効率的に2次元画像の画素数(すなわち、2次元画像表示部11の表示素子21の数)を利用でき、質の高い再生像が得られる。
From the above formula (10), the effective diameter D ′ of the fixed focus lens array 13 can be increased by increasing the number of fixed focus lenses 23 in the fixed focus lens array 13 that contribute to the formation of each pixel in the reproduced image.
This is equivalent to increasing the number of pixels (that is, the number of display elements) of the element image that contributes to the reproduction of one pixel in the three-dimensional reproduced image. Therefore, although the number of pixels of the three-dimensional video that is a reproduced image is reduced, a wide viewing zone can be secured.
It should be noted that the number of pixels of the element image and the number of fixed focus lenses necessary for reproducing the reproduced image are adjusted according to Δf so as to ensure the necessary viewing zone angle θ ′ according to the equation (10). The number of pixels of the two-dimensional image (that is, the number of display elements 21 of the two-dimensional image display unit 11) can be used efficiently, and a high-quality reproduced image can be obtained.

次に、本実施形態に用いる焦点可変レンズ22について説明する。焦点可変レンズ22には、液晶素子を用いた焦点可変レンズが利用できる。したがって、焦点可変レンズアレイ12としては液晶ディスプレイを用いる。この液晶素子を用いた焦点可変レンズの一例としては、透明基板上に、透明電極を積層し、この透明電極が積層された2枚の透明基板を所定距離の空間を有するように対向させ、対向した空間に液晶を充填するものが使用できる。上記透明基板の材料としては、例えばガラスや高分子フィルム等を用いることができる。また、上記透明電極としては酸化インジウム(In)膜に錫(Sn)をドープしたITO(Indium−Tin Oxide)膜などの透明導電性薄膜などが使用できる。
上述したように構成した対向した透明基板の透明電極において、各液晶素子の片側もしくは、両側の中心に透明電極のない穴を開口した構造により、各液晶素子における液晶分子の配向特性が、当該液晶素子の中心部分と周辺部分とで異なり、レンズ機能に相当する屈折率分布を持たせることが可能となる。
Next, the variable focus lens 22 used in this embodiment will be described. A variable focus lens using a liquid crystal element can be used as the variable focus lens 22. Therefore, a liquid crystal display is used as the variable focus lens array 12. As an example of the variable focus lens using this liquid crystal element, a transparent electrode is laminated on a transparent substrate, and the two transparent substrates on which the transparent electrode is laminated are opposed to each other so as to have a space of a predetermined distance. What fills the space with liquid crystal can be used. As a material for the transparent substrate, for example, glass, a polymer film, or the like can be used. As the transparent electrode, a transparent conductive thin film such as an ITO (Indium-Tin Oxide) film in which tin (Sn) is doped in an indium oxide (In 2 O 3 ) film can be used.
In the transparent electrode of the opposing transparent substrate configured as described above, the alignment characteristics of the liquid crystal molecules in each liquid crystal element are determined by the structure in which a hole without a transparent electrode is opened in the center of one side or both sides of each liquid crystal element. Unlike the central portion and the peripheral portion of the element, it is possible to have a refractive index distribution corresponding to the lens function.

また、対向する透明基板に施す配向膜による液晶分子の配向処理に空間分布を持たせることでも、焦点可変レンズは形成できる。上記配向膜は各液晶素子における液晶分子の配向方向を制御するものである。この配向膜の材料としては、透明基板がガラスである場合は、たとえば、SiOやポリイミド、あるいはポリビニールアルコール(PVA)などの高分子膜が使用でき、また、透明基板が高分子フィルムなどの場合は、変成PVAやナイロンエポキシ−有機チタン系などが使用できる。
上記配向処理方法としては、配向膜表面を布などで一方向にこすることによるラビング配向処理や、光配向方法、斜方蒸着法や延伸高分子膜を利用する方法、グレーティング法、外場印加法、温度勾配法等が使用できる。これらの配向処理により、液晶分子が基板にアンカリングされ、液晶素子における液晶分子の方向性を3次元的に制御することができる。
The variable focus lens can also be formed by giving a spatial distribution to the alignment treatment of the liquid crystal molecules by the alignment film applied to the opposing transparent substrate. The alignment film controls the alignment direction of liquid crystal molecules in each liquid crystal element. As the material of this alignment film, when the transparent substrate is glass, for example, a polymer film such as SiO 2 , polyimide, or polyvinyl alcohol (PVA) can be used, and the transparent substrate can be a polymer film or the like. In this case, modified PVA, nylon epoxy-organic titanium, or the like can be used.
As the above alignment treatment method, rubbing alignment treatment by rubbing the alignment film surface in one direction with cloth, photo-alignment method, oblique vapor deposition method, method using stretched polymer film, grating method, external field application Method, temperature gradient method, etc. can be used. By these alignment treatments, the liquid crystal molecules are anchored to the substrate, and the directionality of the liquid crystal molecules in the liquid crystal element can be controlled three-dimensionally.

