JP7424786B2 - 3D image display device, 3D image display method, and 3D image generation and display system - Google Patents
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Description
本発明は、立体像表示装置、立体像表示方法及び立体像生成表示システムに関する。 The present invention relates to a stereoscopic image display device, a stereoscopic image display method, and a stereoscopic image generation and display system.
インテグラルフォトグラフィ法を用いて立体像を表示することが行われている。例えば、特許文献1には、インテグラルフォトグラフィ法は立体像を観察できる視野範囲(視域)が狭いという課題に対応して、立体像表示装置において、ディスプレイを平面上に配置し、観察方向に向けられる光線群の方向を当該平面の垂線方向に対して観察方向側に傾かせること、すなわち、メインローブと呼ばれる視域からではなくサイドローブと呼ばれる視域から立体像を観察できるようにすることが記載されている。
2. Description of the Related Art Three-dimensional images are displayed using an integral photography method. For example, in
特許文献1には、更に、ディスプレイに表示する多視点画像を、観察者から遠いほど観察方向に対して単調に伸張して補正すること、液晶ブラインドを用いて、変形した立体像が結像しないようにしつつ、補正した正しい立体像を時分割表示して複数人に見せることなどが記載されている。
しかしながら、特許文献1記載の技術を用いても、上記複数人のそれぞれの視域自体は限られている。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、立体像の視域を拡大することができる立体像表示装置、立体像表示方法及び立体像生成表示システムを提供することを目的とする。
However, even if the technique described in
The present invention was made in order to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic image display device, a stereoscopic image display method, and a stereoscopic image generation/display system that can expand the viewing area of a stereoscopic image. shall be.
本発明に係る立体像表示装置は、複数の要素画像を表示する表示部と、表示部上に2次元状に配置された複数の射出瞳を有し、表示された要素画像の光線の射出方向を制御する光線制御部と、光線制御部の上又は下に配置され、射出瞳毎に光線を透過又は遮断する光線遮断部と、多視点画像群から複数の要素画像を生成して射出瞳に対応させて配置する要素画像配置部と、表示部における要素画像の表示と、光線遮断部における光線の透過又は遮断とを同期させる同期制御部とを備え、要素画像配置部は、光線遮断部により光線が透過される射出瞳に対応する領域と、光線遮断部により光線が遮断される射出瞳に対応する領域とを加えた領域に要素画像を配置するものである。 A stereoscopic image display device according to the present invention has a display unit that displays a plurality of elemental images, and a plurality of exit pupils arranged two-dimensionally on the display unit, and has a direction in which light rays of the displayed elemental images exit. a light ray control unit that controls the rays; a ray blocking unit that is placed above or below the light ray control unit and transmits or blocks the rays for each exit pupil; The element image arrangement section is provided with an element image arrangement section that is arranged in a corresponding manner, and a synchronization control section that synchronizes the display of the element image on the display section and the transmission or blocking of the light beam on the light beam blocking section. The element images are arranged in an area that is the sum of an area corresponding to the exit pupil through which light rays are transmitted and an area corresponding to the exit pupil through which the light rays are blocked by the light ray blocking section.
また、本発明に係る立体像表示方法は、複数の要素画像を表示する表示部と、表示部上に2次元状に配置された複数の射出瞳を有し、表示された要素画像の光線の射出方向を制御する光線制御部と、光線制御部の上又は下に配置され、射出瞳毎に光線を透過又は遮断する光線遮断部とを備えた立体像表示装置の立体像表示方法であって、多視点画像群から複数の要素画像を生成して、光線遮断部により光線が透過される射出瞳に対応する領域と、光線遮断部により光線が遮断される射出瞳に対応する領域とを加えた領域に配置するステップと、表示部における要素画像の表示と、光線遮断部における光線の遮断又は透過とを同期させるステップとを有するものである。 Further, the stereoscopic image display method according to the present invention includes a display unit that displays a plurality of elemental images, and a plurality of exit pupils arranged two-dimensionally on the display unit, and includes a display unit that displays a plurality of elemental images, and a plurality of exit pupils that are arranged two-dimensionally on the display unit. A 3D image display method for a 3D image display device comprising: a light beam control section that controls an exit direction; and a light beam blocking section that is disposed above or below the light beam control section and transmits or blocks light rays for each exit pupil. , a plurality of elemental images are generated from a group of multi-view images, and a region corresponding to the exit pupil through which the light beam is transmitted by the light beam blocking section and a region corresponding to the exit pupil through which the light beam is blocked by the light beam blocking section are added. and a step of synchronizing the display of the element image on the display section and the blocking or transmission of the light beam in the light beam blocking section.
本発明により、立体像の視域を拡大する立体像表示装置、立体像表示方法及び立体像生成表示システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a stereoscopic image display device, a stereoscopic image display method, and a stereoscopic image generation/display system that expand the viewing area of a stereoscopic image.
(実施の形態1)
まず、実施の形態1について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、原則として、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
実施の形態1に係る立体像表示装置及び立体像表示方法について説明する前に、当該装置又は当該方法に係る立体像の観察方法について簡単に説明する。
図1は、実施の形態1に係る立体像の観察方法を説明するための図である。
立体像表示装置1上に表示された林檎の立体像2を、ユーザ6、7は視域(図示せず)内から楽な姿勢で俯瞰する。
なお、本明細書では、立体像表示装置1の表面と垂直な方向において、対象物よりも立体像を視るユーザに近い側を「対象物の上」、また、対象物よりも当該ユーザから遠い側を「対象物の下」というように上下関係を定義して、以下説明する。
(Embodiment 1)
First,
Before explaining the stereoscopic image display device and the stereoscopic image display method according to the first embodiment, the stereoscopic image observation method according to the device or the method will be briefly explained.
FIG. 1 is a diagram for explaining a stereoscopic image observation method according to the first embodiment.
In this specification, the side closer to the user viewing the stereoscopic image than the object in the direction perpendicular to the surface of the stereoscopic
立体像2は立体像表示装置1からの光線3の集合として構成されている。人間は、両眼を使って対象を見ることで起こる両眼視差、すなわち、左右の目における網膜像の差異によって奥行きを知覚する。また、運動視差、すなわち、観察者と対象物との相対的な運動によって生じる網膜像の変化によっても奥行きを知覚する。このため、ユーザ6、7は立体像2を観察することができる。
The
ユーザ6、7は、視域内で頭を上下左右に動かしたときに、それぞれの位置で異なる立体像2を観察することができる。図1には対面するユーザ6、7が示されているが、ユーザ6、7は異なる方向から立体像を観察しているため、それぞれ異なる立体像を観察することができる。例えば、立体像として麻雀牌を表示しているときに、ユーザ6、7はそれぞれ自分の牌の絵柄面を観察することはできるが相手の牌の絵柄面を観察することはできない。立体像表示装置1には次に説明するように4つの視域があるため、4人のユーザが立体像表示装置1を囲んで4方向から同時に立体像を観察することができる。
When the
図2は、実施の形態1に係る視域を説明するための図である。図2は、立体像表示装置1及び視域を斜め上方向から視たときの図である。
また、図3は、実施の形態1に係る視域を説明するための別の図である。図3は、視域を上から視たときの図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the viewing zone according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram of the stereoscopic
Further, FIG. 3 is another diagram for explaining the viewing zone according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram of the viewing area viewed from above.
立体像表示装置1の垂直方向(法線方向)には、メインローブ(主ローブ)と呼ばれる視域ML1が形成され、メインローブML1の周囲にはサイドローブ(副ローブ)と呼ばれる視域SL1、SL2、SL3、SL4が形成される。なお、サイドローブは、メインローブML1の斜め方向にも形成されるが、ここでは、図示及び説明を省略する。
A viewing zone ML1 called a main lobe is formed in the vertical direction (normal direction) of the stereoscopic
実施の形態1に係る観察方法では、ユーザは、サイドローブSL1~SL4中の3角形で示した4つの領域OA1、OA2、OA3、OA4(以下、「立体像観察領域」という。)からそれぞれ異なる、歪みのない立体像を観察することができる。なお、ユーザは、サイドローブSL1~SL4中の立体像観察領域以外で立体像を観察しようとすると、本来意図していたものとは異なる立体像を観察することになる。 In the observation method according to the first embodiment, the user can select different images from four areas OA1, OA2, OA3, and OA4 (hereinafter referred to as "stereoscopic image observation areas") indicated by triangles in side lobes SL1 to SL4. , it is possible to observe stereoscopic images without distortion. Note that if the user attempts to observe a stereoscopic image in a region other than the stereoscopic image observation area in the side lobes SL1 to SL4, the user will observe a different stereoscopic image from what was originally intended.
