JP5510723B2 - Stereoscopic image display apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は立体画像表示装置および方法に関し、特に逆視の現象の発生を抑制するようにした立体画像表示装置および方法に関する。 The present invention relates to a stereoscopic image display apparatus and method relates to a stereoscopic image display apparatus and method so as to particularly suppress the occurrence of reverse view phenomenon.
最近立体画像を表示する立体画像表示装置の研究が盛んである。2眼式と称される立体画像表示装置の方式では、異なる画像を右目と左目に選択的に与えるために、左右で色や偏光板が異なる眼鏡、あるいはシャッタにより左右を異なるタイミングで開閉する眼鏡が用いられる。しかし、眼鏡をかけること自体が好まれていないことから、眼鏡をかけずに立体画像を表示できるディスプレイが望まれている。 Recently, research on a stereoscopic image display device that displays a stereoscopic image has been actively conducted. In the method of a stereoscopic image display apparatus referred to as a twin-lens type, in order to selectively give different images to the right eye and the left eye, glasses with different colors and polarizing plates on the left and right, or glasses that are opened and closed at different timings by a shutter Is used. However, since wearing glasses is not preferred, a display capable of displaying a stereoscopic image without wearing glasses is desired.
眼鏡を用いない方式は、オートステレオスコピック(auto-stereoscopic)法と多眼式という方法に大別される。このうちの、視差画像ソースを多数用意し、ディスプレイと目の位置を変えていくと異なる視差画像が見えるように設計される多眼式は、理想的な方式とされる。 The methods that do not use glasses are roughly divided into an auto-stereoscopic method and a multi-view method. Of these, a multi-view type designed so that different parallax images can be seen by preparing a large number of parallax image sources and changing the position of the display and the eyes is an ideal method.
特許文献1にディスプレイを水平に配置して立体画像を表示する立体画像表示装置が開示されている。この立体画像表示装置においては、レンチキュラー板を用いて立体画像が表示される。
しかしながら、特許文献1の装置は、ユーザがディスプレイの正面から画像を見る場合には立体画像を観察し易いが、斜め方向から観察すると、いわゆる逆視現象が発生し、良好な立体画像を観察することが困難になる。その結果、多くのユーザが立体画像を同時に観察することが困難になる。
However, the device of
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、逆視の現象の発生を抑制するようにする。 The present invention has been made in view of such a situation, and suppresses the occurrence of reverse vision.
本発明の一側面は、それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子を有するN(Nは2以上の整数)個の微小領域からなる単位表示領域を有し、P(Pは2以上の整数)個の前記単位表示領域を有する投影領域をS(Sは2以上の整数)個有し、水平に配置され、立体画像を表示する表示手段と、想定視点に対応する前記表示手段の上部から前記表示手段に対して、前記投影領域を単位とする画像を投影するS台のプロジェクタから構成される投影手段と、前記プロジェクタの投光画素と、前記微小領域の対応関係を変更する変更手段とを備え、前記微小領域の偏向角の方向は、前記表示手段の外周の仮想的な線であって、前記表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、前記投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、N個の前記想定視点を指向する立体画像表示装置である。
One aspect of the invention, (the
前記変更手段は、マッピングテーブルを参照し、前記対応関係を変更し、前記マッピングテーブルは、前記投光画素を発光させ、その発光された光を受光した前記微少領域と、発行した前記投光画素を対応付けることで作成されたテーブルであるようにすることができる。 The changing unit refers to a mapping table and changes the correspondence relationship. The mapping table emits the light emitting pixel, receives the emitted light, and the issued light emitting pixel. It is possible to make it a table created by associating .
前記光学偏向素子は、ホログラフィックオプティカルエレメントで構成されるようにすることができる。 The optical deflection element may be constituted by a holographic optical element.
前記マッピングテーブルは、画像データの供給先を、本来供給すべき投光画素から、本来供給すべき投光画素が対応する微少領域が実際に対応している投光画素に変更するためのテーブルであるようにすることができる。 The mapping table is a table for changing the image data supply destination from the light projection pixel that should originally be supplied to the light emission pixel that actually corresponds to the minute area that corresponds to the light projection pixel that should be originally supplied. it can be in a certain way.
前記単位表示領域は、6角形とすることができる。 The unit display area may be a hexagon.
本発明の一側面の立体画像表示方法は、上述した本発明の一側面の立体画像表示装置に対応する方法である。 The stereoscopic image display method according to one aspect of the present invention is a method corresponding to the above-described stereoscopic image display apparatus according to one aspect of the present invention.
本発明の一側面においては、表示手段が、それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子を有するN(Nは2以上の整数)個の微小領域からなる単位表示領域を有し、P(Pは2以上の整数)個の単位表示領域を有する投影領域をS(Sは2以上の整数)個有し、水平に配置され、立体画像を表示する。投影手段が、想定視点に対応する表示手段の上部から表示手段に対して、投影領域を単位とする画像を投影するS台のプロジェクタから構成される。変更手段が、プロジェクタの投光画素と、微小領域の対応関係を変更する。微小領域の偏向角の方向は、表示手段の外周の仮想的な線であって、表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、N個の想定視点を指向する。 In one aspect of the present invention, the display means, N having an optical deflection element of a different deflection angles respectively (N is an integer of 2 or more) have a unit display area consisting of pieces of small regions, P (P is 2 or more (S is an integer greater than or equal to 2) unit display areas, and S (S is an integer of 2 or more) projection areas are arranged horizontally and display a stereoscopic image. The projecting means is composed of S projectors that project an image in units of projection areas onto the display means from above the display means corresponding to the assumed viewpoint . The changing unit changes the correspondence relationship between the light projection pixels of the projector and the minute area. The direction of the deflection angle of the minute region is a virtual line on the outer periphery of the display means, and is a predetermined viewing angle located on a line outside and above the outer peripheral side of the display means and below the projection means, Orient N assumed viewpoints.
