JP5412655B2 - 3D image display device - Google Patents

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この発明は、インテグラルイメジングにおいて、中でも特にフライアイレンズを構成する要素レンズを大きくし、観察者から見たときに1つのレンズから複数の画素が観測される粗インテグラルイメジングにおいて、偽像の発生を抑制することができる3次元画像の表示装置に関している。   In the integral imaging, particularly in the rough integral imaging in which a plurality of pixels are observed from one lens when viewed from the observer, the element lens constituting the fly-eye lens is enlarged. The present invention relates to a three-dimensional image display device capable of suppressing image generation.

従来のインテグラルイメジング方式の3次元画像表示装置の概要を、図1(a)、(b)、(c)に示す。図1(a)の構成では、表示面の前に凸レンズアレイと大口径集光系としてのフレネルレンズを配置して、観察者に実像を提示する。図1(b)の構成では、観察者の近くに表示面と凸レンズアレイと大口径集光系を配置して、観察者に虚像を提示する。図1(c)では、観察者に複数の実像を提示して、より改善された臨場感を提示するものである。   An outline of a conventional integral imaging type three-dimensional image display apparatus is shown in FIGS. In the configuration of FIG. 1A, a convex lens array and a Fresnel lens as a large aperture condensing system are arranged in front of the display surface to present a real image to the observer. In the configuration of FIG. 1B, a display surface, a convex lens array, and a large-diameter condensing system are arranged near the observer, and a virtual image is presented to the observer. In FIG. 1C, a plurality of real images are presented to the observer to present a more improved sense of reality.

粗インテグラルイメジング(CII:Coarse Integral Imaging)とは、インテグラルイメジングにおいて、フライアイレンズを構成する要素レンズを大きくし、観察者から見たときに1つのレンズから複数の画素が観測される方式である(非特許文献1)。この方式は、実像または虚像を生成するため、ディスプレイから浮き上がった、あるいは奥まった立体像の生成において有利であることが知られている(非特許文献2)。一方、この方式では、レンズにより生成される実像・虚像に光学歪みが発生することに起因する画質の問題が多くある。また、要素画像が大きいため、その継ぎ目の不連続性による立体像の品質低下も大きな問題となる。   Coarse Integral Imaging (CII: Coarse Integral Imaging) means that in Integral Imaging, the element lenses that make up a fly-eye lens are enlarged and multiple pixels are observed from one lens when viewed from the observer. (Non-Patent Document 1). Since this method generates a real image or a virtual image, it is known that this method is advantageous in generating a three-dimensional image that is lifted or recessed from a display (Non-Patent Document 2). On the other hand, in this method, there are many image quality problems due to the occurrence of optical distortion in the real and virtual images generated by the lens. In addition, since the element image is large, the deterioration of the quality of the stereoscopic image due to the discontinuity of the joint is also a serious problem.

本発明の発明者らは、インテグラルイメジングにおいて、フライアイレンズを構成する個々のレンズを大きくするとともに、ディスプレイパネル部を多層化する粗インテグラルボリューム表示法を特許文献1(特開2008−015121号公報)で開示している。この方式では、ボリューム化された実像(または虚像)が観察されるので、輻輳調節矛盾が軽減される。また、多視点系を組み合わせるため、パネル数をある程度聞引いて斜めから見たときに前後のパネルで表示した像が分離することはない。さらに、オクルージョン(occlusion ; 物体間の隠蔽関係)や光沢面の表現も可能となる。   The inventors of the present invention have disclosed a coarse integral volume display method in which integral lenses are used to enlarge individual lenses constituting a fly-eye lens and multilayer the display panel portion (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-151). 015121). In this method, since a volumed real image (or virtual image) is observed, congestion adjustment contradiction is reduced. In addition, since the multi-viewpoint system is combined, the images displayed on the front and rear panels are not separated when viewed from an oblique angle by hearing the number of panels to some extent. Furthermore, occlusion (occlusion relationship between objects) and glossy surface can be expressed.

