WO2018003555A1 - 立体像表示装置及び立体像表示方法 - Google Patents

立体像表示装置及び立体像表示方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a stereoscopic image display apparatus and a stereoscopic image display method capable of viewing a stereoscopic image (three-dimensional image) with the same feeling as in daily life without using special glasses.
  • the stereoscopic image display method employs a binocular system that realizes stereoscopic vision by reproducing binocular parallax and convergence, and presents images of multiple side-by-side images to the left and right eyes using a lenticular lens or the like.
  • a method that adopts a multi-view method and a method that adopts a spatial image reproduction method that forms a three-dimensional image in space using data (image) that records an optical aerial image of an object are roughly classified (for example, Non-Patent Document 1).
  • the method employing the aerial image reproduction method is an ideal stereoscopic image display method that satisfies all the factors that humans perceive stereoscopic effect based on visual functions (for example, non-display methods).
  • Patent Document 2 is an ideal stereoscopic image display method that satisfies all the factors that humans perceive stereoscopic effect based on visual functions (for example, non-display methods).
  • a display control panel having a large number of minute light-transmitting portions is provided, and each of them is behind
  • An image display panel group having a plurality of image display panels for displaying a large number of small images of an object viewed from the position of the minute light transmitting portion is arranged so that the minute light transmitting portion can be selectively selectively transmitted at high speed.
  • a stereoscopic image display method for displaying a small image at a position on the image display panel corresponding to a minute translucent portion that has become translucent for displaying a small image at a position on the image display panel corresponding to a minute translucent portion that has become translucent.
  • each of a plurality of small images serving as a basis of a stereoscopic image is displayed in a non-overlapping state at the same time, and a plurality of objects viewed from substantially different positions.
  • a plurality of image playback panels for displaying each group image an image display panel for sequentially displaying the group images respectively displayed on the plurality of image playback panels in a time-sharing manner, and a time-sharing arrangement arranged on the front side of the image display panel.
  • a display control panel having a plurality of group micro light-transmitting portions that open and close in synchronization with each small image of the group image displayed on the image display panel.
  • the group micro light-transmitting portions are pinhole-shaped or slit-shaped
  • a three-dimensional stereoscopic image display apparatus having a large number of minute light transmitting parts has been proposed.
  • JP-A-9-33858 Japanese Patent No. 4744743
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a stereoscopic image (three-dimensional image) having a high image quality and a high amount of information can be viewed with the same feeling as in daily life without using special glasses.
  • An object is to provide an image display device and a stereoscopic image display method.
  • the stereoscopic image display device displays a plurality of small images each having three-dimensional display data side by side, and converts the three-dimensional display data from each small image into a light beam.
  • a display to output, The light beam is arranged in front of the display in correspondence with the position of the small image displayed on the display, and the light rays are extracted in a time division manner as partial light beams output from a plurality of partial regions set in the small image.
  • the light beam converted from the three-dimensional display data relates to the passing position and direction in space as a light beam emitted in various directions from one object point (three-dimensional position) on the surface of the three-dimensional object. It is a light ray having ray path information and color information relating to an object point.
  • the stereoscopic image display method wherein a plurality of small images each having three-dimensional display data are displayed side by side on a display, and the three-dimensional display data is converted into light from each small image And the process of outputting, Using the first mechanical shutter disposed in front of the display corresponding to the position of the small image displayed on the display, the light beam is output from a plurality of partial areas set in the small image, respectively.
  • the partial light beam extracted in a time-sharing manner for each small image And forming the three-dimensional image by condensing the reconstructed light beams in the forward direction while reconstructing them as the light beams.
  • the three-dimensional image display device since there is only one display for displaying a small image, the three-dimensional image display device can be made compact. Moreover, the light beam output from the small image can be time-divided and extracted at high speed as the partial light beam output from each of the plurality of partial regions by the first mechanical shutter. For this reason, it is possible to reduce local and temporal restrictions in the use of the stereoscopic image display device and in the application of the stereoscopic image display method.
  • the light beam output from the small image using the first mechanical shutter is output from the partial region of the small image. Since the partial rays output from the partial areas of adjacent small images displayed on the display can be prevented from overlapping each other in space, partial rays that do not contain noise components are extracted. be able to. As a result, since the noise component is not included in the light beam reconstructed from the partial light beam, a stereoscopic image without distortion can be formed.