以上のように、本発明の一側面によれば、逆視の現象の発生を抑制した立体画像表示装置を提供することができる。 As described above, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a stereoscopic image display apparatus that suppresses the occurrence of reverse vision.
[立体画像表示装置の光学部の構成] [Configuration of optical unit of stereoscopic image display apparatus]
図1は光学部1の一実施の形態の外観の構成を示す斜視図である。同図に示されるように、立体画像表示装置101(図7を参照して後述する)の光学部1は、基台11、スクリーン12、およびボード14を有している。
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of an
基台11にはスクリーン12が取り付けられている。基台11はスクリーン12が水平になるように配置される。スクリーン12は投影領域13をS個(図1の実施の形態の場合、S=s×t=8×8個)有している。投影領域13は、1台のプロジェクタ15により画像が投影される領域である。表示手段としてのスクリーン12の上部には、ボード14が配置されている。このボード14にはS個(図1の実施の形態の場合、S=s×t=8×8個)のプロジェクタ15が取り付けられており、各プロジェクタ15は対応する位置の投影領域13に画像を投影する。なお、図1には、図が複雑になるのを避けるため、投影手段としてのプロジェクタ15は2個のみが示されている。
A
図2は、光学部1の一実施の形態の平面の構成を示す平面図である。同図に示されるように、スクリーン12の外周には、基台11とボード14の間に、ガラス、アクリル等の合成樹脂などからなる透明な部材16が必要に応じて設けられる。ユーザは、スクリーン12を正面からではなく、斜めの方向から見下ろすように見ることになる。
FIG. 2 is a plan view illustrating a planar configuration of the
図1と図2における線Lは、想定視点171が位置する仮想的な線である。この線Lは、スクリーン12の外周の辺より外側かつ上側で、プロジェクタ15より下側に位置する。この線Lの上にスクリーン12を観察するユーザの想定視点171が位置するようにスクリーン12は設計される。この実施の形態の場合、線Lは、スクリーン12の投影領域13の1個分だけ外側で、スクリーン12から高さ300mmの位置に想定されている。従って線Lは、長辺の長さが1.92m、短辺の長さが1.08mとなり、1周の長さが6m(=(1.92+1.08)×2)の矩形を形成する。
A line L in FIGS. 1 and 2 is a virtual line where the assumed
6mの線L上に100視差を配置するものとすると、隣り合う視差の距離は60mm(=6000/100)となる。人間の目の瞳孔間距離は、54〜66mm程度とされている。従って、線L上に、100個の想定視点171を想定することで、50人のユーザが立体画像を観察できる立体画像表示装置101を実現することができる。
If it is assumed that 100 parallaxes are arranged on the line L of 6 m, the distance between adjacent parallaxes is 60 mm (= 6000/100). The distance between the pupils of the human eye is about 54 to 66 mm. Therefore, by assuming 100 assumed
なお、プロジェクタ15が取り付けられているボード14は、ユーザがスクリーン12の斜め方向に位置する想定視点171からスクリーン12の全体を観察することができるように、スクリーン12から十分離間して配置される。
The
[スクリーンの構成] [Screen structure]
図3は、スクリーン12の一実施の形態の平面の構成を示す平面図である。同図に示されるように、スクリーン12の横方向の長さは1536mmとされ、縦方向の長さは864mmとされる。スクリーン12の画像を表示するドット数は、横方向が1920×8ドット、縦方向が1080×8ドットとされる。
FIG. 3 is a plan view showing a planar configuration of an embodiment of the
図4は、スクリーン12の一実施の形態の投影領域13を示す平面図である。投影領域13は、1台のプロジェクタ15により画像が投影される範囲であり、横方向の長さが192mm、縦方向の長さが108mmとされる。投影領域13の画像を表示するドット数は、横方向が1920ドット、縦方向が1080ドットとされる。投影領域13はP個(図4の実施の形態の場合、P=p×q=192×108個)の単位表示領域21により構成されている。
FIG. 4 is a plan view showing the
図5は、スクリーン12の一実施の形態の単位表示領域21を示す平面図である。単位表示領域21は、横方向の長さが1mm、縦方向の長さが1mmとされる。単位表示領域21の画像を表示するドット数は、横方向が10ドット、縦方向が10ドットとされる。単位表示領域21は、N個(Nは2以上の整数であり、図5の実施の形態の場合、N=n×m=10×10個)の微小領域31により構成されている。各微小領域31には、それぞれ異なる偏向角の光学偏向素子が形成されている。
FIG. 5 is a plan view showing the
[微小領域からの表示画像の光の進行方向] [Direction of light in the display image from a small area]
図6は、微小領域31からの表示画像の光の進行方向を示す斜視図である。単位表示領域21の微小領域31は、プロジェクタ15から画像の光が投光されると、図6Aに示されるように、偏向角の方向に回折光を出射する。ユーザは、この回折光から画像を視認する。偏向角は微小領域31毎に異なっている。図6Bは、回折光が出射される様子を模式的に表している。図6に示されるように、回折光はスクリーン12の正面方向ではなく、斜め方向に出射される。
FIG. 6 is a perspective view showing the light traveling direction of the display image from the
微小領域31の偏向角の方向は、スクリーン12の外周の仮想的な線L上に画像を観察するユーザの想定視点171が位置するものとして設計が行われる。すなわち、線L上に、所定の視野角のN個(この実施の形態の場合、100個)の想定視点を指向する。図1乃至図5に示されるパラメータで設計した場合、線L上に約60mm間隔で想定視点171が存在することになる。この間隔は、ユーザのペアとなる左目と右目の間隔とほぼ一致し、どの位置からも左目と右目とで隣接する異なる想定視点171の画像を見ることで、立体画像を観察することができる。ここでは想定視点171が60mmの間隔になるように設計した例を示したが、想定視点171の間隔は、人間の左右の目の間隔より小さいことが望ましい。想定視点171の間隔が短い程、すなわち想定視点171の数が多い程、移動しながら観察するユーザに対して、自然な立体感の画像を提供することができる。
The direction of the deflection angle of the
各微小領域31の偏向角は、次式で表されるように、19.8度乃至81.4度の範囲となる。
19.8度=arctan(108/300) (1)
81.4度=arctan(√((1536+192)2+(864+108)2)/300) (2)
The deflection angle of each
19.8 degrees = arctan (108/300) (1)
81.4 degrees = arctan (√ ((1536 + 192) 2 + (864 + 108) 2 ) / 300) (2)
式(1)は、図1の角度θ1の場合に対応し、式(2)は、角度θ2の場合に対応する。角度θ1の場合は、微小領域31から想定視点171まで距離が最も長い場合である。これに対して角度θ2の場合は、微小領域31から想定視点171まで距離が最も短い場合である。
