JP5799535B2 - System for generating aerial 3D image and method for generating aerial 3D image - Google Patents

System for generating aerial 3D image and method for generating aerial 3D image Download PDF

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Description

本出願は2009年4月3日に申請された同時係属で本出願の譲受人に譲渡された「再帰反射型光拡散表示システム」(“RETRO‐REFLECTIVE LIGHT DIFFUSING DISPLAY SYSTEMS”)と題する米国特許出願番号12/418,137の一部係属出願でその特典を主張した、2009年10月28日に申請された同時係属で本出願の譲受人に譲渡された「再帰反射型光拡散表示システム」(“RETRO‐REFLECTIVE LIGHT DIFFUSING DISPLAY SYSTEMS”)と題する米国特許出願番号12/607,840の一部係属出願でその特典を主張する。上記出願は各々引用により本明細書に組み入れられる。
本発明は全般的に表示に関し、より具体的には裸眼立体三次元(3D)表示に関する。
This application was filed on April 3, 2009 and is a US patent application entitled “RETRO-REFLECTIVE LIGHT DIFFUSING DISPLAY SYSTEMS” and assigned to the assignee of this application. “Retroreflective light diffusing display system” assigned to the assignee of the present application, filed on October 28, 2009, claiming its benefits in a partially pending application with No. 12 / 418,137 The benefit is claimed in a partially pending application of US Patent Application No. 12 / 607,840 entitled “RETRO-REFLECTIVE LIGHT DIFFUSING DISPLAY SYSTEMS”). Each of the above applications is incorporated herein by reference.
The present invention relates generally to display, and more specifically to autostereoscopic three-dimensional (3D) display.

三次元の映画およびテレビはますます普及してきている。高解像度(HD)テレビなど技術の進歩により、消費者はより多くのより良質な特徴を望んでいる。2008年5月にInsight Mediaにより発表された「2008年3Dテレビ報告書」(“2008 3D Television Report”)によると、3Dは近々高解像度テレビのアドオン機能になるかもしれない。ディスプレイ製造者の多くはこれらの市場の要求を満足させるために独自の3D表示技術を開発している(例えば特許文献1参照。)。   Three-dimensional movies and television are becoming increasingly popular. With advances in technology such as high definition (HD) television, consumers want more and better quality features. According to the 2008 2008 3D Television Report published by Insight Media in May 2008, 3D may soon become an add-on feature to high-definition television. Many display manufacturers have developed their own 3D display technology to satisfy these market requirements (see, for example, Patent Document 1).

現在の3D市場において、従来の標準的な2視点立体が依然として支配的な実施である。例えば、頭装着型ディスプレイは軍の訓練および研究社会において広く使用され、眼鏡に基づく投影ディスプレイはMechdyne CorporationのCAVE(登録商標)システムおよびPowerWallシステムとともに3D映画館において重要な役割を持つ。しかし、ヘルメットまたは眼鏡を着用するという条件は3D技術の利用を制限する。別の解決として、裸眼立体表示技術がますます注目を浴びている。裸眼立体表示は特殊な光導素子を用い、ユーザー空間にユーザーが眼鏡なしに3D画像を見られるようにする別個の表示窓を作成する。指定された表示窓は人間の目よりかなり大きい表示空間を形成するので、ユーザーは目が表示空間内にある限り頭を自由に動かすことができる。   In the current 3D market, the traditional standard two-view solid is still the dominant practice. For example, head-mounted displays are widely used in the military training and research community, and eyeglass-based projection displays play an important role in 3D cinemas with Mechdyne Corporation's CAVE® and PowerWall systems. However, the requirement to wear a helmet or glasses limits the use of 3D technology. As another solution, autostereoscopic display technology is gaining more and more attention. Autostereoscopic display uses a special light element to create a separate display window in the user space that allows the user to view 3D images without glasses. The designated display window forms a display space that is significantly larger than the human eye so that the user can move his head freely as long as the eye is in the display space.

米国特許第7425070号明細書US Pat. No. 7,425,070

表示窓を実現するために現在用いられている立体方法は並行遮蔽に基づく表示およびレンズに基づく表示を含む。しかしこれらの裸眼立体表示技術はかなりの制限を有する。
例えば、並行遮蔽に基づく表示はいくつかの制限を受ける。第1に、並行遮蔽表示は遮光を用いて表示窓を実現するので、各ピクセルから発せられる光の少量のみが遮蔽窓を通過する。第2に表示間のクロストークは相当なものであり得る。クロストークは片方の目が他方の目に意図された画像を見るともたらされる表示域の重なり合いを指す。クロストークが相当であると、脳は立体効果を知覚できず、または正しく知覚できない。第3に、並行遮蔽に基づく表示における小口径開口の使用は回折の原因となり得る。この問題は表示解像度が高くなるにつれさらに深刻になる。表示解像度が高くなるにつれ、遮蔽開口のサイズを減らさなくてはならず、さらに深刻な回折効果の原因となる。
The three-dimensional methods currently used to implement the display window include displays based on parallel shielding and displays based on lenses. However, these autostereoscopic display techniques have considerable limitations.
For example, displays based on parallel shielding are subject to some limitations. First, since the parallel shielding display uses a light shielding to realize the display window, only a small amount of light emitted from each pixel passes through the shielding window. Second, the crosstalk between displays can be substantial. Crosstalk refers to the overlap of display areas that results when one eye sees the image intended for the other eye. If the crosstalk is substantial, the brain cannot perceive the stereo effect or perceive it correctly. Third, the use of small apertures in displays based on parallel shielding can cause diffraction. This problem becomes more serious as the display resolution increases. As the display resolution increases, the size of the shielding aperture must be reduced, causing a more serious diffraction effect.

第4に、並行遮蔽に基づく表示は解像度が限定される。n個の表示を有する表示について、個々の解像度は基本的に元の表示解像度の1/nである。表示は元の表示解像度を分割しなければならないため、並行遮蔽に基づく表示の解像度は表示の元の解像度により限定され、これはさらにディスプレイ製造者の能力とともに回折により限定される。   Fourth, the display based on parallel shielding has limited resolution. For a display with n displays, the individual resolution is basically 1 / n of the original display resolution. Since the display must divide the original display resolution, the display resolution based on parallel shielding is limited by the original resolution of the display, which is further limited by diffraction along with the capabilities of the display manufacturer.

第5に、各表示は1つの遮蔽窓に結び付いた個の内ピクセルの1列しか見ないため、各表示において多くの暗いピクセルが存在し、単眼画像において「杭柵効果」を作り出す。最後に、並行遮蔽に基づく表示は通常表示窓の数が限られているという問題を有する。より多くの表示窓を生成するために、暗いスリット窓が不変のままでスリットの幅はより広くならなければならない。当然、明るさの低減および杭柵効果などのアーティーファクトを集めずに表示窓の数を無限に増やすことは不可能である。   Fifth, since each display sees only one row of individual pixels connected to one occluded window, there are many dark pixels in each display, creating a “pile fence effect” in a monocular image. Finally, displays based on parallel shielding usually have the problem that the number of display windows is limited. In order to generate more display windows, the slit slit width must be wider while the dark slit window remains unchanged. Naturally, it is impossible to increase the number of display windows infinitely without collecting artifacts such as reduced brightness and pile fence effect.

レンズに基づく表示は並行遮蔽に基づく表示に対しある程度の改良を示すものの、レンズ状シートの使用は重要な欠点も有する。レンズに基づく表示は遮蔽スリットに比べより高い解像度を提供するが、単純な黒白の遮蔽を作るより質の高いレンズ状シートを作る方が難しく高価である。事実、表示の質は表示に用いられるレンズ状シートの質に直接関係している。さらに、レンズに基づく表示は表示窓間のクロストーク、暗い線の問題、限られた解像度、および限られた数の表示窓など、並行遮蔽に基づく表示を悩ます問題で悩まされる。   Although the display based on lenses shows some improvement over the display based on parallel shielding, the use of lenticular sheets also has important drawbacks. Lens-based displays provide higher resolution than shielding slits, but it is more difficult and expensive to make high quality lenticular sheets than to make simple black and white shielding. In fact, the display quality is directly related to the quality of the lenticular sheet used for display. Furthermore, lens-based displays suffer from problems that plague displays based on parallel shielding, such as crosstalk between display windows, dark line problems, limited resolution, and a limited number of display windows.

従ってより良い表示、特に裸眼立体表示に用い得るより良い表示を提供するシステムおよび方法が必要である。   Therefore, there is a need for systems and methods that provide better displays, particularly better displays that can be used for autostereoscopic display.

本発明の空中三次元画像を生成するシステムは、
複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムと、
光学的集光要素であって、前記光学的集光要素の焦点距離より遠く前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置し、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の投影表示窓を形成する光学的集光要素とを有し、
前記複数の投影表示窓は、ユーザーが前記複数の投影表示窓から選択された第1投影表示窓において第1の目で第1の固有の透視画像を見て、前記複数の投影表示窓から選択された第2投影表示窓において第2の目で第2の固有の透視画像を見ることにより前記空中三次元画像を見ることができるように位置されることを特徴とする。
The system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention includes:
A multi-display window three-dimensional display system for generating a plurality of display windows;
An optical condensing element, which is located farther from the focal length of the optical condensing element and away from the plurality of display windows of the multi-display window three-dimensional display system, the multi-display window three-dimensional display system An optical condensing element that receives light from and condenses the light to form a plurality of projection display windows,
The plurality of projection display windows are selected from the plurality of projection display windows by viewing a first unique perspective image with a first eye in a first projection display window selected by the user from the plurality of projection display windows. The second projection display window is positioned so that the aerial three-dimensional image can be seen by viewing the second unique perspective image with a second eye.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記光学的集光要素はレンズまたは凹面鏡であることを特徴とする。   In the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the optical condensing element is a lens or a concave mirror.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記多表示窓の三次元表示システムと前記凹面鏡との間に位置するビームスプリッターをさらに有することを特徴とする。   The system for generating an aerial three-dimensional image according to the present invention further includes a beam splitter positioned between the three-dimensional display system of the multi-display window and the concave mirror.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記多表示窓の三次元表示システムは、スクリーンを有し、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有することを特徴とする。
Further, in the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the three-dimensional display system of the multi-display window has a screen,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction And a diffusion layer forming a display window.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記スクリーンは、前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体をさらに有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものであることを特徴とする。
Moreover, in the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the screen further includes a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer,
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. It is what makes it do.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記多表示窓の三次元表示システムは、複数のプロジェクターを有し、
前記複数のプロジェクターの各々は、固有の位置を有し、透視表示の画像を前記スクリーンに投影し投影画像に対応する表示窓を形成するよう構成されることを特徴とする。
Further, in the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the three-dimensional display system of the multi-display window has a plurality of projectors,
Each of the plurality of projectors has a unique position, and is configured to project a perspective display image on the screen to form a display window corresponding to the projection image.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記多表示窓の三次元表示システムは、スクリーンをさらに有し、
前記スクリーンは、
画像を受けて前記画像を光拡散器層に集光し、前記光拡散器層から拡散反射画像を受けて前記拡散反射画像を集光して表示窓を形成するレンズ層と、
前記レンズ層の焦点面に位置する前記光拡散器層であって、前記画像を前記レンズ層から受け、前記二次元再帰反射性表面から反射画像を受け、前記反射画像を拡散して拡散反射画像を形成する前記光拡散器層と、
前記光拡散器層から前記画像を受け、前記画像の少なくとも一部を前記光拡散器層に再帰反射して反射画像を形成する二次元再帰反射性表面とを有することを特徴とする。
In the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the three-dimensional display system of the multi-display window further includes a screen,
The screen is
Receiving the image and condensing the image on a light diffuser layer, receiving a diffuse reflection image from the light diffuser layer and condensing the diffuse reflection image to form a display window; and
A light diffuser layer located at a focal plane of the lens layer, receiving the image from the lens layer, receiving a reflected image from the two-dimensional retroreflective surface, diffusing the reflected image, and a diffusely reflected image Forming said light diffuser layer;
And a two-dimensional retroreflective surface that receives the image from the light diffuser layer and retroreflects at least a portion of the image onto the light diffuser layer to form a reflected image.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記スクリーンは、前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体をさらに有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものであることを特徴とする。
Moreover, in the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the screen further includes a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer,
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. It is what makes it do.

一方、本発明の空中三次元画像を生成するシステムは、
複数の投影画像を投影する複数のプロジェクターを有する、複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムと、
光学的集光要素とを有し、
前記光学的集光要素は、前記光学的集光要素の焦点距離より遠く前記多表示窓の三次元表示システムの複数の表示窓から離れて位置するとともに、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の合成画像を形成し、前記複数の合成画像の各々は複数の投影画像からの複数の画像部分により形成され、各前記合成画像は固有の視点区域から見ることができるものであり、
前記空中三次元画像は、観察者が第1視点区域において第1の目で第1の透視画像を見て第2視点区域において第2の目で第2の透視画像を見ることにより見ることができるものであることを特徴とする。
On the other hand, the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention is:
A multi-display window three-dimensional display system having a plurality of projectors for projecting a plurality of projection images and generating a plurality of display windows;
An optical condensing element,
The optical condensing element is located farther than a focal length of the optical condensing element and is separated from a plurality of display windows of the multi-display window three-dimensional display system, and from the multi-display window three-dimensional display system. Receiving light and condensing the light to form a plurality of composite images, each of the plurality of composite images being formed by a plurality of image portions from a plurality of projection images, each composite image having a unique viewpoint area That can be seen from
The aerial three-dimensional image can be viewed by an observer viewing the first perspective image with the first eye in the first viewpoint area and viewing the second perspective image with the second eye in the second viewpoint area. It is possible to do it.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記複数のプロジェクターは前記光学的集光要素の主平面に位置することを特徴とする。   In the system for generating an aerial three-dimensional image according to the present invention, the plurality of projectors are located on a main plane of the optical condensing element.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記多表示窓の三次元表示システムは、スクリーンをさらに有し、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有することを特徴とする。
In the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the three-dimensional display system of the multi-display window further includes a screen,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction And a diffusion layer forming a display window.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記光学的集光要素は前記複数の表示窓と前記スクリーンとの間に位置することを特徴とする。   In the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the optical condensing element is located between the plurality of display windows and the screen.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、前記スクリーンは前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体をさらに有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものであることを特徴とする。
Further, in the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the screen further includes a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer,
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. It is what makes it do.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、
前記多表示窓の三次元表示システムは、スクリーンをさらに有し、
前記スクリーンは、
画像を受けて前記画像を光拡散器層に集光し、前記光拡散器層から拡散反射画像を受けて前記拡散反射画像を集光して表示窓を形成するレンズ層と、
前記レンズ層の焦点面に位置する前記光拡散器層であって、前記画像を前記レンズ層から受け、前記二次元再帰反射性表面から反射画像を受け、前記反射画像を拡散して拡散反射画像を形成する前記光拡散器層と、
前記光拡散器層から前記画像を受け、前記画像の少なくとも一部を前記光拡散器層に再帰反射して反射画像を形成する二次元再帰反射性表面とを有することを特徴とする。
In the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention,
The multi-display window three-dimensional display system further includes a screen,
The screen is
Receiving the image and condensing the image on a light diffuser layer, receiving a diffuse reflection image from the light diffuser layer and condensing the diffuse reflection image to form a display window; and
A light diffuser layer located at a focal plane of the lens layer, receiving the image from the lens layer, receiving a reflected image from the two-dimensional retroreflective surface, diffusing the reflected image, and a diffusely reflected image Forming said light diffuser layer;
And a two-dimensional retroreflective surface that receives the image from the light diffuser layer and retroreflects at least a portion of the image onto the light diffuser layer to form a reflected image.

また、本発明の空中三次元画像を生成するシステムにおいて、
前記スクリーンはさらに、二次元再帰反射性表面と拡散器層との間に位置する透明媒体を有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が拡散器層で拡散されるようにするものであることを特徴とする。
In the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention,
The screen further comprises a transparent medium located between the two-dimensional retroreflective surface and the diffuser layer;
The transparent medium has the image out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by a diffuser layer. It is what makes it do.

ここで、本発明の空中三次元画像を生成する方法は、
多表示窓の三次元表示システムを用いて複数の表示窓を生成するステップと、
光学的集光要素の焦点距離より遠く前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置する前記光学的集光要素を用いて、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の投影表示窓を形成するステップとを有し、
前記複数の投影表示窓は、ユーザーが前記複数の投影表示窓から選択された第1投影表示窓において第1の目で第1の固有の透視画像を見て、複数の投影表示窓から選択された第2投影表示窓において第2の目で第2の固有の透視画像を見ることにより前記空中三次元画像を見ることができるように位置していることを特徴とする。
Here, the method for generating an aerial three-dimensional image of the present invention is as follows.
Generating a plurality of display windows using a three-dimensional display system of multiple display windows;
From the three-dimensional display system of the multi-display window using the optical condensing element located farther from the focal length of the optical condensing element and away from the plurality of display windows of the three-dimensional display system of the multi-display window Receiving light and condensing the light to form a plurality of projection display windows,
The plurality of projection display windows are selected from the plurality of projection display windows by viewing the first unique perspective image with the first eye in the first projection display window selected by the user from the plurality of projection display windows. Further, the second projection display window is positioned so that the aerial three-dimensional image can be seen by viewing the second unique perspective image with the second eye.

また、本発明の空中三次元画像を生成する方法において、前記光学的集光要素はレンズまたは凹面鏡であることを特徴とする。   In the method for generating an aerial three-dimensional image according to the present invention, the optical condensing element is a lens or a concave mirror.

また、本発明の空中三次元画像を生成する方法において、前記多表示窓の三次元表示システムはさらにスクリーンを有し、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有することを特徴とする。
In the method for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the three-dimensional display system of the multi-display window further includes a screen,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction And a diffusion layer forming a display window.

また、本発明の空中三次元画像を生成する方法において、前記スクリーンはさらに、前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体を有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものであることを特徴とする。
Further, in the method for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the screen further comprises a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer,
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. It is what makes it do.

また、本発明の空中三次元画像を生成する方法において、前記多表示窓の三次元表示システムはスクリーンをさらに有し、
前記スクリーンは、
画像を受けて前記画像を光拡散器層に集光し、前記光拡散器層から拡散反射画像を受けて拡散反射画像を集光して表示窓を形成するレンズ層と、
前記レンズ層の焦点面に位置し、前記画像を前記レンズ層から受け、前記二次元再帰反射性表面から反射画像を受け、前記反射画像を拡散して拡散反射画像を形成する前記光拡散器層と、
前記光拡散器層から前記画像を受け前記画像の少なくとも一部を前記光拡散器層に再帰反射して前記反射画像を形成する二次元再帰反射性表面とを有することを特徴とする。
In the method for generating an aerial 3D image according to the present invention, the 3D display system of the multi-display window further includes a screen,
The screen is
Receiving the image and condensing the image on a light diffuser layer; receiving a diffuse reflection image from the light diffuser layer; condensing the diffuse reflection image to form a display window; and
The light diffuser layer located at the focal plane of the lens layer, receiving the image from the lens layer, receiving a reflected image from the two-dimensional retroreflective surface, and diffusing the reflected image to form a diffusely reflected image When,
And a two-dimensional retroreflective surface that receives the image from the light diffuser layer and retroreflects at least a portion of the image to the light diffuser layer to form the reflected image.

一方、本発明の空中三次元画像を生成する方法は、
複数のプロジェクターを有する複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムを用いて複数の投影画像を投影するステップと、
光学的集光要素の焦点距離より近く前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置する前記光学的集光要素を用いるステップとを有し、
前記光学的集光要素を用いるステップは、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の合成画像を形成し、前記各合成画像は複数の投影画像からの複数の画像部分により形成することで、前記各合成画像は固有の視点区域から見ることができるものであり、
前記空中三次元画像は、観察者が第1視点区域において第1の目で第1の透視画像を見て第2視点区域において第2の目で第2の透視画像を見ることにより見ることができるものであることを特徴とする。
On the other hand, the method for generating an aerial three-dimensional image of the present invention includes:
Projecting a plurality of projected images using a multi-display window three-dimensional display system that generates a plurality of display windows having a plurality of projectors;
Using the optical concentrating element located near the focal length of the optical condensing element and away from the plurality of display windows of the three-dimensional display system of the multi-display window;
The step of using the optical condensing element receives light from the three-dimensional display system of the multi-display window, condenses the light to form a plurality of composite images, each composite image from a plurality of projection images Each of the composite images can be viewed from a unique viewpoint area,
The aerial three-dimensional image can be viewed by an observer viewing the first perspective image with the first eye in the first viewpoint area and viewing the second perspective image with the second eye in the second viewpoint area. It is possible to do it.

また、本発明の空中三次元画像を生成する方法において、前記複数のプロジェクターは光学的集光要素の主平面に位置することを特徴とする。   In the method for generating an aerial three-dimensional image according to the present invention, the plurality of projectors are located on a main plane of an optical condensing element.

また、本発明の空中三次元画像を生成する方法において、前記多表示窓の三次元表示システムはさらにスクリーンを有し、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有することを特徴とする。
In the method for generating an aerial three-dimensional image of the present invention, the three-dimensional display system of the multi-display window further includes a screen,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction And a diffusion layer forming a display window.

また、本発明の空中三次元画像を生成する方法において、前記光学的集光要素は前記複数の表示窓と前記スクリーンとの間に位置することを特徴とする。   In the method for generating an aerial three-dimensional image according to the present invention, the optical condensing element is located between the plurality of display windows and the screen.