上述した配向膜また配向膜の少なくとも一つは、配向処理を場所により異なるものとする。つまり場所により液晶分子が配向膜にアンカリング(液晶分子の配列を規制)される方向を変化させ、その変化としては周期構造をもった回折格子とし、たとえばフレネルゾーンプレート状またはシリンドリカルレンズ状とする。この場合に使用する液晶としては、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶、強誘電性液晶、二周波駆動型液晶またはこれらの液晶の混合液晶が用いられる。液晶分子の配向の違いは、液晶分子が有する複屈折特性により、配向処理をされた部分を通過する光に対する屈折率の違いとなり、位相型の回折格子となる。その回折パターンがフレネルゾーンプレート状またはシリンドリカルレンズ状であるため、回折型レンズとなり、上記配向処理をされた部分を透過する光を集光することになる。   At least one of the alignment films or the alignment films described above is different in the alignment treatment depending on the location. That is, the direction in which the liquid crystal molecules are anchored to the alignment film (regulation of the alignment of the liquid crystal molecules) is changed depending on the location, and the change is a diffraction grating having a periodic structure, for example, a Fresnel zone plate shape or a cylindrical lens shape. . As a liquid crystal used in this case, a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, a dual frequency drive type liquid crystal, or a mixed liquid crystal of these liquid crystals is used. The difference in the alignment of the liquid crystal molecules is a difference in refractive index with respect to light passing through the portion subjected to the alignment treatment due to the birefringence characteristics of the liquid crystal molecules, and a phase type diffraction grating is obtained. Since the diffraction pattern is a Fresnel zone plate shape or a cylindrical lens shape, it becomes a diffractive lens, and the light transmitted through the portion subjected to the orientation treatment is collected.

上述した液晶素子以外にも、液体の形状を変化させて、焦点可変レンズの機能を有する素子も利用することができる。
例えば、Electrowetting素子(電気湿潤現象を用い、液体レンズの曲率を制御するレンズ素子)など、液体と基板間への印加電圧を調整することにより、液体と基板表面の接触角を制御し、液体レンズの曲率を制御する方法なども使用できる。
さらには、レンズやピンホールなどの素子を機械的に高速にz軸方向(奥行き方向)に移動する素子を利用し、透過的に焦点距離を可変する素子も利用することが可能である。
また、この焦点可変レンズとして、高分子などで形成された高分子アクチュエーター(圧電アクチュエーター)により、ガラスあるいはゲル状の液体などにより形成されたレンズを変形させることにより、焦点距離を可変とする光学素子も使用することができる。
上述してきた焦点可変レンズは、円形状や四角形状のレンズなどのいずれの形状のレンズも使用することができる。また、レンズの焦点距離の制御方向が一方向のみであるレンズ、いわゆるシリンドリカル状のレンズを用いてもよい。
また、上述した焦点可変レンズを、通常の固定焦点レンズと組み合わせたものも、本実施形態の焦点可変レンズとして使用できる。一般に焦点可変レンズの焦点可変範囲は、デバイスの性能や構成、焦点距離を制御する駆動電圧などにより限定される。このため、通常の固定焦点のレンズと、焦点可変レンズとを組み合わせて使用することにより、焦点の可変範囲を調整することができる。
In addition to the liquid crystal element described above, an element having the function of a variable focus lens by changing the shape of the liquid can also be used.
For example, by adjusting the applied voltage between the liquid and the substrate, such as an electrowetting element (a lens element that uses the electrowetting phenomenon to control the curvature of the liquid lens), the contact angle between the liquid and the substrate surface is controlled, and the liquid lens A method of controlling the curvature of the image can also be used.
Furthermore, an element that mechanically moves an element such as a lens or a pinhole in the z-axis direction (depth direction) at high speed, and an element that transparently changes the focal length can be used.
Also, as this variable focus lens, an optical element that makes the focal length variable by deforming a lens formed of glass or gel-like liquid by a polymer actuator (piezoelectric actuator) formed of a polymer or the like Can also be used.
As the variable focus lens described above, a lens having any shape such as a circular shape or a square shape can be used. Further, a lens in which the control direction of the focal length of the lens is only one direction, that is, a so-called cylindrical lens may be used.
A combination of the above-described variable focus lens and a normal fixed focus lens can also be used as the variable focus lens of the present embodiment. In general, the variable focus range of the variable focus lens is limited by the performance and configuration of the device, the drive voltage for controlling the focal length, and the like. For this reason, the focus variable range can be adjusted by using a combination of a normal fixed focus lens and a variable focus lens.

<第2の実施形態>
次に、図面を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。図9は、本実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概略ブロック図である。第2の実施形態の構成において、図1に示す第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。以下、第2の実施形態が第1の実施形態と異なる構成及び動作について説明する。
第1の実施形態にて説明したように、固定焦点レンズアレイ13の固定焦点レンズ23毎に対応して要素画像を表示するため、固定焦点レンズ23の数が3次元画像の画素数、すなわち分解能となる。したがって、2次元画像表示部11は、高精細な再生画像を得るため、すなわち画素を形成するため、多くの表示素子を有することが必要となる。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the three-dimensional image display device according to the present embodiment. In the configuration of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment shown in FIG. The configuration and operation of the second embodiment different from those of the first embodiment will be described below.
As described in the first embodiment, since the element image is displayed corresponding to each fixed focus lens 23 of the fixed focus lens array 13, the number of fixed focus lenses 23 is the number of pixels of the three-dimensional image, that is, the resolution. It becomes. Therefore, the two-dimensional image display unit 11 needs to have many display elements in order to obtain a high-definition reproduced image, that is, to form pixels.