Expression (1) corresponds to the case of the angle θ 1 in FIG. 1, and Expression (2) corresponds to the case of the angle θ 2 . In the case of the angle θ 1, the distance from the
[立体画像表示装置の機能的構成] [Functional configuration of stereoscopic image display device]
図7は、立体画像表示装置101の一実施の形態の機能的構成を示すブロック図である。立体画像表示装置101は、画像データ出力部111、変更部112、マッピングテーブル113、および光学部1により構成されている。上述したように、光学部1は、プロジェクタ15−1乃至15−64、およびスクリーン12を有している。なお、64台のプロジェクタ15−1乃至15−64を個々に区別する必要が無い場合、単にプロジェクタ15と記載する。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a functional configuration of an embodiment of the stereoscopic
画像データ出力部111は、画像データを出力する。この画像データは立体画像の画像データであり、放送を受信したり、ネットワークを介して取得したり、記録媒体を再生して取得する。画像データ出力部111が出力する画像データは、横方向が1920×8ドット、縦方向が1080×8ドットとされる。
The image
1台のプロジェクタ15は、横方向が1920ドット、縦方向が1080ドットの光を投光する。10×10個の微小単位31で構成される単位表示領域21は、1個の単位表示領域21で立体画像の1個の画素を表示する。
One
マッピングテーブル113は、プロジェクタ15の投光画素163(図9を参照して後述する)と、微小領域31の対応関係を記憶する。変更手段としての変更部112は、マッピングテーブル113に記憶されている対応関係に基づいて、プロジェクタ15の投光画素163と微小領域31の対応関係を変更する。
The mapping table 113 stores a correspondence relationship between the
各プロジェクタ15は、変更部112から入力された画像データに対応して、光をスクリーン12に投光する。1台のプロジェクタ15により1920×1080ドットの画像が投影され、スクリーン12には8×8台のプロジェクタ15が設けられているので、全体として(1920×8)×(1080×8)ドットの画像が投影される。
Each
ただし1個の単位表示領域21を構成する10×10個の微小領域31は、それぞれ異なる想定視点171に画像を投影する。従って、各想定視点171で観察される画像は、横方向が192×8ドット、縦方向が108×8ドットの画像となる。
However, the 10 × 10
[マッピングテーブル] [Mapping table]
図8は、マッピングテーブル113の例を示す図である。図8に示されるように、マッピングテーブル113は、投光画素163と微小領域31の対応関係を記憶している。この例では、番号1乃至3,6の投光画素163には、番号1乃至3,6の微小領域31が対応付けられているが、番号4,5,7,8,9の投光画素163には、番号5,4,8,9,7の微小領域31が対応付けられている。この場合、変更部112は、プロジェクタ15の番号1乃至3,6の投光画素163には、番号1乃至3,6の投光画素163に供給する画素データをそのまま供給する。しかし変更部112は、番号4,5,7,8,9の投光画素163に供給するはずであった画素データの供給先を変更する。番号4,5,7,8,9の投光画素163に供給するはずであった画素データは、番号5,4,8,9,7の投光画素163に供給される。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the mapping table 113. As shown in FIG. 8, the mapping table 113 stores a correspondence relationship between the
[投光画素と微小領域の対応関係] [Correspondence relationship between projection pixel and micro area]
図9は、投光画素163と微小領域31の対応関係を説明する図である。プロジェクタ15の1個の単位投光画素162は8×8個の投光画素163から構成されており、スクリーン12の1個の単位表示領域21は8×8個の微小領域31により構成されている。本来、1個の単位投光画素162の1個の投光画素163からの光は、対応する位置の1個の単位表示領域21の1個の微小領域31に投光される。例えば、図9に示されるように、1台のプロジェクタ15の1個の単位投光画素162の1個の投光画素163ijとスクリーン12の1個の単位表示領域21の1個の微小領域31ijが対応するものとする。同様に、投光画素163mnと微小領域31mnが対応するものとする。この場合、本来ならば、投光画素163ijからの光は微小領域31ijに投光され、投光画素163mnからの光は微小領域31mnに投光される。
FIG. 9 is a diagram for explaining a correspondence relationship between the
しかしながら、図1に示されるように、プロジェクタ15とスクリーン12は相当の距離だけ離間しているので、両者の位置を正確に調整して組み立てることは困難である。その結果、例えば投光画素163klからの光が微小領域31ijに投光されてしまい、投光画素163ijからの光は微小領域31mnに投光されてしまうこともある。このような場合、変更部112は、画素データの供給先を次にように変更する。すなわち、本来、投光画素163ijに供給すべき画素データは、投光画素163klに供給され、投光画素163mnに供給すべき画素データは、投光画素163ijに供給される。これによりプロジェクタ15とスクリーン12の精密な調整が不要となり、組み立てが容易となる。
However, as shown in FIG. 1, since the
[マッピングテーブル作成装置] [Mapping table creation device]
そこで図9に示されるように、組み立てられた光学部1の仮想的な線L上の想定視点171にビデオカメラ161を配置して、投光画素163と微小領域31の対応関係が予め調べられる。
Therefore, as shown in FIG. 9, the
図10は、マッピングテーブル作成装置181の構成を示すブロック図である。マッピングテーブル作成装置181は、プロジェクタ15、スクリーン12、ビデオカメラ161、マッピングテーブル113の他、制御部191と記憶部192を有している。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the mapping
制御部191は、プロジェクタ15を制御し、投光画素163毎にスクリーン12に投光させる。ビデオカメラ161は所定の想定視点171に配置され、スクリーン12を撮像する。記憶部161は、ビデオカメラ161により撮像された画像から1個の投光画素163からの光を受光した微小領域31を検出し、制御部191が投光するように制御したプロジェクタ15の投光画素163と対応づける。記憶部192は、対応づけた微小領域31と投光画素163をマッピングテーブル113に記憶させる。
The
[マッピングテーブル作成装置] [Mapping table creation device]
図11は、マッピングテーブル作成処理を説明するフローチャートである。次に図11を参照してマッピングテーブル作成処理を説明する。 FIG. 11 is a flowchart for explaining the mapping table creation process. Next, the mapping table creation process will be described with reference to FIG.