特に粗インテグラルイメジング法で実像生成を行う湯合、観察者の近くに立体像を提示するため、細かな視差提示が必要となる。そのため、上述した収差や継ぎ目の不連続性の問題が顕著になる。その解決方法として、多層モノクロパネルを使い映像のエッジ部分のみを表示するボリュームディスプレイを粗インテグラルイメジングで生成される実像の多視点映像に重ね合わせる方式(非特許文献3、4)と、インテグラルイメジングの表示部を多層化する方式とが提案されている(非特許文献5、6)。前者の場合、ボリュームディスプレイに光学歪みはないが、インテグラルイメジングによる多視点映像とボリュームディスプレイの間にずれが生じる。後者の場合、ボリュームディスプレイ自体に光学歪みが発生する。そのため、いずれの方法においても、提示する立体像は十分な画質を実現できなかった。   In particular, since the stereoscopic image is presented near the viewer, the real image is generated by the coarse integral imaging method, fine parallax presentation is required. For this reason, the above-mentioned problems of aberration and joint discontinuity become prominent. As a solution, a volume display that displays only an edge portion of a video using a multi-layer monochrome panel is superimposed on a real multi-view video generated by rough integral imaging (Non-Patent Documents 3 and 4), an Integra There have been proposed a method of multilayering the display portion of the rouge imaging (Non-Patent Documents 5 and 6). In the former case, there is no optical distortion in the volume display, but there is a shift between the multi-view video and the volume display due to integral imaging. In the latter case, optical distortion occurs in the volume display itself. Therefore, in any of the methods, the stereoscopic image to be presented cannot realize sufficient image quality.

以上の問題を解決する方法として、本発明の発明者らは、生成される実像の歪みを計算し、歪んだディスプレイ面に対してレンダリングを行う方式を提案している(非特許文献7、8)。これにより、光学歪みによる画質の劣化が大幅に改善されることが確認されている。さらに、粗インテグラルイメジングにおいて、パネルを多層化し、その実像として生成される歪んだ多層面に対して、DFD(Depth-fused 3D)による奥行き標本型(非特許文献9、10)の表示を適用する手法を上記発明者らは提案しており、それを粗インテグラルボリューム表示(CIVI:Coarse Integral Volumetric Imaging)と呼んでいる(非特許文献11、12)。この手法により、隣り合うレンズ間で生じる両像の不連続性の解消、および輻輳調節矛盾の軽減が実現されることが確認されている。   As a method for solving the above problems, the inventors of the present invention have proposed a method of calculating the distortion of a generated real image and rendering the distorted display surface (Non-Patent Documents 7 and 8). ). As a result, it has been confirmed that the degradation of image quality due to optical distortion is greatly improved. Furthermore, in rough integral imaging, the panel is multi-layered, and the display of the depth sample type (Non-patent Documents 9 and 10) by DFD (Depth-fused 3D) is applied to the distorted multi-layer surface generated as the real image. The inventors have proposed a method to be applied, and this is called coarse integral volumetric imaging (CIVI) (Non-patent Documents 11 and 12). It has been confirmed that this method can eliminate discontinuity between both images generated between adjacent lenses and reduce congestion adjustment contradiction.

このように、高画質の立体像が実現できる粗インテグラル表示方式であるが、偽像が発生するという問題がある。図2に示す通り、それぞれの要素画像が、対応する要素レンズではなく、隣の要素レンズを通しても結像するため、これが偽像となって表れる。   Thus, although it is a rough integral display system that can realize a high-quality stereoscopic image, there is a problem that a false image is generated. As shown in FIG. 2, each element image forms an image not through the corresponding element lens but also through an adjacent element lens, and this appears as a false image.

これに対処する方法として、これまでは実像が生成される部分のみを覗き窓とし、他の部分は壁にして偽像が隠されるようにする措置が取られてきた(図2)。しかしながら、覗き窓の設置は装置全体の嵩を大きくすることになる、という問題がある。   To cope with this, measures have been taken so far that only the part where the real image is generated is used as a viewing window and the other part is used as a wall to hide the false image (FIG. 2). However, there is a problem that the installation of the viewing window increases the overall volume of the apparatus.

