WO2013179699A1 - 浮遊体表示装置 - Google Patents

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WO2013179699A1
WO2013179699A1 PCT/JP2013/054432 JP2013054432W WO2013179699A1 WO 2013179699 A1 WO2013179699 A1 WO 2013179699A1 JP 2013054432 W JP2013054432 W JP 2013054432W WO 2013179699 A1 WO2013179699 A1 WO 2013179699A1
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light
display device
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light beam
body display
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PCT/JP2013/054432
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智生 小堀
大内　敏
瀬尾　欣穂
横山　淳一
平田　浩二
池田　英博
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日立コンシューマエレクトロニクス株式会社
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    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/001—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background
    • G09G3/003—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background to produce spatial visual effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/50—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images the image being built up from image elements distributed over a 3D volume, e.g. voxels
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    • H04N13/388—Volumetric displays, i.e. systems where the image is built up from picture elements distributed through a volume
    • H04N13/39—Volumetric displays, i.e. systems where the image is built up from picture elements distributed through a volume the picture elements emitting light at places where a pair of light beams intersect in a transparent material
    • G—PHYSICS
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    • G09G3/02—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes by tracing or scanning a light beam on a screen

Definitions

  • the present invention relates to a display device capable of displaying an image stereoscopically in space.
  • left eye image and right eye image having parallax are alternately displayed on the screen, and shutter glasses having a liquid crystal shutter, for example, Is displayed, the left shutter is opened and the right shutter is closed, and when the right eye image is displayed, the viewer is controlled to open the right shutter and close the left shutter so that the viewer perceives a stereoscopic image
  • shutter glasses having a liquid crystal shutter for example, Is displayed, the left shutter is opened and the right shutter is closed, and when the right eye image is displayed, the viewer is controlled to open the right shutter and close the left shutter so that the viewer perceives a stereoscopic image
  • Patent Document 2 the ray information of an object on the opposite side to the observer is introduced into the air between the observer and the plane reflection part orthogonal to the observer via the perpendicular plane reflection part.
  • Patent Document 2 There are known techniques for easily forming a stereoscopic image.
  • a display device capable of displaying a stereoscopic video that is, a display device capable of causing a viewer to perceive a stereoscopic video
  • the stereoscopic effect on the viewer is increased in order to increase the presence and power of the video. It is preferable to perceive (a sense of depth or a sense of distance).
  • the present invention has been made in view of the problems of the above-mentioned prior art, and the image perceived by the viewer is not conscious of the presence of a reflecting object such as a screen or a diffusing object, and the degree of lightness and darkness is A high-quality video image with good flicker and less light can be viewed. Furthermore, by widening the visible region from the surroundings, it is possible to observe the image as if it were floating in the air.
  • a plurality of light beams are emitted according to the light control / driving means for controlling / driving at least one of the direction, light intensity, wavelength and light emission period of light beams.
  • the light ray generation means arranges each of the plurality of light rays to be emitted to intersect (intersection) with other light rays at least once or more within a desired range, and
  • the position information is configured to be held as an intersection point map.
  • the light beam control / driving means obtains the intersection map and the light reproduction information of each intersection, and controls / drives at least one of the direction, light intensity, wavelength and light emission period of the light beam. It is. Furthermore, in the case of light reproduction information in which at least two light beams cross one light beam and each intersection emits light within the above-mentioned desired range, the light beam control / driving means determines the light emission period of each intersection. Are controlled and driven so as to make them different.
  • the present invention is also characterized in that the light beam generation means is vibrated at a high speed of, for example, 30 Hz or more, and light reproduction information for the intersection point map is moved and set to absorb the vibration amount according to the vibration amount.
  • the light beam generating means vibrates / moves at a low speed such as shaking
  • movement setting of light reproduction information with respect to the intersection point map is performed so as to absorb the vibration amount according to the movement amount. It is.
  • At least two rays of light intersecting at a desired range are under observation conditions in which the right and left eyes of the observer respectively enter, and the line of sight of both eyes converges in the vicinity of the main intersection
  • the image is displayed, it is perceived as a light spot within the desired range (on the space), so that high quality images can be provided regardless of the viewing environment of the viewer.
  • FIG. 1 is a block diagram of a display device according to a first embodiment of the present invention. It is a timing diagram which supplements the 1st example. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example of the present invention. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example of the present invention. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example of the present invention. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example of the present invention. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example of the present invention. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example.
  • FIG. 7 is a block diagram of a display device according to a second embodiment of the present invention. It is a figure explaining the light ray generation part 6 of a 1st example of the present invention. It is a timing chart explaining the light ray generation part 6 of a 1st example of the present invention.
  • FIGS. 1, 3 and 4 show a display apparatus according to the first embodiment of the present invention, which is a projection type display apparatus capable of displaying a two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) image according to the floating body display method
  • the relationship with the observer who observes is shown by a block diagram.