ステップS11において制御部191は、プロジェクタ15を制御し、1個の投光画素163を発光させる。すなわち、投光画素163を1個ずつ個別に表示させるテスト画像が表示される。これにより、1台のプロジェクタ15が選択され、そのプロジェクタ15の1個の単位投光画素162が選択され、その単位投光画素162の中の1個の投光画素163が選択され、その投光画素163が投光する。ステップS12において1個の微小領域31が、1個の投光画素163からの光を受光する。
In step S <b> 11, the
ステップS13においてビデオカメラ161は、スクリーン12を撮像する。ビデオカメラ161は所定の想定視点171上に配置されており、その想定視点171に対応する微小領域31からの光だけを撮像することができる。すなわち、1個の想定視点171は1個の微小領域31の偏向角の方向に位置しているので、想定視点171は微小領域31対応している。ビデオカメラ161は所定の想定視点171で対応する微小領域31からの画像を撮像できない場合、他の想定視点171に移動される。ビデオカメラ161によりテスト画像を撮像できた想定視点171に対応する微小領域31が、いまテスト画像を投光している投光画素163に実際に対応している。
In step S <b> 13, the
例えば、図9において、微小領域31ijからのテスト画像を撮像できるのは、微小領域31ijの偏向角の方向に位置するビデオカメラ161だけである。そのビデオカメラ161が位置する想定視点171において微小領域31ijのテスト画像を撮像することで、その微小領域31を特定することができる。そして、そのときテスト画像を投光している投光画素163は、本来、微小領域31ijに対応する投光画素163ijではなく、投光画素163klであるから、投光画素163klと微小領域31ijが対応する。同様に、微小領域31mnからのテスト画像を撮像できる想定視点171上にビデオカメラ161を配置し、撮像したとする。このとき投光している投光画素163は、微小領域31mnに対応する投光画素163mnではなく、投光画素163ijであるから、投光画素163ijと微小領域31mnが対応する。
For example, in FIG. 9, only the
ステップS14において記憶部192は、投光画素163と微小領域31を対応づけて、マッピングテーブル113に記憶する。ステップS15において制御部191は、全ての投光画素163を選択したかを判定する。まだ全ての投光画素163を選択していない場合、処理はステップS11に戻る。そこで新たな投光画素163が選択され、同様の処理が繰り返される。
In step S <b> 14, the
ステップS15において全ての投光画素163が選択されたと判定されるまで、ステップS11乃至ステップS14の処理が繰り返される。全ての投光画素163が選択されたと判定された場合、処理は終了する。
Until it determines with all the
以上のようにして作成されたマッピングテーブルを利用して立体画像表示処理が次のように実行される。 The stereoscopic image display process is executed as follows using the mapping table created as described above.
[立体画像表示処理] [Stereoscopic image display processing]
図12は、立体画像表示処理を説明するフローチャートである。以下図12を参照して、図7の立体画像表示装置101の動作について説明する。
FIG. 12 is a flowchart illustrating the stereoscopic image display process. Hereinafter, the operation of the stereoscopic
ステップS31において画像データ出力部111は、立体画像の画像データを出力する。ステップS32において変更部112は、マッピングテーブル113の記憶に基づいて、投光画素163と微小領域31の対応関係を変更する。すなわち、画素データの供給先を、本来供給すべき投光画素163から、本来供給すべき投光画素163が対応する微小領域が実際に対応している投光画素163に変更する。
In step S31, the image
ステップS33においてプロジェクタ15は、入力された画素データに基づく画像の光を、スクリーン12に投光する。ステップS34においてスクリーン12は、想定視点に向けて立体画像を表示する。すなわち、各微小領域31からの回折光が対応する想定視点171に指向し、想定視点171で立体画像が観察される。
In step S <b> 33, the
このようにして、各想定視点171にスクリーン12から立体画像を表示することができる。この立体画像は、例えばスタジアムでサッカーの試合を見ているときのような画像とすることができる。また同じサッカーの試合を見ているとしても、スタジアムの中の座席によって見える画像は異なるものとなる。この立体画像表示装置101においても、100個の想定視点171のそれぞれにおいて、異なる画像が表示される。
In this way, a stereoscopic image can be displayed from the
このような画像は、例えば、スタジアムの異なる100個の座席の位置にビデオカメラを配置し、サッカーの試合を撮影することで得ることができる。各ビデオカメラは、19.8度乃至81.4度の範囲の、撮影位置に応じたいずれかの角度でスタジアムを見下ろすように撮影を行う。 Such an image can be obtained, for example, by placing a video camera at the position of 100 different seats in the stadium and shooting a soccer game. Each video camera shoots to look down on the stadium at any angle depending on the shooting position in the range of 19.8 to 81.4 degrees.