上記の様に、既存の粗インテグラル表示方式および、粗インテグラルボリューム表示方式では、提示する像の周辺に偽像が発生するという問題が残っていた。これまでは、偽像を隠す壁を設置するなどの対応をとってきたが、この方法では壁の取り付けのため装置全体が大きくなってしまう。そこで、本発明では、バックライ卜部を工夫することで、粗インテグラル表示および粗インテグラルボリューム表示における偽像を抑制した表示装置を提案する。   As described above, in the existing coarse integral display method and coarse integral volume display method, there remains a problem that a false image is generated around the image to be presented. Up to now, measures have been taken such as installing a wall that hides the false image, but this method increases the overall size of the apparatus due to the attachment of the wall. Accordingly, the present invention proposes a display device that suppresses false images in the rough integral display and the rough integral volume display by devising the backlight section.

特開2008−015121号公報JP 2008-015121 A

H. Kakeya, "Coarse integral imaging and its applications, " SPIE proceedings Volume 6803 (2008). Opt. 46, 3766-3773 (2007).H. Kakeya, "Coarse integral imaging and its applications," SPIE proceedings Volume 6803 (2008). Opt. 46, 3766-3773 (2007). B. Lee, S. Jung, Si.-W. Min, and J.-H. Park, "Three-dimentional display by use of integral photography with dynamically variable image planes, " Opt Lett. 26, 1481-1482 (2001).B. Lee, S. Jung, Si.-W. Min, and J.-H. Park, "Three-dimentional display by use of integral photography with dynamically variable image planes," Opt Lett. 26, 1481-1482 (2001 ). R. Yasui, I. Matsuda, H. Kakeya, "Combining volumetric edge display and multiview display for expression of natural 3D images, " SPIE Proceedings Volume 6055 (2006).R. Yasui, I. Matsuda, H. Kakeya, "Combining volumetric edge display and multiview display for expression of natural 3D images," SPIE Proceedings Volume 6055 (2006). H. Ebisu, T. Kimura, H. Kakeya, "Realization of electronic 3D display combining multiview and volumentric solutions," SPIE Proceedings Volume 6490 (2007).H. Ebisu, T. Kimura, H. Kakeya, "Realization of electronic 3D display combining multiview and volumentric solutions," SPIE Proceedings Volume 6490 (2007). Y. Kim, J. H. Park, H. Choi, J. Kim, S.-W. Cho, and B. Lee, "Depth-enhanced three-dimensional integral imaging by use of multilayered display devices," Appl. Opt. 45, 4334-4343 (2006).Y. Kim, JH Park, H. Choi, J. Kim, S.-W. Cho, and B. Lee, "Depth-enhanced three-dimensional integral imaging by use of multilayered display devices," Appl. Opt. 45, 4334-4343 (2006). Y. Kim, H. Choi, J. Kim, S. -W. Cho, Y. Kim, J. Park, and B. Lee, "Depth-enhanced integral imaging display system with electrically variable image planes using polymer-dispersed liquid-crystal layers," Appl. Opt. 46, 3766-3773 (2007).Y. Kim, H. Choi, J. Kim, S. -W. Cho, Y. Kim, J. Park, and B. Lee, "Depth-enhanced integral imaging display system with electrically variable image planes using polymer-dispersed liquid -crystal layers, "Appl. Opt. 46, 3766-3773 (2007). H. Kakeya and Y. Arakawa, "Autostereoscopic Display with Real-image Virtual Screen and Light Filters," SPIE Proceedings Volume 4660 (2002).H. Kakeya and Y. Arakawa, "Autostereoscopic Display with Real-image Virtual Screen and Light Filters," SPIE Proceedings Volume 4660 (2002). H. Kakeya, "Real-Image-Based Autostereoscopic Display using LCD, Mirrors, and Lenses," SPIE proceedings Volume 5006 (2003).H. Kakeya, "Real-Image-Based Autostereoscopic Display using LCD, Mirrors, and Lenses," SPIE proceedings Volume 5006 (2003). S. Suyama, H. Takada, K. Uehira, S. Sakai and S. Ohtsuka, "A Novel Direct-Vision 3-D Display using Luminance-Modulated Two 2-D Images Displayed at Different Depths," SID'00 Digest of Technical Papers, 54.1, pp. 1208-l211 (2000).S. Suyama, H. Takada, K. Uehira, S. Sakai and S. Ohtsuka, "A Novel Direct-Vision 3-D Display using Luminance-Modulated Two 2-D Images Displayed at Different Depths," SID'00 Digest of Technical Papers, 54.1, pp. 1208-l211 (2000). S. Suyama, H. Takada and S. Ohtsuka, "A Direct-Vision 3-D Display Using a New Depth-fusing Perceptual Phenomenon in 2-D Displays with Different Depth," IEICE Trans. on Electron., Vol. E85-C, No. 11, pp. 1911-1915 (2002).S. Suyama, H. Takada and S. Ohtsuka, "A Direct-Vision 3-D Display Using a New Depth-fusing Perceptual Phenomenon in 2-D Displays with Different Depth," IEICE Trans. On Electron., Vol. E85- C, No. 11, pp. 1911-1915 (2002). H. Kakeya, "lmproving image quality or coarse integral volumetric display," SPIE Proceedings Volume 7237 (2009).H. Kakeya, "lmproving image quality or coarse integral volumetric display," SPIE Proceedings Volume 7237 (2009). H. Kakeya, T. Kurokawa, Y. Mano, "Electronic realization of coarse integral volumetric imaging with wide viewing angle," SPIE proceedings Volume 6803 (2010).H. Kakeya, T. Kurokawa, Y. Mano, "Electronic realization of coarse integral volumetric imaging with wide viewing angle," SPIE proceedings Volume 6803 (2010).