  • 1 is a 2D / 3D light model information signal
  • 2 is a ray model information signal
  • 3 is a ray map processing unit
  • 4 is a ray control / drive unit
  • 5 is a timing generation unit
  • 6 is a ray A generation unit
  • 7 is a display target area
  • 8L / R is a left eye / right eye of the observer
  • 9 is a positional relationship between the light generation unit 6 and the left eye / right eye 8L / R of the observer (general A displayable area in 2D / 3D when being an adult)
  • 10 is a light emitting part.
  • FIGS. 8 and 10 show an example of the light beam output from the light beam emitting unit 10.
  • FIG. FIG. 12 shows an example of the light beam output from the plurality of light beam emitting units 10.
  • FIG. 13 shows an example of a timing chart of each of the plurality of light beam emitting units 10.
  • a dot representing a light ray is a conceptual view of a result of raster scan of light beam and is not a thing representing timing.
  • the light beam emitting unit 10 may be a plurality of light sources and a lens for controlling the direction, or may be configured with a plurality of light sources provided for each direction. In FIG.
  • 11 is a light source drive unit
  • 12 is a light source having a specific wavelength
  • 13 is a collimating lens for beam light
  • 14 is a mirror control / drive unit
  • 15 and 16 are two-axis oscillating mirrors, mirror 15, The light beam reflected by the light source 16 is raster scanned.
  • 17 is a coupling unit
  • 18 is a light guide
  • 19 is an excitation unit for exciting the light guide
  • 20 is an excitation control / drive unit, and is configured to raster scan or spiral scan light beam .
  • the display apparatus according to the present embodiment will be described here using a light beam and a laser light source that can be easily modulated at high speed and light quantity as a light source in the present embodiment.
  • the LED light source may be used together with an optical component for condensing light in a beam shape or a modulation component for light quantity.
  • the driving method of the two-axis rocking mirrors 15 and 16 and the excitation unit 19 may be any method such as electromagnetic induction, piezoelectric drive, electrostatic drive, etc. as long as the mirror or the light guide path is rocked.
  • the swing angle is adjusted by the amplitude of the main swing signal.
  • the spot diameter is a spot diameter (beam diameter) where the radiation intensity of the beam is 1 / e 2 (13.5%) of the peak value or the value on the optical axis
  • the present invention relates to a control and drive method of individual light beams and will be described with reference to representative light beams.
  • the display quality is determined by the light beam density and the driving speed.
  • the light model information signal 1 is 2D / 3D display information (light model information) including light information such as coordinate information representing the shape of an object to be displayed and light reflection / transmission information, and for example, three-dimensional information generated by CAD or the like Or, it is three-dimensional information or the like captured by a 2D / 3D camera or a measuring instrument, and various image processing may be performed as necessary.
  • light model information including light information such as coordinate information representing the shape of an object to be displayed and light reflection / transmission information, and for example, three-dimensional information generated by CAD or the like Or, it is three-dimensional information or the like captured by a 2D / 3D camera or a measuring instrument, and various image processing may be performed as necessary.
  • the ray model information signal 2 indicates the ray numbers BM_x and B_x of the rays intersecting each other among the rays emitted by the ray generation unit 6 and the coordinates of intersection (x, y, z).
  • the signal format of the light beam model information signal 2 may be a light beam unit, an intersection unit, or the like as long as it is suitable for the subsequent processing.
  • the ray map processing unit 3 decomposes the light model information signal 1 directly or by various interpolation processing into intersection coordinates of the ray model information signal 2 and ray information for each ray to generate an optical matrix information signal (mapping) Do.
  • a light ray to be displayed on the light model defined by the light matrix information signal has information of one to a plurality of intersection coordinates and intensity for one light ray.
  • FIG. 1 shows five rays (B_1, 2, 3, 4, 5) of the rays emitted by the ray generation unit 6 to be the display target area 7 of the light model 1 and three intersection points (1-3, 2- Sections 3 and 4-5 are shown to show the state when reaching the right eye 8R and the left eye 8L of the observer, which will be described below.
  • the timing generation unit 5 generates, for example, the vertical / horizontal synchronization signal v_sync (for example, 60 Hz) h_sync (for example, 50 kHz) and the sub-frame signal t_div (for example, 120 Hz) according to the timing diagram of FIG.
  • the number of frame divisions is two for the sake of explanation.
  • the frame speed and the number of frame divisions be 50 Hz or more which does not feel flicker (the flickering of apparent light), but of course it may be increased or decreased.
  • the light beam control / drive unit 4 measures the light emission timing at the intersection with the corresponding light beam from the light matrix information based on the synchronization signals v_sync and h_sync and the sub-frame signal t_div, and indicates the light emission intensity as a signal amplitude drive signal drv_x (Indicated by drv_1, 2, 3, 4, 5 in the figure).
  • the light beam generation unit 6 drives the light beam BM_x to emit light under the drive condition of drv_x.