上述した理由により、1台の2次元画像表示部11を1枚の平面ディスプレイにより構成すると、精細な3次元の再生像を再生する際に、再生画像の画素数が不足する。このため、図9に示すように、2次元画像表示部11を多くのマイクロディスプレイ91を用いて、固定焦点レンズアレイ13における固定焦点レンズ23毎に、すなわち図2で示した分割領域(B1〜B9)毎に表示ブロック100として構成してもよい。
マイクロディスプレイ91各々には、それぞれマイクロディスプレイ駆動回路92(表示素子21及び焦点可変レンズ22の焦点制御を行う)が備えられており、独立に画像表示が可能な構成とされている。
For the reason described above, when one two-dimensional image display unit 11 is configured by a single flat display, the number of pixels of the reproduced image is insufficient when reproducing a fine three-dimensional reproduced image. Therefore, as shown in FIG. 9, the two-dimensional image display unit 11 is used for each fixed focus lens 23 in the fixed focus lens array 13, that is, the divided regions (B1 to B1) shown in FIG. You may comprise as the display block 100 for every B9).
Each of the microdisplays 91 is provided with a microdisplay driving circuit 92 (for controlling the focus of the display element 21 and the variable focus lens 22), and is configured to be able to display an image independently.

上記各マイクロディスプレイ91に表示される映像は、図示しない表示制御部10から出力される外部同期信号93により調相されている(すなわち、同期が取られている)。
また、表示制御部10は、外部装置から入力される、画像データにおける各画素の空間での座標位置(x,y,z)から、空間の3次元座標に表示させる再生像の各画素の座標位置として、焦点距離の可変量Δfと、マイクロディスプレイ91における表示素子21の座標位置を算出する。
そして、表示制御部10は、表示素子21の座標位置に対応するマイクロディスプレイ91に、その表示素子の座標位置と、各表示素子に対応する焦点可変レンズ22の可変量Δfとを送信し、表示タイミングに外部同期信号93を出力する。
各マイクロディスプレイ駆動回路92は、入力される要素画像のマイクロディスプレイ91における座標位置と可変量Δfとにより、座標位置に対応した表示素子21の制御、及び当該表示素子に対応した焦点可変レンズ22の制御を、マイクロディスプレイ91条の表示素子21毎に行う。
The video displayed on each micro display 91 is phase-adjusted by an external synchronization signal 93 output from the display control unit 10 (not shown) (that is, synchronized).
Further, the display control unit 10 receives the coordinates of each pixel of the reproduced image to be displayed in the three-dimensional coordinates of the space from the coordinate position (x, y, z) of each pixel in the image data input from the external device. As the position, the variable amount Δf of the focal length and the coordinate position of the display element 21 in the micro display 91 are calculated.
Then, the display control unit 10 transmits the coordinate position of the display element and the variable amount Δf of the focus variable lens 22 corresponding to each display element to the micro display 91 corresponding to the coordinate position of the display element 21, and displays it. An external synchronization signal 93 is output at the timing.
Each micro display driving circuit 92 controls the display element 21 corresponding to the coordinate position and the focus variable lens 22 corresponding to the display element based on the coordinate position of the input element image on the micro display 91 and the variable amount Δf. Control is performed for each display element 21 of the micro display 91.

そして、マイクロディスプレイ91における表示素子21から射出される光は、第1の実施形態と同様に、焦点可変レンズ22と固定焦点レンズ23を介して、3次元画像の再生像の画素として空間に結像される。そして、第1の実施形態と同様に、固定焦点レンズ23各々に対応して、マイクロディスプレイ91に表示される2次元画像の各画素が、表示素子21から出射される光を空間にて画素として結像し、複数の2次元画像の画素で形成される空間の画素によって3次元の再生像が表示される。   Then, the light emitted from the display element 21 in the micro display 91 is coupled to a space as a pixel of a reproduced image of the three-dimensional image through the variable focus lens 22 and the fixed focus lens 23 as in the first embodiment. Imaged. Similarly to the first embodiment, each pixel of the two-dimensional image displayed on the micro display 91 corresponds to each fixed focus lens 23, and the light emitted from the display element 21 is used as a pixel in space. An image is formed, and a three-dimensional reproduced image is displayed by pixels in a space formed by a plurality of pixels of the two-dimensional image.

上述したように、本実施形態においては、1台のマイクロディスプレイ91に対し、1個の固定焦点レンズ23が対応する構成を用いることができる。
この構成により、マイクロディスプレイ91毎の表示画像の画質の違い(マイクロディスプレイ91間におけるの表示素子の位置のバラツキなど)を、3次元画像表示した際、固定焦点レンズ毎のムラとして補正することができ、再生する3次元の再生像の画質低下を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, a configuration in which one fixed focus lens 23 corresponds to one micro display 91 can be used.
With this configuration, the difference in the image quality of the display image for each micro display 91 (such as variations in the position of the display element between the micro displays 91) can be corrected as unevenness for each fixed-focus lens when a three-dimensional image is displayed. It is possible to suppress the deterioration of the image quality of the reproduced three-dimensional reproduced image.

また、上述したように、マイクロディスプレイ91を複数、すなわち固定焦点レンズ23の数のマイクロディスプレイ91を用いて2次元画像表示部11を構成した場合、各マイクロディスプレイ91の間の間隙を補正処理する必要がある。
この場合は、図10に示すように、離散的に2次元に配置されたマイクロディスプレイ91の各表示素子から出射した光を、リレー結像光学機構101を介して焦点可変レンズアレイ12の焦点可変レンズ22に入力する構成とする。この構成により、焦点可変レンズアレイ12は、第1の実施形態と同様に、間隙なく焦点可変レンズ22が配置されたレンズアレイ構造とすることができる。
Further, as described above, when the two-dimensional image display unit 11 is configured using a plurality of microdisplays 91, that is, the number of microdisplays 91 corresponding to the number of fixed focus lenses 23, the gaps between the microdisplays 91 are corrected. There is a need.
In this case, as shown in FIG. 10, the light emitted from each display element of the micro display 91 discretely arranged two-dimensionally is changed in focus by the variable focus lens array 12 via the relay imaging optical mechanism 101. The lens 22 is configured to be input. With this configuration, the variable focus lens array 12 can have a lens array structure in which the variable focus lens 22 is arranged without a gap, as in the first embodiment.

