JPH08163602A - 立体表示装置 - Google Patents
立体表示装置Info
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- JPH08163602A JPH08163602A JP6301845A JP30184594A JPH08163602A JP H08163602 A JPH08163602 A JP H08163602A JP 6301845 A JP6301845 A JP 6301845A JP 30184594 A JP30184594 A JP 30184594A JP H08163602 A JPH08163602 A JP H08163602A
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- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
Abstract
である両眼視差、両眼の輻輳、眼の焦点距離調節作用の
矛盾をなくし、電気的に書き換え可能なにする。 【構成】 可干渉な可視光を出す可視光発生装置と、光
の位相をシフトする位相制御装置と、光の方向を変える
光偏向制御装置と、前記可視光発生装置と位相制御装置
と光偏向制御装置のそれぞれに制御信号を出す制御信号
発生装置とを含んで構成され、この制御信号発生装置を
用いて、前記可視光発生装置の各画素の表示のタイミン
グに合わせて、前記位相制御装置を構成する位相制御素
子の位相シフト量と光偏向制御装置を構成する光偏向制
御素子の光偏向角を制御することにより、3次元像を再
生する。
Description
の方向および位相シフト量を各々電気的に制御すること
により動画の立体表示を行う立体表示装置に関するもの
である。
体表示ができる装置としては、たとえば図19に示すよ
うな液晶シャッタ眼鏡を用いるものでよく知られてい
る。同図において三次元物体α1を異なる方向から撮像
した像、すなわち視差像をカメラα2とα3によって撮
像する。この2台のカメラからの映像を、フィールド毎
に交互に合成してひとつの映像信号とするための映像信
号変換装置α4を通してCRT表示装置α5に入力す
る。観察者α7は、液晶シャッタ眼鏡α6をかけてCR
Tの映像を観察する。液晶シャッタ眼鏡は、CRTがカ
メラα3の映像を表示している時には右側を透過状態に
し、かつ左側を非透過状態にするとともに、CRTがカ
メラα2の映像を表示している時には左側を透過状態に
し、かつ右側を非透過状態にするように構成されてい
る。このようにすると、眼の残像効果により、あたかも
同時に両眼に視差像が見えているように感じ、両眼視差
による立体視が可能となる。
が必須であるため、テレビ会議等のように通信を前提と
した場合には、非常に不自然であった。また、両眼に対
する輻輳点は画面の前後にある場合が多いにも拘らず、
映像はCRT画上に表示されるために、眼の焦点距離調
節作用に矛盾が生じ、疲労感を感させるという問題を残
存させていた。
0に示すように、レンティキュラレンズを用いる方式が
よく知られている。同図において、2台のカメラからの
映像を、映像信号変換装置α4によって、その水平方向
の1画素毎に交互に合成してひとつの映像信号として、
液晶表示装置等のマトリクス型平面表示装置β1に入力
する。この平面表示装置に密接してレンティキュラレン
ズが配置されている。レンティキュラレンズの指向性に
より、ある観察位置においては観察者の両眼に視差像が
観察され両眼視差により立体視が可能となる。この方式
においても、図19に示したと同様に、眼の輻輳と眼の
焦点距離調節作用に矛盾が生じるという問題点がある。
輻輳、焦点距離調節間の矛盾を解決するために、図21
に示すような装置が本発明者によって提案されている
(特願平5−242714、特願平6−211583参
照)。同図に示すように、可視光発生装置γ1と光偏向
制御装置γ2とで構成され、これらによって、像γ8か
ら出る少なくとも両眼を覆える範囲の方向の光線を模擬
して、眼に入る光線を物体からの光線群とほぼ同一に表
現し、焦点調節作用に重要な立体角γ7と両眼視差や両
眼の輻輳角γ9の間の矛盾を解消しようとするものであ
る。
るが、光の位相は制御しない、あるいは位相を制御でき
ないものとなっている。すなわち、(a)光偏向制御装
置γ2を構成する各光偏向制御素子から出てくる光とし
て、位相に相関のある可干渉性の光を用いる場合でも、
特に位相制御のための装置を設けず、また(b)位相に
相関性がなく干渉性の低い光を用いる場合には、むろん
位相を制御することはできない。このため、可干渉性の
光を用いる(a)の場合では、制御されていない位相に