一方、本発明の空中三次元画像を生成するシステムは、
複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムと、
光学的集光要素であって、前記光学的集光要素の焦点距離と等しく前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置し、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して前記複数の投影表示窓を無限遠または事実上無限遠において形成する光学的集光要素とを有し、
前記複数の投影表示窓はユーザーが第1の目で第1のモザイク画像を見、第2の目で第2のモザイク画像を見ることにより前記空中三次元画像を見ることができるように位置し、前記第1および第2のモザイク画像は前記複数の投影表示窓の少なくともいくつかの少なくとも一部から形成されることを特徴とする。
On the other hand, the system for generating an aerial three-dimensional image of the present invention is:
A multi-display window three-dimensional display system for generating a plurality of display windows;
An optical condensing element, which is equal to the focal length of the optical condensing element and is spaced apart from the plurality of display windows of the multi-display window three-dimensional display system, the multi-display window three-dimensional display system An optical condensing element that receives light from and condenses the light to form the plurality of projection display windows at infinity or virtually at infinity,
The plurality of projection display windows are positioned so that a user can view the three-dimensional aerial image by viewing the first mosaic image with a first eye and the second mosaic image with a second eye. The first and second mosaic images are formed from at least a part of at least some of the plurality of projection display windows.

本発明の各種実施形態による光拡散スクリーンの作用の図である。FIG. 6 is a diagram of the operation of a light diffusing screen according to various embodiments of the invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型スクリーンの作用の図である。It is a figure of an effect | action of the retroreflection type screen by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型の垂直光拡散スクリーンの作用の図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of a retroreflective vertical light diffusing screen according to various embodiments of the present invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型の垂直光拡散スクリーンを有する表示システムの図である。1 is a diagram of a display system having a retroreflective vertical light diffusing screen according to various embodiments of the present invention. FIG. 本発明の各種実施形態による再帰反射型の垂直光拡散スクリーンを有する複数プロジェクター表示システムの図である。1 is a diagram of a multiple projector display system having retroreflective vertical light diffusing screens according to various embodiments of the invention. FIG. 本発明の各種実施形態による再帰反射型の垂直光拡散スクリーンを有する別の複数プロジェクター表示システムの図である。FIG. 5 is a diagram of another multiple projector display system having retroreflective vertical light diffusing screens according to various embodiments of the invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型の垂直光拡散スクリーンを有する表示システムの別の実施形態の図である。FIG. 6 is a diagram of another embodiment of a display system having a retroreflective vertical light diffusing screen according to various embodiments of the present invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型の垂直光拡散スクリーンを有する表示システムのさらに別の実施形態の図である。FIG. 6 is a diagram of yet another embodiment of a display system having a retroreflective vertical light diffusing screen according to various embodiments of the present invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型光拡散スクリーンの別の実施形態の図である。FIG. 6 is a diagram of another embodiment of a retroreflective light diffusing screen according to various embodiments of the invention. 本発明の各種実施形態による図9の再帰反射型光拡散スクリーンの図である。FIG. 10 is a diagram of the retroreflective light diffusing screen of FIG. 9 according to various embodiments of the invention. レンズ状反射スクリーンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a lenticular reflective screen. 本発明の各種実施形態によるレンズ層を有する再帰反射型光拡散スクリーンの別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the retroreflection type | mold light-diffusion screen which has a lens layer by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型光拡散スクリーンの実施形態からの表示窓の光分布を描く図である。FIG. 6 depicts a light distribution in a display window from an embodiment of a retroreflective light diffusing screen according to various embodiments of the present invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型光拡散スクリーンの実施形態からの2つの隣接する表示窓の断面を描く図である。FIG. 6 depicts a cross section of two adjacent display windows from an embodiment of a retroreflective light diffusing screen according to various embodiments of the present invention. 本発明の各種実施形態による再帰反射型光拡散スクリーンのさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the retroreflection-type light-diffusion screen by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the aerial three-dimensional image display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの実施形態の光線のトレースを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating ray tracing of an embodiment of an aerial three-dimensional image display system according to various embodiments of the present invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムにおける仮想スクリーンおよび投影表示窓の位置およびサイズを示す図である。It is a figure which shows the position and size of a virtual screen and a projection display window in the aerial three-dimensional image display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムを示す図である。1 is a diagram illustrating an aerial three-dimensional image display system according to various embodiments of the present invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the aerial three-dimensional image display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムのさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the aerial three-dimensional image display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the aerial three-dimensional image display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the aerial three-dimensional image display system by various embodiment of this invention. 観察者が異なる位置から画像を見る透過投影画像表示の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the transmission projection image display which an observer views an image from a different position. 本発明の各種実施形態による透過投影/光照射野型表示システムを形成する空中三次元画像表示システムの実施形態を示す図である。1 is a diagram illustrating an embodiment of an aerial three-dimensional image display system forming a transmission projection / light field display system according to various embodiments of the present invention. FIG. 本発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの実施形態における1台のプロジェクターの光線のトレースを示す図である。It is a figure which shows the trace of the light ray of one projector in embodiment of the light irradiation field type aerial three-dimensional display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the light irradiation field type aerial three-dimensional display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the light irradiation field type aerial three-dimensional display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムにおけるプロジェクターおよび光学的要素の配置の異なる実施形態を示す図である。It is a figure which shows different embodiment of arrangement | positioning of the projector and optical element in the light irradiation field type aerial three-dimensional display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the light irradiation field type aerial three-dimensional display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムのさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of the light irradiation field type aerial three-dimensional display system by various embodiment of this invention. 本発明の各種実施形態によるマルチプロジェクター表示システムを示す図である。1 is a diagram illustrating a multi-projector display system according to various embodiments of the invention. FIG. 本発明の実施形態による演算システム例のブロック図を描く図である。It is a figure drawing the block diagram of the example of an arithmetic system by embodiment of this invention.

本発明の態様は光拡散および再帰反射性を用いて新規な表示スクリーンを生成することに関する。実施形態において、再帰反射型光拡散スクリーンを用いて複数の表示窓を生成することにより裸眼立体表示を生成することができる。実施形態において、各表示窓は透視画像表示を描き、片方の目で1つの表示窓から1つの透視画像表示を見ながら、他方の目で別の表示窓から別の透視画像表示を見ることにより3D画像を見ることができる。   Aspects of the invention relate to generating a novel display screen using light diffusion and retroreflectivity. In the embodiment, an autostereoscopic display can be generated by generating a plurality of display windows using a retroreflective light diffusing screen. In an embodiment, each display window draws a perspective image display, while one eye sees one perspective image display from one display window and the other eye sees another perspective image display from another display window. You can see 3D images.

実施形態において、表示スクリーンは二次元の再帰反射面および拡散面を有するスクリーンを有してなる。拡散面は第1方向における大きな拡散角および第2方向における小さな拡散角で構成される。表示スクリーンについて、第1方向は垂直方向であることが好ましく、第2方向は水平方向であることが好ましい。拡散面はさらに二次元の再帰反射面から反射された画像を受け、画像を拡散して画像に対応する表示窓を形成するように構成される。   In an embodiment, the display screen comprises a screen having a two-dimensional retroreflective surface and a diffusing surface. The diffusion surface is composed of a large diffusion angle in the first direction and a small diffusion angle in the second direction. For the display screen, the first direction is preferably the vertical direction, and the second direction is preferably the horizontal direction. The diffusing surface is further configured to receive the image reflected from the two-dimensional retroreflecting surface and diffuse the image to form a display window corresponding to the image.

実施形態において、表示スクリーンシステムは再帰反射器拡散器スクリーンおよび少なくとも1つの追加層を有してなる。実施形態において、追加層は二次元再帰反射器と光整形拡散器との間の透明層であって良い。実施形態において、追加層は光整形拡散器の前に位置するレンズ層であって良い。さらに別の実施形態において、再帰反射器拡散器スクリーンはレンズ層、光整形拡散器、透明媒体層、および二次元再帰反射器を有してなる。   In an embodiment, the display screen system comprises a retroreflector diffuser screen and at least one additional layer. In an embodiment, the additional layer may be a transparent layer between the two-dimensional retroreflector and the light shaping diffuser. In an embodiment, the additional layer may be a lens layer located in front of the light shaping diffuser. In yet another embodiment, the retroreflector diffuser screen comprises a lens layer, a light shaping diffuser, a transparent media layer, and a two-dimensional retroreflector.

表示スクリーンシステムは複数のプロジェクターも含むことができる。各プロジェクターは固有の位置を有し、固有の透視表示の画像をスクリーンに投影するよう構成され、投影画像に対応する固有の表示窓を形成する。従って表示システムは複数のプロジェクターにより投影された複数の画像に対応する複数の表示窓を形成する。ユーザーは複数の表示窓から選択された第1表示窓において第1透視画像を片方の目で見、複数の表示窓から選択された第2表示窓において第2透視画像を他方の目で見ることにより三次元画像を見ることができる。   The display screen system can also include a plurality of projectors. Each projector has a unique position, and is configured to project a unique perspective display image onto the screen, thereby forming a unique display window corresponding to the projected image. Accordingly, the display system forms a plurality of display windows corresponding to the plurality of images projected by the plurality of projectors. The user sees the first perspective image with one eye in the first display window selected from the plurality of display windows, and the second perspective image in the second display window selected from the plurality of display windows. By this, a three-dimensional image can be viewed.

実施形態において、表示スクリーンシステムは複数プロジェクターの少なくとも1つおよびスクリーン間の光路に位置し投影画像をスクリーンに導き、スクリーンから反射される投影画像をある位置に導き、複数プロジェクターの少なくとも1つから空間的に離れている表示窓を形成するビームスプリッターも有してなる。このような構成はプロジェクターが表示窓の障害になることを取り除く。   In an embodiment, the display screen system is located in an optical path between at least one of the plurality of projectors and the screen, guides the projected image to the screen, directs the projected image reflected from the screen to a position, and is spaced from at least one of the plurality of projectors There is also a beam splitter that forms a distant display window. Such a configuration eliminates the projector becoming an obstacle to the display window.

実施形態において、表示システムは第1スクリーンに対し光学的にミラー結合した位置に配置され表示窓における画像の明るさを増す第2再帰反射型光拡散スクリーンも含む。   In an embodiment, the display system also includes a second retro-reflective light diffusing screen that is placed in an optically mirrored position relative to the first screen to increase image brightness in the display window.

実施形態において、表示システムは複数プロジェクターの少なくとも1つおよびスクリーン間の光路に位置し投影画像をスクリーンに導く偏光反応型ビームスプリッターならびにスクリーンおよびビームスプリッター間の光路に位置した1/4波長板を含む。   In an embodiment, the display system includes at least one of a plurality of projectors and a polarization-responsive beam splitter that is positioned in the optical path between the screens and guides a projected image to the screen, and a quarter-wave plate positioned in the optical path between the screen and the beam splitter. .

実施形態において、表示システムは複数のプロジェクターに通信上連結し画像の投影を調整する演算装置を含む。演算装置は投影する画像を記憶する1つ以上のデータストアを含むことができる。投影される画像は静止画像、ビデオ画像、または双方であって良いことが特筆される。   In the embodiment, the display system includes an arithmetic device that is connected to a plurality of projectors in communication and adjusts the projection of an image. The computing device can include one or more data stores that store the images to be projected. It is noted that the projected image can be a still image, a video image, or both.

本発明の実施形態はさらに本明細書に呈示される教示に従い裸眼立体表示システムを構成する方法も含む。例えば、実施形態において、裸眼立体表示システムは再帰反射型光拡散スクリーンを複数のプロジェクターから画像を受けるよう位置付けることにより形成することができる。各プロジェクターは固有の位置を有し、固有の透視表示の画像をスクリーンに投影するよう構成され、投影画像に対応する固有の表示窓を形成する。複数のプロジェクターにより投影された複数の画像に対応する複数の表示窓が形成される。複数の表示窓はユーザーが複数の表示窓から選択された第1表示窓において第1透視画像を片方の目で見、第2表示窓において第2透視画像を他方の目で見ることにより三次元画像を見ることができるよう位置される。   Embodiments of the present invention further include a method of configuring an autostereoscopic display system in accordance with the teachings presented herein. For example, in an embodiment, an autostereoscopic display system can be formed by positioning a retroreflective light diffusing screen to receive images from multiple projectors. Each projector has a unique position, and is configured to project a unique perspective display image onto the screen, thereby forming a unique display window corresponding to the projected image. A plurality of display windows corresponding to the plurality of images projected by the plurality of projectors are formed. The multiple display windows are three-dimensional by allowing the user to see the first perspective image with one eye in the first display window selected from the multiple display windows and the second perspective image with the other eye in the second display window. Positioned so you can see the image.

本発明の態様はさらに浮いている三次元表示を生成するシステムおよび方法を含む。実施形態において、光学的集光要素が、多表示窓に基づく表示システムにおける表示窓から光学的集光要素の焦点距離以上の距離に位置されユーザーが浮いている3D画像を見ることのできる投影された表示窓を形成する。別の実施形態において、光学的集光要素が、多表示窓に基づく表示システムにおける表示窓から光学的集光要素の焦点距離未満の距離に位置され透過投影的/光照射野型三次元表示システムを形成する。空中三次元表示の実施形態において、本明細書に呈示される再帰反射性光拡散スクリーンの実施形態の1つが多表示窓にもとづく表示システムに用いられる。   Aspects of the invention further include systems and methods for generating floating three-dimensional displays. In an embodiment, the optical concentrating element is projected from a display window in a display system based on a multi-display window at a distance equal to or greater than the focal length of the optical condensing element, allowing a user to see a floating 3D image. Forming a display window. In another embodiment, the optical focusing element is located at a distance less than the focal length of the optical focusing element from the display window in a multi-display window based display system. Form. In the aerial three-dimensional display embodiment, one of the retroreflective light diffusing screen embodiments presented herein is used in a display system based on multiple display windows.

上記において発明の特徴および利点のいくつかが全般的に説明されたが、本明細書においてさらなる特徴、利点、および実施形態が呈示され、または本出願の図面、明細書およびクレームに照らし当業者であれば明らかになろう。従って、発明の範囲は本要約部に開示された特定の実施形態により限定されないことが理解されよう。   While some of the features and advantages of the invention have been generally described above, additional features, advantages, and embodiments are presented herein or can be made by one of ordinary skill in the art in light of the drawings, specification, and claims of this application. It will be clear if there is any. Accordingly, it will be understood that the scope of the invention is not limited by the specific embodiments disclosed in this summary section.

以下の記述では説明の目的から、発明の理解を提供すべく具体的な詳細が述べられる。しかし当業者であれば発明はこれらの詳細なしでも実施できることが明らかであろう。さらに、当業者であれば以下に説明する本発明の実施形態は各種の形で実施し得ることを理解しよう。従って以下に説明する例は発明の具体的な実施形態を例示するもので、発明を分かりにくくすることを避けることが意図される。   In the following description, for purposes of explanation, specific details are set forth in order to provide an understanding of the invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the invention may be practiced without these details. Further, those skilled in the art will appreciate that the embodiments of the invention described below can be implemented in a variety of forms. Accordingly, the examples described below are illustrative of specific embodiments of the invention and are intended to avoid obscuring the invention.

ブロック図に示される構成要素、またはモジュール、は発明の典型的な実施形態を図示するもので、発明を分かりにくくすることを避けることが意図される。また、本考察を通して構成要素はサブユニットを有してなり得る別個の機能ユニットとして説明され得るが、当業者であれば各種構成要素、またはその部分は別個の構成要素に分割でき、または単一システムまたは構成要素への統合を含みまとめて統合し得ることを理解しよう。   The components, or modules, shown in the block diagrams are illustrative of exemplary embodiments of the invention and are intended to avoid obscuring the invention. Also, throughout this discussion, a component may be described as a separate functional unit that may have subunits, but those skilled in the art can divide various components, or portions thereof, into separate components, or a single unit Understand that they can be integrated together, including integration into systems or components.

さらに、図面内の構成要素間の接続は直接接続に限定されることを意図していない。逆に、これら構成要素間のデータは中間構成要素により修正、再フォーマット、または別途変更され得る。さらに、付加的またはより少数の接続を用いることもできる。さらに「連結される」または「通信上連結される」の用語は直接接続、1つ以上の中間装置を通した間接接続、および無線接続を含むと理解されることが特記される。   Furthermore, the connections between the components in the drawings are not intended to be limited to direct connections. Conversely, the data between these components can be modified, reformatted, or otherwise changed by intermediate components. In addition, additional or fewer connections can be used. It is further noted that the terms “coupled” or “communicatively coupled” are understood to include direct connections, indirect connections through one or more intermediate devices, and wireless connections.

明細書において「一実施形態」「好ましい実施形態]「ある実施形態」または「実施形態」への言及はその実施形態に関係して説明される特定の特徴、構造、特性、または機能は発明の少なくとも1つの実施形態に含まれ、1つを超える実施形態に含まれ得ることを意味する。明細書のさまざまな個所で「一実施形態において」、「ある実施形態において」、または「実施形態において」の言い回しが現れる場合、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、本明細書で使用される「画像」または「複数の画像」の擁護は静止画像、ビデオ画像、または双方を意味することが理解されよう。   In the specification, references to “one embodiment”, “preferred embodiment”, “an embodiment” or “an embodiment” refer to a particular feature, structure, characteristic, or function described in connection with that embodiment. It is included in at least one embodiment, meaning that it can be included in more than one embodiment. The appearances of the phrase “in one embodiment”, “in an embodiment”, or “in an embodiment” in various places in the specification do not necessarily refer to the same embodiment. Further, it will be understood that the advocacy of “image” or “multiple images” as used herein means still images, video images, or both.

A.概要
立体表示手法のほとんどは三次元(3D)画像を生成するのに両眼視差の手がかりに依存する。両眼視差は同じ3Dオブジェクトの立体画像のペア(すなわち2つの異なる観点)を見ることを指す。頭装着型ディスプレイはこのような表示装置の1つで、ユーザーは2つの分けられた光路を通して2つの別個の立体画像を見る。単独スクリーンに表示され、または紙に印刷された立体画像を分離するために立体ガラス、シャッターガラス、および偏光ガラスが広く使用される。
A. Overview Most 3D display methods rely on binocular parallax cues to generate three-dimensional (3D) images. Binocular parallax refers to viewing a pair of stereoscopic images of the same 3D object (ie, two different viewpoints). A head-mounted display is one such display device where the user views two separate stereoscopic images through two separate light paths. Stereo glass, shutter glass, and polarizing glass are widely used to separate stereo images displayed on a single screen or printed on paper.

裸眼立体表示手法はまた視差深度の手がかりに依存する。しかし、ユーザーの目の前にあるガラスで立体表示を分離する代わりに、裸眼立体表示のほとんどは表示空間における光路を制御してユーザー空間における表示窓を生成しようとする。各表示窓において、1つの単眼画像しか観察できない。表示窓はさらに表示区域を形成する。表示区域のサイズは人間の目のサイズよりかなり大きいので、ユーザーは表示区域内で自分の頭を自由に動かすことができる。既存の裸眼立体表示システムのほとんどは並行遮蔽手法またはレンズ状の手法に基づく。   The autostereoscopic display technique also relies on a key to the depth of parallax. However, instead of separating the stereoscopic display with the glass in front of the user's eyes, most of the naked-eye stereoscopic display attempts to generate a display window in the user space by controlling the optical path in the display space. Only one monocular image can be observed in each display window. The display window further forms a display area. Since the size of the display area is much larger than the size of the human eye, the user can move his head freely within the display area. Most existing autostereoscopic display systems are based on a parallel shielding technique or a lenticular technique.

1.並行遮蔽に基づく表示
並行遮蔽を用いた基本的な設計は条片を配置して表示から放射される光を遮蔽することにある。通常黒白のマスクグリッドが表示の前に配置される。各白い小グリッドはピクセルを表示空間にマップしてユーザーがピクセルを特定の視角からピクセルを見られるようにする(すなわち表示窓を作成する)ピンホールの役割を果たす一方、黒のグリッドはその視角から隣接ピクセルを遮蔽する。その結果、ユーザーは左の表示窓において表示におけるピクセルの片方のセットを見、右の表示窓においてユーザーは表示上における他方のセットを見る。左の表示窓および右の表示窓は合わせて1つの表示域を形成する。1つを超える表示域を形成することができる。さらに、表示の解像度を高めより多くのピクセルを各遮蔽スリットに結び付けることにより単一の表示域内に複数の表示窓を作成することができる。
1. Display based on parallel shielding The basic design using parallel shielding is to place strips to shield the light emitted from the display. Usually a black and white mask grid is placed in front of the display. Each small white grid serves as a pinhole that maps the pixel to the display space and allows the user to see the pixel from a specific viewing angle (ie, creates a display window), while the black grid is the viewing angle To block adjacent pixels. As a result, the user sees one set of pixels in the display in the left display window and the user sees the other set in the display in the right display window. The left display window and the right display window together form one display area. More than one display area can be formed. In addition, multiple display windows can be created within a single display area by increasing the display resolution and associating more pixels with each shielding slit.

前記に言及したとおり、並行遮蔽に基づく表示はいくつかの欠点を有する。これらの欠点は:明るさの低減、表示間のクロストーク、小さい窓による回折効果、解像度限定、単眼画像における杭柵効果、表示域を超える際の画像反転のアーティーファクト、および限られた数の表示窓を含む。   As mentioned above, displays based on parallel shielding have several drawbacks. These disadvantages are: reduced brightness, crosstalk between displays, diffraction effects due to small windows, resolution limitations, pile fence effects in monocular images, artifacts of image reversal when exceeding the display area, and a limited number of Includes display window.