  • the partial light beam is extracted using the first mechanical shutter, it is possible to prevent the color change of the partial light beam and suppress the attenuation of the light amount, and the light beam is reconstructed from the partial light beam using the second mechanical shutter. Therefore, the color tone change of the light beam can be prevented, the attenuation of the light amount can be suppressed, and a bright stereoscopic image having an accurate color tone can be obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram of a stereoscopic image display apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the structure of the same three-dimensional image display apparatus. It is a perspective view which shows another structure of the same three-dimensional image display apparatus. It is a perspective view which shows another structure of the same three-dimensional image display apparatus.
  • the stereoscopic image display apparatus 10 displays a plurality of small images 11 each having three-dimensional display data side by side, and each of the small images 11 has a third order. It has a display 12 that converts the original display data into light rays and outputs them. A plurality of partial areas 13 are set in each small image 11, and a first mechanical shutter 14 disposed in correspondence with the position of the small image 11 displayed on the display 12 is provided in front of the display 12. A first mechanical shutter panel 15 is installed.
  • the first mechanical shutter 14 takes out light beams output from each small image 11 as partial light beams output from the plurality of partial regions 13 in a time-sharing manner and transmits them in front. Further, in front of the first mechanical shutter 14, a second mechanical shutter panel 17 including a second mechanical shutter 16 disposed corresponding to the position of the small image 11 displayed on the display 12 is installed. ing. The second mechanical shutter 16 condenses each reconstructed light beam in front while transmitting the partial light beam extracted in a time division manner for each small image 11 to reconstruct it as a light beam. Original image).
  • the stereoscopic image display device 10 includes an image display means 18 for displaying the small image 11 having the three-dimensional display data on the display 12, and a first mechanical shutter according to the position of the small image 11 displayed on the display 12. 14 and the first mechanical shutter operating means 19 for performing on / off operation (opening / closing operation) of the first mechanical shutter 14, and the optical axis L exists at the center of the small image 11 displayed on the display 12.
  • the second mechanical shutter 16 is positioned so that the off time (when closed) of the second mechanical shutter 16 is synchronized with the off time of the first mechanical shutter 14.
  • a control unit 22 that includes a small image creating means 21 for creating a small image 11 was e. Details will be described below.
  • the number of pixels of the display 12 is preferably 4000 pixels or more in the horizontal (horizontal) direction and 2000 pixels or more in the vertical (vertical) direction (that is, a display having 4K or more, more preferably 8K or more).
  • a large number of high-definition small images small images having large three-dimensional display data
  • a high-resolution three-dimensional image can be formed.
  • the first mechanical shutter 14 is composed of a plurality of MEMS shutters (micro mechanical shutters applying Micro Electro-Mechanical System technology). For this reason, for example, MEMS shutters having the same size as the pixels of the display 12 are arranged on the first mechanical shutter panel 15 according to the arrangement of the pixels of the display 12 (arranged at the same density as the pixel density of the display 12). be able to. Therefore, several MEMS shutters are selected from the plurality of MEMS shutters arranged in the first mechanical shutter panel 15 according to the position and area (shape) of the partial region 13 set in the small image 11. By doing so, it can function as the first mechanical shutter 14 having the same shape as the partial region 13.
  • MEMS shutters micro mechanical shutters applying Micro Electro-Mechanical System technology
  • the second mechanical shutter 16 is formed of a plurality of MEMS shutters.
  • a MEMS shutter having a size equivalent to the pixel of the display 12 can be arranged on the second mechanical shutter panel 17 according to the arrangement of the pixel of the display 12. Accordingly, by selecting several MEMS shutters located at the center of the small image 11 displayed on the display 12 from among a plurality of MEMS shutters arranged in the second mechanical shutter panel 17, the small image is displayed. 11 can function as the second mechanical shutter 16 positioned so that the optical axis L passes through the central portion of the optical shutter 11.
  • the first mechanical shutter 14 As an optical shutter, it is possible to extract a partial light beam in which a change in color tone is prevented and a light amount attenuation is suppressed from the light beam output from the small image 11.
  • the second mechanical shutter 16 as an optical shutter, the partial light beam can be transmitted in front of the second mechanical shutter panel 17 while preventing a change in color tone and suppressing light amount attenuation.
  • the first mechanical shutter panel 15 contacts the display 12 or 500 ⁇ m or less with respect to the display 12. It is preferable to arrange them close to each other so as to be a gap.