基づいた干渉パタンが形成されることになり、結果的に
像γ8のサイズを高精細に小さく制御できないという問
題が生じている。また、干渉性の低い光を用いる(b)
の場合には、眼にとっては出てくる光のパワーの単純な
和のみが感じられる。このため、像γ8の位置で認識さ
せるためには、各素子からの光が少なくとも眼の瞳孔よ
り小さな径を有する必要があるが、精細度よく表示を行
うためには、各素子のサイズは少なくとも数100μm
以下と小さい必要があり、このような小さい開口からの
光は回折によって大きな角度で広がるため、光偏向制御
装置γ2の極めて近傍、例えば光偏向制御素子が数10
0μm程度だとすると遠くても数cm程度の距離におい
てしか上記の光線群を表現できない。このように、この
装置では高精細な表示が困難であったり、あるいは視域
が極めて限定されるという欠点がある。
れたものであり、その目的は、眼鏡なしで、しかも立体
感を感じる主な要因である両眼視差、両眼の輻輳、眼の
焦点距離調節作用の矛盾をなくし、電気的に書き換え可
能な立体表示装置を提供することにある。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
装置と、光の位相をシフトする位相制御装置と、光の方
向を変える光偏向制御装置と、前記可視光発生装置と位
相制御装置と光偏向制御装置のそれぞれに制御信号を出
す制御信号発生装置とを含んで構成され、この制御信号
発生装置を用いて、前記可視光発生装置の各画素の表示
のタイミングに合わせて、前記位相制御装置を構成する
位相制御素子の位相シフト量と光偏向制御装置を構成す
る光偏向制御素子の光偏向角を制御することにより、3
次元像を再生することを特徴とするものである。
て、透明電極と、屈折率可変媒質、あるいは高分子と屈
折率可変媒質との組合せを含むことを特徴とするもので
ある。
して、液晶を含む物質を用いることを特徴とするもので
ある。
制御装置あるいは光偏向制御装置あるいはその両方の装
置の作用を、1次元的に発現させることを特徴とするも
のである。
て、可視光発生装置の各画素の表示のタイミングに合わ
せて、位相制御装置を構成する位相制御素子の位相シフ
ト量と光偏向制御装置を構成する光偏向制御素子の光偏
向角を制御し、これにより、像から出る球面波を近似的
に再現するとことにより、立体感を感じる要素である両
眼視差、両眼の輻輳、眼の焦点距離調整作用に矛盾を生
じないような3次元像を電気的に書換え可能とすること
ができるようになる。
る位相制御装置を得ることができるようになる。
制御装置を得ることができるようになる。
るいは光偏向制御装置の駆動を簡単化することができる
ようになる。
示す。以下に示す実施例では、観察者が立体感を感じ易
い方向であることから図18に示すような観察者の両眼
を含む平面91内において主に説明を行うが、これらの
実施例を多くの方向にも同様の効果を得られるように拡
張できることは、例えば観察者の両眼を含む平面に垂直
な方向92へも同様なことを行うことにより実現できる
ことを考慮すると、明らかである。
の波の性質は重要な意味を有する。しかし、煩雑さを避
けるために本質的な説明図以外では光の進み方を幾何光
学的に光線によって記述するが、その意味するところは
明らかである。
置の一実施例を示す概略構成である。同図(a)に斜視
図、同図(b)に観察者の両眼を含む面における図を示
す(なお、以下の図面では上記したように観察者の両眼
を含む面における図を示す)。同図において、立体表示
装置は、可干渉な可視光を出す可視光発生装置1a1
と、位相制御装置1a2と、光偏向制御装置1a3と、
これら可視光発生装置1a1、位相制御装置1a2と、
光偏向制御装置1a3の各々に制御信号を出す制御信号
発生装置1a4とから構成されている。
生装置1a1の各画素例えば1a51〜1a54におけ
る表示のタイミングに合わせて、位相制御装置1a2の
位相制御素子1a61〜1a64の位相シフト量と光偏
向制御装置1a3の光偏向制御素子1a71〜1a74
の光偏向角を制御するようになっている。ここで、可視
光発生装置1a1は、例えば可干渉な光源(例えば半導
体レーザーやランプとピンホールとフィルターからなる
装置)と光透過率制御装置(例えば液晶表示装置)との
組合せや、発光型表示装置(例えばLED表示装置やプ
ラズマ表示装置)と可干渉性を付与する装置(例えばピ
ンホールとレンズとの組合せ装置)との組合せからなる
装置が用いられる。また、位相制御装置1a2は、例え
ば透明電極(例えばITO膜やZnOx膜)と屈折率可
変媒質(例えば液晶や電気光学効果を有する材料やクロ
ミック材料なとを含む媒質)との組合せ装置、あるいは
多数の鏡の位置を例えば静電力や電磁力で移動させる装