実施の形態1に係る立体像表示装置1及び立体像表示方法では、メインローブML1、サイドローブSL1~SL4が従来技術に係る視域と比べて広くなっており、結果として、立体像観察領域OA1~OA4も広くすることができる。
In the stereoscopic
次に、実施の形態1に係る立体像表示装置1及び立体像表示方法について、以下、図面を参照して説明する。
図4は、実施の形態1に係る立体像表示装置1の概略構成を説明するための図である。
立体像表示装置1は、表示部10、光線制御部20、光線遮断部30、制御部40などを備える。
Next, a stereoscopic
FIG. 4 is a diagram for explaining the schematic configuration of the stereoscopic
The stereoscopic
表示部10は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)、OLED(Organic Light Emitting Diode:有機発光ダイオード)などであって、その表示領域の形状は4角形であり、複数の画素11(表示画素)を有し、後述する複数の要素画像を表示する。表示部10が表示する画像は、動画、静止画のどちらでも良い。
The
光線制御部20は、表示部10上に2次元状に配置された複数のマイクロレンズ21を有するマイクロレンズアレイであって、表示部10に表示された要素画像の光線の射出方向を制御する。
The light
図5は、実施の形態1に係る光線制御部20を説明するための図である。図5は、光線遮断部30がない状態の光線制御部20を上から視たときの図である。光線制御部20は、正六角形のマイクロレンズ21を隙間なく並べたハニカム構造を有している。このような構造とすることにより、マイクロレンズ21の密度を上げ、表示する立体像の解像感を上げることができる。また、マイクロレンズ21の曲率半径とピッチとをおおよそ等しくしてマイクロレンズ21のパワーを大きくし、視域を拡げている。
FIG. 5 is a diagram for explaining the light
なお、光線制御部20は、マイクロレンズアレイに代えて、複数のピンホールを有する、例えば、ハニカム構造のピンホールアレイであっても良い。マイクロレンズアレイ自体又はピンホールアレイ自体は小型であり、また、水平及び垂直に視差を与えることができる。また、マイクロレンズ及びピンホールの形状は正六角形以外、例えば、正方形などであっても良い。本明細書では、1つのマイクロレンズ又は1つのピンホールのことを「射出瞳」と呼ぶことがある。
Note that the light
光線遮断部30は、光線制御部20上に配置された、例えば、液晶材料を用いたアクティブシャッタであって、射出瞳からの光線を射出瞳毎に時分割で透過又は遮断(遮蔽)する。
図6は、実施の形態1に係る光線遮断部30を説明するための図である。図6は、光線制御部20上に配置された光線遮断部30を上から視たときの図である。ハッチングを付した領域31は、光線遮断部30が光線を遮断する領域を示し、ハッチングが付されていない領域32は、光線遮断部30が光線を透過する領域を示す。
The light
FIG. 6 is a diagram for explaining the light
また、格子状の太線Aは、この太線Aで囲まれる領域のそれぞれが、光線遮断部30により光線が透過される1つのマイクロレンズ21に対応する要素画像の領域に相当することを示す。光線遮断部30に実際にこのような太線が存在する訳ではない。
実施の形態1では、光線遮断部30を設けることにより、1つの要素画像の領域を、従来の1つのマイクロレンズ21に対応する領域から、マイクロレンズ21に対応する領域と、光線を遮断する領域31(図6ではマイクロレンズ21の左右の領域)の一部に対応する領域とを加えた領域にまで拡げることができる。その結果、立体像表示装置1では、メインローブML1及びサイドローブSL1~SL4を拡大することができる。
Furthermore, the grid-like thick line A indicates that each region surrounded by the thick line A corresponds to an area of an elemental image corresponding to one
In the first embodiment, by providing the light
また、光線遮断部30は、マイクロレンズ21の1列おきに表示部10からの光線を遮断(又は、透過)する。光線遮断部30は、1つのマイクロレンズ21について、光線の透過と遮断とを交互に行う。例えば、光線を1/60秒間透過させ、次に光線を1/60秒間遮断することを毎秒30回繰り返す。光線を透過又は遮断する時間を更に短くして毎秒当たりの繰り返し回数を更に多くしても良い。
Further, the light
表示部10による表示と光線遮断部30による透過又は遮断とを同期させて高速で駆動することにより、ユーザは遮断領域の変化を知覚することができず、立体像の画素数を射出瞳の数とすることができ、ユーザの解像感を低下させることはない。
なお、ここでは、光線遮断部30の光線を遮断する領域のピッチを、射出瞳のピッチ以下としている。これにより、表示部10の表示領域中心部の光線を遮断する領域は射出瞳の領域とおおよそ一致するが、表示領域端部になるにつれて光線を遮断する領域は射出瞳の領域よりも表示領域中心部側にずれている。このような構成により、立体像をより効率的に表示させている。
By synchronizing the display by the
In addition, here, the pitch of the area|region which blocks the light beam of the light
また、光線遮断部30は、光線制御部20の下に設けられても良いし、光線遮断部30には、液晶によるアクティブシャッタに代えて、機械的なアクティブシャッタなどを用いても良い。
制御部40は、立体像表示装置1の動作を制御するもので、立体像を表示するために、要素画像配置部41、同期制御部42などを有する。
Further, the light
The
要素画像配置部41は、多視点画像群から要素画像を生成し、当該要素画像をマイクロレンズ21に対応させて配置する。このとき、要素画像配置部41は、上述したように、光線が透過されるマイクロレンズ21に対応する要素画像を、当該マイクロレンズ21に対応する領域と、隣接する光線が遮断されるマイクロレンズ21の一部に対応する領域とを加えた領域に配置する。要素画像の配置方法については、次に説明する。
The elemental
同期制御部42は、上述したように表示部10における要素画像の表示と、光線遮断部30における射出瞳毎の光線の透過(又は、遮断)とを同期させる。
実施の形態1に係る立体像表示装置1は、このような構成により、薄型でありながら視域を拡大させることができる。
As described above, the
With such a configuration, the stereoscopic
なお、制御部40が実現する各構成要素は、例えば、コンピュータである制御部40が備える演算装置(図示せず)の制御によって、プログラムを実行することにより実現できる。
より具体的には、制御部40は、記憶部(図示せず)に格納されたプログラムを主記憶装置(図示せず)にロードし、演算装置の制御によってプログラムを実行して実現する。また、各構成要素は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせなどにより実現しても良い。
Note that each component implemented by the
More specifically, the
上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、制御部40に供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。
The programs described above can be stored and provided to the
非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば、光磁気ディスク)、CD-ROM(Read Only Memory)、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(random access memory))を含む。 Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (e.g., flexible disks, magnetic tape, hard disk drives), magneto-optical recording media (e.g., magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), and CD-ROMs. R, CD-R/W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)).
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によって制御部40に供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバなどの有線通信路、または無線通信路を介して、プログラムを制御部40に供給できる。
The program may also be provided to the
次に、実施の形態1に係る立体像表示装置1の動作、すなわち、立体像表示方法について説明する。
立体像表示装置1が動作を開始すると、要素画像配置部41が多視点の撮像装置群から多視点画像群を入力する。多視点の撮像装置群は、各撮像装置が前述の立体像観察領域における各視点と対応するように設置されている。そして、要素画像配置部41は当該多視点画像群から複数の要素画像を生成し、個々のマイクロレンズ21に対応するように当該要素画像を配置する。
Next, the operation of the stereoscopic
When the stereoscopic
図7は、実施の形態1に係る要素画像Eを説明するための図である。格子状の太線Aで囲まれた領域のそれぞれが、光線遮断部30により光線が透過される1つのマイクロレンズ21に対応する要素画像Eである。すなわち、図7に示した格子状の太線Aで囲まれた領域Eと、図6に示した格子状の太線Aで囲まれた領域とが対応する。図7には、横3画像×縦3画像=計9画像の要素画像E1~E9が示されている。
FIG. 7 is a diagram for explaining the element image E according to the first embodiment. Each of the regions surrounded by thick grid lines A is an elemental image E corresponding to one
実施の形態1に係る要素画像Eは、96視点の多視点画像群の各画像から1画素ずつ選択した96視点の画素(横12画素×縦8画素)で構成されている。
なお、表示部10では、それぞれの画像規格に見合う数の要素画像Eを表示する。例えば、VGAカメラで多視点画像群を撮像したときは、横640要素画像×縦480要素画像を表示する。すなわち、1つの要素画像E及び1つのマイクロレンズ21がカメラの1画素に対応する。
The elemental image E according to the first embodiment is composed of 96 viewpoint pixels (12 horizontal pixels×8 vertical pixels) selected one pixel from each image of a multi-view image group of 96 viewpoints.
Note that the
また、各要素画像Eは4つの部分要素画像PE1~PE4を有している。各部分要素画像PEは、図2、3に示した4つの立体像観察領域OA1~OA4からそれぞれ立体像を観察するときのそれぞれの立体像を構成する光線に対応する画像である。すなわち、要素画像配置部41は、要素画像Eを4分割し、4方向からそれぞれ異なる立体像を同時に観察できるようにしている。なお、図2、3及び図7では、対応する立体像観察領域OA及び部分要素画像PEに同じハッチングを付している。例えば、立体像観察領域OA1、及び、立体像観察領域OA1から立体像を観察するための部分要素画像PE1にはそれぞれ右上から左下への斜線パターンのハッチングを付している。このことは、図10及び図11のハッチング、図12及び図13のハッチングにおいても同様である。
Furthermore, each elemental image E has four partial elemental images PE1 to PE4. Each partial element image PE is an image corresponding to the light rays forming each stereoscopic image when the stereoscopic image is observed from the four stereoscopic image observation areas OA1 to OA4 shown in FIGS. 2 and 3. That is, the elemental
このような構成によって、メインローブ内、及び、サイドローブ内の立体像観察領域OA1~OA4以外の領域からは歪みのない立体像を観察することができないが、4つの立体像観察領域OA1~OA4からは両眼視差又は運動視差により立体像を観察することができる。
図8は、実施の形態1に係る部分要素画像PEと立体像観察領域OAとの対応関係を説明するための図である。図8は、図7に示した要素画像E1~E9を表示部10に表示したときの、図7のV-V’線に沿った断面図である。
With such a configuration, it is not possible to observe a distortion-free stereoscopic image from areas other than the stereoscopic image observation areas OA1 to OA4 in the main lobe and side lobes, but the four stereoscopic image observation areas OA1 to OA4 A stereoscopic image can be observed using binocular parallax or motion parallax.
FIG. 8 is a diagram for explaining the correspondence between partial elemental images PE and stereoscopic image observation areas OA according to the first embodiment. FIG. 8 is a sectional view taken along the line VV' in FIG. 7 when the element images E1 to E9 shown in FIG. 7 are displayed on the
要素画像E4の部分要素画像PE2からの光線は、隣の要素画像E5上のマイクロレンズ21を通って立体像観察領域OA2のユーザにより立体像として観察される。また、要素画像E6の部分要素画像PE4からの光線は、やはり隣の要素画像E5上のマイクロレンズ21を通って立体像観察領域OA4のユーザにより立体像として観察される。すなわち、ユーザは、斜め45度よりも少し高い位置から立体像を俯瞰することができる。
The light beam from the partial elemental image PE2 of the elemental image E4 passes through the
なお、図5に示したようなハニカム構造にすると、実効的な要素画像は、水平方向の要素画像幅が垂直方向の要素画像幅よりも短くなる。しかし、図6に示したように、光線を遮断する領域を左右に配置すれば、垂直方向の要素画像幅を維持したまま、水平方向の要素画像幅を倍にして、水平方向の幅を垂直方向の幅よりも長くできる。このため、要素画像の離散的配置として、両方にまたがるような位置(要素画像の4つの角)は図7に示すように優先的に縦方向、すなわち、部分要素画像PE2、PE4に割り振っている。 Note that when a honeycomb structure as shown in FIG. 5 is used, the effective elemental image width in the horizontal direction is shorter than the elemental image width in the vertical direction. However, as shown in Figure 6, if you place light ray blocking areas on the left and right, you can double the horizontal element image width while maintaining the vertical element image width, and It can be made longer than the width in the direction. For this reason, as for the discrete arrangement of elemental images, the positions that span both (the four corners of the elemental image) are preferentially allocated in the vertical direction, that is, to the partial elemental images PE2 and PE4, as shown in FIG. .