  • the light beams B_1-5 are driven to emit light under the drive conditions of drv_1-5. That is, two light beams representing the same intersection point are driven at different times (synchronously or asynchronously) within the same sub-frame which is desirable at the same time but within the time in which visual afterimage and afterimage effects can be expected. It is. Also, different intersection points on the same ray may be driven by different subframes in order to make the time different.
  • FIG. 12 shows an example of a state in which light beams are raster scanned by two light beam emitting units 10 and light beams cross each other in a sub-frame in order to simplify the description. Further, the ray states of the intersection points 1-3 and 2-3 generated on two planes (Subfram 1 and 2) respectively are shown. The places where the rays intersect are not limited to this, and they occur between different rays and different planes, and the generation positions of the individual intersections can be specified, so the positions of the respective intersections are held in advance as intersection coordinates.
  • FIG. 13 shows the raster scan of each of the two light beam emitting units 10 and the generation position and timing of the beam light forming the intersection points 1-3 and 2-3.
  • intersection point 1-3 emits beam light from the beam emitting unit 10 at the corresponding raster scan position in the subframe 2 (Subfram 2) period.
  • the light beam may be emitted not only at the intersection point 1-3 but also as light beams at different intersection points. The same applies to the intersection point 2-3.
  • the subframe is limited to two times and one beam light represents two different intersection points, the present invention is not limited to this and any increase or decrease is good.
  • the above operation is similarly performed on a light beam not shown, and the input light model information is displayed on the display target area 7.
  • the display area and the intersections described in the present embodiment may be any of a two-dimensional arrangement or a three-dimensional arrangement, which is determined by the subjectivity of the observer 8.
  • the light beam generation unit 6 in the case where the light beam generation unit 6 slightly shakes or moves due to external vibration or internal vibration, it measures the shake amount or the movement amount xyz_shift and returns it to the light ray map processing unit 3 to shake.
  • a vibration correction function is added to move the light model information by the amount and movement amount xyz_shift and mapping processing is performed on the light ray model, and the function ON / OFF control is performed based on the situation determination by system control (not shown). That is, even when the light beam generation unit 6 vibrates, the display target area 7 holds the same place.
  • the light beam generation unit 6 is forced to periodically vibrate, and the above-mentioned vibration correction function is used to increase the apparent intersection point by moving the light beam position, that is, the intersection point position,
  • the reproduction accuracy (resolution) of the light model may be improved.
  • FIGS. 3 and 4 show one example of the structural dimensions of the embodiment described above and the scanning angle relationship of light rays.
  • the horizontal maximum angle ⁇ H / ⁇ V of the light beam emitted by each light beam emitting unit 10 is 30 degrees
  • BM_1 to BM4 in the figure represent the rays of light entering the eye from the ray emission unit 10 at the far end of the ray generation unit 6.
  • the reproduction target area 7 exists in the range of the displayable area 9, and five intersections of the light beams B_1 to B5 are represented.
  • FIG. 4 shows the relationship when the position of the observer 8 is moved 32.5 mm to the right.
  • the display of the intersection is impossible, that is, the area which the observer 8 can not perceive.
  • the intersection point 4-5 can not be displayed at the three intersection points, and the intersection points 1-3 and 2-3 are indicated by the rays B_6 and B_9, respectively, and the rays B_7 and B_8.
  • the light beam generation unit 6 can secure the reproducible area 9 equivalent to the case of expansion to the width W '.
  • the curvature and the inclination angle may be any shape as long as the reproduction target area 7 can be secured by the expansion of the displayable area 9.
  • intersection map vibrates at high speed, the density of the intersection map can be apparently increased, that is, the resolution can be improved.
  • the same light emission point to be focused moves on the intersection map according to the movement amount, so the observer fixes the light emission point in the same space It is possible to perceive as you are doing.
  • the observer 8 perceives the light emitter in the air by aligning the viewpoint with the display target area
  • the observer 8 is aware of the presence (light) of each intersection line emitting portion 10 on the surface of the light ray generating portion 6 ahead of the sight line. Since the light intensity of each light beam is equivalent to the light intensity of the natural world and is weak, and only the light beam reaching the pupil of the two eyes 8R / 8 L is perceived and the various intersection points are reproduced, Since the dispersion appears on the whole, that is, the presence of the light model on the surface of the light beam generation unit 6 appears as a random light distribution which is difficult to see, it is possible to perceive the light emitter in the air.
  • the light beam generation unit 6 may use a liquid crystal panel, a DMD device of Texas Instruments Incorporated, or the like. It is needless to say that the viewing angle can be expanded by the same processing as described above by expanding the display area of the light beam generation unit 6 and expanding the emission angle of the light emission unit 10.
  • an input video signal video having 2D or 3D still image or moving image video information for a plurality of viewpoints is added to the display device of the first embodiment (FIG. 1), and an image processing unit 20 is added. It is a structure.
  • the image processing unit 20 performs frame rate conversion, scaling, resolution conversion, and the like between 2D and 3D still image and moving image video information for multiple viewpoints of the input video signal video, and develops the light model information 1 Do. Further, the light beam emitting unit 10 in the light beam generating unit 6 drives the laser light sources 12r, g, and b configured by at least three primary colors R / G / B.
