JPH09101484A - 立体視表示装置 - Google Patents

立体視表示装置

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JPH09101484A
JPH09101484A JP7291595A JP29159595A JPH09101484A JP H09101484 A JPH09101484 A JP H09101484A JP 7291595 A JP7291595 A JP 7291595A JP 29159595 A JP29159595 A JP 29159595A JP H09101484 A JPH09101484 A JP H09101484A
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JP
Japan
Prior art keywords
screen
stereoscopic display
light beam
display device
objective lens
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Pending
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JP7291595A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Inoue
弘 井上
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 奥行のある物体の映像を拡大投影して、立体
視できる表示装置を、単眼の対物レンズと製作容易な構
造のスクリーンとを採用して構成する。 【構成】 単眼対物レンズ、この対物レンズからの光線
束を左右に分岐するミラー及び発散光学系の微細な光学
素子が敷設されたスクリーンを順次に配置した。 【効果】 投影レンズからの射出光線束をミラーで左右
に分岐した後、スクリーン面に左右から重複してこの射
出光線束の実像が投影され、この光線束の進行方向に沿
ってスクリーンの後方左右位置に拡大された射出ひとみ
を形成することにより、観察者の両眼がスクリーン面に
結像した映像を観視して、立体視知覚を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、物体を拡大像として
観察するとき、立体視知覚を与える装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体を観察するとき物体が立体視知覚さ
れるのは、観察者の両眼が物体を眺望する両視線のなす
角度の広狭の程度すなわち輻輳角と、眺望する映像の差
異すなわち両眼視差とが、観察者の頭脳へ心理的に作用
するからである。
【0003】しかし、単一の対物レンズにより物体を実
像に拡大して観察する場合、対物レンズから投射される
光線の角度は縮小し、観察位置に形成される射出ひとみ
は小さくなり、観察者は両眼をもって映像を観察するこ
とは出来なくなる。そして、拡大倍率に反比例して角倍
率が縮減し、両眼視差は減少するので、立体視感覚はほ
とんど演出されない。
【0004】したがって従来技術では、対物レンズが映
像を結像させる付近に微細な光学素子を集積したスクリ
ーンを配置して、投影光線束を画素に分解し、かつ微細
に分割されたその光線束の放出角を拡張して、観察者の
両眼に照射させる試みがなされた。しかし、スクリーン
に敷設された微細光学素子の開口数を十分に明るくし、
かつ屈折力をかなり強く設定しなければ、到底実現でき
る水準ではなかった。
【0005】また、スクリーンに敷設された微細光学素
子の開口数を明るくすると、形成される各画素の像界深
度がかえって浅くなり、両眼視差が減少し、したがって
立体視知覚が衰退する欠点さえ生じる。
【0006】また別の従来技術では、複眼対物レンズを
左右に配置して同一物体を眺望し、得えられた2つの実
像をスクリーン面上に重ね合わせ、そのスクリーンから
後方へ左右方向に放出される光線束をそれぞれ観察者の
両眼に入射させている。観察者はスクリーン面の映像を
両眼で観察すると、その物体を左右から眺望した状態を
再現していることに相当し、その物体を立体視してい
る。
【0007】この従来の技術による複眼対物レンズは、
2つに別個に独立して分かれているため、左右の対物レ
ンズにより得られる映像には何ら連続性がなく、したが
って装置全体の光学系がスクリーン後方に射出ひとみと
して形成した可視領域内で、映像の空白部分や不連続部
分が生じる欠点があった。
【0008】また、物体をスクリーンに投影する倍率を
変更するとき、2つの対物レンズを同時に交換しなけれ
ばならないという取扱い作業が煩わしい。そして、交換
する2つのレンズの焦点距離は、全く同等でなければな