すなわち、上記リレー結像光学機構101は、複数のレンズから構成されており、上記焦点可変レンズアレイ12の各焦点可変レンズ22に対し、マイクロディスプレイ91における表示素子21各々から出射された光が、それぞれ対応する焦点可変レンズ22に入力する光路を構成する。
上述したリレー結像光学機構101の例としては、テレセントリックな4f結像光学系が使用できる。これにより、マイクロディスプレイ91に表示された要素画像を、歪曲の少ない像として、各表示素子21から出射される光が、精度よく焦点可変レンズアレイ12における対応する焦点可変レンズ22に入力させることができる。
That is, the relay imaging optical mechanism 101 is composed of a plurality of lenses, and the light emitted from each display element 21 in the micro display 91 to each of the variable focus lenses 22 of the variable focus lens array 12 is Optical paths to be input to the corresponding variable focus lenses 22 are configured.
As an example of the relay imaging optical mechanism 101 described above, a telecentric 4f imaging optical system can be used. As a result, the element image displayed on the micro display 91 is converted into an image with little distortion, and the light emitted from each display element 21 can be accurately input to the corresponding variable focus lens 22 in the variable focus lens array 12. it can.

<第3の実施形態>
次に、図面を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。図11は、本実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概略ブロック図である。第3の実施形態は、点光源110及び固定焦点レンズアレイ13間における2次元画像表示部11及び焦点可変レンズアレイ12の配置に関するものであり、他の構成及び動作については第1の実施形態及び第2の実施形態の構成及び動作と同様である。
本発明においては、点光源110と固定焦点レンズアレイ13との間において、焦点可変レンズアレイ12と、2次元画像表示部11との配置関係は、どちらを固定焦点レンズアレイ13側に設けても良い。
すなわち、すでに説明した第1の実施形態及び第2の実施形態に記載したように、点光源110からの光の進行方向において、2次元画像表示部11の後に、焦点可変レンズアレイ12があるか、もしくは、図11のように、点光源110が配置され、次段に焦点可変レンズアレイ12が配置され、その次段に液晶素子のように光を変調するタイプの2次元画像表示部11が配置され、その次段に固定焦点レンズアレイ13を配置しても良い。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the three-dimensional image display device according to the present embodiment. The third embodiment relates to the arrangement of the two-dimensional image display unit 11 and the variable focus lens array 12 between the point light source 110 and the fixed focus lens array 13, and other configurations and operations are described in the first embodiment and The configuration and operation are the same as those of the second embodiment.
In the present invention, between the point light source 110 and the fixed focus lens array 13, the arrangement relationship between the variable focus lens array 12 and the two-dimensional image display unit 11 may be either on the fixed focus lens array 13 side. good.
That is, as described in the first and second embodiments already described, is there a variable focus lens array 12 after the two-dimensional image display unit 11 in the traveling direction of the light from the point light source 110? Alternatively, as shown in FIG. 11, a point light source 110 is arranged, a variable focus lens array 12 is arranged in the next stage, and a two-dimensional image display unit 11 of a type that modulates light like a liquid crystal element is arranged in the next stage. The fixed focus lens array 13 may be arranged at the next stage.

上述した図11の配置の場合、点光源110は、焦点可変レンズ22および2次元画像表示部11の1画素に1個の割合で配置してもよい。ここで、点光源110としては、発光素子の径の大きさが微小な方が、集光点111を小さくできるため、空間にて画素を複数の表示素子21から出射される光を結像する場合、複数の光が結像されて形成される画素の大きさをより小さくできるため、再生像の解像度を向上するために有効である。例えば、点光源110の径としては表示素子21の径に比較して十分に小さくすることが必要である。   In the case of the arrangement shown in FIG. 11 described above, the point light sources 110 may be arranged at a rate of one for each pixel of the variable focus lens 22 and the two-dimensional image display unit 11. Here, as the point light source 110, when the diameter of the light emitting element is smaller, the condensing point 111 can be made smaller, so that light emitted from the plurality of display elements 21 is imaged in the space. In this case, the size of the pixel formed by forming a plurality of light images can be further reduced, which is effective for improving the resolution of the reproduced image. For example, the diameter of the point light source 110 needs to be sufficiently smaller than the diameter of the display element 21.

また、図12に示すように、点光源110の後に、光を平行光とする照明光学系120を点光源110と焦点可変レンズアレイ12との間に、表示素子21毎に設ける構成としても良い。
そして、上記照明光学系120により、各点光源110から出射される光が平行光とされ、2次元画像表示部11において照明光学系120に対応する表示素子21に入力される。この構成によれば、表示素子21により変調されて出射される光が焦点可変レンズ22に入射されることになる。
In addition, as shown in FIG. 12, an illumination optical system 120 that converts light into parallel light after the point light source 110 may be provided for each display element 21 between the point light source 110 and the variable focus lens array 12. .
Then, the illumination optical system 120 converts the light emitted from each point light source 110 into parallel light, which is input to the display element 21 corresponding to the illumination optical system 120 in the two-dimensional image display unit 11. According to this configuration, the light emitted after being modulated by the display element 21 enters the variable focus lens 22.