  • the input video signal video may be video information that has been previously matched to the shape of the display target area 7.
  • the observer 8 when the observer 8 observes with one eye, although there is a harmful effect that can not be perceived as stereoscopic vision, when viewing the projection image with both eyes, reflection objects such as a screen or diffusion It is possible to visually recognize high-quality 3D images as still images or moving images without being aware of the existence of objects, and by widening the visible region from the surroundings, as if the images were floating in space It is possible to observe.
  • the present invention since it is possible to independently reproduce the light points of a plurality of intersection points for one light beam, it is possible to improve the sense of resolution. Also, since the intersection map vibrates at high speed, the density of the intersection map can be apparently increased, that is, the resolution can be improved.
  • intersection map vibrates / moves at a low speed
  • the same light emission point to be focused moves on the intersection map according to the movement amount, so the observer fixes the light emission point in the same space It is possible to perceive as you are doing. This makes it possible to observe the light emitter as if it were floating in a space where there is nothing.

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Abstract

　空間上に映像が浮遊しているかのように表示する映像表示装置を提供する。　複数の光線のそれぞれを所望の範囲内で１回以上，他の光線と交差するようにした光線生成手段と，交点マップと各交点の光再現情報で，光線の方向や光強度や波長や発光期間を制御・駆動する光線制御・駆動手段を有し，１本の光線を少なくとも２本の光線が交差し且つ，それぞれの交点が発光する光再現情報の場合は，光線制御・駆動手段は，それぞれの交点の発光期間を異ならしめるよう制御・駆動する。これにより、空間上に立体像を形成する。さらに、光線生成手段を例えば３０Ｈｚ以上の高速で振動させ，振動量に応じて交点マップに対する光再現情報を移動設定するようにした。

Description

浮遊体表示装置
　本発明は、空間上に立体的に映像を表示可能な表示装置に関する。
　従来から、立体的に映像を表示するための技術の検討が為されており、近年の液晶表示技術、プラズマディスプレイ技術等の向上により、高速表示や高精細表示を活用した立体表示手法を使用した表示装置の製品化も進んでいる。
　立体表示手法の具体例としては、例えば特許文献１に記載のように、視差を有する左眼映像および右眼映像を画面上に交互に表示し、例えば液晶シャッタを有するシャッタメガネを、左眼映像が表示されている場合は左側シャッタを開き且つ右側シャッタを閉じ、右眼映像が表示されている場合は右側シャッタを開き且つ左側シャッタを閉じるように制御することで、視聴者に立体映像を知覚させる技術が知られている。
　さらに，特許文献２に記載のように，観察者と直交する平面反射部との間の空中に，直交する平面反射部を介して観察者と反対側にある対象物の光線情報を導くようにして，立体像を簡便に形成する技術が知れれている。
特開２００９－２３２２４９号公報 国際公開番号Ｗ０２００９－１３１１２８号公報