まず、並行遮蔽に基づく表示は光遮蔽戦略を用いるため、各ピクセルから放射される光の少量のみが遮蔽窓を通過する。従って見る画像の明るさが低減される。明るさの問題を軽減する試みには遮蔽マスクを表示の後ろに配置することを含む。光は表示ピクセルに到達する前に遮蔽で変調される。   First, because the display based on parallel shielding uses a light shielding strategy, only a small amount of light emitted from each pixel passes through the shielding window. Accordingly, the brightness of the viewed image is reduced. Attempts to reduce the brightness problem include placing a shielding mask behind the display. The light is modulated by the shield before reaching the display pixel.

第2に、表示間のクロストークはかなりになり得る。クロストークとは表示域の重なり合いを指し、これは片方の目が他方の目に意図された画像をみる結果になり得る。クロストークが相当である場合、脳は立体効果を知覚できないか、正しく知覚できない。クロストークアーティーファクトを最小化する試みは遮蔽マスクに対する遮蔽ピッチの選択、または遮蔽を表示の後ろに配置することが係わる。   Second, the crosstalk between displays can be significant. Crosstalk refers to overlapping display areas, which can result in one eye seeing the image intended for the other eye. If the crosstalk is substantial, the brain cannot perceive the stereo effect or perceive it correctly. Attempts to minimize crosstalk artifacts involve selecting a shielding pitch for the shielding mask or placing the shielding behind the display.

第3に、並行遮蔽に基づく表示における小口径の孔の使用は回折の原因となり得る。この問題は表示解像度が高まるにつれより深刻になる。表示解像度が高まるにつれ遮蔽孔のサイズは減少しなければならず、さらに厳しい回折効果の原因となる。従って、遮蔽の孔のサイズは回折限度で制限される。   Third, the use of small apertures in displays based on parallel shielding can cause diffraction. This problem becomes more serious as the display resolution increases. As the display resolution increases, the size of the shield hole must be reduced, causing a more severe diffraction effect. Therefore, the size of the shielding hole is limited by the diffraction limit.

第4に、並行遮蔽に基づく表示は通常限られた解像度で悩まされる。n個の表示を有する表示について、個々の表示の解像度は基本的に元の表示解像度の1/nである。表示は元の表示解像度を分割しなければならないため、並行遮蔽に基づく表示解像度はディスプレイの元の解像度により制限され、これは回折とともにディスプレイ製造者が達成できる解像度によっても制限される。   Fourth, displays based on parallel shielding are usually plagued with limited resolution. For a display having n displays, the resolution of each display is basically 1 / n of the original display resolution. Since the display must divide the original display resolution, the display resolution based on parallel shielding is limited by the original resolution of the display, which is also limited by the resolution that the display manufacturer can achieve with diffraction.

第5に、各表示は1つの遮蔽窓に結び付いたn個の内1つのピクセル列のみを見るため、各表示において暗いピクセル線が多く存在する。2視点の場合、暗い線は1ピクセル幅でこれらの明るいピクセルと絡み合っている。暗いピクセル線は単眼画像において「杭柵効果」を形成する。杭柵アーティーファクトを削減する試みは遮蔽線を表示のピクセル列に対し角度を持たせることが係わる。   Fifth, there are many dark pixel lines in each display because each display sees only one of the n pixel columns associated with one shielding window. For two viewpoints, the dark line is 1 pixel wide and intertwined with these bright pixels. Dark pixel lines form a “pile fence effect” in monocular images. Attempts to reduce pile fence artifacts involve making the shielding lines at an angle with respect to the displayed pixel columns.

第6に、これらの表示は画像反転アーティーファクトに悩まされ得る。画像反転アーティーファクトはユーザーの目と表示窓との位置合わせが正しくないことによる。2視点の表示システムにおいて、ユーザーはユーザーの左間が右の表示窓にあり、ユーザーの右目が左の表示窓にある場合に反転した立体画像のセットを見ることになる。複数表示の表示システムの場合、このような反転アーティーファクトはユーザーが表示域を超える場合に起こる。   Sixth, these displays can suffer from image reversal artifacts. Image reversal artifacts are due to incorrect alignment between the user's eyes and the display window. In a two-viewpoint display system, the user sees an inverted set of stereoscopic images when the user's left eye is in the right display window and the user's right eye is in the left display window. For multi-display display systems, such inversion artifacts occur when the user exceeds the display area.

最後に並行遮蔽に基づく表示は通常限られた数の表示窓で悩まされる。より多くの表示窓を生成するために、スリット窓を変えないまま暗いスリットの幅を広くする必要がある。明るさの低減および杭柵効果などのアーティーファクトを増やさずに表示窓を増やすことは不可能である。   Finally, displays based on parallel shielding are usually plagued by a limited number of display windows. In order to generate more display windows, it is necessary to increase the width of the dark slit without changing the slit window. It is impossible to increase the display window without increasing artifacts such as reduced brightness and pile fence effect.

2.レンズに基づく表示
前記に言及したとおり、並行遮蔽に基づく表示の欠点の1つは遮蔽の細い垂直スリットにより明るさが足りないことである。この問題の1つの解決はレンズを用いて集光を向上させることである。用いられるレンズの1形態はレンズ状シートで、これは横並びに配置された円筒レンズのセットを含む。3D画像の表示にレンズ状シートを用いるには、シートを2Dディスプレイと垂直に位置合わせする。並行遮蔽ディスプレイと同様に、2組のピクセル(例、左目のピクセルおよび右目のピクセル)を位置合わせする場合、2つの表示窓を作成して1つの表示域を形成することができる。複数の表示域(LおよびRの表示窓のある)を作成することもできる。複数のピクセルを各レンズと位置合わせする場合、1つの表示域に複数の表示窓を作成することができる。レンズ状シートにおけるレンズは円筒形であるので、水平視差のみが作られる。並行遮蔽に基づくディスプレイに比べ集光能力が向上するのに加え、レンズ状シートは遮蔽スリットに比べより高い解像度を提供することができる。
2. Lens-based display As mentioned above, one of the drawbacks of display based on parallel shielding is the lack of brightness due to the narrow vertical slits of the shielding. One solution to this problem is to use a lens to improve light collection. One form of lens used is a lenticular sheet, which includes a set of cylindrical lenses arranged side by side. To use a lenticular sheet for displaying 3D images, align the sheet perpendicular to the 2D display. Similar to a parallel occlusion display, when aligning two sets of pixels (eg, left eye pixel and right eye pixel), two display windows can be created to form a single display area. Multiple display areas (with L and R display windows) can also be created. When aligning multiple pixels with each lens, multiple display windows can be created in one display area. Since the lens in the lenticular sheet is cylindrical, only horizontal parallax is produced. In addition to improving the light collecting ability compared to a display based on parallel shielding, the lenticular sheet can provide higher resolution than the shielding slit.

レンズに基づく表示は並行遮蔽に基づく表示に比べ明るさと解像度においてより高い可能性を有するものの、レンズに基づく表示はそれ自体の不都合を呈する。第1に、表示の質は高品質のレンズ状シートを有することに依存する。しかし、高品質のレンズ状シートを製造することは特に遮蔽マスクに比べより難しくコストがかかる。加えて、レンズ状シートを表示と位置合わせするのは相当な努力を必要とする。さらに、レンズに基づく表示も表示窓間のクロストーク、杭柵問題、限られた解像度、画像反転、および限られた数の表示窓など、並行遮蔽に基づく表示を悩ます問題に悩まされる。   While a lens-based display has a higher potential in brightness and resolution than a parallel-shielded display, a lens-based display presents its own disadvantages. First, the display quality depends on having a high quality lenticular sheet. However, it is more difficult and costly to produce a high quality lenticular sheet, especially compared to a shielding mask. In addition, aligning the lenticular sheet with the display requires considerable effort. In addition, lens-based displays suffer from problems that plague display based on parallel shielding, such as crosstalk between display windows, pile fence problems, limited resolution, image inversion, and a limited number of display windows.

3.光拡散に基づく表示
複数視点3D表示の3つ目の種類は光整形拡散器(LSD)技術を用いる。光整形拡散器を利用する装置の例はハンガリーのブダペスト市に所在するHolografikaにより開発されたHoloVizoTMと呼ばれる光照射野ディスプレイ、および南カリフォルニア大学における創造技術研究所により開発された3D光照射野ディスプレイが含まれる。光整形拡散器は光通信装置およびLCDディスプレイのバックライトとして用いられる一次元の光拡散器である。プロジェクターで照明されると、光整形拡散器は水平方向に小さな拡散および垂直方向に大きな拡散を有する。
3. Display based on light diffusion The third type of multi-view 3D display uses light shaping diffuser (LSD) technology. Examples of devices that use light shaping diffusers are a light field display called HoloVizo TM developed by Holografika in Budapest, Hungary, and a 3D light field display developed by the Institute of Creative Technology at the University of Southern California. Is included. A light shaping diffuser is a one-dimensional light diffuser used as a backlight for optical communication devices and LCD displays. When illuminated by a projector, the light shaping diffuser has a small diffusion in the horizontal direction and a large diffusion in the vertical direction.

HolografikaはそのHoloVizoTMディスプレイにおいて一次元拡散特性を活用している。ディスプレイはLSDスクリーンを照明するいくつかのプロジェクターを使用する。水平断面図において、スクリーンが垂直方向においてのみ光を拡散すると仮定して、観察者は各プロジェクターから1つの非常に細いスリットの画像のみを見ることができる。1つの視点を生成するために、これらの異なるプロジェクターからの細いスリットを合わせてモザイク化する必要がある。従って、ディスプレイは多数のプロジェクターが連携して動作する必要がある。HoloVizoTM表示システムについて、プロトタイプに50台もの数のプロジェクターが使用される。1度の水平拡散角を仮定すると、視野が60度の複数視点の表示を生成するのに約60台のプロジェクターを必要とする。 Holografika uses one-dimensional diffusion properties in its HoloVizo display. The display uses several projectors that illuminate the LSD screen. In the horizontal cross section, assuming that the screen only diffuses light in the vertical direction, the viewer can see only one very thin slit image from each projector. In order to generate a single viewpoint, it is necessary to mosaic the thin slits from these different projectors. Therefore, the display needs to operate in cooperation with a large number of projectors. For the HoloVizo TM display system, as many as 50 projectors are used in the prototype. Assuming a horizontal diffusion angle of 1 degree, approximately 60 projectors are required to produce a multi-view display with a field of view of 60 degrees.

南カリフォルニア大学における創造技術研究所により開発された光照射野ディスプレイは高速ビデオプロジェクター、ホログラフィック拡散器に覆われた回転ミラー、および特殊表示のデジタル・ビジュアル・インターフェイス(DVI)ビデオ信号を復号化するフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ回路からなる。高速ビデオプロジェクターおよびホログラフィック拡散器に覆われた回転ミラーは360度の視野を生成する。南カリフォルニア大学における創造技術研究所により開発された光照射野ディスプレイはHoloVizoTMディスプレイに類似した特性を有する。 Developed by the Creative Technology Laboratory at the University of Southern California, the light field display decodes high-speed video projectors, rotating mirrors covered with holographic diffusers, and specially displayed digital visual interface (DVI) video signals It consists of a field programmable gate array circuit. A high-speed video projector and a rotating mirror covered by a holographic diffuser produce a 360 degree field of view. The light field display developed by the Creative Technology Laboratory at the University of Southern California has similar characteristics to the HoloVizo display.

これらのディスプレイは並行遮蔽やレンズに基づく表示の欠点のすべてを共有していないが、これらの方法にはいくつかの特有な問題がある。例えば、クロストーク問題、難しいシステム較正、および表示に余分なコストがあり得る。   While these displays do not share all of the drawbacks of parallel shielding and lens based displays, these methods have some unique problems. For example, there may be extra costs for crosstalk problems, difficult system calibration, and display.

まずHoloVizoTMディスプレイについて、クロストーク問題があり得る。クロストークアーティーファクトは光拡散器により導入され得る。理想的な拡散器は完璧な低域通過フィルター(すなわち完璧な矩形)であるべきである。しかし、実際の材料はガウス的な拡散パターンを有する。その結果、隣接する2つの細いスリット間でクロストークがあり得、画像を相当ぼやけさせ、またはジグザグの画像を生成させるかしれない。 First, there can be a crosstalk problem with the HoloVizo display. Crosstalk artifacts can be introduced by a light diffuser. The ideal diffuser should be a perfect low pass filter (ie a perfect rectangle). However, the actual material has a Gaussian diffusion pattern. As a result, there can be crosstalk between two adjacent narrow slits, which may cause the image to be significantly blurred or generate a zigzag image.

第2に、双方のシステムは非常に特殊かつ複雑な構成要素を必要とし、複雑なシステム較正を要する。例えば、HoloVizoTMディスプレイにおける画像は多数のプロジェクターの画像断片からモザイク化されるので、これらのプロジェクターは正しく位置合わせされ較正されなければならない。南カリフォルニア大学における創造技術研究所により開発された光照射野ディスプレイも特殊の機器および特殊な設定を必要とする。 Second, both systems require very specific and complex components and require complex system calibration. For example, because images on a HoloVizo display are mosaicked from multiple projector image fragments, these projectors must be properly aligned and calibrated. The light field display developed by the Creative Technology Laboratory at the University of Southern California also requires special equipment and special settings.

最後に、画像表示に余分なコストがかかる。HoloVizoTMディスプレイの場合、表示コストの少なくとも一部はその特殊な画像モザイク条件による。プロジェクターに表示される画像は通常の3D映画の透視画像または標準OpenGLソフトウェアにより表示される画像ではない。従って、各プロジェクターに対し正しい画像を生成するために余分の処置を取らなければならない。また、南カリフォルニア大学における創造技術研究所により開発された光照射野ディスプレイの場合、システムは特殊表示のDVIビデオ信号を要する。 Finally, an extra cost is required for image display. In the case of a HoloVizo display, at least part of the display cost is due to its special image mosaic conditions. The image displayed on the projector is not a normal 3D movie perspective image or an image displayed by standard OpenGL software. Therefore, extra steps must be taken to generate the correct image for each projector. Also, in the case of a light field display developed by the Creative Technology Laboratory at the University of Southern California, the system requires a specially displayed DVI video signal.

B.裸眼立体表示の実施形態
本発明の実施形態は光整形拡散を再帰反射とともに用いることを含む。まず、このようなシステムはプロジェクターの完全な解像度を用いることができ、明るい画像を表示することができる。本発明のシステムは各視点画像を1台のプロジェクターのみで生成することができ、ユーザーが指定の表示位置で画像を見る場合複数のプロジェクターからの表示をモザイク化する必要がない。さらに、画像は特殊表示のビデオ信号を要しない。その結果、上述の特殊な表示後の処理は必要でない。並行遮蔽およびレンズに基づく表示に比べると、本システムは同じような限られた解像度に悩まされず、通常はるかに明るく、理論的にはより多数の表示窓を作ることができる。さらなる利点は当業者であればあきらかであろう。
B. Embodiments of Autostereoscopic Display Embodiments of the present invention include using light shaping diffusion with retroreflection. First, such a system can use the full resolution of the projector and can display bright images. In the system of the present invention, each viewpoint image can be generated by only one projector, and when the user views an image at a specified display position, it is not necessary to mosaic display from a plurality of projectors. Further, the image does not require a special display video signal. As a result, the special post-display processing described above is not necessary. Compared to parallel shielding and lens based displays, the system does not suffer from similar limited resolution, and is usually much brighter and can theoretically create a larger number of display windows. Further advantages will be apparent to those skilled in the art.

C.再帰反射性光拡散スクリーン(RRVLD)
実施形態において、本発明の裸眼立体ディスプレイは2つの層を有してなる。第1層は1方向に小さい拡散角および他方向に大きな拡散角を有する一次元(1D)の光拡散材料を有してなる。図1は発明の実施形態による光拡散材料の例を描く。
C. Retroreflective light diffusing screen (RRVLD)
In an embodiment, the autostereoscopic display of the present invention comprises two layers. The first layer comprises a one-dimensional (1D) light diffusing material having a small diffusion angle in one direction and a large diffusion angle in the other direction. FIG. 1 depicts an example of a light diffusing material according to an embodiment of the invention.

図1に示すように、光拡散材料110を通過する入射光線105は水平方向には狭い角度115であるが垂直方向には広い角度120で拡散される。3D表示用途の場合、水平方向において拡散が少ないことが好ましい一方、垂直方向において拡散が多いことが好ましい。従って、この種の拡散スクリーンは垂直光拡散スクリーンと呼ぶことができる。   As shown in FIG. 1, the incident light beam 105 passing through the light diffusing material 110 is diffused at a narrow angle 115 in the horizontal direction but at a wide angle 120 in the vertical direction. In the case of 3D display application, it is preferable that the diffusion is small in the horizontal direction, while it is preferable that the diffusion is large in the vertical direction. Therefore, this type of diffusion screen can be called a vertical light diffusion screen.

スクリーンの第2層は再帰反射材料で、光線を入射方向に反射する。図2は再帰反射材料の例とその光線との相互作用の例を描く。入射光線210または220は再帰反射材料205に当たり、反射される。反射された光線は入射光線と同じ、またはほとんど同じ角度で反射される。このように、入射光線210は入射線210の方向に沿って反射される再帰反射線215を有する。また入射光線220は入射線220の方向に沿って反射される再帰反射線225を有する。   The second layer of the screen is a retroreflective material that reflects light rays in the direction of incidence. FIG. 2 depicts an example of a retroreflective material and its interaction with light rays. Incident light 210 or 220 strikes the retroreflective material 205 and is reflected. The reflected ray is reflected at the same or nearly the same angle as the incident ray. Thus, the incident ray 210 has a retroreflective line 215 that is reflected along the direction of the incident line 210. The incident light beam 220 also has a retroreflective line 225 that is reflected along the direction of the incident line 220.

図3は発明の各種実施形態による再帰反射性垂直拡散スクリーン300を描く。図3に図示されるスクリーン305は再帰反射材料315と組み合わされた光拡散材料310で形成される。実施形態において、カリフォルニア州トーランス市のLuminit LLCにより製造されるLight Shaping Diffusers (LSD(丸にR))などの一次元の光拡散材料を用いることができる。光整形拡散材料は60×1の拡散角を有し得るが、当業者であれば他の拡散角を使用できることを理解しよう。3D 表示システムの実施形態において、光整形拡散材料は60の拡散角を垂直方向に、および1 の拡散角を水平方法にして配向される。実施形態において、ミネソタ州セントポール市の3M Corporationにより製造される3M(登録商標)TM Scotchlite(登録商標)TM Reflective Material、または同社のP66およびAC1000などコネチカット州ニューブリテン市のReflexite Americasにより製造される金属化背部を有する光電制御製品などの再帰反射材料を用いることができる。 FIG. 3 depicts a retroreflective vertical diffuse screen 300 according to various embodiments of the invention. The screen 305 illustrated in FIG. 3 is formed of a light diffusing material 310 combined with a retroreflective material 315. In an embodiment, a one-dimensional light diffusing material such as Light Shaping Diffusers (LSD (R)) manufactured by Luminit LLC of Torrance, California can be used. The light shaping diffusing material may have a diffusion angle of 60 × 1, but those skilled in the art will appreciate that other diffusion angles can be used. In an embodiment of the 3D display system, the light shaping diffusing material is oriented with a diffusion angle of 60 in the vertical direction and a diffusion angle of 1 in the horizontal direction. In embodiments, manufactured by 3M Corporation TM Scotchlite TM Reflective Material manufactured by 3M Corporation of St. Paul, Minnesota, or Reflexite Americas of New Britain, Connecticut, such as the company's P66 and AC1000. Retroreflective materials such as photoelectric control products having a metallized back can be used.

図3に描かれるように、再起反射性垂直光拡散スクリーン305に向けられた光320は拡散材料を通過し、その入射方向325に沿って(または実質的に入射方向に沿って)再帰反射される。再帰反射された光は次に光拡散材料310により拡散される。光拡散材料310は再帰反射された光少量を水平方向330に、および大量を垂直方向335に拡散するよう構成される。従って、得られた拡散光は拡散材料を通過すると扇形になる。   As depicted in FIG. 3, light 320 directed to the retroreflective vertical light diffusing screen 305 passes through the diffusing material and is retroreflected along its incident direction 325 (or substantially along the incident direction). The The retroreflected light is then diffused by the light diffusing material 310. The light diffusing material 310 is configured to diffuse a small amount of retroreflected light in the horizontal direction 330 and a large amount in the vertical direction 335. Therefore, when the obtained diffused light passes through the diffusing material, it becomes a fan shape.