そして、上述したように、同期制御部42は、光線遮断部30における時分割的な光線の透過又は遮断と、表示部10における要素画像又は部分要素画像の表示する領域及び表示する内容の変更とを同期させる。
このように、実施の形態1に係る立体像表示装置及び立体像表示方法は、ユーザが楽な姿勢で立体像を観察できるように立体像の視域を拡大することができる。
As described above, the
In this way, the stereoscopic image display device and the stereoscopic image display method according to the first embodiment can expand the viewing range of the stereoscopic image so that the user can observe the stereoscopic image in a comfortable posture.
なお、実施の形態1に係る立体像表示装置又は立体像表示方法では、種々の変更、変形が可能である。
例えば、上記の実施の形態1では、光線遮断部30が1列おきにマイクロレンズ21からの光線を透過又は遮断したが、1行おきに透過又は遮断しても良いし、1列おきかつ1行おきに透過又は遮断しても良い。
Note that various changes and modifications can be made to the stereoscopic image display device or the stereoscopic image display method according to the first embodiment.
For example, in the first embodiment described above, the light
図9は、第1変形例に係る光線遮断部30を説明するための図である。図9は、やはり、光線制御部20上に配置された光線遮断部30を上から視たときの図である。ハッチングを付した領域31は、光線遮断部30が光線を遮断する領域を示し、ハッチングが付されていない領域32は、光線遮断部30が光線を透過する領域を示す。
FIG. 9 is a diagram for explaining the light
第1変形例において、光線遮断部30は、マイクロレンズ21からの光線を1列おきかつ1行おきに透過又は遮断する、すなわち、4つのマイクロレンズ21のうちの1つのマイクロレンズ21からの光線を透過し、残りの3つのマイクロレンズ21からの光線を遮断する。また、光線遮断部30は、光線を透過するマイクロレンズ21を順次変更して、4つのマイクロレンズ21からの光線を順番に透過する。
このとき、要素画像配置部41は、光線が透過される1つのマイクロレンズ21に対応する要素画像を、当該マイクロレンズ21に対応する領域と、その周囲の光線が遮断されるマイクロレンズ21に対応する領域とを加えた領域に配置する。
In the first modification, the light
At this time, the element
図10は、第1変形例に係る要素画像Eを説明するための図である。やはり、格子状の太線Aで囲まれた領域のそれぞれが、光線遮断部30により光線が透過される1つのマイクロレンズ21に対応する要素画像Eである。図10にも、横3画像×縦3画像=計9画像の要素画像E11~E19が示されている。また、各要素画像E11~E19は、部分要素画像PE11~PE14で構成されている。
FIG. 10 is a diagram for explaining the element image E according to the first modification. Again, each region surrounded by thick grid lines A is an element image E corresponding to one
図11は、第1変形例に係る視域を説明するための図である。図11は、やはり、視域を上から視たときの図である。メインローブML11の周囲に4つのサイドローブSL11~SL14が形成され、更に、サイドローブSL11~SL14内に4つの立体像観察領域OA11~OA14が形成されている。 FIG. 11 is a diagram for explaining the viewing zone according to the first modification. FIG. 11 is also a diagram when viewing the viewing area from above. Four side lobes SL11 to SL14 are formed around the main lobe ML11, and four stereoscopic image observation areas OA11 to OA14 are further formed within the side lobes SL11 to SL14.
第1変形例では、ユーザは、表示部10に表示された要素画像E14の部分要素画像PE14を立体像観察領域OA12から観察する。また、ユーザは、表示部10に表示された要素画像E16の部分要素画像PE12を立体像観察領域OA14から観察する。
このように、第1変形例に係る立体像表示装置及び立体像表示方法でも、ユーザが楽な姿勢で立体像を観察できるように立体像の視域を拡大することができる。
In the first modification, the user observes the partial elemental image PE14 of the elemental image E14 displayed on the
In this way, the stereoscopic image display device and the stereoscopic image display method according to the first modification can also expand the viewing range of the stereoscopic image so that the user can observe the stereoscopic image in a comfortable posture.
また、上記の実施の形態1又は変形例では、部分要素画像の形状を3角形としたが、4角形としても良い。ディスプレイには横長のものが多いので、要素画像配置部41はディスプレイの縦横比に対応させて部分要素画像を配置する。
Further, in the first embodiment or the modified example described above, the shape of the partial element image is triangular, but it may be quadrilateral. Since many displays are horizontally long, the elemental
図12は、第2変形例に係る要素画像Eを説明するための図である。やはり、格子状の太線Aで囲まれた領域のそれぞれが、光線遮断部30により光線が透過される1つのマイクロレンズ21に対応する要素画像Eである。光線遮断部30は、図9に示したものと同様に、マイクロレンズ21からの光線を1列おきかつ1行おきに透過又は遮断する。図12にも、横3画像×縦3画像=計9画像の要素画像E21~E29が示されている。また、各要素画像E21~E29は、部分要素画像PE21~PE24で構成されている。
FIG. 12 is a diagram for explaining the element image E according to the second modification. Again, each region surrounded by thick grid lines A is an element image E corresponding to one
図13は、第2変形例に係る視域を説明するための図である。図13は、やはり、視域を上から視たときの図である。メインローブML21の周囲に4つのサイドローブSL21~SL24が形成され、更に、サイドローブSL21~SL24内に4つの立体像観察領域OA21~OA24が形成されている。 FIG. 13 is a diagram for explaining the viewing zone according to the second modification. FIG. 13 is also a diagram when viewing the viewing area from above. Four side lobes SL21 to SL24 are formed around the main lobe ML21, and four stereoscopic image observation areas OA21 to OA24 are further formed within the side lobes SL21 to SL24.
第2変形例では、ユーザは、表示部10に表示された要素画像E24の部分要素画像PE22を立体像観察領域OA22から観察する。また、ユーザは、表示部10に表示された要素画像E26の部分要素画像PE24を立体像観察領域OA24から観察する。
このように、第2変形例に係る立体像表示装置及び立体像表示方法でも、ユーザが楽な姿勢で立体像を観察できるように立体像の視域を拡大することができる。
In the second modification, the user observes the partial element image PE22 of the element image E24 displayed on the
In this way, the stereoscopic image display device and the stereoscopic image display method according to the second modification can also expand the viewing range of the stereoscopic image so that the user can observe the stereoscopic image in a comfortable posture.
また、上記の実施の形態1では、表示部10の表示領域の形状が4角形であって、ユーザは表示領域の各辺と略直交する方向に設けられた4方向の立体像観察領域から立体像を観察するようにしたが、ユーザは表示領域の辺と略直交する方向に設けられた1~3方向の立体像観察領域から立体像を観察するようにしても良い。この場合には、要素画像配置部41は、それぞれの立体像観察領域から歪みのない立体像を観察できるように、要素画像又は複数の部分要素画像を配置する。
Further, in the first embodiment described above, the display area of the
また、上記の実施の形態1では、表示部10の表示領域の形状は4角形であったが、表示領域の形状は多角形、矩形又は円形であっても良く、この場合にも、要素画像配置部41は、それぞれの立体像観察領域から歪みのない立体像を観察できるように、要素画像又は複数の部分要素画像を配置する。
Further, in the first embodiment described above, the shape of the display area of the
また、上記の実施の形態1では、要素画像配置部41は、俯瞰する立体像の要素画像又は部分要素画像を、それらからの光線を透過するマイクロレンズ21の隣(又は、周辺)のマイクロレンズ21の下に配置したが、要素画像配置部41は、俯瞰する立体像の要素画像又は部分要素画像を、それらからの光線を透過するマイクロレンズ21の下に更に配置しても良い。例えば、上記の実施の形態1では、図8に示した立体像観察領域OA2において、要素画像E4の部分要素画像PE2からの光線による立体像を観察したが、要素画像E4の部分要素画像PE2、PE4、及び、要素画像E5の部分要素画像PE2からの光線による立体像を観察するようにしても良い。
Furthermore, in the first embodiment described above, the elemental
また、上記の実施の形態1では、要素画像配置部41を立体像表示装置1の構成の1つとしたが、要素画像配置部41を立体像表示装置1とは別の構成としても良い。すなわち、立体像表示装置1は、立体像表示装置1の外部の要素画像配置装置などから図7,10、12に示した要素画像を入力しても良い。
また、上記の実施の形態1に係る立体像表示装置1を、立体像表示装置1と、多視点画像群を撮像する複数の撮像装置とを備える立体像生成表示システム、例えば、TV会議システムなどとして構成しても良い。
また、上記の実施の形態1に係る立体像表示装置1又は立体像生成表示システムを、ゲーム機器、インテリアなどとして構成しても良い。
Further, in the first embodiment described above, the elemental
Further, the stereoscopic
Furthermore, the stereoscopic
以上、説明したように、本実施の形態1に係る立体像表示装置1は、複数の要素画像Eを表示する表示部10と、表示部10上に2次元状に配置された複数の射出瞳(マイクロレンズ21)を有し、表示された要素画像Eの光線の射出方向を制御する光線制御部20と、光線制御部20の上又は下に配置され、射出瞳(マイクロレンズ21)毎に光線を透過又は遮断する光線遮断部30と、多視点画像群から複数の要素画像Eを生成して射出瞳(マイクロレンズ21)に対応させて配置する要素画像配置部41と、表示部10における要素画像Eの表示と、光線遮断部30における光線の透過又は遮断とを同期させる同期制御部42とを備え、要素画像配置部41は、光線遮断部30により光線が透過される射出瞳(マイクロレンズ21)に対応する領域と、光線遮断部30により光線が遮断される射出瞳(マイクロレンズ21)に対応する領域とを加えた領域に要素画像Eを配置するものである。
As described above, the stereoscopic
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。実施の形態2は、ユーザが立体像を視認する際にモアレを視認することを抑制するように、構成されている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. Further, in each drawing, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation will be omitted as necessary.