　一般的には立体映像を表示可能な表示装置（すなわち視聴者に立体映像を知覚させることが可能な表示装置）においては、映像の臨場感や迫力を増すために、視聴者に対しより立体感（奥行感や距離感）を知覚させることが好ましい。
　しかしながら、上記特許文献１に開示される従来技術では、右目映像と左目映像を用いて画像領域内で異なる視差を再生して立体感を知覚させるようしているため、視聴者の事を十分配慮した立体映像設定（奥行き方向）や視聴姿勢が必要である。
　また，上記特許文献２に開示される従来技術では、光の拡散方向が表示対象物側と観察者側で反転するため，対象物を反転して知覚したり，観察者が空中で観察出来る範囲が限定されたり，光線連続性を確保する反射体の条件が複雑である等，視聴者に対し十分な立体感を与えることは困難であった。
　本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、視聴者が知覚する映像に、スクリーン等の反射物や拡散物の存在を意識せず，また，明暗の精悦度が良く，光の点滅（フリッカー）も少ない高画質な映像を視認でき，更には，周囲からの視認領域を広くすることで，あたかも空中に映像が浮かび上がっている様に観察することが可能な技術を提供するものである。
　本発明の浮遊体表示装置は、光線の方向や光強度や波長や発光期間の少なくとも何れか１つを制御・駆動する光線制御・駆動手段と，本制御・駆動に応じて複数の光線を出射する光線生成と，を有し，光線生成手段は，出射する複数の光線のそれぞれを，所望の範囲内で少なくとも１回以上，他の光線と交差（交点）するよう配置し，それぞれの交点の位置情報を交点マップとして保持するように構成した。
　そして、光線制御・駆動手段は，交点マップと各交点の光再現情報を得て，光線の方向や光強度や波長や発光期間の少なくとも何れか１つを制御・駆動することを特徴とするものである。さらに，上記所望の範囲内で，１本の光線を少なくとも２本の光線が交差し且つ，それぞれの交点が発光する光再現情報の場合は，光線制御・駆動手段は，それぞれの交点の発光期間を異ならしめるよう制御・駆動するようにしたものである。
　また本発明は、光線生成手段を例えば３０Ｈｚ以上の高速で振動させ，振動量に応じ、振動量を吸収するように交点マップに対する光再現情報を移動設定することを特徴とするものである。
　また本発明は、光線生成手段が手振れ等の低速で振動・移動した際に，移動量に応じ、，振動量を吸収するように交点マップに対する光再現情報を移動設定することを特徴とするものである。
　尚，光線数と光点を増した場合であっても，上記同様に処理することを特徴とするものである。
　本発明によれば、所望の範囲内で交点を成した少なくとも２つの光線がそれぞれ，観察者の右眼と左眼に入る観察条件にあり且つ，両眼の視線が本交点近傍に収束（輻輳）した際には，上記所望の範囲内（空間上）にある光点として知覚するので、視聴者の視聴環境に関係なく、高画質な映像を提供することができる。
本発明の第１実施例に係る表示装置のブロック図である。 第１実施例を補足するタイミング図である。 本発明の第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 本発明の第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 本発明の第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 本発明の第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 本発明の第２実施例に係る表示装置のブロック図である。 本発明の第１実施例の光線生成部６を説明する図である。 本発明の第１実施例の光線生成部６を説明するタイミング図である。
　以下、本発明の実施形態について添付の図面を用いて説明する。尚、各図または各実施例において、同一の構成、機能または作用を有する要素には同じ番号を付し、重複した説明を省略するものとする。
　まず、本発明の第１実施例に係る表示装置の構成を説明する。図１，３，４は、本発明の第１実施例に係る表示装置であって、浮遊体表示方法による平面（２Ｄ）や立体（３Ｄ）映像を表示可能な投射型表示装置と，それを観察する観察者との関係をブロック図で示している。
　図１，３，４で，１は２Ｄ／３Ｄの光モデル情報信号，２は光線モデル情報信号，３は光線マップ処理部，４は光線制御・駆動部，５はタイミング生成部，６は光線生成部，７は表示対象領域，８Ｌ／Ｒは観察者８の左眼／右眼，９は光線生成部６と観察者の左眼／右眼８Ｌ／Ｒが特定の位置関係（一般的な成人）にある際の２Ｄ／３Ｄで表示可能領域，１０は光線出射部，である。尚，６，７，８，９，１０は平面図（側面図）で示したが，光線生成部６は、複数の光線出射部１０をアレイ状に配置して構成するものであり，６，７，８，９，１０は平面図（側面図）で示したが，光線生成部６の奥行き方向にも光線出射部１０を有する。
　図７，９並びに，図８，１０は，光線出射部１０からの光線出力の１例を示す。図１２は複数の光線出射部１０からの光線出力の１例を示す。図１３は複数の光線出射部１０それぞれのタイミング図の１例を示す。但し，光線を表すドットは，ビーム光のラスタスキャン結果の概念図であり，タイミングを表す物では無い。光線出射部１０は，複数の光源と方向を制御するレンズでも良く，方向毎に有する複数の光源で構成しても良い。