また、さらに他の構成として、図13に示すように、2次元画像表示部11に対して1つあるいは複数個の点光源110を1個もしくは複数個有し、点光源110が出射する光を平行光に変換し、2次元画像表示部11の各表示素子21に対して入射させる照明光学系121を有する構造でもよい。
ここで、図13に示すように、2次元画像表示部11に対して1つ、あるいは要素画像を表示する領域(固定焦点レンズ23に対応する2次元画像表示部11の表示素子範囲)毎に、上記照明光光学系121を設ける構成とし、対応して配置されている表示素子21に対して平行光を入射させるようにしても良い。
As another configuration, as shown in FIG. 13, one or a plurality of point light sources 110 are provided for the two-dimensional image display unit 11, and the light emitted from the point light sources 110 is emitted. A structure having an illumination optical system 121 that converts the light into parallel light and makes the light incident on each display element 21 of the two-dimensional image display unit 11 may be used.
Here, as shown in FIG. 13, one for the two-dimensional image display unit 11, or for each region for displaying the element image (the display element range of the two-dimensional image display unit 11 corresponding to the fixed focus lens 23). The illumination light optical system 121 may be provided, and parallel light may be incident on the display elements 21 arranged correspondingly.

<第4の実施形態>
次に、図面を参照して、本発明の第4の実施形態について説明する。図14は、本実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概略ブロック図である。第4の実施形態は、点光源110の配置に関するものであり、他の構成及び動作については第1の実施形態から第3の実施形態のいずれかの構成及び動作と同様である。
2次元画像表示部11の表示素子21の1素子に対し、複数個(図においてはx方向に4行及びy方向に4列の格子状配置により、4×4=16個)の点光源110を配置し、表示素子21毎に設けられた複数の点光源110において、複数の点光源110のいずれかを発光する点光源110として選択し、選択した点光源110を点灯させることにより、表示素子21を透過する光に傾きを与えることができる。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the three-dimensional image display device according to the present embodiment. The fourth embodiment relates to the arrangement of the point light source 110, and the other configurations and operations are the same as those in any one of the first to third embodiments.
With respect to one display element 21 of the two-dimensional image display unit 11, a plurality of point light sources 110 (4 × 4 = 16 in a lattice arrangement of four rows in the x direction and four columns in the y direction in the figure) are provided. Is selected as a point light source 110 that emits light from among the plurality of point light sources 110 provided for each display element 21, and the selected point light source 110 is turned on, thereby displaying the display element. The light transmitted through 21 can be tilted.

そして、焦点可変レンズ22を上記傾きを与えられた光が透過することにより、集光点111の位置をx,y平面(2次元平面)上において、光の傾きの角度と結像する奥行きの距離とに応じた距離だけ、2次元平面内方向に移動させることができる。
そして、集光点111から出射される光を結像する点を画素として、固定焦点レンズ23が3次元の再生像を形成する。
この構成においては、背面の点光源110の選択により、再生像143のx,y2次元平面内の画素位置(光の結像位置)の微調整を可能とすることができる。
Then, the light having the above tilt is transmitted through the variable focus lens 22, so that the position of the condensing point 111 on the x, y plane (two-dimensional plane) of the light tilt angle and the depth of image formation. It can be moved in the two-dimensional plane direction by a distance corresponding to the distance.
Then, the fixed focus lens 23 forms a three-dimensional reconstructed image using the point where the light emitted from the condensing point 111 is imaged as a pixel.
In this configuration, it is possible to finely adjust the pixel position (image formation position of light) in the x, y two-dimensional plane of the reproduced image 143 by selecting the point light source 110 on the back surface.

<第5の実施形態>
次に、図面を参照して、本発明の第5の実施形態について説明する。図15は、本実施形態による3次元画像表示装置の構成例を示す概略ブロック図である。第5の実施形態は、3次元画像表示装置において、3次元画像を表示させるか、あるいは2次元画像を表示させるかの切り替えを行う構成に関するものであり、他の構成及び動作については第1の実施形態から第4の実施形態のいずれかの構成及び動作と同様である。
図15(a)に示すように、光の進行方向において、2次元画像表示部11の次段に、光の偏光方向を、第1の偏光方向(たとえばp相)及び第2の偏光方向(例えばs相)に切り替えることができる偏光変換素子151が設けられている。例えば、本実施形態における偏光変換素子151は、電圧が印加されない場合(図15(a))、第1の偏光方向であり、電圧が印加された場合(図15(b))、第2の偏光方向となる。ここで、表示制御部10は、観察者が3次元画像を表示する、あるいは2次元画像を表示するかの選択制御を切り換えスイッチにより行うことにより、電圧の印加の制御を行う。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of the three-dimensional image display apparatus according to the present embodiment. The fifth embodiment relates to a configuration for switching between displaying a three-dimensional image or displaying a two-dimensional image in a three-dimensional image display device. For other configurations and operations, the first embodiment is described. This is the same as the configuration and operation of any one of the fourth to fourth embodiments.
As shown in FIG. 15A, in the light traveling direction, the polarization direction of the light is changed to the first polarization direction (for example, p phase) and the second polarization direction (for example, in the next stage of the two-dimensional image display unit 11. For example, a polarization conversion element 151 that can be switched to (s phase) is provided. For example, the polarization conversion element 151 according to the present embodiment has the first polarization direction when no voltage is applied (FIG. 15A), and the second polarization direction when the voltage is applied (FIG. 15B). It becomes the polarization direction. Here, the display control unit 10 controls the application of voltage by performing selection control of whether the observer displays a three-dimensional image or a two-dimensional image with a changeover switch.