D.表示システムの実施形態
1.一般的な表示システムの実施形態
図4は本発明の各種実施形態による表示システム400を描く。図4には再帰反射性垂直光拡散スクリーン405およびプロジェクター410が示される。再帰反射性光拡散スクリーン405は表示スクリーンとして用いられる。プロジェクターから放射される光線415はプロジェクター410に再帰反射され、プロジェクターと重なり合う表示窓425を作る。スクリーン405は反射された光が垂直方向に大きな拡散角で、および水平方向に小さな拡散角で拡散されるように構成される。垂直の拡散効果により、表示窓は投影レンズの口径と中心を合わせた垂直のスリットである。スリット425の幅はスクリーンの水平拡散角、プロジェクターからの距離、および投影レンズの口径サイズの関数である。次の方程式は垂直スリットの幅の計算を規定する。
D. Embodiment of display system General Display System Embodiments FIG. 4 depicts a display system 400 according to various embodiments of the invention. FIG. 4 shows a retroreflective vertical light diffusing screen 405 and a projector 410. The retroreflective light diffusing screen 405 is used as a display screen. The light beam 415 emitted from the projector is retroreflected by the projector 410 to create a display window 425 that overlaps the projector. The screen 405 is configured such that the reflected light is diffused with a large diffusion angle in the vertical direction and with a small diffusion angle in the horizontal direction. Due to the vertical diffusion effect, the display window is a vertical slit that is centered on the aperture of the projection lens. The width of the slit 425 is a function of the horizontal diffusion angle of the screen, the distance from the projector, and the aperture size of the projection lens. The following equation defines the calculation of the width of the vertical slit.

大きな垂直拡散角を有する利点は表示窓が延長されることであることが特筆される。延長された表示窓なしの場合、表示窓はプロジェクターのレンズと一致し、人が反射された画像を見ることができなくなる。表示窓を垂直方向に延長することにより、ユーザーはプロジェクター410の上または下で表示窓における画像を見ることができる。   It is noted that the advantage of having a large vertical diffusion angle is that the display window is extended. Without an extended display window, the display window matches the lens of the projector and a person cannot see the reflected image. By extending the display window in the vertical direction, the user can view an image in the display window above or below the projector 410.

図5は本発明の各種実施形態による3D表示システム500を描く。図5には再帰反射性垂直光拡散スクリーン505および1組のプロジェクター510A‐Fが示される。図5は6台のプロジェクターを描いているが、より多くまたはより少ないプロジェクターを用い得ることが特筆される。再帰反射性垂直光拡散スクリーン505は図4に関連して説明されたのと同じような形で表示スクリーンとして用いられる。すなわちプロジェクター510xから放射された光線515はプロジェクター510xに反射されプロジェクターと重なり合う表示窓525xを作る。例えば、プロジェクター510Aからの光はスクリーン505により反射され拡散され、表示窓525Aを形成する。この結果は表示システム500における各プロジェクターについて同じで、各プロジェクター510A‐Fは各々対応する表示窓525A‐Fを生成する。このように、プロジェクターを加えることにより、同じような表示窓がさらに作られる。   FIG. 5 depicts a 3D display system 500 according to various embodiments of the invention. FIG. 5 shows a retroreflective vertical light diffusing screen 505 and a set of projectors 510A-F. Although FIG. 5 depicts six projectors, it is noted that more or fewer projectors can be used. The retroreflective vertical light diffusing screen 505 is used as a display screen in a manner similar to that described in connection with FIG. That is, the light beam 515 emitted from the projector 510x is reflected by the projector 510x to create a display window 525x that overlaps the projector. For example, light from projector 510A is reflected and diffused by screen 505 to form display window 525A. This result is the same for each projector in the display system 500, and each projector 510A-F generates a corresponding display window 525A-F. Thus, by adding a projector, a similar display window is further created.

図5に描かれる表示システムは6つの別個の表示窓を生成した。各表示窓は対応するプロジェクターからの画像を表示する。プロジェクターを通してスクリーンの複数の視点から取り込まれた画像のセットを表示することにより、ユーザーはこれらの表示スリットまたは窓を通して3Dで見ることができる。例えば、ユーザーが1つの表示窓における1つの画像を片方の目で見、別の表示窓における別の透視画像を他方の目で見た場合、ユーザーは3D画像を知覚する。実施形態において、スリットの幅はユーザーが両方の目で同じ表示窓における同じ画像を見ることにより単眼画像を知覚しないよう充分に小さくて良い。   The display system depicted in FIG. 5 generated six separate display windows. Each display window displays an image from the corresponding projector. By displaying a set of images captured from multiple viewpoints of the screen through a projector, the user can view in 3D through these display slits or windows. For example, when a user views one image in one display window with one eye and another perspective image in another display window with the other eye, the user perceives a 3D image. In an embodiment, the width of the slit may be small enough so that the user does not perceive a monocular image by viewing the same image in the same display window with both eyes.

当業者であれば図5に描かれる種の表示システムにはいくつかの利点があることを理解しよう。まず、画像が明るい。一次元の光拡散により、ユーザーは通常の拡散スクリーンまたは並行遮蔽に基づく表示など他の立体方法を用いた画像よりはるかに明るい画像を見ることになる。   Those skilled in the art will appreciate that the type of display system depicted in FIG. 5 has several advantages. First, the image is bright. One-dimensional light diffusion allows the user to see images that are much brighter than images using other steric methods, such as displays based on normal diffusing screens or parallel shielding.

第2に、表示スクリーンは異なる形状に構成することができる。材料の再帰反射特性により、スクリーン形状は通常の平面、円筒形、球形、またはほとんどどのような不規則な形でも、任意の形を取り得る。これらの形の変形は再帰反射型スクリーンの再び焦点を合わせる特性に影響を与えない。   Second, the display screen can be configured in different shapes. Depending on the retroreflective properties of the material, the screen shape can take any form, including a regular plane, cylinder, sphere, or almost any irregular shape. These shape variations do not affect the refocusing characteristics of the retroreflective screen.

第3に、表示システムは簡単に拡大縮小できる。例えば、単にプロジェクターを追加することにより、より多くの表示窓を生成することができる。
第4に、表示システムは従来の解決における解像度の制限を有しない。すべての画像は同じスクリーンに投影されるが、各画像は指定された表示窓においてしか見られない。従って解像度はプロジェクターの解像度と同じように高くあり得る。
第5に、表示システムは杭柵効果の問題がない。ユーザーは各表示窓において単一プロジェクターからの完全な解像度の画像を知覚するため、画像には杭柵効果がない。
Third, the display system can be easily scaled. For example, more display windows can be generated by simply adding a projector.
Fourth, the display system does not have resolution limitations in conventional solutions. All images are projected on the same screen, but each image can only be viewed in the designated display window. Thus, the resolution can be as high as the resolution of the projector.
Fifth, the display system has no problem with the pile fence effect. Since the user perceives a full resolution image from a single projector in each display window, the image has no pile fence effect.

第6に、表示システムは画像反転効果の問題がない。反転効果はユーザーが表示域を横切って頭を動かし、左目で右画像を、右目で左画像を知覚する場合に起こる。表示システムは特定の立体画像ペアの反復表示域を有さず、従って画像反転問題を有しない。逆に各表示窓は透視図画像を表示し、任意の画像ペアが3D表示を形成する。例えば、実施形態において任意の2つの画像が3D表示を形成する連続した透視図画像を有することができる。   Sixth, the display system has no problem of the image reversal effect. The inversion effect occurs when the user moves his head across the display area and perceives the right image with the left eye and the left image with the right eye. The display system does not have a repetitive display area for a particular stereo image pair, and therefore does not have an image reversal problem. Conversely, each display window displays a perspective image and any pair of images forms a 3D display. For example, in an embodiment, any two images can have a continuous perspective image forming a 3D display.

最後に、表示システムは無限大の表示窓を有する可能性を有する。理論的に表示システムは無限大の表示窓を生成できるが、生成できる表示窓の数は拡散材料の水平拡散角、プロジェクターからスクリーンへの距離、およびプロジェクターのサイズに依存する。   Finally, the display system has the potential to have an infinite number of display windows. Theoretically, the display system can generate an infinite number of display windows, but the number of display windows that can be generated depends on the horizontal diffusion angle of the diffusing material, the distance from the projector to the screen, and the size of the projector.

2.小型設計の実施形態
図6は発明の各種実施形態による表示システムの別の実施形態を描く。図6にはより小型の設計の表示システム600が図示される。描かれた表示システム600は再帰反射性垂直光拡散スクリーン605およびプロジェクター610を有してなる。プロジェクター610に画像615を直接スクリーン605に投影させる代わりに、プロジェクター610はビームスプリッター620に画像を投影する。光はビームスプリッター620から反射し、またはビームスプリッター620により再帰反射性垂直光拡散スクリーン605上に分割される。再帰反射された光、または再帰反射された光の少なくとも一部はビームスプリッター620を通過してプロジェクター635の仮想部分が位置する場所に表示窓630を作る。ビームスプリッターを用いて光路を折り曲げることは少なくとも2つの利点を有する。まず、表示窓630はプロジェクターの仮想位置に動かされるので、表示窓はプロジェクターにより塞がれない。また第2に、表示システムは小型な設計を有する。実施形態において、必要であれば光学路に第1表面鏡を挿入してさらに光路を折り曲げることができる。例えば、鏡を用いて光路を曲げ、プロジェクターをスクリーンのより近くに移動させることができる。
2. Small Design Embodiment FIG. 6 depicts another embodiment of a display system according to various embodiments of the invention. FIG. 6 illustrates a display system 600 with a smaller design. The depicted display system 600 comprises a retroreflective vertical light diffusing screen 605 and a projector 610. Instead of causing the projector 610 to project the image 615 directly onto the screen 605, the projector 610 projects the image onto the beam splitter 620. The light is reflected from the beam splitter 620 or split onto the retroreflective vertical light diffusing screen 605 by the beam splitter 620. The retroreflected light, or at least a portion of the retroreflected light, passes through the beam splitter 620 to create a display window 630 where the virtual portion of the projector 635 is located. Bending the optical path using a beam splitter has at least two advantages. First, since the display window 630 is moved to the virtual position of the projector, the display window is not blocked by the projector. Second, the display system has a compact design. In the embodiment, if necessary, the optical path can be further bent by inserting the first surface mirror into the optical path. For example, a mirror can be used to bend the light path and move the projector closer to the screen.

3.2スクリーン表示システムの実施形態
図6に描かれる実施形態はより小型な設計をもたらすが、表示窓において得られる画像はビーム分割の一部としてのエネルギー損失により明るさが減ったと知覚されるかもしれない。図7はこの光損失問題に対応する発明の各種実施形態により2つの再帰反射性垂直光拡散スクリーンを有する表示システムの別の実施形態を図示する。
3.2 Screen Display System Embodiment Although the embodiment depicted in FIG. 6 results in a smaller design, the image obtained in the display window is perceived to have been reduced in brightness due to energy loss as part of beam splitting. It may be. FIG. 7 illustrates another embodiment of a display system having two retroreflective vertical light diffusing screens according to various embodiments of the invention that address this light loss problem.

図7は図6に示す表示システム600に類似した構成700を描く。描かれた表示システムは図6に図示するシステム600と同じまたは類似した構成の再帰反射性垂直光拡散スクリーン705Aおよびプロジェクター710を有してなる。上述のように、図6における表示システム600の1つの問題は光がビームスプリッターを通過する毎にエネルギーの約半分が失われることである。従って、光の約25%が実際にユーザーの表示窓630に到達する。この問題の1つの解決は二次的な再帰反射性垂直光拡散スクリーン705Bを元のスクリーン705Aと光学的にミラー結合された位置に配置することである。これにより二次的再帰反射性垂直光拡散スクリーン705Bから反射された光は表示窓730を形成する一次的再帰反射性垂直光拡散スクリーン705Aから反射された光に加わる。従って、図7に描かれる表示システム700を使用すると、図6に描かれる表示システム600に対し画像の明るさを2倍に増やすことができる。   FIG. 7 depicts a configuration 700 similar to the display system 600 shown in FIG. The depicted display system comprises a retroreflective vertical light diffusing screen 705A and a projector 710 having the same or similar configuration as the system 600 illustrated in FIG. As mentioned above, one problem with the display system 600 in FIG. 6 is that about half of the energy is lost each time light passes through the beam splitter. Therefore, about 25% of the light actually reaches the display window 630 of the user. One solution to this problem is to place the secondary retroreflective vertical light diffusing screen 705B in an optically mirrored position with the original screen 705A. Thus, the light reflected from the secondary retroreflective vertical light diffusion screen 705B is added to the light reflected from the primary retroreflective vertical light diffusion screen 705A forming the display window 730. Accordingly, the use of the display system 700 depicted in FIG. 7 can double the brightness of the image with respect to the display system 600 depicted in FIG.

4.偏光制御表示システムの実施形態
図8は発明の各種実施形態による再帰反射性垂直光拡散スクリーンを有する表示システムのさらに別の実施形態を図示する。図8に図示される表示システム800は代わりの表示システムであるのみならず、図6に図示されるシステム600に関して言及されたエネルギー損失問題の別の解決を提供する。
4). Embodiment of Polarization Controlled Display System FIG. 8 illustrates yet another embodiment of a display system having a retroreflective vertical light diffusing screen according to various embodiments of the invention. The display system 800 illustrated in FIG. 8 is not only an alternative display system, but also provides another solution to the energy loss problem mentioned with respect to the system 600 illustrated in FIG.

図8は図6に示される表示システム600の構成に類似した構成800を描く。描かれた表示システムは図6に図示するシステム600と同じまたは類似した構成の再帰反射性垂直光拡散スクリーン805およびプロジェクター810を有してなる。しかし、図8に図示するように、偏光感度を有するビームスプリッター820が用いられる。このようなビームスプリッターは光の偏光方向がビームスプリッターの偏光方向に合致する場合100%近くの反射率を有し、光の偏光方向がビームスプリッターの偏光方向に直交する場合100%近くの透過率を有する。従って、光815がスクリーン805に向かい反射された後、1/4波長板840を用いて光を45回転する。光がスクリーン805から反射されると、1/4波長板840を通過する際再度45回転される。得られた光の偏光は光815の偏光と直交しており、偏光感度を有するビームスプリッター820を通過する。従って、光の100%近くが表示窓830におけるユーザー空間に到達する。この方法は図6に描かれる構成に対し表示窓830における画像の明るさを4倍増やすことができる。   FIG. 8 depicts a configuration 800 that is similar to the configuration of the display system 600 shown in FIG. The depicted display system comprises a retroreflective vertical light diffusing screen 805 and a projector 810 having the same or similar configuration as the system 600 illustrated in FIG. However, as shown in FIG. 8, a beam splitter 820 having polarization sensitivity is used. Such a beam splitter has a reflectance of nearly 100% when the polarization direction of the light matches the polarization direction of the beam splitter, and a transmittance of nearly 100% when the polarization direction of the light is orthogonal to the polarization direction of the beam splitter. Have Therefore, after the light 815 is reflected toward the screen 805, the light is rotated 45 times using the quarter wave plate 840. When the light is reflected from the screen 805, it is rotated 45 times again when passing through the quarter-wave plate 840. The polarization of the obtained light is orthogonal to the polarization of the light 815 and passes through a beam splitter 820 having polarization sensitivity. Therefore, nearly 100% of the light reaches the user space in the display window 830. This method can increase the brightness of the image in the display window 830 by a factor of 4 over the configuration depicted in FIG.

図6‐8に示される構成は説明を簡素化するために1つのプロジェクターで描かれている。当業者であれば開示されたいずれのシステムにもさらにプロジェクターを追加できることを理解しよう。   The configuration shown in Fig. 6-8 is drawn with one projector to simplify the explanation. Those skilled in the art will appreciate that additional projectors can be added to any of the disclosed systems.

5.追加層の実施形態
a)透明層の実施形態
画像が再帰反射面に投影されると、光の大半は画像源に再帰反射される。しかち、再帰反射器は完璧でないので、いくらかの光は拡散され、または他方向に反射される。この拡散または逸脱して反射された光はゴースト像と呼ばれる好ましからざる画像を作り得る。
反射面上の反射防止コーティングは拡散によるゴースト像を削減する。しかし、この解決は非常に高価になり得る。本明細書で呈示する代わりの解決は拡散器と再帰反射材料との間の透明媒体の隙間である。透明の空間によりゴースト像は再帰反射材料上でぼやける一方、再帰反射材料の焦点を絞る能力により拡散器上の画像は鮮明である。さらに、前面の拡散器層はすでにぼやけたゴースト像を拡散し、これによりゴースト像はさらに暗くなる。その結果、ユーザーは見るとしてもより暗い、ぼやけたゴースト像を見ることになる。
5. Additional layer embodiments a) Transparent layer embodiments When an image is projected onto a retroreflective surface, most of the light is retroreflected back to the image source. However, since retroreflectors are not perfect, some light is diffused or reflected in the other direction. This diffuse or deviated reflected light can create an undesirable image called a ghost image.
An anti-reflective coating on the reflective surface reduces ghost images due to diffusion. However, this solution can be very expensive. An alternative solution presented here is a gap in the transparent medium between the diffuser and the retroreflective material. The transparent space causes the ghost image to blur on the retroreflective material, while the image on the diffuser is sharp due to the ability of the retroreflective material to focus. Furthermore, the front diffuser layer diffuses the already blurred ghost image, which makes the ghost image darker. As a result, the user sees a darker, blurred ghost image if viewed.

上述のように、光拡散材料が再帰反射材料の前に配置されると、光は再帰反射層により入射方向に沿って反射され、光拡散材料により扇形に拡散される。得られる反射光線は表示窓を作る。各表示窓はプロジェクターの画像を表示する。従って、再帰反射型光拡散スクリーンと複数プロジェクターを組み合わせると複数の表示窓を実現することができる。これらの窓が異なる視点からの画像を表示すると、複数プロジェクターとスクリーンのシステムは三次元の表示システムを形成する。すなわち、プロジェクターを用いて複数の視点から取り込んだ画像のセットを表示することにより、ユーザーは形成された表示窓経由で三次元画像を見ることができる。しかし、スクリーンに不完全部があると、ゴースト像が形成され得る。   As described above, when the light diffusing material is disposed in front of the retroreflective material, the light is reflected along the incident direction by the retroreflective layer and diffused in a fan shape by the light diffusing material. The resulting reflected light makes a display window. Each display window displays an image of the projector. Therefore, a plurality of display windows can be realized by combining the retroreflective light diffusing screen and a plurality of projectors. When these windows display images from different viewpoints, the multiple projector and screen system forms a three-dimensional display system. That is, by displaying a set of images captured from a plurality of viewpoints using a projector, the user can view a three-dimensional image via a formed display window. However, if there are imperfections on the screen, a ghost image can be formed.

上述の光拡散器および再帰反射スクリーンのシステムの実施形態において、画像は拡散器と再帰反射材料に焦点が合っている。拡散器上の再帰反射された画像および再帰反射材料上のゴースト像は双方とも鮮明である。ゴースト像の拡散された、または見当違いの光は焦点が合っている。ゴースト像が充分に明るい場合、表示窓で見ることができ、ユーザーがその表示窓の正しい画像を知覚する能力を妨げることになる。ゴースト像が著しい場合、ユーザーは立体表示を知覚できないかもしれない。   In the light diffuser and retroreflective screen system embodiments described above, the image is focused on the diffuser and the retroreflective material. Both the retroreflected image on the diffuser and the ghost image on the retroreflective material are sharp. The diffuse or misplaced light of the ghost image is in focus. If the ghost image is sufficiently bright, it can be viewed in the display window, which hinders the user's ability to perceive the correct image in the display window. If the ghost image is significant, the user may not be able to perceive the stereoscopic display.

実施形態において、ゴースト像の影響を低減するために再帰反射材料と光整形拡散器との間に第3層が導入される。この層は拡散された光をさらに拡散し、そうすると再帰反射された画像を鮮明にしたまま像を暗くしかなりぼかすことができる。   In an embodiment, a third layer is introduced between the retroreflective material and the light shaping diffuser to reduce the effect of the ghost image. This layer further diffuses the diffused light, which can darken and significantly blur the image while keeping the retroreflected image sharp.

図9は発明の各種実施形態による3層の再帰反射性光拡散スクリーン905の実施形態を図示する。図9に描かれるスクリーンは光拡散器910および再帰反射器915を有してなり、これらは透明な媒体920で分離されている。実施形態において、透明な隙間の幅は10‐30ミリメートルの間であったが、他の幅値を用いることもできる。透明な媒体は限定ではなく例として、ガラス、プラスチック、真空もしくはほとんど真空の空間、または透明(または実質的に透明)なガスであることができる。   FIG. 9 illustrates an embodiment of a three layer retroreflective light diffusing screen 905 according to various embodiments of the invention. The screen depicted in FIG. 9 comprises a light diffuser 910 and a retroreflector 915, which are separated by a transparent medium 920. In embodiments, the width of the transparent gap was between 10-30 millimeters, but other width values can be used. The transparent medium can be, by way of example and not limitation, glass, plastic, a vacuum or near-vacuum space, or a transparent (or substantially transparent) gas.

プロジェクターシステムにおいて、プロジェクターは第1層の拡散器910に焦点を合わせる。従って、拡散器上の画像は鮮明である。しかし、透明な媒体920により画像が再帰反射器915に到達する前に拡散する空間が存在するために再帰反射材料915上の画像はかなりぼやけている。図9に図示するように、拡散器910上の画像点930は再帰反射器上915でぼやけた領域935となる。従って、再帰反射器上の画像はぼやけている。
光のほとんどは正しく再帰反射されるものの、いくらかの光線(例、940‐x)は不完全に反射または拡散され、さまざまな方向に進む。これらの光線は拡散器910を通過する際さらに拡散される。従って、ゴースト像は拡散器910を通過するとさらにぼやけ、暗くなる。例えば、光線940‐1は拡散器910を通して進み、拡散器910によりさらに拡散され、さらに分散した、従ってより暗い、光線945を作る。
In the projector system, the projector focuses on the first layer diffuser 910. Therefore, the image on the diffuser is clear. However, the image on the retroreflective material 915 is quite blurry because there is a space for the transparent medium 920 to diffuse before the image reaches the retroreflector 915. As shown in FIG. 9, the image point 930 on the diffuser 910 becomes a blurred region 935 on the retroreflector 915. Therefore, the image on the retroreflector is blurred.
Although most of the light is correctly retroreflected, some rays (eg, 940-x) are incompletely reflected or diffused and travel in various directions. These rays are further diffused as they pass through the diffuser 910. Therefore, when the ghost image passes through the diffuser 910, it becomes more blurred and darker. For example, light ray 940-1 travels through diffuser 910 and is further diffused by diffuser 910 to produce light ray 945 that is further dispersed and therefore darker.