図14は、実施の形態2の概念を説明するための図である。立体像表示装置1においてマイクロレンズ21を通して立体像を観察する場合、観察位置によっては、(A)で示すように、モアレと呼ばれる、観察を妨害する斑が発生する可能性がある。モアレ(3Dモアレ)は、周期的な輝度のムラである。図14の(A)では、立体像表示装置1の中央の領域R1が暗く、両端の領域R1,R3が明るくなっている。このモアレは非常に大きな周期の斑であるため、視認し易い。
FIG. 14 is a diagram for explaining the concept of the second embodiment. When observing a stereoscopic image through the
一方、実施の形態2にかかる立体像表示装置1は、(B)で示すように、この大きな周期の斑を細かい周期に分散して視認されるように、構成されている。これにより、ユーザが立体像を視認する際にモアレを視認することが抑制される。詳しくは後述する。
On the other hand, as shown in (B), the stereoscopic
図15~図18は、本実施の形態にかかる立体像表示装置1による立体像の表示原理を説明するための図である。なお、図15~図18を用いて説明する原理は、上述した実施の形態1においても適用され得る。なお、図15~図18は、光線遮断部30(シャッタ)によって視域を拡大していない一般的な場合の例である。
15 to 18 are diagrams for explaining the principle of displaying a stereoscopic image by the stereoscopic
図15に示すように、立体像表示装置1は、複数のマイクロレンズ21(射出瞳)を有する光線制御部20(マイクロレンズアレイ)と、複数の画素11(画素11A、11B、11C)を有する表示部10とを有する。図15に示すように、画素11の上にマイクロレンズ21を配置することによって、画素11からの光が、指向性を有するようになる。例えば、画素11とマイクロレンズ21の主点との距離がマイクロレンズ21の焦点距離である場合、画素11からの光は、マイクロレンズ21を通して、平行光として発せられる。
As shown in FIG. 15, the stereoscopic
図15の例では、マイクロレンズ21-1の下において、中央にある画素11Aからの光は、実線で示されるように、上方向に発せられる。また、右側にある画素11Bからの光は、破線で示されるように、左上方向に発せられる。また、左側にある画素11Cからの光は、一点鎖線で示されるように、右上方向に発せられる。このように、マイクロレンズ21の下の画素11からの光は、それぞれ、ある方向の光として表現され得る。
In the example of FIG. 15, light from the
図15に示すように、画素11からの光が指向性を有するため、図16に示すように、画素11ごとの光線の集合として、1点の奥行きのある点を表現できる。たとえば、点PAは、各マイクロレンズ21の下の画素11Aからの光が集まった点である。点PBは、各マイクロレンズ21の下の画素11Bからの光が集まった点である。なお、各マイクロレンズ21の下の画素11Aは撮影された物体の同じ位置に対応し、その位置は点PAで再現される。同様に、各マイクロレンズ21の下の画素11Bは撮影された物体の同じ位置に対応し、その位置は点PBで再現される。このように、本実施の形態にかかる立体像表示装置1は、3次元の奥行きを持った点を、空間上のある1点に集光される光で表現している。
As shown in FIG. 15, since the light from the
ここで、各マイクロレンズ21の下の画素11の数は有限である。図17に示す例では、説明のため、各マイクロレンズ21の下には、画素11A、11B、11Cの3つの画素11があるとしている。例えば、マイクロレンズ21-1の下には、画素11A-1、11B-1、11C-1の3つの画素11がある。そして、隣のマイクロレンズ21では、隣のマイクロレンズ21の下の画素11によって光線が表現される。したがって、1つのマイクロレンズ21-1では、そのマイクロレンズ21-1の直下の要素画像の範囲で、光線が表現されることとなる。つまり、このマイクロレンズ21-1で表現できる点の範囲は、このマイクロレンズ21-1の主点と要素画像の幅とによって決まる角度の範囲(視域角θ)となる。視域角θの外については、隣のマイクロレンズ21の下の要素画像による光が現れる。したがって、意図した立体像を表現することができない。
Here, the number of
したがって、要素画像からマイクロレンズ21を通して表示される表示範囲が重なる範囲が、観察できる範囲(視域)となる。図18の例では、ハッチングされた領域Vrが、表示部10の画面の端から端までの表示範囲が重なる部分にあたる視域を表している。
Therefore, the range where the display ranges displayed through the
ここで、実施の形態2にかかる光線制御部20(射出瞳)がマイクロレンズアレイ及びピンホールアレイで実現される場合について、図面を用いて説明する。
図19は、実施の形態2にかかる光線制御部20がピンホールアレイで実現される場合の例を示す図である。また、図20は、図19に示したピンホールアレイの拡大図である。ピンホールアレイで構成された光線制御部20は、表示部10を覆うので、ピンホールアレイのサイズは、表示部10のサイズと実質的に同等となる。
Here, a case where the light beam control unit 20 (exit pupil) according to the second embodiment is realized by a microlens array and a pinhole array will be described using the drawings.
FIG. 19 is a diagram showing an example in which the light
図19に示すように、ピンホールアレイで構成された光線制御部20は、多数のピンホール22を有する。図19及び図20に示すように、ピンホール22は、例えば正六角形で形成される。また、図20に示すように、ピンホール22は、隣り合うピンホール22と、互いに60度の角度で配置されている。また、ピンホール22の水平方向(横方向)の長さを水平開口幅Hwとする。また、ピンホール22の垂直方向(縦方向)の長さを垂直開口幅Hhとする。また、隣り合うピンホール22との水平方向(横方向)の距離(中心間距離)を水平ピッチHphとする。また、隣り合うピンホール22との垂直方向(縦方向)の距離(中心間距離)を垂直ピッチHpvとする。
As shown in FIG. 19, the light
ここで、水平方向のピンホール22の数(水平透過開口数)は、立体像を表示するときの水平画素数(水平方向の3D画素数)に対応する。同様に、垂直方向のピンホール22の数(垂直透過開口数)は、立体像を表示するときの垂直画素数(垂直方向の3D画素数)に対応する。また、各ピッチは、それぞれの方向における要素画像の幅と視域の角度(視域角)とによって決まる。そして、開口幅は、表示される画素の1つの光が透過するサイズとなる。つまり、開口幅は、サブピクセルを表示するトリプレット(1組のRGBサブピクセル)のサイズとなる。このようにすることで、色の分布を崩すことが抑制されるので、ユーザは、視差のモアレを感じにくくなる。
Here, the number of
図21は、実施の形態2にかかる光線制御部20がマイクロレンズアレイで実現される場合の例を示す図である。マイクロレンズアレイで構成された光線制御部20は、表示部10を覆うので、マイクロレンズアレイのサイズは、表示部10のサイズと実質的に同等となる。
FIG. 21 is a diagram showing an example in which the light
図5に示したものと同様に、マイクロレンズアレイで構成された光線制御部20は、正六角形のマイクロレンズ21を隙間なく並べたハニカム構造を有している。したがって、図21は、ハニカムレンズの開口形状を示す。このような構造とすることにより、正六角形のマイクロレンズ21が互い違いに配置されるので、効率よくマイクロレンズ21を配置することができる。これにより、立体像の見た目の解像度を向上させることができる。また、このようにマイクロレンズ21を配置することにより、レンズの効率を高めることができる。
Similar to the one shown in FIG. 5, the light
また、図21において、マイクロレンズ21の上端から下端までの距離が、垂直方向(縦方向)の3D画素ピッチLpvとなる。また、隣り合うマイクロレンズ21の水平方向(横方向)の中心間距離が、水平方向の3D画素ピッチLphとなる。ここで、マイクロレンズアレイにおいて、マイクロレンズ21の山の数は、立体像を表示するときの3D画素数に対応する。そして、ピンホールアレイの場合と同様に、垂直方向のマイクロレンズ21の山の数は、立体像を表示するときの垂直画素数(垂直方向の3D画素数)に対応する。また、水平方向のマイクロレンズ21の山の数は、立体像を表示するときの水平画素数(水平方向の3D画素数)に対応する。
Further, in FIG. 21, the distance from the upper end to the lower end of the
図22は、実施の形態2にかかる立体像表示装置1の設計条件について説明するための図である。図22は、光線制御部20がマイクロレンズアレイで実現される場合について示す。まず、レンズ画素間距離dの算出方法について説明する。要素画像幅Epは、画素ピッチPp(画素幅)を用いて以下の式1で表すことができる。ここで、nvは、視差数である。
Ep=nv×Pp ・・・(1)
FIG. 22 is a diagram for explaining the design conditions of the stereoscopic
E p =n v ×P p ...(1)
レンズ画素間距離dは、図17から、視域角θを用いて以下の式2で表すことができる。
d=tan(θ/2)×Ep/2 ・・・(2)
ここで、式2は、式1より、以下の式3のように表すことができる。
d=tan(θ/2)×nv×Pp/2 ・・・(3)
From FIG. 17, the lens pixel distance d can be expressed by the
d=tan(θ/2)×E p /2 (2)
Here,
d=tan(θ/2)× nv × Pp /2...(3)
次に、レンズピッチLpの算出方法について説明する。視域をレンズ(マイクロレンズ21)からユーザ視点Pvまでの距離(視距離L)の位置で最適化するために、レンズを、視距離Lの要素画像の光がある丸用に設計する。このように設計することにより、折り返しの視域も視距離Lの位置で最適化できる。 Next, a method for calculating the lens pitch Lp will be explained. In order to optimize the viewing zone at the position of the distance (visual distance L) from the lens (microlens 21) to the user viewpoint Pv, the lens is designed to be a circle where the light of the elemental image at the viewing distance L is located. By designing in this way, the viewing area of the folded back can also be optimized at the position of the viewing distance L.
レンズピッチLpは、要素画像幅Ep、視距離L、レンズ画素間距離d、要素画像ピッチ(要素画像幅)Epとして、図22より、幾何学的な手法によって、次の式4によって求めることができる。
Lp=Ep×L/(L+d) ・・・(4)
なお、俯瞰表示の場合、ユーザは、腕の長さの距離を視距離Lとして観察することが多い。つまり、視距離Lは、腕の長さ等に応じて、予め定められ得る。成人の腕の長さは約600mm程度であるので、例えばL=600mm程度として、レンズピッチLpを設計するとよい。
The lens pitch L p is determined by the following
L p =E p ×L/(L+d)...(4)
In addition, in the case of an overhead view display, the user often observes with the viewing distance L being an arm's length distance. That is, the viewing distance L can be determined in advance depending on the length of the arm and the like. Since the length of an adult's arm is approximately 600 mm, it is preferable to design the lens pitch L p by setting L = approximately 600 mm, for example.