1台のビデオカメラで撮影された1枚のフレームの画像を構成する画素のデータが、フレーム内の位置に応じて、8×8台のプロジェクタ15のいずれかに供給される。各プロジェクタ15には、そのフレームの一部を構成する画素データが供給される。各プロジェクタ15は、供給された画素データのそれぞれを、見込み角に応じて単位投光領域162に1個ずつ分配する。各単位投光領域162においては、分配された1個の画素データが、10×10個の投光画素163の中の1個に供給される。その1個は、そのビデオカメラが対応する想定視点171が対応する微小領域31に、マッピングテーブル113により対応づけられている投光画素163である。
Data of pixels constituting an image of one frame shot by one video camera is supplied to one of the 8 × 8
1個の画素データが供給された投光画素163は、マッピングテーブル113により対応づけられている微小領域31に投光する。その結果、その微小領域31から、その偏向角に対応する方向に回折光が出射し、その偏向角の方向の想定視点171に画像が表示される。
The
このような処理が各プロジェクタ15、各単位投光画素162、各単位表示領域21毎に行われるので、スクリーン12全体として、横方向が192×8ドット、縦方向が108×8ドットの1フレームの画像が1つの想定視点171に表示される。当然のことながら、このような処理が各フレーム毎に行われるので、想定視点171に、対応するビデオカメラで撮影された動画像が表示される。
Since such processing is performed for each
画像表示としては、左目用、右目用の区別はない。各想定視点171は約60mm離間であるため、隣り合う異なる想定視点171に右目と左目を配置することにより、ユーザは立体画像を見ることができる。
As for image display, there is no distinction between left eye and right eye. Since each assumed
想定視点171は100個存在するため、ユーザはスクリーン12の外周を自由に移動しても、連続的に別の想定視点171からの画像を観察することができる。また、複数のユーザが同時に立体画像を観察することが可能である。顔と身体の大きさを考慮する必要があるので、スクリーン12の外周に50人のユーザを同時に配置することは困難である。しかし、少なくとも20人のユーザを同時に配置することは可能である。
Since there are 100 assumed
このように、微小領域31の偏向角の方向は、スクリーン12の外周の仮想的な線であって、スクリーン12の外周の辺より外側かつ上側で、プロジェクタ15より下側の線L上に位置する所定の視野角の想定視点171を指向する。従って、想定視点171がスクリーン12の斜め方向に多数配置することができ、逆視の現象の発生を抑制することができる。また多数のユーザに立体画像を表示することが可能になる。
As described above, the direction of the deflection angle of the
[スクリーン製造装置の構成1]
[
図13は、スクリーン製造装置301の一実施の形態の構成を示す図である。スクリーン製造装置301は、レーザ310、シャッタ311、駆動部312、1/2波長板313、偏光ビームスプリッタ314、ミラー315、1/2波長板316、光偏向デバイス317、駆動部318、制御部319、テレセントリックfθレンズ320、微小角拡散板321、レンズ323、絞り324、駆動部325、集光レンズ系326、移動部327、およびミラー328,329,330を有している。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the
局部的露光用光出射手段としてのレーザ310は、単一波長で干渉性の高いレーザ光を出射する。例えば、波長が532nmの連続発振、あるいはパルス発振の半導体励起第2次高調波のレーザを用いることができる。シャッタ311は駆動部312により駆動され、レーザ310より出射される光を通過させるかまたは遮断する。1/2波長板313は、シャッタ311から入射された直線偏光の偏向面を回転させる。分割手段としての偏光ビームスプリッタ314は、1/2波長板313から入射された光を、直進成分P波と反射成分S波に分離する。1/2波長板313を回転させることでP波とS波の割合を調整することができる。ここでは、P波が物体光とされ、S波が参照光とされる。1/2波長板313と偏光ビームスプリッタ314は、ハーフミラーに置換することができる。
The
偏光ビームスプリッタ314を直進した物体光はミラー315により反射され、1/2波長板316に入射される。1/2波長板316は入射された光の偏波面を、1/2波長板313により回転された状態から元に戻す。1/2波長板313と偏光ビームスプリッタ314をハーフミラーに置換した場合、この1/2波長板316は不要となる。
The object light traveling straight through the
例えば可動ミラーで構成される偏向手段としての光偏向デバイス317は駆動部318により駆動され、1/2波長板316から入射された光を、紙面と平行な方向と紙面と垂直な方向の2軸で規定される任意の角度で反射する。駆動部318は例えばステッピングモータを含み、光偏向デバイス317を任意の角度に駆動する。制御手段としての制御部319は駆動部318を制御し、光偏向デバイス317を任意の角度に駆動させる。
For example, an
テレセントリックfθレンズ320は、光偏向デバイス317により反射されて入射された光をテレセントリックを保持しつつ、光偏向デバイス317による等角速度の変化を、投影面上における等速度の変化に変換する。テレセントリックfθレンズ320より出射された光は微小角拡散板321に入射される。
The
微小拡散手段としての微小角拡散板321は、その拡散の度合いを変えることにより、視点範囲を制御することができる。微小角拡散板321は、集光レンズ系326に含まれる4f系結像レンズによりホログラム記録媒体341上に投影される。微小角拡散板321は、ホログラム記録媒体341に近接する位置に配置されている集光レンズ系326により、ホログラム記録媒体341上で参照光側とほぼ同じ大きさの領域に集光される。
The minute
変化手段としての駆動部322は微小角拡散板321の位置を移動する。例えば微小角拡散板321はホログラム記録媒体341に要素ホログラムが形成される毎にランダムに移動される。これによりホログラムを観察したとき無限遠に定位するノイズを低減することができる。駆動部322としてもステッピングモータを利用することができる。
The driving unit 322 as the changing unit moves the position of the small
また、微小角拡散板321は領域によって異なる拡散角を持たせ、駆動部322により拡散角拡散板321の位置を移動して、所定の領域を選択し、所望の拡散角を得られるようにすることができる。視点範囲を水平方向と垂直方向とで変える場合には、微小角拡散板321に上下左右で異なる集光角を持たせることができる。微小角拡散板321を回折光学素子で作成し、円周方向と軸方向とで異なる回折を生じさせるようにすることもできる。
Further, the minute
レンズ323は微小角拡散板321からの光を絞り324を介して光学手段としての集光レンズ系326に入射する。調整手段としての絞り324は、駆動部325により駆動され、開口の大きさが適宜調整される。これにより不要な回折光をカットし、適正な視野角を得ることができる。各要素ホログラムでレンズ系の通過する部分が変化するが、絞り324の口径を調整することで、ホログラム記録媒体341に要素ホログラムが形成される毎に、予め偏光角に応じた適正絞りに変更するようにしてもよい。これにより視野角制御だけでなく、明るさを均一にすることができる。
The