置が用いられる。光偏向制御装置1a3は、例えば回転
多角形ミラーと光透過率制御装置との組合せや、透明電
極と屈折率可変媒質との組合せなどからなる装置が用い
られる。さらに、他に種々の組合せが考えられることは
明らかである。
焦点位置を3次元像の位置にあわせられ、従来生じてい
た眼の焦点調節作用と、両眼視差や両眼の輻輳との間の
矛盾を解消することができるようになる。すなわち、こ
のような眼の焦点調節には、図10に示すように、物体
1e1と1e2において眼1e3との距離が異なること
により、眼の瞳1e4から物体上の点1e1や1e2を
望む立体角1e5と1e6(焦点調節立体角)が異なる
ことが重要な役割を果たしている。しかし、従来の図2
0に示した場合では、図9に示すように表示されるべき
像1d1に対する両眼視差(画素像1d2と画素像1d
3の相違)および両眼の輻輳角1d4はほぼ妥当な形で
表示できるが、上記した像眼立体角に相当する角度1d
5は表示装置1d6と眼との距離で決定するため、像1
d1の位置における像眼立体角1d7は異なることにな
り、矛盾が生じる。
に示すように、制御信号発生器1a4により、可視光発
生装置1a1の表示にあわせて、光偏向制御装置1a3
の偏向角と位相制御装置1a2の位相シフト量を変える
ことにより、像1a8の位置に収束してから眼に向かっ
て発散するような疑似球面波を再生できる。この様子を
図2に示すように、可視光発生装置1a1から出る光が
ほとんど平行な平面波の場合について説明する。
1〜1a54から出てきた可干渉性を有する光の波面
は、光偏向制御装置1a3の光偏向制御素子1a71〜
1a74の偏向角を像1a8に光の主方向が向かうよう
に変化させ、かつ位相制御装置1a2の位相制御素子例
えば1a61〜1a64の位相シフト量を像1a8への
収束球面波の位相を近似できるように変えることによ
り、像1a8の位置に向かって収束してから眼に向かっ
て発散する疑似球面波へと変化できるようになる。この
ことは、像1a8の位置に結像させ、かつその位置の物
体からあたかも光が発散するように光の波面を近似的に
再生できることになる。したがって、焦点調節立体角に
相当する角度1a7(図1(a))を像の焦点調節立体
角とほぼ等しくできる。また、像1a8からの疑似発散
球面波が、視差を考慮した形で少なくとも両眼に入るよ
うにすることにより、視差と輻輳角1a9を像1a8の
位置において生ずるものと等しくなるようにすることが
できる。ここで視差画像の生成には、可視光発生装置1
a1の画素例えば1a51〜1a54の表示を変えた
り、あるいは片方の眼には像が見えない場合には片側だ
けに像1a8からの疑似発散球面波を提示したりするな
ど多くの方法があることは明らかである。
調節作用と、両眼視差や両眼の輻輳の間における矛盾を
解消でき、自然な立体視を実現できることとになる。ま
た、図21に示した場合と異なり、位相を制御して像1
a8から出る球面波を近似的に再現できるため高精細な
像を再現できるとともに、表示装置と眼との距離に極端
に制限がなくなって広い範囲で高精細な3次元表示が可
能となる。
装置1a1より前方方向に像1a8を表示する場合につ
いて示したが、図3(a)のように可視光発生装置1b
1より後方に像1b8を表示する場合についても適用で
きることはいうまでもない。この場合、可視光発生装置
1a1から出る光がほとんど平行な平面波の場合の波面
の様子を図3(b)に示す。可視光発生装置1b1の画
素例えば1b51〜1b54の表示にあわせて、光偏向
制御装置1b3の光偏向制御素子1b71〜74の偏向
角を光の主方向が像1b8から発散する方向となるよう
に変化させ、位相制御装置1b2の位相シフト量を像1
b8からの発散球面波の位相を近似できるように変化さ
せることにより、焦点調節立体角に相当する角度1b7
を表示されるべき像1b8の位置における焦点調節立体
角とほぼ等しくなるように近似球面波を再生できる。ま
た、上記のような像1b8からの疑似発散球面波が、視
差を考慮した形で少なくとも両眼に入るようにすること
により、視差と輻輳角1b9を像1b8の位置において
生ずるものと等しくなるようにすることができる。
に限定されず、例えば可視光発生装置1b1を発光装置
単体のみで構成するのではなく、可干渉な光源1c11
と光透過率制御装置1c12の組合せにより構成した
り、あるいはこれらと位相制御装置1c2と、光偏向制
御装置1c3との間の位置関係を、それぞれ図4ないし
図8に示すように種々の変更を加えた組合せが考えられ
ることはいうまでもない。
に入る範囲の光においてあればよく、必ずしも広範囲に
渡って可干渉な光を発生する可視光発生装置が必須でな
いことは明らかである。
示装置に用いられる光偏向制御装置の一実施例を示す構