図10は発明の各種実施形態による再帰反射光用の3層の再帰反射性光拡散スクリーンを図示する。再帰反射器915に入射する光のほとんどは再帰反射される1005。従って、再帰反射器915上の画像はぼやけていても、再帰反射器915の再帰反射特性により再帰反射された光線は光拡散器910に焦点が合っている930。従って、透明な媒体により形成される隙間920の導入にも拘わらず、再帰反射された画像は鮮明なままである。   FIG. 10 illustrates a three-layer retroreflective light diffusing screen for retroreflective light according to various embodiments of the invention. Most of the light incident on the retroreflector 915 is 1005 retroreflected. Therefore, even if the image on the retroreflector 915 is blurred, the light beam retroreflected due to the retroreflective characteristic of the retroreflector 915 is focused 930 on the light diffuser 910. Therefore, the retroreflected image remains clear despite the introduction of the gap 920 formed by the transparent medium.

画像は光拡散器910に焦点が合っているため、画像が拡散器910により正しく拡散され、垂直には拡散されるが水平方向にはわずかにしか拡散されないことにより表示窓1010を形成すると、ユーザーは表示窓1010において鮮明な画像を見る。また、ユーザーは非常に拡散されたゴースト像を見るにしてもわずかにしか見ることができない。
3層スクリーンの実施形態は2層スクリーンに関して上述された実施形態においても利用できることが特筆される。
Since the image is in focus on the light diffuser 910, the image is correctly diffused by the diffuser 910 and diffused vertically but only slightly diffused horizontally to form the display window 1010, so that the user Sees a clear image in the display window 1010. Also, the user can see only a small amount even if he sees a very diffuse ghost image.
It is noted that the three-layer screen embodiment can also be used in the embodiments described above for the two-layer screen.

b)レンズ層の実施形態
レンズ状シートは横並びの多数の円筒レンズ(一次元レンズ)を含む。レンズは一次元であるため、レンズ状シートは1方向にしか集光能力を有しない。レンズ状シートは透明型および反射型の三次元ディスプレイ双方において用いられている。例えば、レンズ状反射スクリーン(LRS)はレンズ状シートおよび通常の拡散面の2つの層を含む。垂直方向において光はすべての方向に拡散され、水平方向において光は最初に拡散され、次に一次元レンズにより再度プロジェクターに集光される。
b) Embodiment of Lens Layer The lenticular sheet includes a large number of side-by-side cylindrical lenses (one-dimensional lenses). Since the lens is one-dimensional, the lenticular sheet has a light collecting ability only in one direction. Lenticular sheets are used in both transparent and reflective three-dimensional displays. For example, a lenticular reflective screen (LRS) includes two layers: a lenticular sheet and a normal diffusing surface. In the vertical direction, the light is diffused in all directions, in the horizontal direction the light is first diffused, and then condensed again on the projector by a one-dimensional lens.

レンズ状反射スクリーンは三次元表示に使用されてきたものの、レンズ状反射スクリーンはかなりの制限がある。レンズ状反射スクリーン上に画像を投影する場合、透明型構成の投影システムと同様に1組のプロジェクターが主表示域のみならず側面表示域も形成する。追加プロジェクターを主表示域の外の側面表示域に配置した場合、投影画像間のクロストークが生じ得、これはレンズ状シートシステムの視野を限定する。図11はこのようなレンズ状反射スクリーン構成の例を図示する。   Although lenticular reflective screens have been used for three-dimensional display, lenticular reflective screens have considerable limitations. When projecting an image on a lenticular reflective screen, a set of projectors forms not only a main display area but also a side display area, as in a transparent projection system. If the additional projector is placed in the side display area outside the main display area, crosstalk between the projected images can occur, which limits the field of view of the lenticular sheet system. FIG. 11 illustrates an example of such a lenticular reflective screen configuration.

図11はレンズ状反射スクリーンシステム1100からの表示域の形成およびこのようなシステムに存在し得るクロストークを図示する。図11のレンズ状反射スクリーンシステムは通常のレンズ状反射スクリーン1105およびプロジェクターのセット1135を含む。レンズ状反射スクリーン1105はレンズ状シート1110および通常の拡散面1115である。レンズ状シート1110は複数の平行した一次元レンズ1110‐xから形成される。プロジェクターのセット1135は複数視点の画像セットなどの画像をスクリーン1105に投影する。   FIG. 11 illustrates the formation of the display area from the lenticular reflective screen system 1100 and the crosstalk that may exist in such a system. The lenticular reflective screen system of FIG. 11 includes a conventional lenticular reflective screen 1105 and a set of projectors 1135. The lenticular reflective screen 1105 is a lenticular sheet 1110 and a normal diffusing surface 1115. The lenticular sheet 1110 is formed from a plurality of parallel one-dimensional lenses 1110-x. The projector set 1135 projects an image such as a multi-viewpoint image set onto the screen 1105.

プロジェクターのセット1135からの光は複数の表示窓1140を含んだ対応する主表示域1120を形成する。主表示域1120内に形成される表示窓1140の数は主表示域1120内に配置されるプロジェクターの数と同じである。主表示域内に配置できるプロジェクターの数は表示窓の幅、プロジェクターからスクリーンまでの距離、およびレンズ状シートの視野に関係する。通常の拡散器1115を使用した場合の大きな拡散角の結果、レンズ状反射スクリーン1105には主表示域1120に加え対応する表示窓のセット(例、1145Lおよび1145R)を有するいくつかの側面表示域も形成される。   The light from the projector set 1135 forms a corresponding main display area 1120 that includes a plurality of display windows 1140. The number of display windows 1140 formed in the main display area 1120 is the same as the number of projectors arranged in the main display area 1120. The number of projectors that can be placed in the main display area is related to the width of the display window, the distance from the projector to the screen, and the field of view of the lenticular sheet. As a result of the large diffusion angle when using the normal diffuser 1115, the lenticular reflective screen 1105 has several side display areas with a corresponding display window set (eg, 1145L and 1145R) in addition to the main display area 1120 Is also formed.

図11に図示するように、プロジェクター1130からの光はレンズ1110‐1を通して点1155で撮像される。光は戻され主表示域1120における表示窓のセット1140中の表示窓1150を形成する。通常の拡散器表面1115の大きな拡散角により、点1155において拡散された光はレンズ1110‐1のみならず隣接レンズ(例、1110‐2、1110‐3、1110‐4、1110‐5、等々)にも到達する。その結果、主表示域1120に形成された表示窓1140に加え、複数の表示窓(例1155Lおよび1155R)が側面表示域(例、各々1125Lおよび1125R)に、各側面表示域に1つ、形成される。図を簡略化するために、2つの側面表示域(1155Lおよび1155R)における2つの表示窓(1125Lおよび1125R)のみ示される。   As shown in FIG. 11, light from the projector 1130 is imaged at a point 1155 through a lens 1110-1. The light is returned to form a display window 1150 in the set of display windows 1140 in the main display area 1120. Due to the large diffusion angle of the normal diffuser surface 1115, the light diffused at point 1155 is not only the lens 1110-1, but also adjacent lenses (eg, 1110-2, 1110-3, 1110-4, 1110-5, etc.) Also reach. As a result, in addition to the display window 1140 formed in the main display area 1120, a plurality of display windows (eg, 1155L and 1155R) are formed in the side display area (eg, 1125L and 1125R, respectively), one for each side display area. Is done. To simplify the figure, only two display windows (1125L and 1125R) in two side display areas (1155L and 1155R) are shown.

複数のプロジェクター1135を用いて主表示域1120に複数の表示窓1140が形成されると、各側面表示域において対応する表示窓のセット(例、側面表示域1125Lにおいて表示窓のセット1145L、および側面表示域1125Rにおいて表示窓のセット1145R)も形成される。   When a plurality of display windows 1140 are formed in the main display area 1120 using a plurality of projectors 1135, a set of display windows corresponding to each side display area (eg, a set of display windows 1145L in the side display area 1125L, and a side surface) A display window set 1145R) is also formed in the display area 1125R.

別のプロジェクター1160が側面表示域1125Lに配置されスクリーン1105に画像を投影すると、プロジェクター1160からの光は側面表示域1125Lに対応する主表示窓を、また主表示域1120および側面表示域1125Rに側面表示窓を形成し、これらの表示窓はプロジェクターのセット1135により形成された表示窓と重なり合うかもしれない。例えば、側面表示域1125Lにおけるプロジェクター1160からの光は主表示域1120におけるプロジェクターのセット1135のプロジェクター1130からの光と干渉し得る。従って反射された画像間のクロストークが存在する。クロストークが相当なものである場合、ユーザーが立体画像を知覚する能力を妨げ得る。   When another projector 1160 is placed in the side display area 1125L and projects an image on the screen 1105, the light from the projector 1160 passes through the main display window corresponding to the side display area 1125L, and the main display area 1120 and side display area 1125R Display windows may be formed and these display windows may overlap the display windows formed by the projector set 1135. For example, light from the projector 1160 in the side display area 1125L can interfere with light from the projector 1130 in the set of projectors 1135 in the main display area 1120. There is therefore crosstalk between the reflected images. If the crosstalk is substantial, it can hinder the user's ability to perceive stereoscopic images.

プロジェクターまたはプロジェクターのセットはクロストーク問題を作らずに主プロジェクターセットの主表示域外に配置できないため、典型的なLRSに基づくシステムは主表示域の視野が限定されるので非常に限られる可能性がある。図12は発明の各種実施形態によるレンズ層を有する再帰反射性光拡散スクリーンの実施形態を図示する。   Because a projector or set of projectors cannot be placed outside the main display area of the main projector set without creating a crosstalk problem, a typical LRS-based system can be very limited because the field of view of the main display area is limited. is there. FIG. 12 illustrates an embodiment of a retroreflective light diffusing screen having a lens layer according to various embodiments of the invention.

図12には再帰反射型光拡散スクリーン1205が描かれ、これはレンズ層1220、光拡散器1210、および再帰反射器1215を有してなる。実施形態において、レンズ層1220を前述の2層再帰反射型光拡散スクリーンと組み合わせることによりスクリーン1205を形成することができる。レンズ層1220は光拡散器がレンズ層の円筒レンズの焦点面、f、にあるように構成される。レンズ層および光拡散器を通して進んだ入射光は再帰反射材料1215により入射光の方向に反射される。光拡散器1210は再帰反射された光を垂直方向には大きな角度のものの、水平方向には小さな角度で拡散する。水平方向のより狭い拡散角により光は1つのレンズのみに戻ることを可能にし、従って側面表示域なしでより大きい表示域が形成される。その結果、表示域1230は典型的なLRSの主表示窓1235より大きい。   FIG. 12 depicts a retroreflective light diffusing screen 1205, which comprises a lens layer 1220, a light diffuser 1210, and a retroreflector 1215. In the embodiment, the screen 1205 can be formed by combining the lens layer 1220 with the two-layer retroreflective light diffusion screen described above. The lens layer 1220 is configured such that the light diffuser is at the focal plane, f, of the cylindrical lens of the lens layer. Incident light that has traveled through the lens layer and the light diffuser is reflected by the retroreflective material 1215 in the direction of the incident light. The light diffuser 1210 diffuses the retroreflected light at a small angle in the horizontal direction but with a large angle in the vertical direction. A narrower horizontal diffusion angle allows light to return to only one lens, thus creating a larger display area without a side display area. As a result, the display area 1230 is larger than a typical LRS main display window 1235.

図12に描かれるようなスクリーン1205はいくつかの利点を有する。まず、スクリーン1205は側面表示域を排除し、従ってクロストークを削減する。第2に、スクリーン1205は全体的な視野が増え、拡張された主表示域を有する。図12に示すように、3成分スクリーン1205は図11におけるスクリーン1105などの通常のレンズスクリーンの主表示域に比べより大きい主表示域1230を有する。そして最後に、スクリーン1205はレンズ層による付加的な集光のためさらなる明るさを実現することができる。   Screen 1205 as depicted in FIG. 12 has several advantages. First, the screen 1205 eliminates the side display area, thus reducing crosstalk. Secondly, the screen 1205 increases the overall field of view and has an extended main display area. As shown in FIG. 12, the three-component screen 1205 has a main display area 1230 that is larger than the main display area of a normal lens screen such as the screen 1105 in FIG. And finally, the screen 1205 can achieve further brightness due to the additional light collection by the lens layer.

側面表示域に関連するクロストーク問題を削減することに加え、レンズ層を有する再帰反射性光拡散スクリーンは拡散器の拡散形状による別のクロストーク問題に対応する。図13は発明の各種実施形態による再帰反射性光拡散スクリーンの実施形態からの表示窓における光分布を描く。図13に描かれるように、拡散された光の光分布1305はガウス分布に従う。垂直方向で最も良く分かるように、光は中央で最も明るく、上および下に行くにつれ明るさが失せる。拡散された光1305は水平方向にもガウス分布を有する。図14は拡散された光1305の断面図の例を描く。   In addition to reducing the crosstalk problem associated with the side display area, a retroreflective light diffusing screen with a lens layer addresses another crosstalk problem due to the diffuser shape of the diffuser. FIG. 13 depicts the light distribution in the display window from an embodiment of a retroreflective light diffusing screen according to various embodiments of the invention. As depicted in FIG. 13, the light distribution 1305 of the diffused light follows a Gaussian distribution. As best seen in the vertical direction, the light is brightest in the middle and loses brightness as it goes up and down. The diffused light 1305 has a Gaussian distribution also in the horizontal direction. FIG. 14 depicts an example of a cross-sectional view of diffused light 1305.

図14は発明の各種実施形態による再帰反射型光拡散スクリーンの実施形態から2つの隣接する表示窓1405‐1および1405‐2の断面図を描く。図14に描かれるように、2つの隣接する表示窓1405‐1および1405‐2は再帰反射性光拡散スクリーンからの2つの拡散された光領域1410‐1および1410‐2から形成される。光領域1410‐1および1410‐2はガウス分布に従い、光は光拡散器を2回通過するため、拡散角は光整形拡散器の拡散角の約2倍の大きさの平方根である。   FIG. 14 depicts a cross-sectional view of two adjacent display windows 1405-1 and 1405-2 from embodiments of retroreflective light diffusing screens according to various embodiments of the invention. As depicted in FIG. 14, two adjacent display windows 1405-1 and 1405-2 are formed from two diffused light regions 1410-1 and 1410-2 from a retroreflective light diffusing screen. The light regions 1410-1 and 1410-2 follow a Gaussian distribution, and the light passes through the light diffuser twice, so the diffusion angle is a square root that is approximately twice the diffusion angle of the light shaping diffuser.

光はガウス分布に従うため、明確なエネルギー遮断境界がない。実施形態において、表示窓は光の強度が閾値または限定ではなく例として最大の50%などの割合を超える領域と定義することができる。図14に描かれるように分布のため、いくらかのエネルギーは隣接する表示窓に漏れる可能性がある(領域1430)。再帰反射性光拡散スクリーンにレンズ状レンズ層を加えることにより、レンズ層は拡散された光の焦点を合わせ、より狭い分布の光領域を作る。より狭い分布の光の形状はより良く定義された境界を有する表示窓を作り、エネルギー漏れによるクロストークを削減または排除する。非常に小さい水平方向の拡散角を有する再帰反射型光拡散スクリーンの場合、レンズ層は大した利点を提供しないかもしれない。しかし、スクリーンにより形成された表示窓が相当なクロストークを発揮する場合、レンズ層を加えることはクロストークの最小化に役立ち得る。
レンズ層を有する再帰反射性光拡散スクリーンは2層スクリーンに関連して上述された実施形態にも利用できることが特筆される。
Because light follows a Gaussian distribution, there is no clear energy barrier. In an embodiment, the display window can be defined as a region where the light intensity exceeds a threshold, such as 50% of the maximum, not a threshold or limitation. Due to the distribution as depicted in FIG. 14, some energy may leak into the adjacent display window (region 1430). By adding a lenticular lens layer to the retroreflective light diffusing screen, the lens layer focuses the diffused light to create a narrower distribution of light areas. A narrower distribution of light shapes creates a display window with a better defined boundary, reducing or eliminating crosstalk due to energy leakage. For retroreflective light diffusing screens with very small horizontal diffusion angles, the lens layer may not provide a significant advantage. However, if the display window formed by the screen exhibits substantial crosstalk, the addition of a lens layer can help to minimize crosstalk.
It is noted that a retroreflective light diffusing screen having a lens layer can also be used in the embodiments described above in connection with a two-layer screen.

c)レンズ層および透明層の実施形態
図15は発明の各種実施形態による再帰反射性垂直光拡散スクリーンのさらに別の実施形態を図示する。図15には再帰反射性光拡散スクリーン1505が描かれ、これはレンズ層1520、透明な媒体層1525、光拡散器1510、および再帰反射器1515を有してなる。このような構成はゴースト像を削減し、クロストークを削減する利点を有し得る。このようなスクリーンは2層スクリーンに関連して上述された実施形態にも利用できることが特筆される。
c) Lens Layer and Transparent Layer Embodiments FIG. 15 illustrates yet another embodiment of a retroreflective vertical light diffusing screen according to various embodiments of the invention. FIG. 15 depicts a retroreflective light diffusing screen 1505 comprising a lens layer 1520, a transparent media layer 1525, a light diffuser 1510, and a retroreflector 1515. Such a configuration may have the advantage of reducing ghost images and reducing crosstalk. It is noted that such a screen can also be used in the embodiments described above in connection with a two-layer screen.

E.空中三次元画像表示
本発明の態様は画像の空中表示、すなわち空中に浮き、または浮遊するような画像、を実現する実施形態を含む。画像は静止画像でもビデオ画像でも良い。空中三次元画像ディスプレイは多表示窓に基づく表示および多表示窓に基づく表示からの光を別の位置に集光する1つ以上の光学的集光要素を含む。
E. Aerial 3D Image Display Aspects of the invention include embodiments that provide an aerial display of an image, i.e., an image that floats or floats in the air. The image may be a still image or a video image. An aerial 3D image display includes a display based on a multi-display window and one or more optical focusing elements that focus light from the display based on the multi-display window to another location.

1.表示窓の空中三次元画像表示
限定ではなく例示として図16に描かれる実施形態を考察する。図16は本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムを描く。図16に示すように、表示システム1600は多表示窓に基づく表示システム1615および光学的集光要素1620を有してなる。空中三次元画像表示システムの多表示窓に基づく表示システム1615は任意の多表示窓に基づく表示システムであって良い。実施形態において、多表示窓に基づく表示システム1615は上述の再帰反射性光拡散スクリーン表示システムのいずれをも使用して良い。例えば、多表示窓に基づく表示システム1615におけるスクリーン1605は前述のいずれの再帰反射性拡散スクリーンであっても良い。撮像要素1620は通常のレンズ、フレネルレンズ、凹面鏡、または撮像レンズの機能を果たすこれらの組み合わせであることができる。
1. Aerial 3D Image Display of Display Window Consider the embodiment depicted in FIG. 16 by way of example and not limitation. FIG. 16 depicts an aerial 3D image display system according to various embodiments of the invention. As shown in FIG. 16, the display system 1600 comprises a multi-display window based display system 1615 and an optical focusing element 1620. The display system 1615 based on the multiple display window of the aerial three-dimensional image display system may be a display system based on any multiple display window. In an embodiment, the multi-display window based display system 1615 may use any of the retroreflective light diffusing screen display systems described above. For example, the screen 1605 in the display system 1615 based on multi-display windows may be any of the retroreflective diffuser screens described above. The imaging element 1620 can be a normal lens, a Fresnel lens, a concave mirror, or a combination thereof that functions as an imaging lens.

光学的集光要素1620は多表示窓に基づく表示システム1615に対し、ディスプレイ1615の多表示窓1610が光学的要素により別の位置に集光され投影表示窓1640を形成するよう位置される。投影表示窓1640を見るのに正しく位置している場合観察者1645は三次元物体1630を見ることになる。表示画像1630は仮想スクリーン1625上の如く呈示されるので、三次元画像1630は空中に浮いているように見える。   The optical focusing element 1620 is positioned relative to the multi-display window based display system 1615 such that the multi-display window 1610 of the display 1615 is focused to another position by the optical element to form a projected display window 1640. The observer 1645 sees the three-dimensional object 1630 when it is correctly positioned to view the projection display window 1640. Since the display image 1630 is presented as on the virtual screen 1625, the three-dimensional image 1630 appears to float in the air.

図17は発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの実施形態の光線のトレースを図示する。光線のトレースを簡略化するために、単一のプロジェクター1715および多表示窓において対応する表示窓1710ならびに放射される光のみが図示される。   FIG. 17 illustrates ray tracing of an embodiment of an aerial three-dimensional image display system according to various embodiments of the invention. To simplify ray tracing, only the corresponding display window 1710 and the emitted light in a single projector 1715 and multi-display window are shown.