ホログラム記録媒体341の一方の面に物体光を照射する、第1の光学手段としての集光レンズ系326は、ホログラム記録媒体341の近傍では、ホログラム記録媒体341に対して空気を介さずにレンズ形状を密接させる。これにより偏向角を大きくしたスクリーン12を製造することができる。レンズ部材をホログラム記録媒体341に空気を介さずに密接させつつ、ホログラム記録媒体341を相対移動させることは、光学屈折率を近いものにした所謂インデックスマッチング液、ゲルなどを充填することで実現することができる。
A condensing
例えばステッピングモータにより構成される記録媒体移動手段としての移動部327は、ホログラム記録媒体341を集光レンズ系326の光軸に対して種直な面内で、集光レンズ系326に対して相対的に移動する。これにより露光位置を順次変更することができる。
For example, the moving
偏光ビームスプリッタ314により分離された参照光は、第2の光学手段としてのミラー328,329,330により順次反射され、ホログラム記録媒体341の反対側の面に垂直に、物体光が入射される位置と同じ位置に入射される。
The reference light separated by the
なお、図13の実施の形態では、物体光側にのみ光偏向デバイス317を挿入したが、参照光側にも光偏向デバイスを挿入し、独立に制御するようにしてもよい。この場合、最終的に使用されるプロジェクタの投影光学系が平行光でなかった場合でも、それを補償するスクリーンを制作することができる。
In the embodiment of FIG. 13, the
[露光処理] [Exposure processing]
図14は、露光処理を説明するフローチャートである。以下、図14を参照して露光処理を説明する。 FIG. 14 is a flowchart for explaining the exposure process. Hereinafter, the exposure process will be described with reference to FIG.
ステップS51において移動部327は、ホログラム記録媒体341を初期位置に配置する。ステップS52において移動部327は、1つの要素ホログラムを選択する。すなわち、移動部327はホログラム記録媒体341の露光する1つの微小領域31を選択し、その微小領域31が物体光と参照光が照射される位置に移動する。
In step S51, the moving
ステップS53において制御部319は駆動部318を制御し、光偏向デバイス317の角度を設定する。すなわち、露光対象の微小領域31に形成する偏向角に対応する角度が設定される。
In step S <b> 53, the
ステップS54において駆動部312はシャッタ311を駆動し、シャッタ311を所定の時間だけ開放する。これにより、レーザ310より出射された光が、1/2波長板313を介して偏光ビームスプリッタ314に入射され、物体光と参照光に分離される。
In step S54, the driving unit 312 drives the
物体光はミラー315により反射され、1/2波長板316により偏光面が元に戻された後、光偏向デバイス317に入射される。光偏向デバイス317により所定の角度に反射された光は、テレセントリックfθレンズ320を介して微小角拡散板321に入射される。微小角拡散板321により拡散された光は、絞り324により光束径が制限された後、集光レンズ系326によりホログラム記録媒体341の今選択されている微小領域31に照射される。
The object light is reflected by the
偏光ビームスプリッタ314により分離された参照光は、ミラー328,329,330により順次反射され、ホログラム記録媒体341の今選択されている微小領域31に反対側から照射される。これにより、今選択されている微小領域31が露光され、そこに光偏向デバイス317により設定された偏向角の光学偏向素子としてのホログラフィックオプティカルエレメントが形成される。
The reference light separated by the
図15は、微小領域31に照射する光を説明する斜視図である。図15において微小領域31に下から垂直に入射しているのは参照光351であり、上から所定の偏向角で入射しているのが物体光352である。図15Aが物体光352の偏向角が最も大きい場合を表しており、図15Bがそれより偏向角が小さい場合を表しており、図15Cが偏向角が最も小さい場合を表している。ステップS53における光偏向デバイス317の角度の設定により、物体光352の入射角度、すなわち、その微小領域31の偏向角が決定される。いまの場合、例えば図15Aに示されるような入射角で物体光352が入射される。
FIG. 15 is a perspective view for explaining light irradiating the
図16は、微小領域31に照射する光を説明する斜視図である。この図16A,B,Cからも図15A,B,Cと同様に、露光位置に応じて物体光352の偏向角が変化していることが判る。
FIG. 16 is a perspective view for explaining light irradiating the
ステップS55において移動部327は、ホログラム記録媒体341を移動する。すなわち、ホログラム記録媒体341が、次に露光される微小領域31が光の照射位置に配置されるように、例えば0.1mmだけ移動される。
In step S55, the moving
ステップS56において駆動部322は、ホログラムを観察したとき無限遠に定位するノイズを低減するために、微小角拡散板321をランダムに移動する。ステップS57において移動部327は、ホログラム記録媒体341の振動の減衰を待つ。
In step S56, the driving unit 322 moves the small
ステップS58において移動部327は、全ての要素ホログラムの露光が終了したかを判定する。まだ全ての要素ホログラムの露光が終了していない場合、処理はステップS52に戻りそれ以降の処理が繰り返される。全ての要素ホログラムの露光が終了した場合、ステップS59において後処理が行われ、露光処理は終了する。これにより、図15B,C及び図16B,Cに示されるように、各微小領域31に異なる入射角で物体光352が入射され、それぞれに異なる偏向角の偏向光学素子が形成される。以上のように、ホログラム記録媒体341がスクリーン12として形成される。
In step S58, the moving
[スクリーン製造装置の構成2]
[
図17は、スクリーン製造装置401の構成を示す図である。このスクリーン製造装置401はカラーの立体画像を表示するスクリーン12を製造する。このため、スクリーン製造装置401は、レーザ311として、赤のレーザ光を出射するレーザ311R、緑のレーザ光を出射するレーザ311G、および青のレーザ光を出射するレーザ311Bが設けられている。同様に、シャッタ312としても、赤のレーザ光用のシャッタ312R、緑のレーザ光用のシャッタ312G、および青のレーザ光用のシャッタ312Bが設けられている。さらに物体光と参照光を分離するハーフミラー371として、赤のレーザ光用のハーフミラー371R、緑のレーザ光用のハーフミラー371G、および青のレーザ光用のハーフミラー371Bが設けられている。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of the
レーザ311Rから出射された赤のレーザ光は、シャッタ312Rを介してハーフミラー371Rに入射され、物体光と参照光に分離される。レーザ311Gから出射された緑のレーザ光は、シャッタ312Gを介してハーフミラー371Gに入射され、物体光と参照光に分離される。レーザ311Bから出射された青のレーザ光は、シャッタ312Bを介してハーフミラー371Bに入射され、物体光と参照光に分離される。
The red laser light emitted from the