成図である。同図において、3a1は点光源、3a2は
集光レンズ、3a3は光偏向素子である回転多角形ミラ
ー、3a4は駆動装置、3a5は光透過率制御装置、3
a6は制御信号発生装置、3a7は観察者である。この
ような構成において、点光源3a1を集光レンズ3a2
の焦点の位置に置くことで得られる並行波を、駆動装置
3a4で回転する多角形ミラー3a3で反射させ、その
反射光を液晶表示装置等の光透過率制御装置3a5へと
入射させる。光透過率制御装置3a5を通過する光と光
透過率制御装置3a5と成す角度は、回転多角形ミラー
3a3を回転させることにより変化できる。
示す構成図で、透明電極3b1、3b2によって、屈折
率可変媒体2b3を挟んだ構造をなし、その屈折率可変
媒体2b3の内部には反射体3b4が配置されている。
ここで、透明電極3b1、3b2は例えばITO膜やZ
nOx膜などから構成され、屈折率可変媒質3b3は例
えば液晶を含む透明媒質や電気光学素子例えばPLZT
などから構成されている。また、反射体3b4は鏡や全
反射を利用した構成等が採用される。このような構成に
おいて、透明電極3b1、3b2間に電圧を印加して屈
折率可変媒体3b3屈折率を変化させると、外界から屈
折率可変物質に入る際の屈折角が変化して光の屈折する
方向が3b5から3b6へと変化するため、反射体3b
4での反射角も変化し、結果として出射する光の方向を
3b7から3b8へと変化させることができる。
す構成図で、透明電極3c1、3c2によって、屈折率
可変媒体3c3を挟んだ構造をなし、さらに内部には屈
折率可変媒体3c3と透明媒質3c4との層状構造があ
り、また導波路3c5がある。ここで、透明電極3c
1、3c2は例えばITO膜やZnOx膜などから構成
され、屈折率可変媒質3c3は例えば液晶を含む透明媒
質や電気光学素子例えばPLZTなどから構成され、透
明媒質3c4としてはガラスや高分子材料等が用いられ
る。このような構成において、透明電極3c1、3c2
間に電圧を印加して屈折率可変媒体3c3の屈折率を変
化させると、導波路3c5中を伝搬している光は、屈折
率可変媒体3c3と透明媒質3c4との層状構造の周期
に対応する回折光として層状構造の傾きに応じた方向に
出射するようになる。ここで、回折光の強度は透明電極
3c1、3c2間に印加する電圧によって変化するた
め、結果として出射する光の方向を3c7から3c8へ
と変化させることができる。
示す構成図で、透明電極3d1、3d2によって、屈折
率可変媒体3d3と透明媒質3d4とを挟んだ構造とな
っている。ここで、透明電極3d1、3d2は例えばI
TO膜やZnOx膜などから構成され、屈折率可変媒質
3d4は例えば液晶を含む透明媒質や電気光学素子例え
ばPLZTなどから構成され、透明媒質3d4はガラス
や高分子材料等が用いられる。このような構成におい
て、透明電極3c1、3c2間に電圧を印加して屈折率
可変媒体3d3の屈折率を変化させると、屈折率可変媒
体3d3と透明媒質3d4との境界で光の屈折する角度
が変化するため、出射する方向を変化できる。ここで、
屈折する角度は透明電極3d1、3d2間に印加する電
圧によって変化するため、結果として出射する光の方向
を3d7から3d8へと変化させることができる。
示す構成図で、複数に分けられた部分要素3e1〜3e
n〜3emに対して1個のピンホール3e2を対応させ
た構造を有する。光の来る部分要素を3e1〜3en〜
3emと変えることにより、ピンホール3e2の作用に
より光の方向を変化できる。なお、図15(b)はピン
ホール3e2の代わりにレンズ3e3を用いた例を示し
ている。同様の機能を有するようになる。
装置としては、他に、鏡をマイクロマシニング技術など
を用いて高集積したものなど多くの装置があることは周
知の事実である。
示装置に用いられる位相制御装置の実施例を示す構成図
である。まず、図16(a)に示すように、たとえばI
TO膜やZnOx膜からなる透明電極3a1、3a2
と、その間に配置される例えば液晶あるいは高分子分散
型液晶あるいは高分子液晶などからなる屈折率可変媒質
3a2で構成される。ここで、透明電極3a1、3a2
の形状は方形として描かれているが例えば一方向でのみ
位相をシフトする場合にはストライプ形状にするなど光
の方向によって種々の形状が考えられることは明らかで
ある。このような構成において、透明電極3a1と透明
電極3a2間に電圧を印加すると、この電界により屈折
率可変媒質3a3の屈折率が変化し、これによってこれ
を通過する光の位相をシフトできる。この屈折率変化は
電圧によって変化するため、位相シフトの量を電圧によ
って変化させることができる。ここで、屈折率可変媒質
3a3として高分子液晶を用いた方が駆動電圧は高くな