バックライ卜部を工夫することで、粗インテグラル表示および粗インテグラルボリューム表示における偽像を抑制することができる3次元画像の表示装置を提案する。   We propose a three-dimensional image display device that can suppress false images in coarse integral display and coarse integral volume display by devising the backlight collar.

上記の覗き窓以外の偽像除去方法として、要素画像が隣の要素レンズを通らないように、要素画像表示面と要素レンズの間において、各要素画像の周囲を障壁で取り囲む方法が考えられる。しかし、この方法では障壁が立体構造をとることになり、加工・組み立てに精度も要求される。   As a method for removing a false image other than the viewing window, a method of surrounding each element image with a barrier between the element image display surface and the element lens is conceivable so that the element image does not pass through the adjacent element lens. However, in this method, the barrier has a three-dimensional structure, and accuracy is required for processing and assembly.

そこで、本発明では、より簡便な構造で、かつ省電力化にもつながる偽像消去方法を提案する。提案する手法においては、図3に示す通り、バックライトの発光位置を限定するとともに、要素画像ごとに凸レンズを裏に配置する構成をとる。この構成をとれば、隣接するレンズヘの光路上にバックライトがないため、壁を設置しなくても偽像を抑制できる。また、正像の輝度を低下させることなく、バックライトの発光範囲を狭められることになる。   Therefore, the present invention proposes a false image erasing method that has a simpler structure and can also save power. In the proposed method, as shown in FIG. 3, the light emission position of the backlight is limited, and a convex lens is arranged on the back for each element image. With this configuration, since there is no backlight on the optical path to the adjacent lens, it is possible to suppress false images without installing a wall. In addition, the light emission range of the backlight can be narrowed without reducing the luminance of the normal image.

したがって、本発明は、インテグラル表示法を用いた3次元画像表示装置であって、バックライトからの光が複数の要素レンズの配列した第1集光系アレイ、画像表示面、第2集光系を経て、観察者の目に入射する構成をもつ。また、第2集光系の焦点距離をfa、上記要素レンズの焦点距離をfb、上記バックライトと第1集光系アレイ間の距離がfafb/(fa−fb)、第1集光系アレイと第2集光系間の距離がfaであるとき、第2集光系を構成するそれぞれの要素レンズのレンズ形状に対して、それをfb/(fa−fb)倍した相似図形のそれぞれの範囲内でバックライトを発光させるものである。   Therefore, the present invention is a three-dimensional image display device using an integral display method, in which light from a backlight is arranged in a first light collection system array in which a plurality of element lenses are arranged, an image display surface, and a second light collection. Through the system, it has a configuration that enters the eyes of the observer. Further, the focal length of the second light collecting system is fa, the focal length of the element lens is fb, the distance between the backlight and the first light collecting system array is fafb / (fa−fb), and the first light collecting system array. When the distance between the second condensing system is fa, each of the similar figures obtained by multiplying the lens shape of each element lens constituting the second condensing system by fb / (fa−fb) The backlight emits light within the range.