  図９で１１は光源駆動部，１２は特定の波長を有する光源，１３はビーム光とするコリメートレンズ，１４はミラー制御・駆動部，１５，１６は２軸揺動ミラーであり，ミラー１５，１６を反射したビーム光がラスタスキャンする構成である。図１０で１７はカップリング部，１８は導光路，１９は導光路１８を加振する加振部，２０は加振制御・駆動部であり，ビーム光がラスタスキャンあるいは渦巻きスキャンする構成である。
　つぎに、本発明の第１実施例に係る表示装置の動作を説明する。
  本実施例に係る表示装置は、ここで，本実施例では，ビーム光且つ，高速で光量変調が容易なレーザ光源を光源に用いて説明する。もちろん，LED光源を，ビーム状に集光させる光学部品や，光量の変調部品とともに用いても良い。
　２軸揺動ミラー１５，１６や加振部１９の駆動方式は，電磁誘導，圧電駆動，静電駆動等，ミラーや導光路を揺動するものであれば何れであっても良い。また，説明の為，揺動ミラー6はφL＝1.5mmの大きさで，25kHzを共振周期とする1軸方向に揺動（H揺動），揺動ミラー７は60Hzの周期で揺動する構成とし，ミラー駆動部5の60Hz低速揺動信号v_driveと，25kHzの高速揺動信号h_driveで駆動する。尚，揺動角は，本揺動信号の振幅により調整するものである。
　ここで，説明の為，ビームの放射強度がピーク値または光軸上の値の1/e2（13.5 ％）と成る所をスポット径（ビーム径）とする一般的な定義にてφ1mm以下の大きさで，表示する映像が所望の解像度を満足するサイズであり，波長λr=640nm，λg=530nm，λb=450nmの可視光とする。
　また，光線生成部６から出射する光線数は光線出射部１０の数と動作で定まるが，本発明は個々の光線の制御・駆動方法に関するものであり代表光線を挙げて説明する。もちろん，光線密度や駆動速度により表示品質が定まる。
　光モデル情報信号１は，表示する物体の形状を表す座標情報や光反射・透過情報等の光情報を有する２Ｄ／３Ｄ表示情報（光モデル情報）であり，例えば，ＣＡＤ等で生成した立体情報や，或いは２Ｄ／３Ｄカメラや計測器で撮像した立体情報等であり，必要に応じて各種画像処理を施しても良い。
　光線モデル情報信号２は，光線生成部６が発する光線の内，互いに交わる光線の光線番号BM_x，B_xと交点座標（ｘ，ｙ，ｚ）を示す。尚，光線モデル情報信号２の信号形式は，光線単位或いは交点単位等，後段の処理に適したものであれば良い。
　光線マップ処理部３は，光モデル情報信号１を直接或いは各種補間処理により，光線モデル情報信号２が有する各交点座標と各光線に対する光線情報に分解して，光マトリクス情報信号を生成（マッピング）する。尚，光マトリクス情報信号により定義される光モデルの表示対象となる光線は，１本の光線に対し１個～複数個の交点座標と強度の情報を有する。
　図１は，光モデル１の表示対象領域７となる光線生成部６が発する光線の内，５本の光線（B_1,2,3,4,5）と３つの交点（1-3,2-3,4-5）を取り上げ，観察者の右眼８Rと左眼８Lに到達する際の状態を示したもので，以下，これで説明する。
　タイミング生成部５は，例えば図２のタイミング図の関係で垂直・水平同期信号v_sync（例えば６０Hz）h_sync（例えば50kHz）とサブフレーム信号t_div（同１２０Ｈｚ）を生成する。ここでは説明のため，フレーム分割数は２分割である。もちろん，光線数や交点数に応じてフレーム速度やフレーム分割数はフリッカー（見かけの光の点滅）を感じない50Hz以上が望ましいが，もちろん増減しても良い。
　光線制御・駆動部４は，同期信号v_sync,h_syncとサブフレーム信号t_divを基準に，光マトリクス情報から，対応する光線と交点の発光タイミングを測り，且つ，発光強度を信号振幅で示す駆動信号drv_x（図中drv_1,2,3,4,5）で示す。
　光線生成部６は，drv_xの駆動条件で光線BM_xをそれぞれ発光駆動する。図１に当てはめるとdrv_1～5の駆動条件で光線B_1～５をそれぞれ発光駆動する。すなわち，同一交点を表現する２つの光線は，同時が望ましいが視覚の残像・残光残像効果を期待できる時間内である同一のサブフレーム内で時間を異ならしめて（同期或いは非同期）発光駆動するものである。また，同一光線上の異なる交点は時間を異ならしめるべく異なるサブフレームで駆動するものであれば良い。
　図１２は説明を簡単にする為，２個の光線出射部１０がそれぞれビーム光をラスタスキャンし，サブフレーム内で光線が交わる状態の１例を示す。さらに特定の平面を２面（Subfram1,2）それぞれに発生する交点１－３と２－３の光線状態を示す。光線が交わる所はこの限りで無く，異なる光線間や異なる平面で発生し，且つ個々の交点の発生位置は特定できることから，それぞれの交点位置を交点座標として予め保持するものである。図１３は２個の光線出射部１０それぞれのラスタスキャンと，上記交点１－３と２－３を成すビーム光の生成位置とタイミングを示す。交点１－３はサブフレーム２（Subfram2）期間の対応するラスタスキャン位置で光線出射部１０よりビーム光を出射する。一方，サブフレーム１（Subfram１）期間では交点１－３に限らず，異なる交点のビーム光として出射しても良い。交点２－３も同様である。