物体光としての赤のレーザ光は、ミラー315により反射され、合成プリズム372Gに入射され、物体光としての緑のレーザ光と合成される。赤と緑の合成されたレーザ光は、合成プリズム372Bに入射され、物体光としての青のレーザ光と合成される。物体光としての赤、緑および青の合成されたレーザ光は、光偏向デバイス317に入射され、以下、図13における場合と同様に、テレセントリックfθレンズ320、微小角拡散板321、レンズ323、絞り324、集光レンズ系326を介してホログラム記録媒体341に入射される。
The red laser light as the object light is reflected by the
ハーフミラー371Rで分離された参照光としての赤のレーザ光は、ミラー328により反射され、合成プリズム373Gに入射され、参照光としての緑のレーザ光と合成される。赤と緑の合成されたレーザ光は、合成プリズム373Bに入射され、参照光としての青のレーザ光と合成される。参照光としての赤、緑および青の合成されたレーザ光は、ミラー329,330を介してホログラム記録媒体341に入射される。その他の構成は、図13における場合と同様である。
The red laser light as the reference light separated by the
スクリーン製造装置401においては、各色のレーザ光を合成した上で、同時に露光してもよいし、各色で順次に露光してもよい。また、組み合わされるプロジェクタ15のカラーの画素配列に合わせて、各色専用の微小領域31を形成することもできる。この場合、アライメントで各色の画素をずらしておくか、各色で露光する毎にホログラム記録媒体341を相対移動させることができる。
In the
スクリーン製造装置401の他の動作は、図13のスクリーン製造装置301と同様であり、繰り返しになるのでその説明は省略する。
The other operations of the
なお、図17のスクリーン製造装置401においても、ハーフミラー371R,371G,371Bの代わりに、図13における場合と同様に、1/2波長板313と偏光ビームスプリッタ314の組み合わせを用いることができる。この場合、その組み合わせが各色のレーザ光の経路に配置される。
In the
[一括露光] [Batch exposure]
以上のようにして光学偏向素子が形成されたホログラム記録媒体341から、次のようにして大量のスクリーン12を製造することができる。
A large number of
図18は、一括露光を説明する図である。露光されたホログラム記録媒体341から大量のスクリーン12を製造する場合、図18に示されるように、露光されたホログラム記録媒体341に未露光のホログラフィック感光部材391が密着される。そして、全面露光用光出射手段としてのレーザ511から図示しないコリメータ光学系を用いて平行光を出射し、マスタとしてのホログラム記録媒体341に密着させた未露光のホログラフィック感光部材391に照射する。これにより、マスタとしてのホログラム記録媒体341の光学偏向素子がホログラフィック感光部材391に転写される。このようにして大量のスクリーン12を製造することができる。
FIG. 18 is a diagram for explaining batch exposure. When a large number of
[変形例] [Modification]
以上においては、想定視点171が位置する線Lにより形成される形状を矩形としたが、円形または楕円形とすることもできる。例えば、外形が上から見て円形または楕円形のサッカースタジアムの1階席と2階席の間の梁の部分にビデオカメラを配置し、スタジアム内で行われる試合を撮影して、立体画像を得ることができる。想定視点が通る線Lで形成される形状は、ビデオカメラの設置位置を通る線で形成される形状と相似になるようにするのが好ましい。そこで、このようなスタジアムで撮像された立体画像を表示する場合、線Lで形成される形状を、円形または楕円形とするのが好ましい。
In the above description, the shape formed by the line L where the assumed
そしてこのような場合、ビデオカメラの設置位置に対応する方向に各単位表示領域21内の偏向角が設定されるので、単位表示領域21も円形または楕円形にした方が、スクリーン12を設計し易い。単位表示領域21を矩形にする場合、偏向角はxy座標系を用いて設計されるが、単位表示領域21を円形または楕円形に形成する場合、偏向角を極座標系を用いて設計することができる。
In such a case, since the deflection angle in each
ただし、単位表示領域21を円形または楕円形にすると、複数の単位表示領域21を平面上に配列したとき、相互に隣接する単位表示領域21の間に隙間ができてしまう。そこで、単位表示領域21を、6角形に形成することができる。このようにすれば、複数の単位表示領域21を平面上に配列したとき、相互に隣接する単位表示領域21の間に隙間ができることが防止される。
However, if the
図19は、単位表示領域21の形状を示す図である。図19Aの例においては、単位表示領域21が正6角形とされている。図19Bの例においては、単位表示領域21が若干扁平した6角形とされている。いずれも複数の単位表示領域21がハニカム構造となるように隙間なく組み合わされて形成されている。正6角形は矩形より円形に近い形状なので、線Lで形成される形状が円形である場合、単位表示領域21の形状を図19Aに示されるように正6角形に形成することができる。若干扁平した6角形は、矩形より楕円形に近い形状である。従って線Lで形成される形状が楕円形である場合、単位表示領域21の形状を、図19Bに示されるように、若干扁平した6角形に形成することができる。
FIG. 19 is a diagram showing the shape of the
図20は、本発明の光学部1の他の実施の形態の外観の構成を示す斜視図である。
FIG. 20 is a perspective view showing the configuration of the appearance of another embodiment of the
図1の実施の形態においては、光学部1が床などに載置され、その外周の4方向から観察が可能である。これに対して図20の実施の形態の場合、光学部1は、一方の側面が壁611に取り付けられている。従って、線Lは、壁611の方向を除く、3方向の外周に沿ってのみ想定され、ユーザが3方向から立体画像を観察することができるように、想定視点171が想定される。
In the embodiment of FIG. 1, the
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理も含むものである。 In the present specification, the step of describing the program recorded on the recording medium is not limited to the processing performed in chronological order according to the order, but is not necessarily performed in chronological order, either in parallel or individually. This includes processing to be executed.
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 光学部, 12 スクリーン, 13 投影領域, 15 プロジェクタ, 21 単位表示領域, 31 微小領域, 101 立体画像表示装置, 112 変更部, 113 マッピングテーブル, 161 ビデオカメラ, 162 単位投光画素, 163 投光画素
DESCRIPTION OF
Claims (6)
想定視点に対応する前記表示手段の上部から前記表示手段に対して、前記投影領域を単位とする画像を投影するS台のプロジェクタから構成される投影手段と、
前記プロジェクタの投光画素と、前記微小領域の対応関係を変更する変更手段と
を備え、