次に、マイクロレンズ21の曲率半径の算出方法について説明する。図23は、実施の形態2にかかる、レンズピッチと画素拡大像との関係について示す図である。図23において、画素11がマイクロレンズ21によって拡大された像が表示されている。画素11は、赤サブピクセル11rと、緑サブピクセル11gと、青サブピクセル11bとで構成されるトリプレットである。RGBのトリプレットが全て画素として表示されることで、色を表示できる。また、このようにすることで、正面以外の位置から観察したときも隣の視差の画素が順次観察されるようになり、モアレが観察されづらくなる。このように、図23で示すように、レンズ内に画素のトリプレット全てが観察されるようになるための条件から、レンズの倍率を求める。
Next, a method for calculating the radius of curvature of the
倍率mは、レンズピッチLp及び画素ピッチPpから、以下の式5によって求められる。
m=Lp/Pp ・・・(5)
The magnification m is obtained from the lens pitch L p and the pixel pitch P p using the following equation 5.
m= Lp / Pp ...(5)
焦点距離fは、レンズ画素間距離dを用いて、画素を拡大した像面の位置をd’として、以下の式6で表すことができる。
f=d×d’/(d’+d)
f=d/(1+d/d’) ・・・(6)
The focal length f can be expressed by the
f=d×d'/(d'+d)
f=d/(1+d/d')...(6)
ここで、倍率mは、以下の式7で表すこともできる。
m=d’/d ・・・(7)
この式を式6の結像式に代入すると、以下の式8が得られる。
f=d/(1+1/m)
f=d/(1+Pp/Lp) ・・・(8)
Here, the magnification m can also be expressed by the
m=d'/d...(7)
By substituting this equation into the imaging equation of
f=d/(1+1/m)
f=d/(1+P p /L p )...(8)
また、マイクロレンズ21を平凸レンズとすると、曲率半径rは、屈折率nとして、以下の式9で求められる。
r=f×(n-1) ・・・(9)
ここで、式9に式8を代入すると、以下の式10が得られる。
r=d/(1+Pp/Lp)×(n-1) ・・・(10)
Further, if the
r=f×(n-1)...(9)
Here, by substituting
r=d/(1+P p /L p )×(n-1) (10)
以上のようにして、マイクロレンズアレイを設計することができる。なお、光線制御部20をピンホールアレイで実現する場合も同様にして、ピンホールアレイを設計することができる。この場合、曲率半径の代わりに開口幅をRGBトリプレットのサイズとなるように設計すればよい。
A microlens array can be designed in the manner described above. Note that when the light
次に、実施の形態2にかかるアクティブシャッタ(光線遮断部30)の動作について、図を用いて説明する。実施の形態2にかかる光線遮断部30の動作によって、フィールドシーケンシャル方式が実現される。
Next, the operation of the active shutter (light beam blocking section 30) according to the second embodiment will be explained using the drawings. The field sequential method is realized by the operation of the light
図24~図30は、実施の形態2にかかるアクティブシャッタの動作を説明するための図である。図24~図27は、ある瞬間において光線遮断部30がマイクロレンズ21を遮蔽している状態を示している。ここで、図24から図27の順で、光線遮断部30の遮断が高速に(例えば240Hzで)切り替わるとする。また、図28は、図24及び図26におけるA-A’線断面を示す図である。また、図29は、図25及び図27におけるB-B’線断面を示す図である。
24 to 30 are diagrams for explaining the operation of the active shutter according to the second embodiment. 24 to 27 show a state in which the light
あるタイミング(瞬間)の時刻t1で、図24のように光線遮断部30がマイクロレンズ21を遮蔽する。これにより、領域31で光線が遮断され、「1」が付された領域32では、マイクロレンズ21-1を介して光線が透過する。ここで、マイクロレンズ21-1と隣り合うマイクロレンズ21が遮蔽されている。したがって、マイクロレンズ21-1から透過される1つの要素画像の領域を、従来の1つのマイクロレンズ21に対応する領域(図28の領域E1’)から、マイクロレンズ21に対応する領域と、その領域と互いに隣り合い光線を遮断する領域31の一部に対応する領域とを加えた第1の領域(図24及び図28の領域E1)にまで拡げることができる。これは、上述した要素画像ピッチ(要素画像幅)Epを、この拡げられた要素画像E1の幅に対応するようにマイクロレンズ21を設計することで、実現可能である。このことは、後述する図25~図27でも同様である。
At a certain timing (instant) time t1, the light
時刻t1の次のタイミング(瞬間)の時刻t2で、図25のように光線遮断部30がマイクロレンズ21を遮蔽する。これにより、領域31で光線が遮断され、「2」が付された領域32では、マイクロレンズ21-2を介して光線が透過する。ここで、マイクロレンズ21-2と隣り合うマイクロレンズ21が遮蔽されている。したがって、マイクロレンズ21-2から透過される1つの要素画像の領域を、従来の1つのマイクロレンズ21に対応する領域(図29の領域E2’)から、マイクロレンズ21に対応する領域と、その領域と互いに隣り合い光線を遮断する領域31の一部に対応する領域とを加えた第1の領域(図25及び図29の領域E2)にまで拡げることができる。
At time t2, which is the next timing (instant) after time t1, the light
時刻t2の次のタイミング(瞬間)の時刻t3で、図26のように光線遮断部30がマイクロレンズ21を遮蔽する。これにより、領域31で光線が遮断され、「3」が付された領域32では、マイクロレンズ21-3を介して光線が透過する。ここで、マイクロレンズ21-3と隣り合うマイクロレンズ21が遮蔽されている。したがって、マイクロレンズ21-3から透過される1つの要素画像の領域を、従来の1つのマイクロレンズ21に対応する領域(図28の領域E3’)から、マイクロレンズ21に対応する領域と、その領域と互いに隣り合い光線を遮断する領域31の一部に対応する領域とを加えた第1の領域(図26及び図28の領域E3)にまで拡げることができる。
At time t3, which is the next timing (instant) after time t2, the light
時刻t3の次のタイミング(瞬間)の時刻t4で、図27のように光線遮断部30がマイクロレンズ21を遮蔽する。これにより、領域31で光線が遮断され、「4」が付された領域32では、マイクロレンズ21-4を介して光線が透過する。ここで、マイクロレンズ21-4と隣り合うマイクロレンズ21が遮蔽されている。したがって、マイクロレンズ21-4から透過される1つの要素画像の領域を、従来の1つのマイクロレンズ21に対応する領域(図29の領域E4’)から、マイクロレンズ21に対応する領域と、その領域と互いに隣り合い光線を遮断する領域31の一部に対応する領域とを加えた第1の領域(図27及び図29の領域E4)にまで拡げることができる。
At time t4, which is the next timing (instant) after time t3, the light
また、時刻t4の次のタイミング(瞬間)では、再び、図25のように光線遮断部30がマイクロレンズ21を遮蔽する。以後、図24から図27の順序で、光線遮断部30は、マイクロレンズ21の遮蔽を繰り返す。なお、図24~図29で明らかなように、時刻t1~t4における要素画像E1~E4を構成する画素11は、互いに独立しておらず、1つの画素11が複数の要素画像E1~E4のそれぞれを構成し得る。
Moreover, at the next timing (instant) after time t4, the light
図30は、実施の形態2にかかるアクティブシャッタの動作により、ユーザが知覚する像を示す図である。図30において、「1」が付されたマイクロレンズ21(要素画像)は、図24に示すマイクロレンズ21-1(要素画像E1)に対応する。また、「2」が付されたマイクロレンズ21(要素画像)は、図25に示すマイクロレンズ21-2(要素画像E2)に対応する。また、「3」が付されたマイクロレンズ21(要素画像)は、図26に示すマイクロレンズ21-3(要素画像E3)に対応する。また、「4」が付されたマイクロレンズ21(要素画像)は、図27に示すマイクロレンズ21-4(要素画像E4)に対応する。 FIG. 30 is a diagram showing an image perceived by a user due to the operation of the active shutter according to the second embodiment. In FIG. 30, the microlens 21 (element image) marked with "1" corresponds to the microlens 21-1 (element image E1) shown in FIG. Further, the microlens 21 (element image) marked with "2" corresponds to the microlens 21-2 (element image E2) shown in FIG. Further, the microlens 21 (element image) marked with "3" corresponds to the microlens 21-3 (element image E3) shown in FIG. Further, the microlens 21 (element image) marked with "4" corresponds to the microlens 21-4 (element image E4) shown in FIG.