上記画像表示面は複数の表示面で構成され、上記バックライトからの光は、順次複数の前記表示面を透過するようにすることで、ボリューム感のある立体像を提示することができる。   The image display surface is composed of a plurality of display surfaces, and the light from the backlight is able to present a volumetric stereoscopic image by sequentially transmitting the plurality of display surfaces.

また、上記観察者から見た奥行き情報は、上記画像表示面における複数の表示面によって表示することで、より深い奥行きがあり、ボリューム感のある立体像を提示することができる。   Further, the depth information viewed from the observer is displayed on a plurality of display surfaces on the image display surface, so that a three-dimensional image having a deeper depth and a volume feeling can be presented.

この発明によって、偽像が抑制された3次元画像表示装置を実現でき、正面からずれた観察者にも偽像が抑制された画像を提供できる。   According to the present invention, a three-dimensional image display device in which false images are suppressed can be realized, and an image in which false images are suppressed can be provided to an observer who is displaced from the front.

従来のインテグラルイメジング方式の3次元画像表示装置の概要を示す。(a)は、表示面の前に凸レンズアレイと大口径集光系としてのフレネルレンズを配置して、観察者に実像を提示し、(b)は、観察者の近くに表示面と凸レンズアレイと大口径集光系を配置して、観察者に虚像を提示し、(c)は、観察者に複数の実像を提示して、より改善された臨場感を提示するものである。An outline of a conventional integral imaging three-dimensional image display apparatus is shown. (A) arranges a convex lens array and a Fresnel lens as a large aperture condensing system in front of the display surface, and presents a real image to the observer, and (b) shows a display surface and a convex lens array near the observer. And a large-diameter condensing system are arranged to present a virtual image to the observer, and (c) presents a plurality of real images to the observer and presents a more improved sense of reality. 高画質の立体像が実現できる粗インテグラル表示方式であるが、偽像が発生するという問題がある。それぞれの要素画像が、対応する要素レンズではなく、隣の要素レンズを通しても結像するため、これが偽像となって表れる。これに対処する方法として、これまでは実像が生成される部分のみを覗き窓とし、他の部分は壁にして偽像が隠されるようにする措置が取られてきた。しかしながら、覗き窓の設置は装置全体の嵩を大きくすることになる、という問題がある。Although this is a coarse integral display method that can realize a high-quality stereoscopic image, there is a problem that a false image is generated. Since each element image forms an image not through a corresponding element lens but also through an adjacent element lens, this appears as a false image. In order to cope with this, until now, measures have been taken so that only the portion where the real image is generated is used as a viewing window and the other portion is used as a wall to hide the false image. However, there is a problem that the installation of the viewing window increases the overall volume of the apparatus. 本発明の提案する偽像消去方法を示す。提案する手法においては、バックライトの発光位置を限定するとともに、要素画像ごとに凸レンズを裏に配置する構成をとる。この構成をとれば、隣接するレンズヘの光路上にバックライトがないため、壁を設置しなくても偽像を抑制できる。また、正像の輝度を低下させることなく、バックライトの発光範囲を狭められることになる。(a)では、第2集光系の焦点距離をfa、上記要素レンズの焦点距離をfb、上記バックライトと第1集光系アレイ間の距離がfafb/(fa−fb)、第1集光系アレイと第2集光系間の距離がfaであるとき、第2集光系を構成するそれぞれの要素レンズのレンズ形状に対して、それをfb/(fa−fb)倍した相似図形のそれぞれの範囲内でバックライトを発光させる。また、(b)では、観察者側のレンズアレイとして、厚みのあるものを配置している。こうすることで、要素レンズ間の継ぎ目で、光を遮断できる幅ができる。現実にバックライトの発光範囲を理論通りに設定しても、実機では加工誤差等が発生したり、レンズの収差が発生したりするため、光が一部隣の要素レンズに漏れる場合がある。しかし、この漏れを防ぐために、バックライトの発光範囲を制限しすぎると、逆に本来見せるべき正像までが欠けて暗くなる傾向にある。