そして、図15(a)に示すように、偏光変換素子151に対して電圧が印加されていない場合、偏光変換素子151は、入射する光を第1の偏光方向に偏光方向を変換させる。この第1の偏光方向により光が入射した場合、焦点可変レンズ22は、例えば、上記第1の偏光方向に対して、焦点の調節機能(焦点距離を可変量Δfにて可変する機能)が有効に働く構成となっている。また、固定焦点レンズ23も、この第1の偏光方向に対し、ある焦点距離を有する。
一方、図15(b)に示すように、偏光変換素子151に対して電圧が印加されている場合、偏光変換素子151は、光の偏光方向を上記第1の偏光方向に対し、逆位相の第2の偏光方向に、入射される光の偏光方向を変換する。この第2の偏光方向の光が入射した場合、全ての焦点可変レンズ22の焦点距離が制御にかかわらず一定値となる。また、固定焦点レンズ23もこの第2の偏光方向においては、レンズ機能として働かない特性、すなわちガラス基板となる特性を持つ材料により構成する。
上述した構成により、上記偏光変換素子151の電気的な制御により、本実施形態の3次元画像表示装置に、図15(a)の場合は3次元画像を表示し、図15(b)の場合は2次元画像を表示させることができる。
And as shown to Fig.15 (a), when the voltage is not applied with respect to the polarization conversion element 151, the polarization conversion element 151 converts the polarization direction into the 1st polarization direction of the incident light. When light is incident in the first polarization direction, the variable focus lens 22 has, for example, a focus adjustment function (a function of changing the focal length by a variable amount Δf) with respect to the first polarization direction. It has a structure that works. The fixed focus lens 23 also has a certain focal length with respect to the first polarization direction.
On the other hand, as shown in FIG. 15B, when a voltage is applied to the polarization conversion element 151, the polarization conversion element 151 has a polarization direction of light that is opposite in phase to the first polarization direction. The polarization direction of incident light is converted into the second polarization direction. When light having the second polarization direction is incident, the focal lengths of all the variable focus lenses 22 are constant regardless of the control. The fixed focus lens 23 is also made of a material that does not function as a lens function in the second polarization direction, that is, a glass substrate.
With the configuration described above, a three-dimensional image is displayed in the case of FIG. 15A on the three-dimensional image display device of the present embodiment by electrical control of the polarization conversion element 151, and in the case of FIG. 15B. Can display a two-dimensional image.

上述した構成と同様に、3次元画像と2次元画像を切り替え表示する別の構成を図16に示す。焦点可変レンズアレイ12における焦点可変レンズ22の焦点距離を制御し、焦点可変レンズ22で集光する点の位置を、固定焦点レンズ23から、固定焦点レンズ23の焦点距離gの2倍の位置に制御する。この制御も、観察者が3次元画像または2次元画像のいずれを表示させるかを、スイッチにより選択することにより、表示制御部10が焦点可変レンズ22の焦点距離の制御を行う。
このとき、固定焦点レンズ23で結像される画素の位置は、固定焦点レンズアレイ13から2gの距離に、倍率1倍で結像されることになる。例えば、集光点1aの画素が座標点1a’に表示され、集光点1bの画素が座標点1b’、…、集光点2cの画素が座標点2c’に表示される。
この倍率1倍にて結像される画素数としては、2次元画像表示部11の表示素子21の数と同じ数の画素が、固定焦点レンズアレイ13から2gの距離におけるx、y2次元平面上に再生される。
このとき再生される画像が通常の2次元画像が再生されるように画素制御することで、3次元画像を表示する場合と2次元画像を表示する場合に切り替えることができる。
Similar to the configuration described above, FIG. 16 shows another configuration for switching and displaying a three-dimensional image and a two-dimensional image. The focal length of the variable focal lens 22 in the variable focal lens array 12 is controlled, and the position of the focal point of the variable focal lens 22 is changed from the fixed focal lens 23 to twice the focal length g of the fixed focal lens 23. Control. In this control as well, the display control unit 10 controls the focal length of the variable focus lens 22 by selecting whether the observer displays a three-dimensional image or a two-dimensional image with a switch.
At this time, the position of the pixel imaged by the fixed focus lens 23 is imaged at a magnification of 1 at a distance of 2 g from the fixed focus lens array 13. For example, the pixel of the condensing point 1a is displayed at the coordinate point 1a ′, the pixel of the condensing point 1b is displayed at the coordinate point 1b ′,..., And the pixel of the condensing point 2c is displayed at the coordinate point 2c ′.
As the number of pixels imaged at this magnification of 1 ×, the same number of pixels as the number of display elements 21 of the two-dimensional image display unit 11 is on the x, y two-dimensional plane at a distance of 2 g from the fixed focus lens array 13. To be played.
By controlling the pixels so that an image reproduced at this time is reproduced as a normal two-dimensional image, it is possible to switch between displaying a three-dimensional image and displaying a two-dimensional image.