るが応答速度が速くなる利点がある。
は、屈折率可変物質3a3の屈折率可変範囲や形状によ
り位相シフト量の可変範囲や可変中心位置が限られたも
のとなる。それ故、他の実施例として図16(b)に示
すように、固定型位相シフト材料3a9と組合せること
により、その可変範囲を広げたり可変中心位置を任意に
設定できるようになる。この固定型位相シフト材料3a
9としてはガラスや透明な高分子材料など多くの物質が
採用できることは明らかである。また、図16(b)で
は透明電極の位置を固定位相シフト材料の上に設けてあ
るが、これを透明電極の下の位置に設けることができる
など、同様の効果を得られる種々の構造があることは明
らかである。
両眼視差、両眼の輻輳、眼の焦点距離調節作用の中で、
両眼視差と両眼の輻輳が両眼の方向を含む面内で有効で
あることから、上記各実施例に示した装置の作用を、図
17に示すように、水平方向のみに一次元的に適用し、
垂直方向には平面画像を表示することによって、装置の
簡略化と表示するデータ量の削減を図ることができる。
この場合、眼の焦点距離調節作用の効果においては垂直
方向の焦点がほぼ固定され、これによる水平方向との収
差が発生する。これを眼の許容度以内に抑えるため、表
示する像の前後差は限定されることとなる。
略化と表示するデータ量の削減に大きな影響を与えない
範囲で、垂直方向にも若干の角度に眼の焦点距離調節作
用を取り入れることも有益である。
生装置から出る光がほとんど平行な平面波の場合につい
て示すが、これが発散波や収束波の場合であっても光偏
向制御装置の光偏向角と位相制御装置の位相シフト量を
調整することにより、同様な結果が得られることは明ら
かである。
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
表示装置によれば、位相制御装置と光偏向制御装置を含
み、可視表示発生装置の画素の表示タイミングに合わせ
て、この位相制御装置の位相シフト量と光偏向制御装置
の偏向角を制御することにより、立体感を感じる主な要
素である両眼視差、両眼の輻輳、眼の焦点距離調節作用
に矛盾を生じないような3次元像を電気的に書き換え可
能な形で再生できるようになる。
略構成図である。
図である。
概略構成図である。
概略構成図である。
概略構成図である。
概略構成図である。
概略構成図である。
概略構成図である。
説明図である。
の説明図である。
向制御装置の一実施例を示す構成図である。
向制御装置の他の実施例を示す構成図である。
向制御装置の他の実施例を示す構成図である。
向制御装置の他の実施例を示す構成図である。
向制御装置の他の実施例を示す構成図である。
相制御装置の実施例を示す構成図である。
す構成図である。
ための図である。
る。
ある。
一例を示す構成図である。
3…光偏向制御装置、1a4…制御信号発生装置、1a
6…位相制御素子。
Claims (4)
- 【請求項1】 可干渉な可視光を出す可視光発生装置
と、光の位相をシフトする位相制御装置と、光の方向を
変える光偏向制御装置と、前記可視光発生装置と位相制
御装置と光偏向制御装置のそれぞれに制御信号を出す制
御信号発生装置とを含んで構成され、この制御信号発生
装置を用いて、前記可視光発生装置の各画素の表示のタ
イミングに合わせて、前記位相制御装置を構成する位相
制御素子の位相シフト量と光偏向制御装置を構成する光
偏向制御素子の光偏向角を制御することにより、3次元
像を再生することを特徴とする立体表示装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の立体表示装置における位
相制御装置として、透明電極と、屈折率可変媒質、ある
いは高分子と屈折率可変媒質との組合せを含むことを特
徴とする立体表示装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の立体表示装置における屈
折率可変媒質として、液晶を含む物質を用いることを特
徴とする立体表示装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3記載の立体表示装置におい
て、位相制御装置あるいは光偏向制御装置あるいはその
両方の装置の作用を、1次元的に発現させることを特徴
とする立体表示装置。
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JP30184594A JP3235762B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 立体表示装置 |
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