そこで、バックライトの発光範囲を若干広めにとりつつ、それによって漏れる光をレンズの継ぎ目部分の厚みで遮断することで、偽像消去と正像の維持を両立することができる。1 shows a false image erasing method proposed by the present invention. In the proposed method, the light emission position of the backlight is limited, and a convex lens is arranged on the back for each element image. With this configuration, since there is no backlight on the optical path to the adjacent lens, it is possible to suppress false images without installing a wall. In addition, the light emission range of the backlight can be narrowed without reducing the luminance of the normal image. In (a), the focal length of the second condensing system is fa, the focal length of the element lens is fb, the distance between the backlight and the first condensing system array is fafb / (fa−fb), and the first collection. When the distance between the optical system array and the second condensing system is fa, a similar figure obtained by multiplying the lens shape of each element lens constituting the second condensing system by fb / (fa−fb) The backlight is emitted within the respective ranges. In (b), a thick lens array is arranged on the viewer side. By doing so, a width that can block light at the joint between the element lenses is formed. Even if the light emission range of the backlight is actually set as theoretically, in some cases, processing errors or lens aberrations occur in the actual device, so that part of the light may leak to the adjacent element lens. However, if the light emission range of the backlight is restricted too much to prevent this leakage, the normal image that should be originally shown tends to be lost and darkened. Therefore, by eliminating the light emission range of the backlight and blocking the leaked light by the thickness of the joint portion of the lens, it is possible to achieve both false image erasure and normal image maintenance. 観察者に複数の実像を提示して、より改善された臨場感のある画像を提示するものである。これは、より深い奥行きのある立体像を提示する場合に用いることができ、ボリューム感のある立体像を提示することができる。また、ボリュームのある像を提示することで、レンズの継ぎ目における映像の接続性を格段に改善することができる。By presenting a plurality of real images to the observer, a more improved realistic image is presented. This can be used when a stereoscopic image having a deeper depth is presented, and a stereoscopic image with a volume feeling can be presented. Also, by presenting a volumetric image, the video connectivity at the lens joint can be significantly improved. この図に示すように、例えば8組の上記インテグラルディスプレイユニットで観察者を取り囲む構成にすることで、観察者に偽像の抑制された360度の3次元画像を提示することができる。As shown in this figure, for example, by adopting a configuration in which the observer is surrounded by eight sets of the integral display units, a 360-degree three-dimensional image in which false images are suppressed can be presented to the observer. (a)バックライトの発光範囲を限定しない場合と、(b)限定した場合での観察画像を示す。バックライトの範囲を限定することで、偽像を抑制できることが分かる。(A) The observation image in the case where the light emission range of the backlight is not limited and (b) the case where it is limited is shown. It can be seen that the false image can be suppressed by limiting the range of the backlight.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.