らない制約がある。さらに投影倍率が連続に変換できる
ズームレンズを採用する場合でも、左右の対物ズームレ
ンズの焦点距離を同等に調整するのは、高度の技能を必
要としていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、これらの
使用上の難点を同時に解決するため、単一の対物レンズ
と微細な光学素子の集積板とを採用した光学構成とする
ものである。
【0010】
【発明が解決するための手段】図1は、この発明の光学
系の構成要部を示す平面図である。図1において、物体
1を眺望する単眼の対物レンズ2からの射出光線束R
は、分割用ミラー組3によって左右外側方向へ光線束R
及びRに分離され、さらに偏向用ミラー組4’及び
4”によって若干内側方向に曲げられる。この光線束R
及びRは、対物レンズ2の横倍率に応じた拡大像を
形成し、スクリーン8の前面付近に二重に重複して結像
される。スクリーン8は微細な発散光学系素子で構成さ
れており、結像された拡大像を微細な画素に分解し、そ
れぞれの画素からの光線束を開き角度を拡張して、各光
線束R及びRの進行方向に沿ってスクリーン8の後
方から放出する。
【0011】集光レンズ7は、対物レンズ2の射出光線
束を、拡大像面の周辺部分も含めて、スクリーン8の面
にほぼ直角に偏向させる。視野レンズ9は開き角度が拡
張された放出光線束を観察者の両眼11’及び11”の
方向に集束させる。集光レンズ7及び視野レンズ9は、
対物レンズ2の射出ひとみに対応する共役位置に全体光
学系の射出ひとみ10を、共働して形成する。
【0012】
【作用】物体1から対物レンズ2への入射光線Rの傾角
αは、対物レンズ2を通過すると射出光線の傾角βに変
わる。この両傾角α及びβは、対物レンズ2の横倍率m
に応じて、次式に示す関係がある。 α/β=m
【0013】スクリーン8の面に敷設されている微細な
発散系光学素子に向かって照射される光線束R及びR
の傾角βは、スクリーン8の後方に放出されるとき、
その微細な発散系光学素子によって傾角γに拡大され
る。スクリーン8の微細光学素子の明るさをFとする
と、スクリーン8への入射光線束の開角β及び射出光線
束の開角γの関係は、レンズの結像基礎公式により、次
式による。 β−γ=1/F
【0014】ここで、分割用ミラー組3並びに偏向用ミ
ラー組4’及び4”により左右に分割された対物レンズ
2の光軸は、スクリーン8面に対して左右から傾角δで
臨み、スクリーン8の微細光学素子の屈折作用によりス
クリーン8の後方で微細光学素子の光軸に接近する方向
へ偏角される。光線束R及びRの光軸が微細光学素
子の光軸をなす傾角をεとすれば、微細光学素子を通過
する光線束の中心線の方向が変化ししないのであるか
ら、次式に示す関係がある。 β/2+δ=γ/2+ε
【0015】左右方向からスクリーン8に照射する光線
束がスクリーン8の後方に放出されたとき、相互に交わ
り映像が混合してしまって観察しにくいので、光線束の
放散角は制限されなければならない。すなわち、 β/2+δ−γ/2=ε≧0 ∴ 1/2F+δ=ε≧0 の条件で制限される。
【0016】対物レンズ2が物体1を眺望する開口角α
は、対物レンズ1の明るさF及び横倍率mに係わ
り、レンズの結像基礎公式により 2α=m/F(1+m) である。そして、対物レンズ2からの射出光線束の開口
角βは、 2β=1/F(1+m) である。
【0017】光線束の中の任意の1本が対物レンズ2が
物体1を視角αで観視する光線であると考えて、その
光線がスクリーン8から放出されるとき、傾角は ε+
γとなって観察者の左右の眼で受光されるものとす
る。光線束の中の光線の位置を α/α=γ/γ
と置き、 の式が求められる。ε+γ<α のとき観察者の輻
輳角より対物レンズ1の輻輳角の方が大きいので立体視
知覚は誇張され、反対に ε+γ>α のとき立体
視知覚は減衰される。
【0018】対物レンズ2が物体1を観視するこの任意
の光線の輻輳角αとスクリーン8から放出されるその
光線の角度ε+γとがほぼ等しいとき、物体1の映像
を観察者は両眼で自然な立体視感覚を伴って眺望でき
る。この条件で式 ε+γ≡α を設定して、前式
から誘導すると、 F/F≦−2(m+1)/(m−1) の条件が得られる。汎用の横倍率 m=5〜20 の
範囲では、F/F≒−2.4で、スクリーン8の微
細光学素子の明るさは、対物レンズ2よりも暗くて済
み、製作加工が容易な水準であることが解明される。
【0019】
【実施例】図2は、微細な凹球面レンズを多数敷設した
透過性スクリーン8を採用した立体視表示装置の事例を
示す。物体1を眺望する対物レンズ2からの射出光線束
は、分割用ミラー組3で左右に分岐され、偏向用ミラー
組4’及び4”で上方向に、そして折り曲げ用ミラー5
で水平方向に進む。ミラー組6’及び6”で左右方向の