上記のように、時系列でシャッタ(光線遮断部30)を切り替えることで、全てのマイクロレンズ21から、光線が透過され、対応する画像が表示される。ここで、光線遮断部30及び画素11が高速に(例えば240Hz等の数百Hzで)駆動できる場合、人間の能力では、その切り替えを知覚できない。したがって、ユーザは、図30で示すように、全てのマイクロレンズ21からの光として、画像を知覚(錯覚)する。つまり、ユーザは、3Dの画素数を、マイクロレンズ21の数として、立体像を観察できる。言い換えると、ユーザは、図24~図27で透過された画像が重ね合わされた画像を知覚することとなる。したがって、限られた画素11の数で、視域が拡げられた要素画像を、ユーザにとって違和感なく、知覚することができる。
As described above, by switching the shutter (light beam blocking section 30) in time series, light beams are transmitted through all the
図31は、従来の立体像表示装置1において、モアレの発生原理について説明するための図である。図31に示す従来の立体像表示装置1は、光線遮断部30を有していない。また、説明のため、図31に示す従来の表示部10は、各要素画像Eにおいて、横方向(水平方向)に6個の画素11A,11B,11C,11D,11E,11Fを有する。また、同じハッチングが施された画素11は、多視点の撮像装置群における同じ位置の画素に対応する。
FIG. 31 is a diagram for explaining the principle of moire generation in the conventional stereoscopic
光線制御部20によって表示部10の一部を拡大して指向性を与える立体像表示装置1では、画素の周期と、周期性のある光線制御部20(マイクロレンズアレイ又はピンホールアレイ)とが干渉する。言い換えると、画素ピッチとレンズピッチとが干渉する。これにより、画素間の非表示領域であるブラックマトリクス(Black Matrix;BM)による、周期的な大きな斑(モアレ)が観察されることがある。
In the stereoscopic
具体的に説明する。マイクロレンズ21によって指向性を与えられた画素11の光線が交わる点で、繰り返す画素11(周期的に配置された対応する複数の画素11の光線)が重なりあい画素の輝度分布に起因した光強度分布12が現れる。図31の例では、周期的に配置された複数の画素11Bの光線が交わる点Pfbで、繰り返す画素11Bが重なりあい画素の輝度分布に起因した光強度分布12Bが現れる。同様に、周期的に配置された複数の画素11Cの光線が交わる点Pfcで、繰り返す画素11Cが重なりあい画素の輝度分布に起因した光強度分布12Cが現れる。また、周期的に配置された複数の画素11Dの光線が交わる点Pfdで、繰り返す画素11Dが重なりあい画素の輝度分布に起因した光強度分布12Dが現れる。ここで、設計された視距離L(光線が交わる点)で観察すれば、画面が一様に観察され得る。しかしながら、観察距離が設計された視距離Lからずれると、光強度分布12のブラックマトリクス13が、画面内の斑として認識される。
I will explain in detail. At the point where the light rays of the
例えば、光線が交わる点Pfdを視点(観察位置)とすると、光強度分布12Dに対応する色が画面全体に見える。一方、この光線が交わる点Pfdから視距離Lの方向にずれた位置を視点(観察位置)とすると、光強度分布12Dと光強度分布12Cとの間のブラックマトリクス13が視認されるようになる。ここで、図22を参照すると、観察距離が設計された視距離Lから長くなると、幾何学的な関係により、みかけの要素画像幅Ep’が、設計上の要素画像幅Epよりも短くなる。また、観察距離が設計された視距離Lから短くなると、幾何学的な関係により、みかけの要素画像幅Ep’が、設計上の要素画像幅Epよりも長くなる。このような、みかけの要素画像幅Ep’と設計上の要素画像幅Epとのずれによって、周期的な画素ピッチと周期的なレンズピッチとの干渉が発生し、モアレが視認される。
For example, if the point Pfd where the light rays intersect is taken as a viewpoint (observation position), the color corresponding to the
なお、水平視差のみ与える立体像表示装置では、垂直方向に画素の斑を分散させるために、レンズを斜めにしたり、画素側を斜めにしたりすることが行われてきた。実施の形態2にかかる立体像表示装置1は、以下に説明するように、光線遮断部30を用いて、斑(モアレ)の視認を低減する。これにより、実施の形態2にかかる立体像表示装置1は、特殊な画素形状、又は光学拡散構造等の特殊な構造を必要としないで、モアレの視認を低減することができる。
Note that in stereoscopic image display devices that provide only horizontal parallax, in order to disperse pixel spots in the vertical direction, the lens has been made oblique or the pixel side has been made oblique. The stereoscopic
図32及び図33は、実施の形態2にかかる立体像表示装置1を示す図である。説明を明確にするため、図32及び図33では、立体像表示装置1の水平方向(横方向)について考えるとする。なお、図32及び図33の構造は、立体像表示装置1の垂直方向(縦方向)に対応するとしてもよい。また、説明を明確にするため、図32及び図33では、光線遮断部30は、マイクロレンズアレイの奇数列(左又は右から奇数番目の列)のマイクロレンズ21と、偶数列(左又は右から偶数番目の列)のマイクロレンズ21とを、交互に遮蔽するとする。
32 and 33 are diagrams showing a stereoscopic
また、説明のため、図32及び図33では、4つのマイクロレンズ21-1A、21-2A,21-1B,21-2Bが示されている。マイクロレンズ21-1A、21-1Bは奇数列のマイクロレンズ21であり、マイクロレンズ21-2A,21-2Bは偶数列のマイクロレンズ21であるとする。 Furthermore, for the sake of explanation, four microlenses 21-1A, 21-2A, 21-1B, and 21-2B are shown in FIGS. 32 and 33. It is assumed that microlenses 21-1A and 21-1B are microlenses 21 in odd-numbered rows, and microlenses 21-2A and 21-2B are microlenses 21 in even-numbered rows.
図32及び図33に示すように、マイクロレンズ21-1A及びマイクロレンズ21-2Aが互いに隣り合っている。また、マイクロレンズ21-2A及びマイクロレンズ21-1Bが互いに隣り合っている。また、マイクロレンズ21-1B及びマイクロレンズ21-2Bが互いに隣り合っている。そして、図32では、マイクロレンズ21-2A及びマイクロレンズ21-2Bが光線遮断部30によって遮蔽されている。一方、図33では、マイクロレンズ21-1A及びマイクロレンズ21-1Bが光線遮断部30によって遮蔽されている。
As shown in FIGS. 32 and 33, the microlens 21-1A and the microlens 21-2A are adjacent to each other. Further, the microlens 21-2A and the microlens 21-1B are adjacent to each other. Further, the microlens 21-1B and the microlens 21-2B are adjacent to each other. In FIG. 32, the microlens 21-2A and the microlens 21-2B are shielded by the light
また、表示部10は、互いに隣り合っている画素11Aa,11Ba,11Ca,11Da,11Ea,11Fa,11Ga,11Ha,11Ia,11Ja,11Kaを有する。また、表示部10は、互いに隣り合っている画素11Ab,11Bb,11Cb,11Db,11Eb,11Fb,11Gb,11Hb,11Ib,11Jb,11Kbを有する。また、表示部10は、互いに隣り合っている画素11Ac,11Bc,11Cc,11Dc,11Ec,11Fcを有する。なお、画素11Ka及び画素11Abは互いに隣り合っており、画素11Kb及び画素11Acは互いに隣り合っている。
The
ここで、実施の形態2にかかる立体像表示装置1(表示部10)は、1つのマイクロレンズ21で覆われている画素幅が、画素11のN+1/2(Nは1以上の整数)個分の長さとなるように構成されている。図32及び図33の例では、1つのマイクロレンズ21で覆われている画素幅は、画素11の5.5個分の長さに相当する。
Here, in the stereoscopic image display device 1 (display unit 10) according to the second embodiment, the pixel width covered by one
ここで、上述したように、本実施の形態では、1つの要素画像Eの領域を、光線遮断部30によって遮蔽されたマイクロレンズ21に対応する領域の一部にまで拡大している。したがって、上述した構成により、1つのマイクロレンズ21で透過される要素画像Eの幅は、画素11の2×(N+1/2)=(2N+1)個分となる。つまり、要素画像Eの幅は、表示部10を構成する画素11の奇数個分の長さとなる。図32及び図33の例では、1つの要素画像の幅は、画素11の11個分の長さに相当する。このように画素11を配列することによって、要素画像は、隣接するマイクロレンズ21ごとに要素画像の幅の半分ずつずれるように構成されている。
Here, as described above, in this embodiment, the area of one elemental image E is expanded to a part of the area corresponding to the
そして、図32の状態では、光線遮断部30によって遮蔽されていないマイクロレンズ21-1Aに対応する要素画像E1Aは、画素11Aa,11Ba,11Ca,11Da,11Ea,11Fa,11Ga,11Ha,11Ia,11Ja,11Kaに対応する。また、光線遮断部30によって遮蔽されていないマイクロレンズ21-1Bに対応する要素画像E1Bは、画素11Ab,11Bb,11Cb,11Db,11Eb,11Fb,11Gb,11Hb,11Ib,11Jb,11Kbに対応する。なお、同じハッチングが施された画素11は、多視点の撮像装置群における同じ位置の画素に対応する(後述する図37及び図38でも同様)。
In the state of FIG. 32, the element image E1A corresponding to the microlens 21-1A that is not blocked by the light
一方、図33の状態では、光線遮断部30によって遮蔽されていないマイクロレンズ21-2Aに対応する要素画像E2Aは、画素11Ga,11Ha,11Ia,11Ja,11Ka,11Ab,11Bb,11Cb,11Db,11Eb,11Fbに対応する。また、光線遮断部30によって遮蔽されていないマイクロレンズ21-2Bに対応する要素画像E2Bは、画素11Gb,11Hb,11Ib,11Jb,11Kb,11Ac,11Bc,11Cc,11Dc,11Ec,11Fcに対応する。
On the other hand, in the state of FIG. 33, the element image E2A corresponding to the microlens 21-2A that is not blocked by the light
また、上述したように、マイクロレンズ21によって指向性を与えられた画素11の光線が交わる点で、繰り返す画素11(周期的に配置された対応する複数の画素11の光線)が重なりあい画素の輝度分布に起因する光強度分布12が現れる。図32の例では、要素画像E1(E1A,E1B)における画素11G(11Ga,11Gb)の光線が交わる点Pfgで、繰り返す画素11Gが重なりあい画素の輝度分布に起因する光強度分布12Gが現れる。また、要素画像E1(E1A,E1B)における画素11F(11Fa,11Fb)の光線が交わる点Pffで、繰り返す画素11Fが重なりあい画素の輝度分布に起因する光強度分布12Fが現れる。また、要素画像E1(E1A,E1B)における画素11E(11Ea,11Eb)の光線が交わる点Pfeで、繰り返す画素11Eが重なりあい画素の輝度分布に起因する光強度分布12Eが現れる。
Furthermore, as described above, at the point where the light rays of the
また、図33の例では、要素画像E2(E2A,E2B)における画素11B(11Bb,11Bc)の光線が交わる点Pfbで、繰り返す画素11Bが重なりあい画素の輝度分布に起因する光強度分布12Bが現れる。また、要素画像E2(E2A,E2B)における画素11A(11Ab,11Ac)の光線が交わる点Pfaで、繰り返す画素11Aが重なり合い画素の輝度分布に起因する光強度分布12Aが現れる。また、要素画像E2(E2A,E2B)における画素11K(11Ka,11Kb)の光線が交わる点Pfkで、繰り返す画素11Kが重なり合い画素の輝度分布に起因する光強度分布12Kが現れる。