図3(a)に本発明の3次元画像の表示装置の主要部を示す。バックライトからの光は、第1集光系アレイ、画像表示面、第2集光系を順に経て、観察者の目に入射する。第1集光系アレイは、それを構成する要素レンズの集合であり、第2集光系もそれを構成する要素レンズの集合で構成されている。また、画像表示面は、単数または複数の表示面を備え、その表示面は、図示しない表示制御器で制御される。   FIG. 3A shows a main part of the three-dimensional image display device of the present invention. Light from the backlight enters the eyes of the observer through the first light collection system array, the image display surface, and the second light collection system in this order. The first light collection system array is a set of element lenses constituting the first light collection system, and the second light collection system is also constituted by a set of element lenses constituting the first light collection system. In addition, the image display surface includes one or more display surfaces, and the display surfaces are controlled by a display controller (not shown).

ここで、観察者側の第2集光系である凸レンズアレイの焦点距離をfa、第1集光系アレイである裏側のレンズの焦点距離をfb、要素レンズの径をdとし、上記バックライトと第1集光系アレイ間の距離がfafb/(fa−fb)、第1集光系アレイと第2集光系間の距離がfaであるとする。この場合、偽像を発生させないための発光範囲は、幾何光学の計算により、第2集光系を構成する要素レンズのレンズ形状に対して、それをfb/(fa−fb)倍した相似図形の範囲内でバックライトを発光させればよいことが分かる。通常、要素レンズは正方形か正六角形を使用するので、レンズ形状が一辺dの正方形なら、バックライトは一辺dfb/(fa−fb)の正方形、レンズ形状が一辺dの正六角形なら、バックライトは一辺dfb/(fa−fb)の正六角形になり、このとき、発光範囲の面積は(fb/(fa−fb))2倍となるので、fbを小さくすると大幅な省電力化が期待でき、かつバックライト部も薄くすることができる。 Here, the focal length of the convex lens array that is the second condensing system on the observer side is fa, the focal length of the back lens that is the first condensing system array is fb, and the diameter of the element lens is d. And the distance between the first light collection system array is fafb / (fa−fb), and the distance between the first light collection system array and the second light collection system is fa. In this case, the light emission range for preventing generation of a false image is a similar figure obtained by multiplying the lens shape of the element lens constituting the second condensing system by fb / (fa−fb) by calculation of geometric optics. It can be seen that the backlight should be emitted within the range of. Normally, the element lens uses a square or a regular hexagon, so if the lens shape is a square with one side d, the backlight is a square with one side dfb / (fa−fb), and if the lens shape is a regular hexagon with one side d, the backlight is It becomes a regular hexagon of one side dfb / (fa−fb), and at this time, the area of the light emission range is (fb / (fa−fb)) 2 times, so if fb is reduced, significant power saving can be expected. In addition, the backlight portion can be made thin.

また、図3(b)の例では、観察者側のレンズアレイとして、厚みのあるものを配置している。こうすることで、要素レンズ間の継ぎ目で、光を遮断できる幅ができる。現実にバックライトの発光範囲を理論通りに設定しても、実機では加工誤差等が発生したり、レンズの収差が発生したりするため、光が一部隣の要素レンズに漏れる場合がある。しかし、この漏れを防ぐために、バックライトの発光範囲を制限しすぎると、逆に本来見せるべき正像までが欠けて暗くなる傾向にある。そこで、バックライトの発光範囲を若干広めにとりつつ、それによって漏れる光をレンズの継ぎ目部分の厚みで遮断することで、偽像消去と正像の維持を両立することができる。この遮断は、継ぎ目部分に遮断層を設けることで積極的に行ってもよい。   In the example of FIG. 3B, a thick lens array is arranged on the viewer side. By doing so, a width that can block light at the joint between the element lenses is formed. Even if the light emission range of the backlight is actually set as theoretically, in some cases, processing errors or lens aberrations occur in the actual device, so that part of the light may leak to the adjacent element lens. However, if the light emission range of the backlight is restricted too much to prevent this leakage, the normal image that should be originally shown tends to be lost and darkened. Therefore, by eliminating the light emission range of the backlight and blocking the leaked light by the thickness of the joint portion of the lens, it is possible to achieve both false image erasure and normal image maintenance. This blocking may be positively performed by providing a blocking layer at the joint.

ただし、この単純な幾何光学の近似が成立するのは焦点距離fa、fbがレンズの径dに比べ比較的大きい場合に限られる。収差のため、fbを過度に小さくしても、さらなる電力効率の向上(輝度を一定に保ちつつのバックライトの面積削減)は実現できない。   However, this simple geometrical optics approximation is established only when the focal lengths fa and fb are relatively large compared to the lens diameter d. Due to the aberration, even if fb is excessively reduced, further improvement in power efficiency (reduction in the area of the backlight while keeping the luminance constant) cannot be realized.

上記の原理に基づき製作した実機例の外観を図5に示す。要素画像とレンズアレイを構成するレンズはともに一辺30mmの正方形で、観察者側のレンズアレイには焦点距離100mmのレンズ、要素画像の裏側には複数のレンズを重ねることで合成焦点距離約33mmのレンズアレイを配置している。   FIG. 5 shows the appearance of an actual machine manufactured based on the above principle. The element image and the lens constituting the lens array are both squares with a side of 30 mm, the lens array on the observer side has a focal length of 100 mm, and a plurality of lenses are overlapped on the back side of the element image so that the combined focal length is about 33 mm. A lens array is arranged.

図6に、(a)バックライトの発光範囲を限定しない場合と、(b)限定した場合での観察画像を示す。バックライトの範囲を限定することで、偽像を抑制できることが分かる。ただし、偽像が完全に消えているわけではない。これは光の漏れなどによるものと考えられる。   FIG. 6 shows observation images when (a) the light emission range of the backlight is not limited and (b) when it is limited. It can be seen that the false image can be suppressed by limiting the range of the backlight. However, the false image is not completely gone. This is thought to be due to light leakage.