図17に示すように、プロジェクター1715は画像またはビデオをスクリーン1705に投影する。プロジェクター1715からの光線(例、1745)はプロジェクターに再帰反射されスクリーン1705により小さな拡散角で拡散される。その結果、1つの表示窓1710がプロジェクター1715の投影点において形成される。   As shown in FIG. 17, the projector 1715 projects an image or video on a screen 1705. Light rays from the projector 1715 (eg, 1745) are retroreflected by the projector and diffused by the screen 1705 with a small diffusion angle. As a result, one display window 1710 is formed at the projection point of the projector 1715.

反射光線(例、1750)は引き続き伝播してプロジェクターを通過し、撮像要素1720により撮像要素1720の向こう側に集光され三次元空間に仮想スクリーン1725および投影表示窓1740を形成する。投影点において仮想スクリーン1725は物理的スクリーン1740と光学的に結合しており投影表示窓1740は表示窓1710と光学的に結合している。プロジェクターを追加することにより、より多くの表示窓とともにそれらの映像(投影表示窓)が形成される。観察者がこれらの投影表示窓から仮想スクリーン1725を観察すると、三次元画像(静止画像またはビデオ画像)が空中に浮いているのを見る。   The reflected light (eg, 1750) continues to propagate and pass through the projector, and is collected by the imaging element 1720 beyond the imaging element 1720 to form a virtual screen 1725 and a projection display window 1740 in a three-dimensional space. At the projection point, the virtual screen 1725 is optically coupled to the physical screen 1740, and the projection display window 1740 is optically coupled to the display window 1710. By adding a projector, those images (projection display windows) are formed together with more display windows. When an observer observes the virtual screen 1725 from these projection display windows, he sees a three-dimensional image (still image or video image) floating in the air.

図18は発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムにおける仮想スクリーンおよび投影表示窓の位置およびサイズを図示する。   FIG. 18 illustrates the position and size of a virtual screen and projection display window in an aerial 3D image display system according to various embodiments of the invention.

スクリーン1805および仮想スクリーン1825の関係はレンズの法則により支配される。仮想スクリーン1825の位置およびサイズは次の方程式に従い表現することができる。   The relationship between the screen 1805 and the virtual screen 1825 is governed by the lens law. The position and size of the virtual screen 1825 can be expressed according to the following equation:

図18に示されるように、光学的要素1820は多表示窓に基づく表示システムに対し、多表示窓に基づく表示システムがレンズの焦点距離、f(例、1815L)、を超えた距離にあるように位置する。   As shown in FIG. 18, the optical element 1820 is such that the display system based on the multi-display window is at a distance beyond the focal length of the lens, f (eg, 1815L), relative to the display system based on the multi-display window. Located in.

図19は発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの例を図示する。図19に示すように、スクリーン1905から光学的集光要素1920への距離は撮像レンズ1920の焦点距離、f、の3倍である。表示窓1910からレンズまでの距離は撮像要素1920の焦点距離、f、の1.5倍である。仮想スクリーン1925は画像平面の1.5fに位置し、サイズは物理的スクリーン1905のサイズより2倍小さい。投影表示窓1940は画像平面の3fに位置し、サイズは表示窓1910のサイズより2倍大きい。当業者であれば、他の構成を用い得ることを理解しよう。   FIG. 19 illustrates an example of an aerial 3D image display system according to various embodiments of the invention. As shown in FIG. 19, the distance from the screen 1905 to the optical condensing element 1920 is three times the focal length, f, of the imaging lens 1920. The distance from the display window 1910 to the lens is 1.5 times the focal length, f, of the imaging element 1920. The virtual screen 1925 is located at 1.5 f of the image plane, and the size is twice smaller than the size of the physical screen 1905. The projection display window 1940 is located at 3f on the image plane, and its size is twice as large as the display window 1910. One skilled in the art will appreciate that other configurations may be used.

図20は発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの別の実施形態を図示する。図20に描かれる実施形態はスクリーン2005および表示窓2010を生成するプロジェクター(図示せず)を含む多表示窓に基づくディスプレイ2015を有してなる。システム2000はさらにビームスプリッター2020および凹面鏡2025を含み、後者は放物面鏡または球面鏡であって良い。実施形態において、ビームスプリッター2020は光が多表示窓に基づくディスプレイ2015から凹面鏡2025に通過することを可能にし、後者は光を反射し集光させる。ビームスプリッター2020は凹面鏡から反射光を受け、さらにそれを反射する。凹面鏡2025は光を集光させるので、凹面鏡2025およびビームスプリッター2020から反射される光は投影表示窓を生成し、投影表示窓に位置している観察者2035は浮いている画像または複数の画像2030を見ることが可能になる。実施形態において、ビームスプリッター2020は部分反射性であって良く、これにより観察者2035は自分に向かい合うビームスプリッターの向こう側に位置する物体を見ることができる。このような構成は浮いている画像表示と他の表示または呈示材料とを組み合わせるのに有利であり得る。   FIG. 20 illustrates another embodiment of an aerial three-dimensional image display system according to various embodiments of the invention. The embodiment depicted in FIG. 20 comprises a display 2015 based on a multi-display window that includes a screen 2005 and a projector (not shown) that generates a display window 2010. The system 2000 further includes a beam splitter 2020 and a concave mirror 2025, which can be a parabolic mirror or a spherical mirror. In an embodiment, the beam splitter 2020 allows light to pass from the multi-display window based display 2015 to the concave mirror 2025, the latter reflecting and condensing the light. The beam splitter 2020 receives reflected light from the concave mirror and further reflects it. Since the concave mirror 2025 collects the light, the light reflected from the concave mirror 2025 and the beam splitter 2020 generates a projection display window, and an observer 2035 located in the projection display window is floating image or multiple images 2030. It becomes possible to see. In an embodiment, the beam splitter 2020 may be partially reflective so that the viewer 2035 can see objects located beyond the beam splitter facing him. Such a configuration may be advantageous for combining floating image displays with other display or presentation materials.

図21は発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムのさらに別の実施形態を図示する。図21に描かれる実施形態はスクリーン2105および表示窓2110を生成するプロジェクター(図示せず)を含む多表示窓に基づくディスプレイ2115を有してなる。図20に描かれるシステム2000と同様に、システム2100はビームスプリッター2120および凹面鏡2125も含み、後者は放物面鏡または球面鏡であって良い。しかし、図20におけるシステムとは異なり、本システム2100はビームスプリッター2120および凹面鏡2125が異なる構成になっている。   FIG. 21 illustrates yet another embodiment of an aerial 3D image display system according to various embodiments of the invention. The embodiment depicted in FIG. 21 comprises a display 2115 based on a multi-display window including a screen 2105 and a projector (not shown) that generates a display window 2110. Similar to system 2000 depicted in FIG. 20, system 2100 also includes a beam splitter 2120 and a concave mirror 2125, which can be a parabolic mirror or a spherical mirror. However, unlike the system in FIG. 20, the present system 2100 has a configuration in which a beam splitter 2120 and a concave mirror 2125 are different.

実施形態において、ビームスプリッター2120は多表示窓に基づくディスプレイ2115からの光を凹面鏡2125に反射し、これは光を反射し集光させる。ビームスプリッター2120は凹面鏡から反射光を受け、光の少なくとも一部が通過して表示窓を形成することを可能にする。凹面鏡2125は多表示窓に基づくディスプレイ2115からの光を集光させるので、凹面鏡2125から反射されビームスプリッター2120を通過する光は投影表示窓を生成し、投影窓に位置している観察者2135は浮いている画像または複数の画像2130を見ることができる。図20に描かれる構成2000とは異なり、図21に描かれる構成2100においては鏡2125のため観察者2135はビームスプリッターの向こう側に位置する物体を見ることができない。このような構成は他の構成2000において見える光または画像によりもたらされ得る干渉を制限するのに有利であり得る。   In an embodiment, the beam splitter 2120 reflects light from the multi-display window based display 2115 to the concave mirror 2125, which reflects and focuses the light. Beam splitter 2120 receives reflected light from the concave mirror and allows at least a portion of the light to pass through to form a display window. The concave mirror 2125 collects the light from the display 2115 based on the multi-display window, so the light reflected from the concave mirror 2125 and passing through the beam splitter 2120 generates a projection display window, and an observer 2135 located in the projection window A floating image or multiple images 2130 can be seen. Unlike the configuration 2000 depicted in FIG. 20, in the configuration 2100 depicted in FIG. 21, the viewer 2135 cannot see an object located beyond the beam splitter due to the mirror 2125. Such a configuration may be advantageous to limit interference that may be caused by light or images visible in other configurations 2000.

図22は発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムの別の実施形態を図示する。図22に描かれる実施形態はスクリーン2205および表示窓2210を生成するプロジェクター(図示せず)を含む多表示窓に基づくディスプレイ2215を有してなる。システム2200は光を集光して投影表示窓を作り出すフレネルレンズ2220も含む。従って、投影表示窓において位置している観察者2235は浮いている画像または複数の画像2230を見る。当業者であれば図22に描かれる構成は鏡を用いて光路を折り、および/または1つもしくは複数のビームスプリッターを用いてシステムを前述のシステムに類似したものにし得ることを理解しよう。   FIG. 22 illustrates another embodiment of an aerial 3D image display system according to various embodiments of the invention. The embodiment depicted in FIG. 22 comprises a multi-display window based display 2215 that includes a screen 2205 and a projector (not shown) that generates a display window 2210. The system 2200 also includes a Fresnel lens 2220 that collects light to create a projection display window. Thus, an observer 2235 located in the projection display window sees a floating image or images 2230. One skilled in the art will appreciate that the configuration depicted in FIG. 22 can use a mirror to fold the optical path and / or use one or more beam splitters to make the system similar to the system described above.

2.平行投影表示窓の空中三次元画像表示
限定ではなく例示として図23に描かれる実施形態を考察する。図23は本発明の各種実施形態による空中三次元画像表示システムを描く。図23に示すように、表示システム2300は多表示窓に基づく表示システムおよび光学的集光要素2320を有してなる。空中三次元画像表示システムの多表示窓に基づく表示システムは任意の多表示窓に基づく表示システムであって良い。実施形態において、多表示窓に基づく表示システムは上述の再帰反射性光拡散スクリーン表示システムのいずれをも使用して良い。例えば、多表示窓に基づく表示システムにおけるスクリーン2305は前述のいずれの再帰反射性拡散スクリーンであっても良い。撮像要素2320は通常のレンズ、フレネルレンズ、凹面鏡、または撮像レンズの機能を果たすこれらの組み合わせであることができる。
2. Aerial 3D Image Display of Parallel Projection Display Window Consider the embodiment depicted in FIG. 23 by way of example and not limitation. FIG. 23 depicts an aerial 3D image display system according to various embodiments of the invention. As shown in FIG. 23, the display system 2300 includes a multi-display window based display system and an optical condensing element 2320. The display system based on the multi-display window of the aerial three-dimensional image display system may be a display system based on any multi-display window. In embodiments, the multi-display window based display system may use any of the retroreflective light diffusing screen display systems described above. For example, the screen 2305 in a display system based on multiple display windows may be any of the retroreflective diffuser screens described above. The imaging element 2320 can be a normal lens, a Fresnel lens, a concave mirror, or a combination thereof that functions as an imaging lens.

光学的集光要素2320は多表示窓に基づく表示システムに対し、表示システムの表示窓2310が光学的要素2320の焦点面にあるように位置する。プロジェクター/表示窓2310が撮像要素2320の焦点面に配置されると、投影表示窓は無限遠に位置し、または事実上無限遠にあるとみなすことができる。この場合、同じ表示窓からの光線はすべて互いに平行である。従ってディスプレイ上で、表示画像は平行投影画像のセット2340である。実施形態において、スクリーン2305の位置は上記の他の実施形態に関し考察されたのと同じであって良い。   The optical concentrating element 2320 is positioned such that the display window 2310 of the display system is in the focal plane of the optical element 2320 with respect to a display system based on multiple display windows. When the projector / display window 2310 is positioned at the focal plane of the imaging element 2320, the projection display window can be considered at or at infinity. In this case, all rays from the same display window are parallel to each other. Thus, on the display, the displayed image is a set 2340 of parallel projected images. In embodiments, the position of the screen 2305 may be the same as discussed with respect to the other embodiments above.

表示窓に基づく表示について、観察者は目を表示窓と位置合わせすると2つの表示窓から立体画像のペアを見る。観察者が表示窓の前または後ろに立つと観察された立体画像は複数の画像源からのモザイク化された画像である。上記に考察された平行投影実施形態について、表示窓は無限遠にあり、観察者は常に表示窓の前にいることを意味する。従って、観察者はプロジェクターの複数からモザイク化された画像のペアを見ることになる。各々の目で1つずつ、立体画像のペアを見ることにより、観察者は浮いている三次元画像を見ることができる。   For display based on display windows, the observer sees a pair of stereoscopic images from the two display windows when the eye is aligned with the display window. The stereoscopic image observed when the observer stands in front of or behind the display window is a mosaiced image from multiple image sources. For the parallel projection embodiments discussed above, the display window is at infinity, meaning that the observer is always in front of the display window. Thus, the observer will see a pair of mosaiced images from multiple projectors. By viewing a pair of stereoscopic images, one for each eye, the observer can see a floating three-dimensional image.

3.光照射野型空中三次元画像表示
前の部分における実施形態は1つ以上の光学的集光要素を有する多表示窓に基づく表示システムを用いて空中三次元画像表示システム、すなわちユーザーが浮いているような三次元画像を見ることを可能にしたシステム、を作り出した。それらのシステムは各々透視画像を有する表示窓を形成した。
観察者が1つの表示窓における1つの画像を片方の目で見、別の表示窓における別の画像を他方の目で見ると、浮いている三次元画像が見えた。本部分で呈示する代替実施形態において、1つ以上の光学的集光要素を有する多表示窓に基づく表示システムを用いて空中三次元画像表示システムが形成される。しかし本部分で描かれる実施形態は表示窓の空中三次元画像表示ではなく光照射野の空中三次元画像表示を形成するよう構成される。
より詳細に後述されるように、本部分における実施形態は基本的に透過投影システムを実現し、従って観察者は各々透視画像を有する2つの異なる表示窓を見ることによりではなく、プロジェクター/表示窓のセットからモザイクとして形成される画像を見ることにより浮いている三次元画像を見る。このような透過投影システムは「光照射野型」表示システムと呼ばれることもある。図24は光照射野型表示の適用を図示する。
3. Light field aerial 3D image display The embodiment in the previous section uses an aerial 3D image display system, i.e. a user floating, using a display system based on multiple display windows with one or more optical focusing elements Created a system that made it possible to see such 3D images. Each of these systems formed a display window with a perspective image.
When an observer viewed one image in one display window with one eye and another image in another display window with the other eye, a floating three-dimensional image was seen. In an alternative embodiment presented in this part, an aerial three-dimensional image display system is formed using a multi-display window based display system having one or more optical focusing elements. However, the embodiment depicted in this part is configured to form an aerial 3D image display of the light field rather than an aerial 3D image display of the display window.
As will be described in more detail below, the embodiments in this part essentially implement a transmissive projection system, so that the viewer / projector does not see two different display windows each having a perspective image. View the floating 3D image by looking at the image formed as a mosaic from the set. Such a transmissive projection system is sometimes referred to as a “light field type” display system. FIG. 24 illustrates the application of a light field type display.

図24は観察者が異なる位置から画像を見る透過投影画像表示、または光照射野型表示システム、の作用を図示する。図24にはスクリーン2430を通して光を投影するリアプロジェクターのセット2410が描かれる。スクリーン2430上の点は角度により異なる色と強度の光を放射する。光照射野型表示2400は複数のプロジェクターで視角の従い各表示(例、2440‐Aおよび2440‐B)を生成する。従って、1つの画像を画像の細長い断片に分割し、これら画像の細長い断片で三次元表示2400の透視画像であるモザイクを形成する。例えば、位置2440‐Aにおいて観察者は第1の透視画像を形成する画像の細長い断片による1つのモザイクをみることになるが、位置2440‐Bにおいて観察者(または同じ観察者の他方の目)は第2の透視画像を形成する画像の細長い断片による異なるモザイクをみることになる。光照射野型表示の別の説明は、スクリーンの各ピクセルについて、異なる光線は異なる画像源に由来するので異なる方向の光線は異なる色であるということである。   FIG. 24 illustrates the operation of a transmissive projection image display where the observer views images from different positions, or a light field display system. FIG. 24 depicts a rear projector set 2410 that projects light through a screen 2430. The points on the screen 2430 emit light of different colors and intensities depending on the angle. The light field type display 2400 generates each display (eg, 2440-A and 2440-B) according to the viewing angle by a plurality of projectors. Therefore, one image is divided into elongated pieces of the image, and a mosaic that is a perspective image of the three-dimensional display 2400 is formed by the elongated pieces of the image. For example, at position 2440-A, the observer will see one mosaic with an elongated piece of the image forming the first perspective image, but at position 2440-B, the observer (or the other eye of the same observer) Will see a different mosaic of elongated pieces of the image forming the second perspective image. Another explanation of the light field display is that for each pixel on the screen, the different rays come from different image sources, so the rays in different directions are of different colors.

この透過投影/光照射野型表示の原理を本発明の実施形態に適用して空中三次元表示システムを生成することができる。限定ではなく例示として、図25に描かれる実施形態を考察する。図25は発明の各種実施形態により透過投影/光照射野型表示システムを形成する空中三次元画像表示システムの実施形態を図示する。   An aerial three-dimensional display system can be generated by applying this transmission projection / light irradiation field display principle to the embodiments of the present invention. By way of example and not limitation, consider the embodiment depicted in FIG. FIG. 25 illustrates an aerial three-dimensional image display system embodiment that forms a transmissive projection / light field display system according to various embodiments of the invention.

図25に示すように、表示システム2500は多表示窓に基づく表示システム2515および集光要素2520を有してなる。空中三次元画像表示システム2500の多表示窓に基づく表示システム2515は任意の多表示窓に基づく表示システムであって良い。実施形態において、多表示窓に基づく表示システム2515は上述の再帰反射性光拡散スクリーン表示システムのいずれをも使用して良い。例えば、多表示窓に基づく表示システム2515におけるスクリーン2505は前述のいずれの再帰反射性拡散スクリーンであっても良い。光学的集光要素2520は通常のレンズ、フレネルレンズ、凹面鏡、または光学的集光要素の機能を果たすこれらの組み合わせであることができる。   As shown in FIG. 25, the display system 2500 includes a display system 2515 based on a multi-display window and a light collecting element 2520. The display system 2515 based on the multi-display window of the aerial 3D image display system 2500 may be a display system based on any multi-display window. In embodiments, the multi-display window based display system 2515 may use any of the retroreflective light diffusing screen display systems described above. For example, the screen 2505 in the display system 2515 based on multiple display windows may be any of the retroreflective diffusion screens described above. The optical concentrating element 2520 can be a normal lens, a Fresnel lens, a concave mirror, or a combination thereof that functions as an optical condensing element.

光学的集光要素2520は多表示窓に基づく表示システム2515に対し、多表示窓に基づく表示システム2515により形成される多表示窓2510が事実上リアプロジェクターを形成し、その光が光学的要素2520により取り込まれ別の位置に仮想スクリーン2525を形成するように位置する。観察者2545は仮想スクリーン2525を見るのに正しい位置で浮いている三次元画像2530を見ることになる。表示画像2530は仮想スクリーン2525上で呈示されるが如く見えるので、三次元画像は空中に浮いているように見える。   The optical condensing element 2520 is a multi-display window-based display system 2515, whereas the multi-display window 2510 formed by the multi-display window-based display system 2515 effectively forms a rear projector, the light of which is the optical element 2520. Is taken to form a virtual screen 2525 at another position. The observer 2545 will see the three-dimensional image 2530 floating at the correct position to see the virtual screen 2525. Since the display image 2530 appears as shown on the virtual screen 2525, the three-dimensional image appears to float in the air.

表示窓型表示システムを透過投影/光照射野型表示システムに転換することに加え、本部分の実施形態は空間的により小型なシステムを実現できるという点で前述の部分の実施形態と異なる。物理的スクリーン(例、2505)および仮想スクリーン(例、2525)のみが光学的集光要素の焦点外にある。物理的スクリーンおよび仮想スクリーンは互いに光学的に結合している。表示窓(例、2510)は焦点内に位置する。その結果、浮遊表示システムは透過投影/光照射野型表示システムになり、前述の部分における実施形態より小型になり得る。
前述の部分と同様に、実際のスクリーンおよび表示窓の位置を変えることにより仮想スクリーンおよび仮想投影窓の位置を変えられることが特筆される。
In addition to converting the display window type display system to a transmissive projection / light field display system, this embodiment is different from the previous embodiment in that a spatially smaller system can be realized. Only the physical screen (eg, 2505) and the virtual screen (eg, 2525) are out of focus of the optical collection element. The physical screen and the virtual screen are optically coupled to each other. The display window (eg, 2510) is in focus. As a result, the floating display system becomes a transmissive projection / light field display system, which can be smaller than the embodiment in the foregoing part.
It is noted that the positions of the virtual screen and the virtual projection window can be changed by changing the positions of the actual screen and the display window as in the above-described part.