In addition, in the example of FIG. 33, at the point Pfb where the light rays of the
ここで、上述したように、要素画像Eの幅が、表示部10を構成する画素11の奇数個分の長さとなるように構成することによって、シャッタ(光線遮断部30)を切り替えると、画素11の光線が交わる点で現れる画素11の輝度分布に起因する光強度分布12が、互いに半位相ずれた位置に現れることになる。図32及び図33に示すように、図32で現れる光強度分布12G,12F,12Eで構成される光強度分布群12-1が現れる位置は、図33で現れる光強度分布12B,12A,12Kで構成される光強度分布群12-2が現れる位置と、互いに半位相ずれている。
Here, as described above, by configuring the width of the elemental image E to be equal to the length of an odd number of
つまり、光強度分布群12-1を構成する光強度分布12G,12F,12Eそれぞれの中央の位置は、光強度分布群12-2を構成する光強度分布12B,12A,12Kのブラックマトリクス13の位置に対応することとなる。例えば、光強度分布12Gの中央の位置は、光強度分布12Bと光強度分布12Aとの間のブラックマトリクス13の位置に対応する。また、光強度分布12Fの中央の位置は、光強度分布12Aと光強度分布12Kとの間のブラックマトリクス13の位置に対応することとなる。また、光強度分布12Aの中央の位置は、光強度分布12Gと光強度分布12Fとの間のブラックマトリクス13の位置に対応する。また、光強度分布12Kの中央の位置は、光強度分布12Fと光強度分布12Eとの間のブラックマトリクス13の位置に対応する。
In other words, the center positions of the
このように構成することで、奇数列のマイクロレンズ21を遮蔽した場合と、偶数列のマイクロレンズ21を遮蔽した場合とで、ブラックマトリクス13が現れる位置が、半位相ずれることとなる。つまり、奇数列のマイクロレンズ21を遮蔽した場合と、偶数列のマイクロレンズ21を遮蔽した場合とで、画素11の周期と、周期性のある光線制御部20(マイクロレンズアレイ又はピンホールアレイ)とが干渉する位相が、半位相ずれることとなる。したがって、ブラックマトリクス13によって観察されるモアレの強弱の位相も、両者で半位相ずれることとなる。これにより、以下に説明するように、実施の形態2にかかる立体像表示装置1は、モアレの視認を低減することができる。
With this configuration, the position where the
図34は、実施の形態2にかかる立体像表示装置1における、モアレの視認を低減する原理を説明するための図である。図34は、図32及び図33における光線が交わる点Pfgから、視距離Lの方向にずれた位置を観察位置とした場合の例である。この例において、図32及び図33について、観察位置は同じとする。
FIG. 34 is a diagram for explaining the principle of reducing the visibility of moiré in the stereoscopic
図32の例の場合、観察位置から真下の方向は、光強度分布12Gの中央に対応するので、明るく見える。一方、真下の方向から水平方向に離れると、光強度分布12Gの両端に近づくので、ブラックマトリクス13の影響が高くなり、暗く見えてくる。グラフGr1は、図32の例の場合の、画面位置に対する光の強度を示す。グラフGr1に示すように、図32の例の場合、画面の中央近傍の光の強度が高く、両端に向かうにつれて光の強度が低くなる。したがって、モアレ分布Mo1で示すように、画面の中央近傍が明るく、両端に向かうにつれて暗くなるようなモアレが視認される。
In the example of FIG. 32, the direction directly below the observation position corresponds to the center of the
図33の例の場合、観察位置から真下の方向は、光強度分布12Bと光強度分布12Aとの間のブラックマトリクス13に対応するので、暗く見える。一方、真下の方向から水平方向に離れると、当該ブラックマトリクス13の影響が低くなるので、明るく見えてくる。グラフGr2は、図33の例の場合の、画面位置に対する光の強度を示す。グラフGr2に示すように、画面の中央近傍の光の強度が低く、両端に向かうにつれて光の強度が高くなる。したがって、モアレ分布Mo2で示すように、画面の中央近傍が暗く、両端に向かうにつれて明るくなるようなモアレが視認される。
In the example of FIG. 33, the direction directly below the observation position corresponds to the
ここで、上述したように、実施の形態2にかかる立体像表示装置1において、光線遮断部30は、マイクロレンズ21の1列おきに表示部10からの光線を遮断又は透過する。そして、光線遮断部30は、1つのマイクロレンズ21について、光線の透過と遮断とを交互に行う。これにより、ユーザの知覚では、モアレ分布Mo1とモアレ分布Mo2とが重ね合わされたモアレが視認される。したがって、ユーザには、モアレ分布Mo3で示すように、斑が分散されて知覚される。グラフGr3は、モアレ分布Mo3に対応する光の強度を示す。このように、ユーザに視認される画面では、光の強度が分散されている。
Here, as described above, in the stereoscopic
上述したように、互いに隣り合うマイクロレンズ21を交互に遮蔽するごとに、ブラックマトリクス13が現れる位置が、半位相ずれることとなる。したがって、ブラックマトリクス13によって観察されるモアレの強弱の位相も、半位相ずれることとなる。これにより、ユーザの知覚により斑が重ね合わされると、その強弱の周期の位相が半位相ずれているので、光の強度を互いに打ち消し合うこととなる。したがって、ユーザの知覚では、画面位置に対して概ね平均化された強度の光が観察される。なお、斑があった場合でもマイクロレンズ21を通して表示できる一番細かい空間周波数の斑になるため、人間が斑を知覚しづらくすることができる。したがって、実施の形態2にかかる立体像表示装置1は、特殊な画素形状、又は光学拡散構造等の特殊な構造を必要としないで、モアレの知覚を低減することが可能となる。
As described above, each time the
また、上述したように、実施の形態2にかかる立体像表示装置1では、奇数列のマイクロレンズ21と、偶数列のマイクロレンズ21とで、要素画像が別個のタイミングで表示される。そして、シャッタ(光線遮断部30)で遮蔽していないマイクロレンズ21に対応する画素とシャッタで遮蔽したマイクロレンズ21に対応する画素とで構成される要素画像の幅は、常に、画素の奇数個分つまり整数個分(2N+1;上述した例では11個分)の長さとなる。これにより、多視点画像を要素画像として効率よく表示できる(半端なく表示できる)効果がある。
Further, as described above, in the stereoscopic
次に、多視点画像と要素画像との関係について説明する。図35及び図36は、実施の形態2にかかる、多視点画像と要素画像との関係について説明するための図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするため、水平方向について考える。 Next, the relationship between multi-view images and element images will be explained. 35 and 36 are diagrams for explaining the relationship between multi-view images and element images according to the second embodiment. Note that in the following explanation, in order to clarify the explanation, the horizontal direction will be considered.
図35は、多視点画像を撮影する方法について説明するための図である。要素画像幅に対応する画素数に対応する数のカメラ50によって、物体90の多視点画像が撮影される。上述した例では、要素画像幅は画素11個分の長さであるので、11方向の多視点画像が必要となる。したがって、11方向を撮影するカメラ50A~50Kによって、物体90を11方向から撮影した11方向の多視点画像が撮影される。
FIG. 35 is a diagram for explaining a method of photographing a multi-view image. A multi-view image of the
図36は、多視点画像によって立体像を再現した状態を示す図である。上述したように、要素画像配置部41(図4)は、多視点のカメラ50A~50Kから多視点画像群を入力する。要素画像配置部41は、多視点のカメラ50A~50Kの画像を、複数の要素画像Eに配置する。これにより、要素画像Eから発せられる、カメラ50A~50Kに対応する光線3A~3Kにより、立体像2が再現される。なお、実写撮影だけでなく、コンピュータグラフィックスでも、同様に、要素画像幅に対応する画素数に対応する数と同じ数のカメラ50が必要になる。
FIG. 36 is a diagram showing a state in which a stereoscopic image is reproduced using multi-view images. As described above, the elemental image arrangement unit 41 (FIG. 4) receives a group of multi-view images from the
図37及び図38は、実施の形態2にかかる、カメラ50と要素画像Eとの関係を説明するための図である。図37は、奇数列のマイクロレンズ21-1,21-3,21-5が遮蔽されていない(つまり、奇数列のマイクロレンズ21-1,21-3,21-5が光線を透過する)状態を示す。図38は、偶数列のマイクロレンズ21-2,21-4が遮蔽されていない(つまり、偶数列のマイクロレンズ21-2,21-4が光線を透過する)状態を示す。 37 and 38 are diagrams for explaining the relationship between the camera 50 and the element image E according to the second embodiment. In FIG. 37, the microlenses 21-1, 21-3, and 21-5 in the odd-numbered rows are not shielded (that is, the microlenses 21-1, 21-3, and 21-5 in the odd-numbered rows transmit the light beam). Indicates the condition. FIG. 38 shows a state in which the even-numbered microlenses 21-2, 21-4 are not shielded (that is, the even-numbered microlenses 21-2, 21-4 transmit light).
また、図37に示すように、マイクロレンズ21-1によって透過される要素画像E1Aは、画素11Aa~11Kaに対応する。マイクロレンズ21-3によって透過される要素画像E1Bは、画素11Ab~11Kbに対応する。マイクロレンズ21-5によって透過される要素画像E1Cは、画素11Ac~11Kcに対応する。 Further, as shown in FIG. 37, the elemental image E1A transmitted by the microlens 21-1 corresponds to the pixels 11Aa to 11Ka. Elemental image E1B transmitted by microlens 21-3 corresponds to pixels 11Ab to 11Kb. The elemental image E1C transmitted by the microlens 21-5 corresponds to the pixels 11Ac to 11Kc.
また、図38に示すように、マイクロレンズ21-2によって透過される要素画像E2Aは、画素11Fa~11Ka,11Ab~11Ebに対応する。マイクロレンズ21-4によって透過される要素画像E2Bは、画素11Fb~11Kb,11Ac~11Ecに対応する。 Further, as shown in FIG. 38, the elemental image E2A transmitted by the microlens 21-2 corresponds to the pixels 11Fa to 11Ka and 11Ab to 11Eb. The element image E2B transmitted by the microlens 21-4 corresponds to pixels 11Fb to 11Kb and 11Ac to 11Ec.