姿勢が入れ替えられ、さらにミラー組6’’’で上下の
姿勢が正立像となり、透過性スクリーン8へ左右から照
射して、スクリーン8面付近に重複して結像する。透過
性スクリーン8の前方には集光レンズ7が、後方には視
野レンズ9が配置され、透過性スクリーン8の後方で対
物レンズ2の射出ひとみに共役な位置に、全体光学系の
射出ひとみを形成している。そしてこの全体光学系の射
出ひとみの大きさは対物レンズの射出ひとみの角倍率分
だけ大きく、この全体光学系の射出ひとみの中で、観察
者は物体1の映像を立体的に観視できる。
【0020】図3は、微細な凸球面ミラーを多数敷設し
た反射性スクリーン8’を用いた立体視表示装置の事例
を示す。物体1の裏面を眺望する対物レンズ2からの射
出光線束は、分割用ミラー組3で左右に分岐され、偏向
用ミラー組4’及び4”で下方向に、そして光線束反転
用正立ミラー6で反射されて左右像を入れ替えられなが
ら水平方向に進み、反射性スクリーン8’に左右から照
射し、スクリーン8’面付近に二重に重複して結像す
る。反射性スクリーン8’の前面には、集光レンズ7’
が配置され、対物レンズ2からの射出光線束を反射性ス
クリーン8’にほぼ直角に照射して、反射性スクリーン
8’で効果的に発散させる。その光線束は、再び集光レ
ンズ7を通過し、視野レンズ9’の方向に偏向する。視
野レンズ9’は、この装置の光学系で最終位置に配置さ
れ、反射性スクリーン8’面上に結像された映像を若干
拡大した虚像に変換して、観視し得る機能をなす。集光
レンズ7及び視野レンズ8’により形成された全体光学
系の射出ひとみの中で、観察者は物体1の裏面を左右同
一方向にかつ立体的に観察できる。
【0021】図2及び図3に示す構造を上下位置に複合
させた構成の装置によれば、物体の表面及び裏面を同時
に観察することが可能になる。
【0022】対物レンズからの光線束を分岐するには、
前述のようにミラーを用いる方法のほかに、光軸を挟ん
で左右に2つのプリズムを設置したり、又は光軸を外し
てレンズを左右に設置する方法も採用できる。
【0023】凹球面レンズや凸球面ミラーをスクリーン
の表面に形成する製作加工は非常に困難であるから、円
柱面を多数平行に敷設したレンティキュラー板に代替え
しても良い。レンティキュラー板は、光線を母線と直角
方向に拡散する作用がある。円柱面を多数平行に敷設し
たレンティキュラー板の2枚をその母線が直交するよう
に重ね合せて擬球面に形成し、或いは表裏面にその母線
が直交するように多数の円柱面を平行に敷設した構成を
採用しても、球面光学素子とほぼ同等の光学特性を発揮
する。
【0024】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0025】対物レンズが単眼であるため、横倍率を変
更したいとき唯一のレンズを交換するだけで済む。ズー
ムレンズを装着することにも、利便である。
【0026】スクリーンに形成された映像を左右別々の
光線束で観視するので、立体視知覚を得ることができ
る。
【0027】スクリーンの微細光学素子により対物レン
ズからの光線束が後方に拡張され、形成された射出ひと
みは十分な広さの可視領域面積を有し、観察が楽に実施
できる。
【0028】物体の映像を単眼対物レンズで取り入れる
ので、左右の画像には不連続な空白もなく、スクリーン
の微細光学素子が適切な明るさを有するため左右の画像
は混合もせす、観視の官能特性は良好である。
【0029】スクリーンの面を構成している多数の微細
な光学素子の明るさはそれほど必要としないし、スクリ
ーンの片面だけに微細な光学素子を敷設すれば良いの
で、スクリーンなどの部品製作で加工性が容易であり、
またスクリーンを重ね合わせる場合のように微妙な組立
調整を必要としない。
【0030】この光学系は、顕微鏡光学系に組み入れ
て、射出ひとみの拡大や映像の立体視などに活用するこ
とも可能である。
【0031】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の対物レンズによる投影光学系及びス
クリーンによる発散光学系を用いた、光学構成の機能説
明図である。
【図2】屈折発散系光学素子を敷設した透過性集積板を
用いた、この発明の光学構成の事例を示す斜視図であ
る。
【図3】反射発散系光学素子を敷設した反射性集積板を
用いた、この発明の光学構成の事例を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 物体 2 対物レンズ 3 光線束分割用ミラー組 4’、4” 光線束偏向用ミラー組 5 折り曲げ用ミラー 6、6’、6”、6’’’ 光線束反転用正立ミラー組 7 集光レンズ 8 透過性スクリーン 8’ 反射性スクリーン 9 視野レンズ 10 射出ひとみ 11’、11” 観察者の両眼