図26は発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの実施形態における光線のトレースを図示する。光線のトレースを簡略化するために、多表示窓の1台のプロジェクター2615およびその放射光のみが図示される。   FIG. 26 illustrates ray tracing in an embodiment of a light field aerial 3D display system according to various embodiments of the invention. In order to simplify the ray tracing, only one projector 2615 with multiple display windows and its emitted light is shown.

図26は発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの実施形態における1台のプロジェクターの光線のトレースを図示する。図26に示すように、プロジェクター2615は画像またはビデオをスクリーン2605上に投影する。プロジェクター2615からの光線(例、2645)はプロジェクターに再帰反射されスクリーン2605により小さな拡散角で拡散される。その結果、表示窓2610がプロジェクター2615の投影点に形成され、表示窓は集光要素2620の焦点2660内に位置する。反射光線(例、2650)は伝播し続けプロジェクターを通過し、光学的集光要素2620により集光され撮像要素2620の向こう側に三次元空間において仮想スクリーン2625を形成する。投影表示窓が仮想スクリーンと同じ側に形成される前述の部分における実施形態と異なり、本部分の実施形態において、表示窓の画像はプロジェクター(および表示窓)と同じ側に位置する。表示窓の画像は仮想投影窓2640と呼ばれる。   FIG. 26 illustrates ray tracing of one projector in an embodiment of a light field aerial 3D display system according to various embodiments of the invention. As shown in FIG. 26, the projector 2615 projects an image or video on a screen 2605. Light rays from the projector 2615 (eg, 2645) are retroreflected by the projector and diffused by the screen 2605 with a small diffusion angle. As a result, a display window 2610 is formed at the projection point of the projector 2615, and the display window is located within the focal point 2660 of the light collecting element 2620. Reflected light rays (eg, 2650) continue to propagate, pass through the projector, are collected by the optical focusing element 2620, and form a virtual screen 2625 in three-dimensional space beyond the imaging element 2620. Unlike the previous embodiment where the projection display window is formed on the same side as the virtual screen, in this embodiment, the image of the display window is located on the same side as the projector (and display window). The image of the display window is called a virtual projection window 2640.

仮想スクリーン2625は物理的スクリーン2605と光学的に結合しており、仮想投影窓2640は投影点における表示窓2610と光学的に結合している。さらにプロジェクターを加えることにより、より多くの表示窓とともにそれらの画像(仮想投影窓)が形成される。   The virtual screen 2625 is optically coupled to the physical screen 2605, and the virtual projection window 2640 is optically coupled to the display window 2610 at the projection point. Furthermore, by adding a projector, those images (virtual projection windows) are formed with more display windows.

図27は発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの作用を図示する。この図はシステムが複数の表示窓/プロジェクターでどのように機能するかを図示する。図27には8つの表示窓2710が描かれ、これらは8つの仮想投影窓2740として撮像される。観察者2750は仮想スクリーン2725上でモザイク化された画像2755を見る。例えば、視点2750で観察すると、観察された画像の2Dでは垂直の筋である画像部分2760は仮想投影窓8からの画像の一部で、元は画像源8(表示窓8)からである。同様に、他の部分は他の対応する仮想投影窓から来る。   FIG. 27 illustrates the operation of a light field type aerial 3D display system according to various embodiments of the invention. This figure illustrates how the system works with multiple display windows / projectors. In FIG. 27, eight display windows 2710 are drawn, and these are imaged as eight virtual projection windows 2740. The observer 2750 sees the mosaiced image 2755 on the virtual screen 2725. For example, when observed from the viewpoint 2750, the image portion 2760, which is a vertical stripe in 2D of the observed image, is a part of the image from the virtual projection window 8, originally from the image source 8 (display window 8). Similarly, other parts come from other corresponding virtual projection windows.

次に図28を参照すると、発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システム2800の実施形態が描かれる。描かれた実施形態において、プロジェクターは光学的集光要素2820の主平面に配置される。その結果、表示窓2810は撮像レンズ2820の主平面と重なり合い、それらの画像(仮想投影窓2840)はサイズと位置双方において表示窓と同じである。仮想スクリーンのサイズと位置は実際の物理的スクリーン2805のサイズと位置を変えることにより仮想スクリーン2825のサイズと位置を変えることができる。本実施形態は薄いレンズモデルを用いることが特筆される。レンズグループまたは厚いレンズの場合、1対の主平面があり、表示窓および仮想投影窓は各々1つの主平面上にあることになる。   Referring now to FIG. 28, an embodiment of a light field aerial 3D display system 2800 according to various embodiments of the invention is depicted. In the depicted embodiment, the projector is placed in the main plane of the optical concentrating element 2820. As a result, the display window 2810 overlaps the main plane of the imaging lens 2820, and their images (virtual projection window 2840) are the same as the display window in both size and position. The size and position of the virtual screen 2825 can be changed by changing the size and position of the actual physical screen 2805. It is noted that this embodiment uses a thin lens model. For lens groups or thick lenses, there is a pair of main planes, and the display window and virtual projection window will each be on one main plane.

図28に描かれる実施形態はいくつかの利点を有する。まず、前述のとおり、このような構成は小型な設計を有する。プロジェクターは光学的集光要素の主平面にあることができるので、必要とする空間は特に前述の部分における実施形態と比較するとより少ない。第2に、投影窓の歪みが殆どまたは全くない。最後に、レンズを一対のみの画像平面に対し最適化する必要があるので、このような実施形態に対し高品質査撮像レンズを設計することはそれほど難しくない。   The embodiment depicted in FIG. 28 has several advantages. First, as described above, such a configuration has a compact design. Since the projector can be in the main plane of the optical concentrating element, it requires less space, especially when compared to the embodiments in the previous part. Second, there is little or no projection window distortion. Finally, since it is necessary to optimize the lens for only one image plane, it is not so difficult to design a high quality inspection imaging lens for such an embodiment.

図29A‐Cは発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムにおけるプロジェクターおよび光学的要素の配置の異なる実施形態を図示する。図29A‐Cに描かれる実施形態は図28に描かれる光照射野型空中三次元表示システムにおいて得に有用であり得る。
図29Aはプロジェクターと光学的集光要素の構成2900‐Aの実施形態を描く。描かれた実施形態において、プロジェクターのセット2910が1つ以上の光学的集光要素を有してなり得る集光要素2920‐Aの下に位置する。
図29Bはプロジェクターと光学的集光要素の構成2900‐Bの別の実施形態を描く。描かれた実施形態において、プロジェクターのセット2910が1つ以上の光学的集光要素を有してなり得る集光要素2920‐Aの上に位置する。
図29Cはプロジェクターと光学的集光要素の構成2900‐Cのさらに別の実施形態を描く。描かれた実施形態において、プロジェクターのセット2910が各々1つ以上の光学的集光要素を有してなり得る2つの集光要素2920‐Aおよび2920‐Bとの間に位置する。
FIGS. 29A-C illustrate different embodiments of the arrangement of projectors and optical elements in a light field aerial 3D display system according to various embodiments of the invention. The embodiment depicted in FIGS. 29A-C may be useful in the light field type aerial 3D display system depicted in FIG.
FIG. 29A depicts an embodiment of a projector and optical focusing element configuration 2900-A. In the depicted embodiment, a set of projectors 2910 is located under a light collection element 2920-A, which can comprise one or more optical light collection elements.
FIG. 29B depicts another embodiment of a projector and optical concentrating element configuration 2900-B. In the depicted embodiment, a set of projectors 2910 is located on a light collection element 2920-A that may comprise one or more optical light collection elements.
FIG. 29C depicts yet another embodiment of a projector and optical concentrator configuration 2900-C. In the depicted embodiment, a set of projectors 2910 is located between two light collection elements 2920-A and 2920-B, each of which may comprise one or more optical light collection elements.

図30は発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムの別の実施形態を図示する。描かれる実施形態3000において、表示窓3010は光学的集光要素3020のスクリーン3005と同じ側にあるが、まだ光学的要素3060‐Lの焦点内にある。仮想投影窓3040のサイズは元の表示窓3010に比べると拡大されている。   FIG. 30 illustrates another embodiment of a light field type aerial 3D display system according to various embodiments of the invention. In the depicted embodiment 3000, the display window 3010 is on the same side of the optical collection element 3020 as the screen 3005, but is still in the focus of the optical element 3060-L. The size of the virtual projection window 3040 is enlarged as compared with the original display window 3010.

図31は発明の各種実施形態による光照射野型空中三次元表示システムのさらに別の実施形態を図示する。描かれる実施形態3100において、表示窓3110は光学的集光要素3120のスクリーン3105の反対側にあり、これは光学的集光要素3120の左の焦点3160‐L内にあるとみなすことができる。仮想投影窓3140のサイズは元の表示窓3110に比べると縮小されている。   FIG. 31 illustrates yet another embodiment of a light field type aerial three-dimensional display system according to various embodiments of the invention. In the depicted embodiment 3100, the display window 3110 is on the opposite side of the screen 3105 of the optical concentrating element 3120, which can be considered to be in the left focus 3160-L of the optical condensing element 3120. The size of the virtual projection window 3140 is reduced compared to the original display window 3110.

上述の実施形態において、表示窓は理論的に左の焦点から右の無限遠まで位置することができる。仮想投影窓は、表示窓が左の焦点に近い場合の左の無限遠から、表示窓が右の無限遠に近い場合の右の焦点の範囲に及ぶ。   In the above embodiment, the display window can theoretically be located from the left focus to the right infinity. The virtual projection window ranges from the left infinity when the display window is near the left focus to the right focus when the display window is near the right infinity.

F.表示システムの実施形態
図32は発明の各種実施形態による再帰反射型垂直光拡散スクリーンを少なくとも1つ有する複数プロジェクター表示システムを図示する。実施形態において、システムは再帰反射型光拡散スクリーン3205および複数のプロジェクター3210を有してなる。描かれるシステム3200において、プロジェクター3210A‐xは演算システム3220の制御下にあることができる。実施形態において、演算システムは透視画像のセットを記憶するデータストア3230を含み得、または代わりにそれに通信上接続されることができる。演算システム3220はプロジェクター3210A‐x経由でスクリーン上3205に透視画像を表示することを調整し、裸眼立体表示を生成する。
F. Display System Embodiments FIG. 32 illustrates a multi-projector display system having at least one retroreflective vertical light diffusing screen according to various embodiments of the invention. In an embodiment, the system comprises a retroreflective light diffusing screen 3205 and a plurality of projectors 3210. In the depicted system 3200, the projector 3210A-x can be under the control of the computing system 3220. In an embodiment, the computing system may include a data store 3230 that stores a set of perspective images, or alternatively may be communicatively connected thereto. The computing system 3220 adjusts the display of the fluoroscopic image on the screen 3205 via the projector 3210A-x, and generates an autostereoscopic display.

当業者であれば図32に描かれるシステムは図5‐10、12、15‐22、および24‐31に図示される1つ以上の構成を用いることを含むがこれらに限定されず、いくつか異なった形で構成できることを理解しよう。いずれの特定構成も本発明に肝要ではない。   Those skilled in the art will appreciate that the system depicted in FIG. 32 includes, but is not limited to, using one or more of the configurations depicted in FIGS. 5-10, 12, 15-22, and 24-31. Understand that it can be configured differently. Any particular configuration is not critical to the present invention.

本発明はデータを処理し得る任意の命令実行/演算装置またはシステムにおいて実施できることが特記され、これには汎用コンピューターおよびデータまたは画像処理用の特定コンピューターが含まれるがこれらに限定されない。本発明はさらに他の演算装置およびシステムに実装することができる。さらに、本発明の態様はソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせを含み、広範囲な形で実施することができる。例えば、本発明の様々な態様を実施する機能は個々の論理部品、1つ以上の特定用途向け集積回路(ASIC)、および/またはプログラム制御プロセッサーを含み広範囲な形で実装される部品により実施することができる。これらの部品が実装される形は本発明に肝要ではないことが特記される。   It is noted that the present invention can be implemented in any instruction execution / computing device or system capable of processing data, including but not limited to general purpose computers and specific computers for data or image processing. The present invention can be implemented in still other arithmetic devices and systems. Further, aspects of the invention include software, hardware, firmware, or combinations thereof and can be implemented in a wide variety of forms. For example, functionality to implement various aspects of the invention is performed by components implemented in a wide variety of ways, including individual logic components, one or more application specific integrated circuits (ASICs), and / or program controlled processors. be able to. It is noted that the form in which these components are mounted is not critical to the present invention.

図33は本発明の実施形態において実施し得る命令実行/演算装置3300の実施形態の機能的ブロック図を描く。図33に示すように、プロセッサー3302がソフトウェア命令を実行し、他のシステムコンポーネントとやりとりする。一実施形態において、プロセッサー3302は(限定ではなく例として)AMD(登録商標)プロセッサー、INTEL(登録商標)プロセッサー、SUN MICROSYSTEMS(登録商標)プロセッサー、またはPOWERPC(登録商標)対応CPUなどの汎用プロセッサーであることができ、またはプロセッサーは特定用途向けの1つまたは複数のプロセッサーであることができる。プロセッサー3302に連結された記憶装置3304はデータおよびソフトウェアプログラムの長期的記憶を提供する。   FIG. 33 depicts a functional block diagram of an embodiment of an instruction execution / computing device 3300 that may be implemented in embodiments of the present invention. As shown in FIG. 33, processor 3302 executes software instructions and interacts with other system components. In one embodiment, processor 3302 is a general purpose processor such as an AMD® processor, an INTEL® processor, a SUN MICROSYSTEMS® processor, or a POWERPC®-compatible CPU (by way of example and not limitation). There can be, or the processor can be one or more applications specific to the processor. A storage device 3304 coupled to the processor 3302 provides long-term storage of data and software programs.

記憶装置3304はハードディスクドライブおよび/または磁気もしくは光媒体(例、ディスケット、テープ、コンパクトディスク、DVD、等々)ドライブまたはソリッドステート記憶装置などデータを記憶できる別の装置であって良い。記憶装置3304はプロセッサー3302で使用するプログラム、命令、および/またはデータを収納することができる。一実施形態において、記憶装置3304に記憶されそこからロードされるプログラムまたは命令はメモリー3306にロードされ、プロセッサー3302により実行される。   Storage device 3304 may be a hard disk drive and / or another device capable of storing data, such as a magnetic or optical media (eg, diskette, tape, compact disk, DVD, etc.) drive or a solid state storage device. Storage device 3304 can store programs, instructions, and / or data for use by processor 3302. In one embodiment, programs or instructions stored in and loaded from storage device 3304 are loaded into memory 3306 and executed by processor 3302.

一実施形態において、記憶装置3304はプロセッサー3302でオペレーティングシステムを実施するプログラムまたは命令を収納する。実施形態において、考えられるオペレーティングシステムはUNIX(登録商標)、AIX(登録商標)、LINUX(登録商標)、Microsoft(登録商標) Windows(登録商標)、およびApple(登録商標) MAC(Macintosh(登録商標)) OSが含まれるが、これらに限定されない。実施形態において、オペレーティングシステムは演算システム3300上で実行し、システムの稼動を制御する。実施形態において、データストア3330は記憶装置3304であって良い。   In one embodiment, the storage device 3304 stores programs or instructions that implement the operating system on the processor 3302. In an embodiment, possible operating systems are UNIX®, AIX®, LINUX®, Microsoft® Windows®, and Apple® MAC (Macintosh®). )) OS included, but not limited to. In an embodiment, the operating system executes on the computing system 3300 and controls the operation of the system. In an embodiment, the data store 3330 may be a storage device 3304.

プロセッサー3302に連結されるアドレス可能なメモリー3306はデータおよびプロセッサー3302により実行されるソフトウェア命令を記憶するのに使用することができる。メモリー3306は例えばファームウェア、読み取り専用メモリー(ROM)、フラッシュメモリー、不揮発性ランダムアクセスメモリー(NVRAM)、ランダムアクセスメモリー(RAM)、またはこれらの任意の組み合わせであって良い。一実施形態において、メモリー3306は別途サービス、ユーティリティー、コンポーネント、またはモジュールとして知られるソフトウェアオブジェクトをいくつか記憶している。当業者であれば、さらに記憶3304およびメモリー3306は同じ品目で双方の立場で機能し得ることを理解しよう。一実施形態において、1つ以上のソフトウェア構成要素またはモジュールがメモリー3304、3306に記憶されプロセッサー3302により実行され得る。   Addressable memory 3306 coupled to processor 3302 can be used to store data and software instructions executed by processor 3302. The memory 3306 may be, for example, firmware, read only memory (ROM), flash memory, non-volatile random access memory (NVRAM), random access memory (RAM), or any combination thereof. In one embodiment, memory 3306 stores several software objects, otherwise known as services, utilities, components, or modules. Those skilled in the art will further appreciate that the memory 3304 and the memory 3306 can function in both positions on the same item. In one embodiment, one or more software components or modules may be stored in memory 3304, 3306 and executed by processor 3302.

一実施形態において、演算システム3300は他の装置、他のネットワーク、または双方と通信する能力を提供する。演算システム3300は1つ以上のネットワークインターフェイスまたはアダプター3312、3314を含むことができ、演算システム3300を他のネットワークおよび装置と通信できるよう連結する。例えば、演算システム3300はネットワークインターフェイス3312、通信ポート3314、または双方、を含むことができ、これらの各々はプロセッサー3302に通信できるよう連結され、演算システム3300を他のコンピューターシステム、ネットワーク、および装置に連結するために使用することができる。   In one embodiment, computing system 3300 provides the ability to communicate with other devices, other networks, or both. The computing system 3300 can include one or more network interfaces or adapters 3312, 3314, coupling the computing system 3300 to communicate with other networks and devices. For example, the computing system 3300 can include a network interface 3312, a communication port 3314, or both, each of which is communicatively coupled to the processor 3302 to connect the computing system 3300 to other computer systems, networks, and devices. Can be used to link.

一実施形態において、演算システム3300はプロセッサー3302に連結されグラフィックスおよびテキストの表示を容易にする1つ以上の出力装置3308を含むことができる。出力装置3308はプロジェクター、ディスプレイ、LCDスクリーン、CRTモニター、プリンター、タッチスクリーン、または情報を表示する他の装置を含むことができるが、これらに限定されない。演算システム3300はさらに出力装置3308に情報または画像を表示するのを助けるグラフィックスアダプター(図示せず)を含むことができる。   In one embodiment, the computing system 3300 can include one or more output devices 3308 that are coupled to the processor 3302 to facilitate the display of graphics and text. The output device 3308 can include, but is not limited to, a projector, display, LCD screen, CRT monitor, printer, touch screen, or other device that displays information. The computing system 3300 can further include a graphics adapter (not shown) that assists in displaying information or images on the output device 3308.

プロセッサー3302に通信できるよう連結される1つ以上の入力装置3310を用いてユーザー入力を円滑にすることができる。入力装置3310はマウス、トラックボール、またはタッチパッドなどのポインター装置を含むことができるが、これらに限定されず、さらにデータまたは命令を演算システム3300に入力するためにキーボードまたはキーパッドを含むことができる。   One or more input devices 3310 that are communicatively coupled to the processor 3302 may be used to facilitate user input. Input device 3310 may include, but is not limited to, a pointer device such as a mouse, trackball, or touchpad, and may further include a keyboard or keypad for inputting data or instructions to computing system 3300. it can.

一実施形態において、演算システム3300は通信ポート3314、ネットワークインターフェイス3312、メモリー3304/3306に記憶されるデータ、または入力装置3310を通して、スキャナー、コピー機、ファクシミリ機、または他の演算装置から入力を受信することができる。   In one embodiment, computing system 3300 receives input from a scanner, copier, facsimile machine, or other computing device through communication port 3314, network interface 3312, data stored in memory 3304/3306, or input device 3310. can do.

当業者であれば、本発明の実施にいずれの演算システムも重要ではないことを理解しよう。当業者であればさらに上述の構成要素のいくつかはサブモジュールに物理的および/または機能的に分けられ、または組み合わせられることを理解しよう。   Those skilled in the art will understand that any computing system is not critical to the practice of the present invention. Those skilled in the art will further appreciate that some of the above-described components may be physically and / or functionally separated or combined into sub-modules.

本発明の実施形態はさらに各種コンピューター実施の操作を行なうためのコンピューターコードを有するコンピューター読み取り可能な媒体を有するコンピューター製品に関わることができることが特筆される。媒体およびコンピューターコードは本発明の目的のために特別に設計され構築されたものでも良く、または該当技術の当事者に知られ、利用可能な種類のものであっても良い。   It is noted that embodiments of the present invention can further relate to a computer product having a computer readable medium having computer code for performing various computer-implemented operations. The media and computer code may be specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or may be of a type known and available to those skilled in the art.

コンピューター読み取り可能な媒体の例は:ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、および磁気テープなどの磁気媒体;CD−ROMおよびホログラフィー装置などの光媒体;光磁気媒体;および特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブル論理装置(PLD)、フラッシュメモリー装置、およびROMやRAM装置など、プログラムコードを記憶し、または記憶して実行するよう特別に構成されるハードウェア装置;を含むがこれらに限定されない。コンピューターコードの例はコンパイラーにより作成されるような機械コード、およびインタープリターを用いてコンピューターにより実行されるより高レベルのコードを含むファイルを含む。   Examples of computer readable media are: magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and holographic devices; magneto-optical media; and application specific integrated circuits (ASICs). Including, but not limited to, programmable logic devices (PLDs), flash memory devices, and hardware devices that are specially configured to store or store and execute program code, such as ROM and RAM devices. Examples of computer code include machine code, such as produced by a compiler, and files containing higher level code that is executed by a computer using an interpreter.