また、図17に示すように、焦点可変レンズアレイ12における全ての焦点可変レンズ22の焦点距離を一定となるように制御し、焦点可変レンズ22による集光点1a〜2cの位置を、固定焦点レンズ23から距離Aの位置に設定する。このとき、固定焦点レンズ23を介して再生される結像点の位置は、固定焦点レンズアレイ13から距離A離れた2次元平面上になる。この制御も、観察者が3次元画像または2次元画像のいずれを表示させるかを、スイッチにより選択することにより、表示制御部10が焦点可変レンズ22の焦点距離の制御を行う。
このとき、各焦点可変レンズ22の集光点1a〜2c間の距離が一定になるように、距離Aを設定することにより、2次元平面状に2次元画像を表示することができる。このとき2次元画像表示部11には、2次元画像再生時に正しい2次元画像が再生されるように表示する。
Further, as shown in FIG. 17, the focal lengths of all the variable focal lenses 22 in the variable focal lens array 12 are controlled to be constant, and the positions of the condensing points 1a to 2c by the variable focal lens 22 are fixed focal points. The position is set at a distance A from the lens 23. At this time, the position of the image forming point reproduced via the fixed focus lens 23 is on a two-dimensional plane separated by a distance A from the fixed focus lens array 13. In this control as well, the display control unit 10 controls the focal length of the variable focus lens 22 by selecting whether the observer displays a three-dimensional image or a two-dimensional image with a switch.
At this time, it is possible to display a two-dimensional image in a two-dimensional plane by setting the distance A so that the distance between the condensing points 1a to 2c of each focus variable lens 22 is constant. At this time, the two-dimensional image display unit 11 displays so that a correct two-dimensional image is reproduced when the two-dimensional image is reproduced.

図16及び図17で説明した3次元画像及び2次元画像の表示を切り替える構成の場合、図18に示すように、電気的にスクリーンの拡散度を制御できる拡散変調スクリーン181を、2次元画像を表示する際に画素が結像する2次元平面に配置させる構成としても良い。3次元画像を表示する場合、拡散変調スクリーン181を透明にし、奥行き方向に画素を表示可能とし、一方、2次元画像を表示する場合、拡散変調スクリーン181の拡散度を上げて拡散状態にする。この制御も、観察者が3次元画像または2次元画像のいずれを表示させるかを、スイッチにより選択することにより、表示制御部10が焦点可変レンズ22の焦点距離の制御とともに、拡散変調スクリーン181の拡散度の制御を行う。
上述した本実施形態において、表示制御部10は、2次元画像の表示を行う際、2次元画像表示部11の表示素子21の領域を分割し、分割した領域毎に要素画像を表示させることはせずに、通常の2次元ディスプレイと同様に全面にて2次元画像の表示を行う。また、各表示素子21には図示しない点光源から平行光が入射されている。
In the case of the configuration for switching the display of the three-dimensional image and the two-dimensional image described with reference to FIGS. 16 and 17, as shown in FIG. It is good also as a structure arrange | positioned on the two-dimensional plane which a pixel image-forms when displaying. When displaying a three-dimensional image, the diffusion modulation screen 181 is made transparent so that pixels can be displayed in the depth direction. On the other hand, when a two-dimensional image is displayed, the diffusion degree of the diffusion modulation screen 181 is raised to a diffusion state. In this control as well, the display control unit 10 controls the focal length of the variable focal length lens 22 and the diffusion modulation screen 181 by selecting whether the observer displays a three-dimensional image or a two-dimensional image with a switch. Control diffusivity.
In the present embodiment described above, when displaying the two-dimensional image, the display control unit 10 divides the area of the display element 21 of the two-dimensional image display unit 11 and displays the element image for each divided area. Without displaying, a two-dimensional image is displayed on the entire surface in the same manner as a normal two-dimensional display. Moreover, parallel light is incident on each display element 21 from a point light source (not shown).

また、図1における表示制御部10の座標位置を演算する機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより座標位置の演算を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。   Further, a program for realizing the function of calculating the coordinate position of the display control unit 10 in FIG. 1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed. The coordinate position may be calculated by doing so. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.

上述したように、本発明の各実施形態は、従来のように、3次元映像を観察するための特殊な眼鏡を用いる必要がなく、静止画及び動画による自然な3次元映像を表示するディスプレイとして用いることができる3次元画像表示装置である。
例えば、本発明の各実施形態は、将来の3次元映像放送時代の家庭用ディスプレイとして、また、医療やゲーム、教育など3次元映像を必要する用途に用いることができる。
As described above, each embodiment of the present invention does not require the use of special glasses for observing a 3D image as in the prior art, and is a display that displays a natural 3D image by a still image and a moving image. This is a three-dimensional image display device that can be used.
For example, each embodiment of the present invention can be used as a home display in the future 3D video broadcasting era and for applications requiring 3D video such as medical treatment, games, and education.

1a,1b,1c,2a,2b,2c,43,111…集光点
10…表示制御部
11…2次元画像表示部
12…焦点可変レンズアレイ
13…固定焦点レンズアレイ
14,61,143…再生像
21…表示素子
22…焦点可変レンズ
23…固定焦点レンズ
32,33,34…画素
110…点光源
91…マイクロディスプレイ
92…マイクロディスプレイ駆動回路
93…外部同期信号
100…表示ブロック
120…照明光学系
151…偏光変換素子
181…拡散変調スクリーン
B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,B9…分割領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, 43, 111 ... Condensing point 10 ... Display control part 11 ... Two-dimensional image display part 12 ... Variable focus lens array 13 ... Fixed focus lens array 14, 61, 143 ... Reproduction | regeneration Image 21 ... Display element 22 ... Variable focus lens 23 ... Fixed focus lens 32, 33, 34 ... Pixel 110 ... Point light source 91 ... Micro display 92 ... Micro display drive circuit 93 ... External synchronization signal 100 ... Display block 120 ... Illumination optical system 151... Polarization conversion element 181... Diffusion modulation screen B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9.