前記微小領域の偏向角の方向は、前記表示手段の外周の仮想的な線であって、前記表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、前記投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、N個の前記想定視点を指向する
立体画像表示装置。 (The N 2 or more integer) N having an optical deflection element of different deflection angles have a unit display area consisting of pieces of small regions, P (P is an integer of 2 or more) projection having a number of the unit display region of Display means having S areas (S is an integer of 2 or more) , arranged horizontally, and displaying a stereoscopic image;
Projection means composed of S projectors that project an image with the projection area as a unit from the upper part of the display means corresponding to an assumed viewpoint to the display means ;
A light projecting pixel of the projector, and changing means for changing a correspondence relationship between the minute regions ,
The direction of the deflection angle of the minute region is a virtual line on the outer periphery of the display unit, and is a predetermined line located on a line outside and above the outer peripheral side of the display unit and below the projection unit. A stereoscopic image display device that directs the N assumed viewpoints at a viewing angle.
前記マッピングテーブルは、前記投光画素を発光させ、その発光された光を受光した前記微少領域と、発行した前記投光画素を対応付けることで作成されたテーブルである
請求項1に記載の立体画像表示装置。 The changing means refers to a mapping table, changes the correspondence,
2. The stereoscopic image according to claim 1, wherein the mapping table is a table created by causing the projection pixel to emit light and associating the micro area where the emitted light is received with the issued projection pixel. Display device.
請求項1に記載の立体画像表示装置。 Wherein the optical deflecting element, the stereoscopic image display apparatus according to comprised claim 1 holographic optical element.
請求項2に記載の立体画像表示装置。 The mapping table is a table for changing the image data supply destination from the light projection pixel that should originally be supplied to the light emission pixel that actually corresponds to the minute area that corresponds to the light projection pixel that should be originally supplied. is there
The stereoscopic image display apparatus according to claim 2 .
請求項1に記載の立体画像表示装置。 The stereoscopic image display device according to claim 1, wherein the unit display area is a hexagon.
想定視点に対応する前記表示手段の上部から前記表示手段に対して、前記投影領域を単位とする画像を投影するS台のプロジェクタから構成される投影手段で投影し、
前記プロジェクタの投光画素と、前記微小領域の対応関係を変更する
ステップを含み、
前記微小領域の偏向角の方向は、前記表示手段の外周の仮想的な線であって、前記表示手段の外周の辺より外側かつ上側で、前記投影手段より下側の線上に位置する所定の視野角の、N個の前記想定視点を指向する
立体画像表示方法。 (The N 2 or more integer) N having an optical deflection element of different deflection angles have a unit display area consisting of pieces of small regions, P (P is an integer of 2 or more) projection having a number of the unit display region of It has S areas (S is an integer of 2 or more), is arranged horizontally, and displays a stereoscopic image on a display means.
Projecting with the projection means composed of S projectors for projecting an image with the projection area as a unit from the upper part of the display means corresponding to the assumed viewpoint to the display means ,
Change the correspondence between the light-projecting pixels of the projector and the minute area
Including steps,
The direction of the deflection angle of the minute region is a virtual line on the outer periphery of the display unit, and is a predetermined line located on a line outside and above the outer peripheral side of the display unit and below the projection unit. A stereoscopic image display method for directing the N assumed viewpoints at a viewing angle.
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