また、図37(奇数列のマイクロレンズ21が透過される場合)では、カメラ50A~50Kは、それぞれ、画素11A~11Kに対応する。また、図38(偶数列のマイクロレンズ21が透過される場合)では、カメラ50A~50F,50G~50Kは、それぞれ、画素11F~11K,11A~11Eに対応する。このように、実施の形態2にかかる立体像表示装置1では、奇数列のマイクロレンズ21が透過される場合と、偶数列のマイクロレンズ21が透過される場合とで、各カメラ50が対応する画素11は異なる。
Further, in FIG. 37 (when the
インテグラルフォトグラフィ法では、撮影された環境と表示される環境とを対応させることで、歪みのない立体像を表示することができる。したがって、各要素画像Eを構成する各画素11から各マイクロレンズ21を介して発せられた光線が交わる点に、その画素11に対応するカメラ50を配置する。
In the integral photography method, by matching the photographed environment with the displayed environment, it is possible to display a stereoscopic image without distortion. Therefore, the camera 50 corresponding to each
ここで、実施の形態2では、図32及び図33から分かるように、奇数列のマイクロレンズ21が光線を透過するか偶数列のマイクロレンズ21が光線を透過するかによって、光線が交わる点がずれるようになっている。例えば、光線が交わる点Pfgの位置は、光線が交わる点Pfbと異なる位置である。したがって、奇数列のマイクロレンズ21に対応する多視点画像(要素画像)を撮影する場合と、偶数列のマイクロレンズ21に対応する多視点画像(要素画像)を撮影する場合とで、カメラ50の位置が異なるようにする。これにより、光線の方向のバリエーションが増加するので、立体像の表示の品質を向上させることができる。
Here, in the second embodiment, as can be seen from FIGS. 32 and 33, the point at which the light rays intersect depends on whether the
さらに、実施の形態2では、シャッタ(光線遮断部30)によって奇数列のマイクロレンズ21と偶数列のマイクロレンズ21とを交互に遮蔽する。言い換えると、光線遮断部30は、光線が透過される射出瞳(マイクロレンズ21)と隣り合う射出瞳(マイクロレンズ21)を遮蔽する。したがって、奇数列のマイクロレンズ21に対応する多視点画像(要素画像)を撮影する場合と、偶数列のマイクロレンズ21に対応する多視点画像(要素画像)を撮影する場合とで、異なるカメラ50で撮影する必要はない。
Furthermore, in the second embodiment, the
つまり、図37に示すように、奇数列のマイクロレンズ21に対応する多視点画像(要素画像)を撮影する場合、カメラ50A~50Kは、それぞれ、位置Pca~Pckで多視点画像を撮影する。そして、図38に示すように、偶数列のマイクロレンズ21に対応する多視点画像(要素画像)を撮影する場合に、カメラ50A~50Kの位置を、それぞれ、位置Pca’~Pck’に移動させる。そして、カメラ50A~50Kは、それぞれ、位置Pca’~Pck’ で多視点画像を撮影する。
That is, as shown in FIG. 37, when capturing multi-view images (element images) corresponding to the odd-numbered rows of
このように、シャッタを用いて遮蔽するマイクロレンズ21を切り替えることで、カメラ50を増加させることなく、多くの多視点画像(要素画像)を撮影することができる。言い換えると、同じ数の多視点画像(要素画像)を撮影するのに、カメラ50の数を少なくすることができる。
In this way, by switching the
また、コンピュータグラフィックスでは、同時に撮影するカメラを多く設定すると、多視点画像の生成負荷が重くなる。一方、実施の形態2のように、それぞれのフィールドで同じカメラを使用して多視点画像を撮影することにより、多視点画像の生成負荷を軽減することができる。 Furthermore, in computer graphics, when many cameras are set to take pictures at the same time, the load for generating multi-view images becomes heavy. On the other hand, by photographing multi-view images using the same camera in each field as in the second embodiment, the load for generating multi-view images can be reduced.
なお、上述した例では、水平方向の光線の配置について考慮した。一方、垂直方向の光線の配置については、光線制御部20(射出瞳)の形状によって定められ得る。つまり、射出瞳が正六角形であるので、射出瞳(マイクロレンズ21)を、水平方向に最適化したレンズピッチで設計し、その水平方向のレンズピッチに合うように、垂直方向の光線を配置すればよい。 In addition, in the example mentioned above, the arrangement of the light rays in the horizontal direction was considered. On the other hand, the arrangement of the light beams in the vertical direction can be determined by the shape of the light beam control section 20 (exit pupil). In other words, since the exit pupil is a regular hexagon, the exit pupil (microlens 21) should be designed with an optimized lens pitch in the horizontal direction, and the vertical rays should be arranged to match the horizontal lens pitch. Bye.
1 立体像表示装置
2 立体像
3 光線
6、7 ユーザ
10 表示部
11 画素
12 光強度分布
13 ブラックマトリクス
20 光線制御部
21 マイクロレンズ(射出瞳)
30 光線遮断部
31 マイクロレンズ21からの光線を遮断する領域
32 マイクロレンズ21からの光線を透過する領域
40 制御部
41 要素画像配置部
42 同期制御部
50 カメラ
ML メインローブ
SL サイドローブ
OA 立体像観察領域
E 要素画像
PE 部分要素画像
1 Stereo
30 Light
Claims (13)
前記表示部上に2次元状に配置された複数の射出瞳を有し、前記表示された要素画像の光線の射出方向を制御する光線制御部と、
前記光線制御部の上又は下に配置され、前記射出瞳毎に前記光線を透過又は遮断する光線遮断部と、
多視点画像群から前記複数の要素画像を生成して前記射出瞳に対応させて配置する要素画像配置部と、
前記表示部における前記要素画像の表示と、前記光線遮断部における前記光線の透過又は遮断とを同期させる同期制御部とを備え、
前記要素画像配置部は、前記光線遮断部により光線が透過される射出瞳に対応する領域と、前記光線遮断部により光線が遮断される射出瞳に対応する領域とを加えた第1の領域に前記要素画像を配置し、
前記第1の領域に配置された前記要素画像の水平方向の幅が、前記表示部を構成する画素の水平方向における奇数個分の長さである
立体像表示装置。 a display section that displays a plurality of element images;
a light ray control unit having a plurality of exit pupils arranged two-dimensionally on the display unit and controlling the exit direction of the light rays of the displayed elemental images;
a light beam blocking section that is disposed above or below the light beam control section and transmits or blocks the light beam for each exit pupil;
an elemental image arrangement unit that generates the plurality of elemental images from a multi-view image group and arranges them in correspondence with the exit pupil;
comprising a synchronization control unit that synchronizes display of the element image on the display unit and transmission or blocking of the light beam in the light beam blocking unit,
The elemental image arrangement section includes a first region including a region corresponding to an exit pupil through which the light beam is transmitted by the light beam blocking section and a region corresponding to the exit pupil through which the light beam is blocked by the light beam blocking section. Place the element image ,
The width in the horizontal direction of the element image arranged in the first area is the length of an odd number of pixels in the horizontal direction that constitute the display section.
Stereoscopic image display device.
請求項1に記載の立体像表示装置。 The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the light beam blocking section blocks the light beam in at least one of every other column and every other row of the exit pupil.
前記要素画像は複数の部分要素画像を含み、
前記要素画像配置部は、前記表示領域の辺と略直交する方向から俯瞰して立体像を観察する複数の立体像観察領域に対応させて前記複数の部分要素画像を配置する
請求項1又は請求項2に記載の立体像表示装置。 The display unit has a display area that displays the plurality of element images,
The elemental image includes a plurality of partial elemental images,
The elemental image arrangement unit arranges the plurality of partial elemental images in correspondence with a plurality of three-dimensional image observation areas in which a three-dimensional image is viewed from a direction substantially orthogonal to a side of the display area. Item 2. The stereoscopic image display device according to item 2.
前記複数の部分要素画像のうちの前記表示領域の長辺側に対応する第1の部分要素画像を、当該第1の部分要素画像の前記表示領域における長辺の方向の長さが前記要素画像においてとり得る最大の長さになるように配置し、
前記複数の部分要素画像のうちの前記表示領域の短辺側に対応する第2の部分要素画像を、当該第2の部分要素画像の前記表示領域における短辺の方向の長さが前記表示領域の短辺の長さに対応し前記要素画像においてとり得る最大の長さよりも短くなるようにするように配置する、
請求項3に記載の立体像表示装置。 The element image arrangement section is
A first partial element image corresponding to the long side of the display area among the plurality of partial element images is set such that the length of the first partial element image in the long side direction in the display area is the element image. Arrange it so that it has the maximum possible length,
A second partial element image corresponding to the short side of the display area among the plurality of partial element images is set such that the length of the short side of the second partial element image in the display area is the display area. arranged so that it corresponds to the length of the short side of and is shorter than the maximum possible length of the element image;
The stereoscopic image display device according to claim 3.
請求項3又は請求項4に記載の立体像表示装置。 The stereoscopic image display device according to claim 3 or 4, wherein the shape of the partial element image is a triangle or a rectangle.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の立体像表示装置。 The stereoscopic image display device according to any one of claims 1 to 5, wherein the exit pupil is a regular hexagon, and the light beam control section has a honeycomb structure formed by a plurality of the exit pupils.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の立体像表示装置。 The stereoscopic image display device according to any one of claims 1 to 6, wherein the radius of curvature of the microlenses of the light beam control section and the pitch of the microlenses are approximately equal.
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の立体像表示装置。 The solid according to any one of claims 1 to 7, wherein a pitch of a region that blocks the light ray for each exit pupil of the light ray blocking section is equal to or less than a pitch of the exit pupil. Image display device.
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の立体像表示装置。 The stereoscopic image according to any one of claims 1 to 8, wherein the exit pupil is designed so that all of the pixels are displayed on the exit pupil when observed from a predetermined viewing distance. Display device.
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の立体像表示装置。 The stereoscopic image display device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the light beam blocking section blocks the exit pupil adjacent to the exit pupil through which the light beam is transmitted.
請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の立体像表示装置。 The stereoscopic image display device according to any one of claims 1 to 10 , wherein the exit pupil is a regular hexagon, and the light beam control unit has a honeycomb structure formed by a plurality of the exit pupils.
前記多視点画像群を撮像する複数の撮像装置と
を備える立体像生成表示システム。 A stereoscopic image display device according to any one of claims 1 to 11 ,
A stereoscopic image generation and display system comprising: a plurality of imaging devices that capture the multi-view image group.
前記表示部上に2次元状に配置された複数の射出瞳を有し、前記表示された要素画像の光線の射出方向を制御する光線制御部と、
前記光線制御部の上又は下に配置され、前記射出瞳毎に前記光線を透過又は遮断する光線遮断部とを備えた立体像表示装置の立体像表示方法であって、
多視点画像群から前記複数の要素画像を生成して、前記光線遮断部により光線が透過される射出瞳に対応する領域と、前記光線遮断部により光線が遮断される射出瞳に対応する領域とを加えた領域とを加えた第1の領域に前記要素画像を配置するステップと、
前記表示部における前記要素画像の表示と、前記光線遮断部における前記光線の遮断又は透過とを同期させるステップと
を有し、
前記第1の領域に配置された前記要素画像の水平方向の幅が、前記表示部を構成する画素の水平方向における奇数個分の長さである
立体像表示方法。 a display section that displays a plurality of element images;
a light ray control unit having a plurality of exit pupils arranged two-dimensionally on the display unit and controlling the exit direction of the light rays of the displayed elemental images;
A 3D image display method for a 3D image display device, comprising a light ray blocking section disposed above or below the light ray control section and transmitting or blocking the light ray for each exit pupil,
The plurality of elemental images are generated from a multi-view image group, and a region corresponding to an exit pupil through which the light beam is transmitted by the light beam blocking section, and a region corresponding to the exit pupil through which the light beam is blocked by the light beam blocking section. arranging the element image in a first area including a first area including a second area ;
a step of synchronizing the display of the elemental image on the display section and the blocking or transmission of the light beam in the light beam blocking section ;
The width in the horizontal direction of the element image arranged in the first area is the length of an odd number of pixels in the horizontal direction constituting the display section.
3D image display method.
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