　尚，サブフレームは２回と限定し，一本のビーム光で異なる２個の交点を表す場合で示したが，これに限らず，増減いずれも良い。
　以上の動作を図示しない光線に対しても同様に行い，入力した光モデル情報を表示対象領域７に表示する。尚，本実施例で説明する表示領域や交点は，平面配置や立体配置のいずれであっても良く，観察者８の主観で判断される。
　さらに本実施例では，光線生成部６が，外部からの振動や内部振動で微妙に揺れ或いは移動する場合にあっては，揺れ量や移動量xyz_shiftを測り，光線マップ処理部３に戻し，揺れ量や移動量xyz_shift分，光モデル情報を移動させて光線モデルにマッピング処理する振動補正機能を付加し，図示しないシステム制御による状況判断により機能ON/OFF制御する。すなわち，光線生成部６が振動する場合にあっても，表示対象領域７は同一場所を保持する。
　また，図示しないが，光線生成部６を強制的に周期的に加振し，上記振動補正機能を使用することで，光線位置すなわち交点位置が移動することで，見かけ上の交点を増大させ，光モデルの再生精度（解像度）を向上しても良い。
　図３と４を用いて上述した実施例の構造寸法や光線の走査角関係の１例を示す。もちろんこの限りでは無い。観察者８の右眼左眼８Ｒ／Ｌは眼幅Δｄ（＝６５ｍｍ），瞳φＩ（＝φ７ｍｍ）で，光線生成部６の一辺の幅Ｗ（＝２８３ｍｍ），両眼８Ｒ／８Ｌの中心から光線生成部６の中心までＬ（＝３００ｍｍ），光線生成部６からＫ（＝１００ｍｍ）に表示対象領域７（４０ｘ８０ｘ８０）の中心を設定する。
　光線生成部６を構成する複数の光線出射部１０はそれぞれＰ＝４ｍｍ間隔でアレイ状に並べる。それぞれの光線出射部１０が発する光線の水平最大角度θＨ／θＶが３０度の場合，光線が交点を成した後，それぞれ右眼／左眼８Ｒ／８Ｌに到達できる表示可能領域９は，点画で示した底辺Ｗ，高さＳ１（＝約２４０ｍｍ）の三角形の範囲である。尚，光線生成部６に奥行き（図面方向）があれば，形状に則した表示可能領域９の範囲が定まる。図中のＢＭ＿１～４は，光線生成部６の最両端の光線出射部１０から眼球に入る光線を表す。表示可能領域９の範囲に再生対象領域７が存在し，光線Ｂ＿１～５の５本で３つの交点を表現する。
　一方，図４では，観察者８の位置を右に３２．５ｍｍ移動した際の関係を示す。表示可能領域９からはみ出した再生対象領域７の一部分では，交点の表示が不能すなわち，観察者８が知覚できない領域となる。３つの交点では交点４－５が表示不能で，交点１－３と２－３はそれぞれ光線Ｂ＿６とＢ＿９で，光線Ｂ＿７とＢ＿８で表示する。
　ここで，光線生成部６の光線出射部１０の配置を図５で示すＲ＝３００の曲面形状或いは図６で示す傾き形状とすることで，表示可能領域９の拡張による再生対象領域７の確保を図っても良い。図５や６の場合，光線生成部６は幅Ｗであっても幅Ｗ’に拡張した場合と同等な再生可能領域９を確保できる。尚，表示可能領域９の拡張による再生対象領域７の確保ができれば，曲率や傾き角等の形状は何れであっても良い。
　以上の処理により交点を成した２つの光線がそれぞれ観察者８の右眼／左眼８Ｒ／８Ｌに到達し，両眼の視線が本交点近傍に収束（輻輳）した際には，上記所望の範囲内（空間上）にある光点として知覚する。
　また，１本の光線に対し複数の交点の光点を独立に再現できるため，解像度感の向上が可能である。また，交点マップが高速で振動することから，交点マップの密度を見かけ上の増大，すなわち解像度感の向上が可能である。また，交点マップが低速で振動・移動した場合であっても、着目する同一の発光点は、移動量に応じて交点マップ上を移動することから、観察者は同一空間上に発光点が固定しているように知覚することが可能である。
　これにより、あたかも何も無い空間上に発光体が浮かび上がっている様に観察することが可能である。また、観察者の見る角度毎に光点を再現するため、動体視野による自然な立体を得ることも可能である。
　以上，同一光線を交点数分，時分割で駆動する場合を示したが，目の残像効果を利用するものであり，点滅周期によっては他の交点に混色することは避けられないが，点滅周期の最適化により混色の低減を図るものである。
　また，観察者８は表示対象領域に視点を合わせる事で空中の発光体を知覚する際，視線の先にある光線生成部６表面の各交線出射部１０の存在（光）を意識するが，各光線の光強度は自然界の光強度相当であり弱く且つ，両眼8R/8Lの瞳に到達する光線のみ知覚し且つ，様々な交点を再現する為，光モデルの情報は光線生成部６全体に分散，すなわち光線生成部６表面に光モデルの存在は見えにくいランダムな光分布として見える為，空中の発光体の知覚が可能である。
　尚，光線生成部６における光線出射部１０への制御・駆動信号の分配方法や，光線出射部１０のサイズや配置関係の１例を示したが、光モデルを再現する為に必要な交点数を確保できる光線を得られるように配置するものであれば，何れでも良い。
　光線生成部６は，液晶パネル，米国テキサスインスツルメント社のDMD素子等を用いても良い。光線生成部６の表示面積の拡大や，光線出射部１０の放出角度の拡大により，上記同様の処理により視野角を拡大できることは言うまでもない。
　次に本発明の第２実施例による表示装置を、図１１を用いて説明する。