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単眼の対物レンズの射出光線束を左右に分
    岐した後、微細な発散系光学素子を多数個敷設した集積
    板面の付近に投影し重ね合わせて、実像を結像せしめた
    ことを特徴とする立体視表示装置。
  2. 【請求項2】集積板が微細な凹球面レンズを多数個敷設
    して構成されたことを特徴とする請求項1の立体視表示
    装置。
  3. 【請求項3】微細な凹円柱面レンズを多数平行に敷設し
    た2枚の集積板を、その母線方向が相互に直交して重ね
    合わせて構成したことを特徴とする請求項1の立体視表
    示装置。
  4. 【請求項4】1枚の集積板の表面及び裏面に、その母線
    方向が相互に直交するように、微細な凹円柱面レンズを
    多数平行に敷設して構成したことを特徴とする請求項1
    の立体視表示装置。
  5. 【請求項5】集積板が微細な凸球面又は類似の凸非球面
    形状を有するミラーを、多数敷設して構成されているこ
    とを特徴とする請求項1の立体視表示装置。
JP7291595A 1995-10-03 1995-10-03 立体視表示装置 Pending JPH09101484A (ja)

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JP7291595A JPH09101484A (ja) 1995-10-03 1995-10-03 立体視表示装置

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JP7291595A JPH09101484A (ja) 1995-10-03 1995-10-03 立体視表示装置

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ID=17770981

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004102270A1 (ja) * 2003-05-14 2004-11-25 Kimoto Co., Ltd. 映像表示装置および装飾表示体

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004102270A1 (ja) * 2003-05-14 2004-11-25 Kimoto Co., Ltd. 映像表示装置および装飾表示体
US7425071B2 (en) 2003-05-14 2008-09-16 Kimoto Co., Ltd. Video display device and decoration display body

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