Claims (7)

2次元平面画像である複数の要素画像における対応する画素を3次元空間において重ねることにより、3次元画像を表示するインテグラルフォトグラフィ方式の3次元画像表示装置であり、
複数の表示素子が配列し、当該表示素子が前記要素画像を表示する複数の分割領域に分割されている2次元画像表示部と、
該2次元画像表示部における前記表示素子毎の光軸上にそれぞれ配置された焦点可変レンズと、
該焦点可変レンズの光の出射側において、前記分割領域各々と重なる位置にそれぞれ配置されたレンズと、
前記3次元画像の画素の前記3次元空間の座標位置に対応し、前記2次元画像表示部における前記表示素子毎に、当該表示素子に対応する前記焦点可変レンズの焦点距離を制御することにより、前記3次元画像における一つの前記画素を構成する複数の前記分割領域の前記表示素子から出射される光を、前記3次元空間における同一位置において前記レンズにより集光させる表示制御部と
を有することを特徴とする3次元画像表示装置。
An integral photography type three-dimensional image display device that displays a three-dimensional image by superimposing corresponding pixels in a plurality of element images that are two-dimensional planar images in a three-dimensional space;
A two-dimensional image display section in which a plurality of display elements are arranged and the display elements are divided into a plurality of divided regions for displaying the element image;
A variable-focus lens disposed on the optical axis of each display element in the two-dimensional image display unit;
A lens disposed at a position overlapping with each of the divided regions on the light emission side of the variable focus lens;
Corresponding to the coordinate position of the pixel of the three-dimensional image in the three-dimensional space, and controlling the focal length of the variable focus lens corresponding to the display element for each display element in the two-dimensional image display unit, A display control unit configured to condense light emitted from the display elements in the plurality of divided regions constituting one pixel in the three-dimensional image by the lens at the same position in the three-dimensional space. A characteristic three-dimensional image display device.
前記2次元画像表示部における表示素子が、設定された分解能に対応するグリッド間隔より小さい径を有する点光源である発光素子にて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の3次元画像表示装置。   The three-dimensional display according to claim 1, wherein the display element in the two-dimensional image display unit is formed of a light-emitting element that is a point light source having a diameter smaller than a grid interval corresponding to a set resolution. Image display device. 前記2次元画像表示部が、
設定された分解能に対応するグリッド間隔より小さい径を有する点光源と見なせる発光部と、
透過型あるいは反射型であり前記発光部からの光を変調する表示素子が配列された表示素子アレイと
から形成されていることを特徴とする請求項1に記載の3次元画像表示装置。
The two-dimensional image display unit
A light emitting section that can be regarded as a point light source having a diameter smaller than the grid interval corresponding to the set resolution;
2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the three-dimensional image display device is formed of a display element array which is a transmission type or a reflection type and in which display elements for modulating light from the light emitting section are arranged.
前記分割領域と、前記分割領域の表示素子に対応して設けられた前記焦点可変レンズと、前記分割領域と平面視にて重なる位置に配置されたレンズと、前記分割領域に対応する可変焦点レンズを調整する前記表示制御部とが、1つの表示モジュールとして構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の3次元画像表示装置。   The divided region, the variable focus lens provided corresponding to the display element of the divided region, a lens arranged at a position overlapping the divided region in plan view, and a variable focus lens corresponding to the divided region The three-dimensional image display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the display control unit that adjusts the image is configured as one display module. 前記焦点可変レンズに対して複数の点光源を設け、いずれの点光源を用いるかにより3次元画像の画素の位置を、2次元画像表示部と平行な2次元平面上にて制御することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の3次元画像表示装置。   A plurality of point light sources are provided for the variable focus lens, and the position of the pixel of the three-dimensional image is controlled on a two-dimensional plane parallel to the two-dimensional image display unit depending on which point light source is used. The three-dimensional image display device according to any one of claims 1 to 4. 前記表示制御部が、前記2次元画像表示部の各表示素子に対応する全ての焦点可変レンズの焦点距離を、予め設定された同一値とすることにより、焦点可変レンズによる集光点の位置を、前記レンズから所定の距離にある2次元画像表示部と平行な2次元表示平面とし、前記2次元画像表示部に表示された画像を、前記2次元表示平面に表示させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の3次元画像表示装置。   The display control unit sets the focal lengths of all the variable focus lenses corresponding to the display elements of the two-dimensional image display unit to the same preset value, thereby determining the position of the condensing point by the variable focus lens. A two-dimensional display plane parallel to a two-dimensional image display unit at a predetermined distance from the lens is used, and an image displayed on the two-dimensional image display unit is displayed on the two-dimensional display plane. The three-dimensional image display apparatus according to any one of claims 1 to 5. 前記2次元表示平面の位置に配置され、光を透過させる透明な状態と、光を拡散させる状態とに切り換える拡散スクリーンをさらに有し、
3次元画像を表示する際、前記拡散スクリーンを光を透過させる透明な状態とし、一方、2次元画像を表示する際、前記拡散スクリーンを光を拡散させる状態とすることを特徴とする請求項6に記載の3次元画像表示装置。
A diffusion screen disposed at the position of the two-dimensional display plane and switching between a transparent state for transmitting light and a state for diffusing light;
7. When displaying a three-dimensional image, the diffusion screen is set in a transparent state that allows light to pass therethrough, and when displaying a two-dimensional image, the diffusion screen is set in a state in which light is diffused. The three-dimensional image display device described in 1.
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