  本実施例は、第１の実施例（図１）の表示装置に，複数視点に対する２Ｄや３Ｄの静止画や動画の映像情報を持つ入力映像信号ｖｉｄｅｏの入力と，画像処理部２０を追加した構成である。
　画像処理部２０では，入力映像信号ｖｉｄｅｏの複数視点に対する２Ｄや３Ｄの静止画や動画の映像情報を視点毎或いは視点間でフレームレート変換、スケーリングや解像度変換等を施し，光モデル情報１に展開する。また光線生成部６における光線出射部１０は少なくとも色の３原色Ｒ／Ｇ／Ｂで構成するレーザ光源１２ｒ，ｇ，ｂを駆動する。尚，入力映像信号ｖｉｄｅｏは，予め表示対象領域７の形状に合わせた映像情報であっても良い。
　以上，本実施例によれば，観察者８が片眼で観察した場合は，立体視としての知覚が出来ない弊害があるものの，両目で投射映像を視認する際，スクリーン等の反射物や拡散物の存在を意識せず，また，高画質な立体映像を静止画や動画で視認でき，更には，周囲からの視認領域を広くすることで，あたかも空間上に映像が浮かび上がっている様に観察することが可能である。
　本発明によれば、１本の光線に対し複数の交点の光点を独立に再現できるため，解像度感の向上が可能である。また，交点マップが高速で振動することから，交点マップの密度を見かけ上の増大，すなわち解像度感の向上が可能である。
　また，交点マップが低速で振動・移動した場合であっても、着目する同一の発光点は、移動量に応じて交点マップ上を移動することから、観察者は同一空間上に発光点が固定しているように知覚することが可能である。これにより、あたかも何も無い空間上に発光体が浮かび上がっている様に観察することが可能である。
　また、観察者の見る角度毎に光点を再現するため、動体視野による自然な立体を得ることも可能である。
　１…２Ｄ／３Ｄの光モデル情報信号，２…光線モデル情報信号，３…光線マップ処理部，
  ４…光線制御・駆動部，５…タイミング生成部，６…光線生成部，７…表示対象領域，
  ８Ｌ／Ｒ…観察者８の左眼／右眼，９…表示可能領域，１０…光線出射部，
  １１…光源駆動部，１２…特定の波長を有する光源，１３…コリメートレンズ，
  １４…ミラー制御・駆動部，１５，１６…２軸揺動ミラー，１７…カップリング部，
  １８…導光路，１９…加振部，２０…加振制御・駆動部

Claims (11)

  1. 表示情報に従い，複数の光線を制御・駆動して空中に立体表示する際，少なくとも２本の光線を空中で交差（交点）させ，交点位置に応じた表示情報で光線の光強度を制御・駆動することを特徴とする浮遊体表示装置。
  2. 請求項１に記載の浮遊体表示装置において、
    さらに、表示情報に従い，複数の光線を制御・駆動して空中に立体表示する際，１本の光線を少なくとも２本の光線が交差し且つ，それぞれの交点が発光する表示情報の場合は，それぞれの交点の発光期間を異ならしめるよう制御・駆動することを特徴とする浮遊体表示装置。
  3. 請求項１或いは２に記載の浮遊体表示装置において、
    さらに，複数の光線が同時に振動や移動した場合には，移動した後の交点位置に応じた表示情報で光線の光強度を制御・駆動することを特徴とする浮遊体表示装置。
  4. 請求項３に記載の浮遊体表示装置において、
    さらに，複数の光線を同時に周期的に振動させ，振動する交点位置に応じた表示情報で光線の光強度を制御・駆動することを特徴とする浮遊体表示装置。
  5. 請求項１から４の何れかに記載の浮遊体表示装置において，
    複数の光線を生成する光線生成部は，複数の方向に光線を出射する光線出射部を複数有し，
    前記光線出射部がそれぞれ平面上に配置する構成であることを特徴とする浮遊体表示装置。
  6. 請求項１から４の何れかに記載の浮遊体表示装置において，
    複数の光線を生成する光線生成部は，複数の方向に光線を出射する光線出射部を複数有し，
    前記光線出射部がそれぞれ曲面上に配置する構成であることを特徴とする浮遊体表示装置。
  7. 請求項１から４の何れかに記載の浮遊体表示装置において，
    複数の光線を生成する光線生成部は，複数の方向に光線を出射する光線出射部を複数有し，
    前記光線出射部がそれぞれ折れ平面上に配置する構成であることを特徴とする浮遊体表示装置。
  8. 請求項１から７の何れかに記載の浮遊体表示装置において，
    表示情報は，平面の映像情報や少なくともふたつの視差を含む多視差の映像情報であることを特徴とする浮遊体表示装置。
  9. 請求項８に記載の浮遊体表示装置において、光線はレーザ光源であることを特徴とする浮遊体表示装置。
  10. 請求項９に記載の浮遊体表示装置において、
    光線出射部は，レーザ光源からのビーム光を揺動ミラー反射し，ラスタスキャンで光線を形成するものであり，
    ラスタスキャンのフレーム単位で発光期間を異ならしめることを特徴とする浮遊体表示装置。
  11. 請求項９に記載の浮遊体表示装置において、
    光線出射部は，レーザ光源からのビーム光を導光路に導き，導光路の出射側を可動することでラスタスキャンあるいは回転スキャンで光線を形成するものであり，
    ラスタスキャンのフレーム単位で発光期間を異ならしめることを特徴とする浮遊体表示装置。
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