本発明の実施形態は全体としてまたは一部コンピューターにより実行されるプログラムモジュールにある機械実行可能な命令として実施することができる。プログラムモジュールの例はライブラリー、プログラム、ルーチン、オブジェクト、コンポーネント、およびデータ構造を含む。分散演算システムにおいて、プログラムモジュールは物理的にローカル、遠隔、または双方の環境に所在することができる。   Embodiments of the present invention can be implemented in whole or in part as machine-executable instructions in program modules that are executed by a computer. Examples of program modules include libraries, programs, routines, objects, components, and data structures. In a distributed computing system, program modules can be physically located in local, remote, or both environments.

発明は各種の改変および代わりの形を許すが、その具体的な例が図面に示され、本明細書において詳細に説明される。しかし、発明は開示される特定の形に限定されるものではなく、逆に発明は添付クレームの範囲内に入るすべての改変、同等のもの、および代わりのものを包含することが理解されよう。   While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific examples thereof are shown in the drawings and are described in detail herein. However, it will be understood that the invention is not limited to the particular forms disclosed, and conversely, the invention encompasses all modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the appended claims.

310 光拡散材料、315 再帰反射材料、510 プロジェクター、525 表示窓、615 画像、930 画像点、940 光線、1010 表示窓、1205 再帰反射型光拡散スクリーン、1210 光拡散器、1215 再帰反射器、1220 レンズ層、1525 透明な媒体層、2920 集光要素、3205 再帰反射型光拡散スクリーン、3210 プロジェクター。   310 Light Diffusing Material, 315 Retroreflective Material, 510 Projector, 525 Display Window, 615 Image, 930 Image Point, 940 Ray, 1010 Display Window, 1205 Retroreflective Light Diffusing Screen, 1210 Light Diffuser, 1215 Retroreflector, 1220 Lens layer, 1525 transparent media layer, 2920 condensing element, 3205 retroreflective light diffusing screen, 3210 projector.

Claims (21)

空中三次元画像を生成するシステムであって、
複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムと、
光学的集光要素であって、前記光学的集光要素の焦点距離より遠く前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置し、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の投影表示窓を形成する光学的集光要素と
スクリーンとを有し、
前記複数の投影表示窓は、ユーザーが前記複数の投影表示窓から選択された第1投影表示窓において第1の目で第1の固有の透視画像を見て、前記複数の投影表示窓から選択された第2投影表示窓において第2の目で第2の固有の透視画像を見ることにより前記空中三次元画像を見ることができるように位置され
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する前記表示窓を形成する拡散層とを有し、
前記複数の表示窓は第2方向に配列されている空中三次元画像を生成するシステム。
A system for generating an aerial 3D image,
A multi-display window three-dimensional display system for generating a plurality of display windows;
An optical condensing element, which is located farther from the focal length of the optical condensing element and away from the plurality of display windows of the multi-display window three-dimensional display system, the multi-display window three-dimensional display system An optical condensing element that receives light from and condenses the light to form a plurality of projection display windows ;
And a screen
The plurality of projection display windows are selected from the plurality of projection display windows by viewing a first unique perspective image with a first eye in a first projection display window selected by the user from the plurality of projection display windows. The second projection display window is positioned so that the aerial three-dimensional image can be seen by looking at the second unique perspective image with a second eye ,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction A diffusion layer forming the display window,
The plurality of display windows system for generating an aerial three-dimensional image that is arranged in the second direction.
前記光学的集光要素はレンズまたは凹面鏡である請求項1に記載の空中三次元画像を生成するシステム。   The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 1, wherein the optical focusing element is a lens or a concave mirror. 前記多表示窓の三次元表示システムと前記凹面鏡との間に位置するビームスプリッターをさらに有する請求項2に記載の空中三次元画像を生成するシステム。   The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 2, further comprising a beam splitter positioned between the three-dimensional display system of the multi-display window and the concave mirror. 前記スクリーンは、前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体をさらに有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものである請求項に記載の空中三次元画像を生成するシステム。
The screen further comprises a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer;
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 1 .
前記多表示窓の三次元表示システムは、複数のプロジェクターを有し、
前記複数のプロジェクターの各々は、固有の位置を有し、透視表示の画像を前記スクリーンに投影し投影画像に対応する表示窓を形成するよう構成される請求項に記載の空中三次元画像を生成するシステム。
The multi-display window three-dimensional display system has a plurality of projectors,
2. The aerial three-dimensional image according to claim 1 , wherein each of the plurality of projectors has a unique position, and is configured to project a perspective display image onto the screen to form a display window corresponding to the projection image. System to generate.
前記多表示窓の三次元表示システムは、スクリーンをさらに有し、
前記スクリーンは、
画像を受けて前記画像を光拡散器層に集光し、前記光拡散器層から拡散反射画像を受けて前記拡散反射画像を集光して表示窓を形成するレンズ層と、
前記レンズ層の焦点面に位置する前記光拡散器層であって、前記画像を前記レンズ層から受け、前記二次元再帰反射性表面から反射画像を受け、前記反射画像を拡散して拡散反射画像を形成する前記光拡散器層と、
前記光拡散器層から前記画像を受け、前記画像の少なくとも一部を前記光拡散器層に再帰反射して反射画像を形成する二次元再帰反射性表面とを有する請求項1に記載の空中三次元画像を生成するシステム。
The multi-display window three-dimensional display system further includes a screen,
The screen is
Receiving the image and condensing the image on a light diffuser layer, receiving a diffuse reflection image from the light diffuser layer and condensing the diffuse reflection image to form a display window; and
A light diffuser layer located at a focal plane of the lens layer, receiving the image from the lens layer, receiving a reflected image from the two-dimensional retroreflective surface, diffusing the reflected image, and a diffusely reflected image Forming said light diffuser layer;
The aerial tertiary of claim 1 having a two-dimensional retroreflective surface that receives the image from the light diffuser layer and retroreflects at least a portion of the image to the light diffuser layer to form a reflected image. A system that generates original images.
前記スクリーンは、前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体をさらに有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものである請求項に記載の空中三次元画像を生成するシステム。
The screen further comprises a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer;
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 6 .
空中三次元画像を生成するシステムであって、
複数の投影画像を投影する複数のプロジェクターを有する、複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムと、
光学的集光要素と
スクリーンとを有し、
前記光学的集光要素は、前記光学的集光要素の焦点距離より遠く前記多表示窓の三次元表示システムの複数の表示窓から離れて位置するとともに、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の合成画像を形成し、前記複数の合成画像の各々は複数の投影画像からの複数の画像部分により形成され、各前記合成画像は固有の視点区域から見ることができるものであり、
前記空中三次元画像は、観察者が第1視点区域において第1の目で第1の透視画像を見て第2視点区域において第2の目で第2の透視画像を見ることにより見ることができるものであり、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有し、
前記複数の表示窓は第2方向に配列されている空中三次元画像を生成するシステム。
A system for generating an aerial 3D image,
A multi-display window three-dimensional display system having a plurality of projectors for projecting a plurality of projection images and generating a plurality of display windows;
An optical focusing element ;
And a screen
The optical condensing element is located farther than a focal length of the optical condensing element and is separated from a plurality of display windows of the multi-display window three-dimensional display system, and from the multi-display window three-dimensional display system. Receiving light and condensing the light to form a plurality of composite images, each of the plurality of composite images being formed by a plurality of image portions from a plurality of projection images, each composite image having a unique viewpoint area That can be seen from
The aerial three-dimensional image can be viewed by an observer viewing the first perspective image with the first eye in the first viewpoint area and viewing the second perspective image with the second eye in the second viewpoint area. Is possible,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction A diffusion layer forming a display window,
The plurality of display windows system for generating an aerial three-dimensional image that is arranged in the second direction.
前記複数のプロジェクターは前記光学的集光要素の主平面に位置する請求項に記載の空中三次元画像を生成するシステム。 The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 8 , wherein the plurality of projectors are located in a main plane of the optical condensing element. 前記光学的集光要素は前記複数の表示窓と前記スクリーンとの間に位置する請求項に記載の空中三次元画像を生成するシステム。 The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 8 , wherein the optical condensing element is located between the plurality of display windows and the screen. 前記スクリーンは前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体をさらに有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものである請求項に記載の空中三次元画像を生成するシステム。
The screen further comprises a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer;
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 8 .
前記多表示窓の三次元表示システムは、スクリーンをさらに有し、
前記スクリーンは、
画像を受けて前記画像を光拡散器層に集光し、前記光拡散器層から拡散反射画像を受けて前記拡散反射画像を集光して表示窓を形成するレンズ層と、
前記レンズ層の焦点面に位置する前記光拡散器層であって、前記画像を前記レンズ層から受け、前記二次元再帰反射性表面から反射画像を受け、前記反射画像を拡散して拡散反射画像を形成する前記光拡散器層と、
前記光拡散器層から前記画像を受け、前記画像の少なくとも一部を前記光拡散器層に再帰反射して反射画像を形成する二次元再帰反射性表面とを有する請求項に記載の空中三次元画像を生成するシステム。
The multi-display window three-dimensional display system further includes a screen,
The screen is
Receiving the image and condensing the image on a light diffuser layer, receiving a diffuse reflection image from the light diffuser layer and condensing the diffuse reflection image to form a display window; and
A light diffuser layer located at a focal plane of the lens layer, receiving the image from the lens layer, receiving a reflected image from the two-dimensional retroreflective surface, diffusing the reflected image, and a diffusely reflected image Forming said light diffuser layer;
9. The aerial tertiary of claim 8 , comprising a two-dimensional retroreflective surface that receives the image from the light diffuser layer and retroreflects at least a portion of the image to the light diffuser layer to form a reflected image. A system that generates original images.
前記スクリーンはさらに、二次元再帰反射性表面と拡散器層との間に位置する透明媒体を有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が拡散器層で拡散されるようにするものである請求項12に記載の空中三次元画像を生成するシステム。
The screen further comprises a transparent medium located between the two-dimensional retroreflective surface and the diffuser layer;
The transparent medium has the image out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by a diffuser layer. The system for generating an aerial three-dimensional image according to claim 12 .
空中三次元画像を生成する方法であって、
多表示窓の三次元表示システムを用いて複数の表示窓を生成するステップと、
光学的集光要素の焦点距離より遠く前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置する前記光学的集光要素を用いて、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の投影表示窓を形成するステップとを有し、
前記多表示窓の三次元表示システムはスクリーンを有し、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有し、
前記複数の表示窓は第2方向に配列され、
前記複数の投影表示窓は、ユーザーが前記複数の投影表示窓から選択された第1投影表示窓において第1の目で第1の固有の透視画像を見て、複数の投影表示窓から選択された第2投影表示窓において第2の目で第2の固有の透視画像を見ることにより前記空中三次元画像を見ることができるように位置している空中三次元画像を生成する方法。
A method for generating an aerial 3D image, comprising:
Generating a plurality of display windows using a three-dimensional display system of multiple display windows;
From the three-dimensional display system of the multi-display window using the optical condensing element located farther from the focal length of the optical condensing element and away from the plurality of display windows of the three-dimensional display system of the multi-display window Receiving light and condensing the light to form a plurality of projection display windows,
The multi-display window three-dimensional display system has a screen,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction A diffusion layer forming a display window,
The plurality of display windows are arranged in a second direction,
The plurality of projection display windows are selected from the plurality of projection display windows by viewing the first unique perspective image with the first eye in the first projection display window selected by the user from the plurality of projection display windows. A method of generating an aerial 3D image positioned so that the aerial 3D image can be seen by viewing a second unique perspective image with a second eye in the second projection display window.
前記光学的集光要素はレンズまたは凹面鏡である請求項14に記載の空中三次元画像を生成する方法。 The method of generating an aerial three-dimensional image according to claim 14 , wherein the optical focusing element is a lens or a concave mirror. 前記スクリーンはさらに、前記二次元再帰反射性表面と前記拡散層との間に位置する透明媒体を有し、
前記透明媒体は、前記画像が前記二次元再帰反射性表面において焦点が外れており、前記二次元再帰反射性表面により再帰反射されなかった焦点外れの画像の少なくとも一部が前記拡散層で拡散されるようにするものである請求項14に記載の空中三次元画像を生成する方法。
The screen further comprises a transparent medium positioned between the two-dimensional retroreflective surface and the diffusion layer;
The transparent medium is such that the image is out of focus on the two-dimensional retroreflective surface, and at least a portion of the defocused image that was not retroreflected by the two-dimensional retroreflective surface is diffused by the diffusion layer. The method for generating an aerial three-dimensional image according to claim 14 .
前記多表示窓の三次元表示システムはスクリーンをさらに有し、
前記スクリーンは、
画像を受けて前記画像を光拡散器層に集光し、前記光拡散器層から拡散反射画像を受けて拡散反射画像を集光して表示窓を形成するレンズ層と、
前記レンズ層の焦点面に位置し、前記画像を前記レンズ層から受け、前記二次元再帰反射性表面から反射画像を受け、前記反射画像を拡散して拡散反射画像を形成する前記光拡散器層と、
前記光拡散器層から前記画像を受け前記画像の少なくとも一部を前記光拡散器層に再帰反射して前記反射画像を形成する二次元再帰反射性表面とを有する請求項14に記載の空中三次元画像を生成する方法。
The three-dimensional display system of the multi-display window further includes a screen,
The screen is
Receiving the image and condensing the image on a light diffuser layer; receiving a diffuse reflection image from the light diffuser layer; condensing the diffuse reflection image to form a display window; and
The light diffuser layer located at the focal plane of the lens layer, receiving the image from the lens layer, receiving a reflected image from the two-dimensional retroreflective surface, and diffusing the reflected image to form a diffusely reflected image When,
The aerial tertiary of claim 14 , further comprising: a two-dimensional retroreflective surface that receives the image from the light diffuser layer and retroreflects at least a portion of the image to the light diffuser layer to form the reflected image. How to generate the original image.
空中三次元画像を生成する方法であって、
複数のプロジェクターを有する複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムを用いて複数の投影画像を投影するステップと、
光学的集光要素の焦点距離より近く前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置する前記光学的集光要素を用いるステップとを有し、
前記多表示窓の三次元表示システムはスクリーンを有し、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有し、
前記複数の表示窓は第2方向に配列され、
前記光学的集光要素を用いるステップは、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して複数の合成画像を形成し、前記各合成画像は複数の投影画像からの複数の画像部分により形成することで、前記各合成画像は固有の視点区域から見ることができるものであり、
前記空中三次元画像は、観察者が第1視点区域において第1の目で第1の透視画像を見て第2視点区域において第2の目で第2の透視画像を見ることにより見ることができるものである空中三次元画像を生成する方法。
A method for generating an aerial 3D image, comprising:
Projecting a plurality of projected images using a multi-display window three-dimensional display system that generates a plurality of display windows having a plurality of projectors;
Using the optical concentrating element located near the focal length of the optical condensing element and away from the plurality of display windows of the three-dimensional display system of the multi-display window;
The multi-display window three-dimensional display system has a screen,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction A diffusion layer forming a display window,
The plurality of display windows are arranged in a second direction,
The step of using the optical condensing element receives light from the three-dimensional display system of the multi-display window, condenses the light to form a plurality of composite images, each composite image from a plurality of projection images Each of the composite images can be viewed from a unique viewpoint area,
The aerial three-dimensional image can be viewed by an observer viewing the first perspective image with the first eye in the first viewpoint area and viewing the second perspective image with the second eye in the second viewpoint area. A method to generate an aerial 3D image that is possible.
前記複数のプロジェクターは光学的集光要素の主平面に位置する請求項18に記載の空中三次元画像を生成する方法。 The method of generating an aerial three-dimensional image according to claim 18 , wherein the plurality of projectors are located in a main plane of an optical focusing element. 前記光学的集光要素は前記複数の表示窓と前記スクリーンとの間に位置する請求項18に記載の空中三次元画像を生成する方法。 The method of generating an aerial three-dimensional image according to claim 18 , wherein the optical focusing element is located between the plurality of display windows and the screen. 空中三次元画像を生成するシステムであって、
複数の表示窓を生成する多表示窓の三次元表示システムと、
光学的集光要素であって、前記光学的集光要素の焦点距離と等しく前記多表示窓の三次元表示システムの前記複数の表示窓から離れて位置し、前記多表示窓の三次元表示システムから光を受け、前記光を集光して前記複数の投影表示窓を無限遠または事実上無限遠において形成する光学的集光要素とを有し、
前記多表示窓の三次元表示システムはスクリーンを有し、
前記スクリーンは、
拡散層を通過した画像を再帰反射して反射画像を形成するよう構成される二次元再帰反射性表面と、
前記二次元再帰反射性表面から前記反射画像を受け反射像を拡散し、前記反射画像を第1方向に大きな拡散角で拡散し第2方向に小さな拡散角で拡散することにより前記画像に対応する表示窓を形成する拡散層とを有し、
前記複数の表示窓は第2方向に配列され、
前記複数の投影表示窓はユーザーが第1の目で第1のモザイク画像を見、第2の目で第2のモザイク画像を見ることにより前記空中三次元画像を見ることができるように位置し、前記第1および第2のモザイク画像は前記複数の投影表示窓の少なくともいくつかの少なくとも一部から形成される空中三次元画像を生成するシステム。
A system for generating an aerial 3D image,
A multi-display window three-dimensional display system for generating a plurality of display windows;
An optical condensing element, which is equal to the focal length of the optical condensing element and is spaced apart from the plurality of display windows of the multi-display window three-dimensional display system, the multi-display window three-dimensional display system An optical condensing element that receives light from and condenses the light to form the plurality of projection display windows at infinity or virtually at infinity,
The multi-display window three-dimensional display system has a screen,
The screen is
A two-dimensional retroreflective surface configured to retroreflect the image that has passed through the diffusion layer to form a reflected image;
Corresponding to the image by receiving the reflected image from the two-dimensional retroreflective surface and diffusing the reflected image, diffusing the reflected image with a large diffusion angle in the first direction and diffusing with a small diffusion angle in the second direction A diffusion layer forming a display window,
The plurality of display windows are arranged in a second direction,
The plurality of projection display windows are positioned so that a user can view the three-dimensional aerial image by viewing the first mosaic image with a first eye and the second mosaic image with a second eye. The system for generating an aerial three-dimensional image in which the first and second mosaic images are formed from at least a part of at least some of the plurality of projection display windows.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11191435B2 (en) * 2013-01-22 2021-12-07 Seno Medical Instruments, Inc. Probe with optoacoustic isolator
US9633441B2 (en) * 2014-06-09 2017-04-25 Omnivision Technologies, Inc. Systems and methods for obtaining image depth information
WO2016088683A1 (en) * 2014-12-01 2016-06-09 合同会社Snパートナーズ Free-floating image display device
TWI579591B (en) * 2015-04-02 2017-04-21 尚立光電股份有限公司 Head mounted display device
CN107710052B (en) * 2015-06-12 2020-05-22 日本电石工业株式会社 Image display device
US10360721B2 (en) * 2016-05-26 2019-07-23 Mediatek Inc. Method and apparatus for signaling region of interests
US10726751B2 (en) * 2018-08-22 2020-07-28 Lightspace Technologies, SIA Table-top volumetric display apparatus and method of displaying three-dimensional image
US11082685B2 (en) * 2019-11-05 2021-08-03 Universal City Studios Llc Head-mounted device for displaying projected images
CN113156663B (en) 2020-01-23 2022-01-07 上海誉沛光电科技有限公司 Optical imaging system and device for suspension display and all-round display equipment
CN111583365B (en) * 2020-04-24 2023-09-19 完美世界(北京)软件科技发展有限公司 Processing method and device for animation element display, storage medium and terminal
WO2023274255A1 (en) * 2021-06-28 2023-01-05 安徽省东超科技有限公司 Aerial imaging system and aerial imaging-based human-computer interaction system
CN116149078A (en) * 2021-10-08 2023-05-23 上海誉沛光电科技有限公司 Tiled display device for floating images and multi-layer display apparatus including the same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5712732A (en) * 1993-03-03 1998-01-27 Street; Graham Stewart Brandon Autostereoscopic image display adjustable for observer location and distance
JP2001519126A (en) * 1997-03-27 2001-10-16 リットン・システムズ・インコーポレーテッド Automatic stereoscopic projection system
JP3658246B2 (en) * 1999-06-29 2005-06-08 株式会社日立製作所 Image display device and image projection device
JP4258071B2 (en) * 1999-08-04 2009-04-30 コニカミノルタホールディングス株式会社 Video display device
US6897911B2 (en) * 2000-02-14 2005-05-24 Fuji Photo Film Co., Ltd. Light diffusing plate, liquid crystal display apparatus and rear projection apparatus
JP3667245B2 (en) * 2001-03-23 2005-07-06 キヤノン株式会社 Stereoscopic image display device
AU2003210440A1 (en) * 2002-01-04 2003-07-24 Neurok Llc Three-dimensional image projection employing retro-reflective screens
JP4341308B2 (en) * 2003-02-28 2009-10-07 ソニー株式会社 Aerial image display device
HU0401057D0 (en) * 2004-05-26 2004-08-30 Balogh Tibor Method and apparatus for generating 3d images
JP4370215B2 (en) * 2004-07-29 2009-11-25 オリンパス株式会社 Projection display device
US7607779B2 (en) * 2005-03-28 2009-10-27 Seiko Epson Corporation Stereoscopic image display device and image display device

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