なお、この本実施例では、バックライトの発光範囲をバリアの設置により限定した。この場合は、実際に省電力化は実現できない。しかし、バリアの開口部のみ発光するバックライト、例えば上記相似図形の形状の小面積の光源を多数配列したバックライト等を用いることで無駄になる光を削減でき、省電力化できることは明らかである。   In this embodiment, the light emission range of the backlight is limited by installing a barrier. In this case, power saving cannot actually be realized. However, it is clear that wasted light can be reduced and power can be saved by using a backlight that emits light only at the opening of the barrier, for example, a backlight in which a large number of light sources with a similar area in the shape of the above-mentioned figure are arranged. .

図4は、観察者に複数の実像を提示して、より改善された臨場感のある画像を提示するものである。これは、より深い奥行きのある立体像を提示する場合に用いることができ、ボリューム感のある立体像を提示することができる。また、ボリュームのある像を提示することで、レンズの継ぎ目における映像の接続性を格段に改善することができる。   FIG. 4 presents a plurality of real images to the observer, and presents a more improved realistic image. This can be used when a stereoscopic image having a deeper depth is presented, and a stereoscopic image with a volume feeling can be presented. Also, by presenting a volumetric image, the video connectivity at the lens joint can be significantly improved.

図5に示すように、例えば8組の上記インテグラルディスプレイユニットで観察者を取り囲む構成にすることで、観察者に偽像の抑制された360度の3次元画像を提示することができる。   As shown in FIG. 5, for example, by adopting a configuration in which the observer is surrounded by eight sets of the integral display units, a 360-degree three-dimensional image in which false images are suppressed can be presented to the observer.

また、上記の説明では、観察者として1名を図示したのみであるが、この観察者の位置を変えても、上記の説明は、成立するので、多数の観察者にとって、本発明の多視点立体ディスプレイ装置の立体画像を同時に観察できる事は明らかである。   Further, in the above description, only one person is shown as an observer. However, even if the position of the observer is changed, the above description is valid, so for many observers, the multi-viewpoint of the present invention can be achieved. Obviously, the stereoscopic image of the stereoscopic display device can be observed simultaneously.

1 画像表示面
2 第1集光系アレイ
3 第2集光系
4 結像面
5 観察者
6 表示制御器
7 バックライト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display surface 2 1st condensing system array 3 2nd condensing system 4 Imaging surface 5 Observer 6 Display controller 7 Backlight

Claims (3)

インテグラル表示法を用いた3次元画像表示装置であって、
バックライトからの光が複数の要素レンズの配列した第1集光系アレイ、画像表示面、第2集光系を順に経て、観察者の目に入射するこうせいを備え、
第2集光系の焦点距離をfa、上記要素レンズの焦点距離をfbとし、上記バックライトと第1集光系アレイ間の距離がfafb/(fa−fb)、第1集光系アレイと第2集光系間の距離がfaであるとき、
第2集光系を構成するそれぞれの要素レンズのレンズ形状に対して、それをfb/(fa−fb)倍した相似図形のそれぞれ範囲内でバックライトを発光させるものであることを特徴とする3次元画像の表示装置。
A three-dimensional image display device using an integral display method,
The light from the backlight passes through the first condensing system array in which a plurality of element lenses are arranged, the image display surface, and the second condensing system in that order, and is incident on the observer's eyes.
The focal length of the second light collecting system is fa, the focal length of the element lens is fb, the distance between the backlight and the first light collecting system array is fafb / (fa−fb), and the first light collecting system array When the distance between the second light collecting systems is fa,
The backlight is caused to emit light within the range of similar figures obtained by multiplying the lens shapes of the respective element lenses constituting the second condensing system by fb / (fa−fb). 3D image display device.
上記画像表示面は複数の表示面で構成され、上記バックライトからの光は、順次複数の前記表示面を透過するものであることを特徴とする請求項1に記載の3次元画像の表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the image display surface includes a plurality of display surfaces, and light from the backlight sequentially transmits the plurality of display surfaces. . 上記観察者から見た奥行き情報は、上記画像表示面における複数の表示面によって表示することを特徴とする請求項2に記載の3次元画像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 2, wherein the depth information viewed from the observer is displayed on a plurality of display surfaces on the image display surface.
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