  • the distance between the display 12 and the second mechanical shutter panel 17 is based on the light beam path information in the three-dimensional display data of each small image 11 (the portion output from the partial region 13 of each small image 11).
  • the light beam is determined so that it can be transmitted uniformly through the second mechanical shutter 16 and in front of the second mechanical shutter panel 17.
  • One first mechanical shutter 14 corresponding to the position is set to be on time. That is, each time the second mechanical shutter 16 is turned on and off, different partial areas 13 are sequentially selected from the plurality of partial areas 13 set in the small image 11, and one corresponding first mechanical unit is selected.
  • the shutter 14 is turned on time in synchronization with the on time of the second mechanical shutter 16. Thereby, it is possible to extract only the partial rays of one partial region 13 selected from among the plurality of partial regions 13 set in the small image 11 in a time division manner.
  • the second mechanical shutter 16 at the time of the on-time of the second mechanical shutter 16, at the positions of a plurality of (four in FIG. 3) partial regions 13a that are separated (for example, at least not adjacent to each other).
  • a plurality of first mechanical shutters that are sequentially separated at different positions.
  • the shutter 14 a may be selected so that the on-time is synchronized with the second mechanical shutter 16.
  • partial rays of two or more (four in FIG. 3) partial areas 13a that are simultaneously selected from the plurality of partial areas 13a set in the small image 11a are extracted in a time-sharing manner. it can.
  • the second mechanical shutter 16 when the second mechanical shutter 16 is on time, by setting the plurality of first mechanical shutters 14a at the distant positions to be on time, even if many partial regions 13a are set in the small image 11a, It becomes possible to extract partial rays from all the partial regions 13a within the afterimage retention time of the eye (for example, 1/60 to 1/30 seconds).
  • the second mechanical shutter 16 may have a pinhole shape, or, as shown in FIG. 4, the second mechanical shutter 16a may have a slit shape (the optical axis L may be a small image). 11 may pass through the central portion.
  • the second mechanical shutter 16a when the second mechanical shutter 16a is slit-shaped, the partial light beam incident from the entrance side of the second mechanical shutter 16a is parallel to the width direction of the slit when exiting from the exit side of the second mechanical shutter 16a. Within a flat surface, it spreads in a fan shape with the exit side of the second mechanical shutter 16a as a base. For this reason, since the light reconstructed from the partial light also spreads in a fan shape along the longitudinal direction of the second mechanical shutter 16a, a stereoscopic image having parallax information is formed only in the width direction of the second mechanical shutter 16a. The Therefore, in order to observe a stereoscopic image, the observer must be positioned so that both eyes are aligned along the width direction of the second mechanical shutter 16a, and restrictions are imposed on the observation of the stereoscopic image.
  • the image display means 18 of the control unit 22 is configured by loading a computer with a program having a small image display function that reads a plurality of three-dimensional display data, converts them into small image display signals, and inputs them to the display 12. Is done.
  • a dedicated circuit for converting 3D display data into a small image display signal may be connected to the signal input side of the display 12. By using a dedicated circuit, the small image display speed can be increased.
  • the first mechanical shutter operation means 19 of the control unit 22 obtains the position information of the pixels used for displaying each small image 11 displayed on the display 12 from the image display means 18 and obtains the first mechanical shutter.
  • a plurality of MEMS shutters located in ranges corresponding to the display ranges of the plurality of partial areas 13 set for each small image 11 are time-divided as first mechanical shutters 14. It is configured by mounting a program having a MEMS shutter operation function for inputting a drive signal for turning on all the remaining MEMS shutters and inputting the drive signal.
  • the second mechanical shutter operation means 20 of the control unit 22 obtains the position information of the pixels used for displaying each small image 11 displayed on the display 12 from the image display means 18 and obtains the second mechanical shutter.
  • a plurality of MEMS shutters located in a range corresponding to the central portion of each small image 11 are synchronized with on / off of the plurality of MEMS shutters constituting the first mechanical shutter 14.
  • the computer is equipped with a program having a MEMS shutter operation function that turns on and off.
  • the small image creating means 21 of the control unit 22 is equipped with a computer graphics function that creates a 3D object image by moving a virtual camera in a 3D space and generates 3D display data in the computer, for example. It is constituted by. It should be noted that an object that is the basis of a stereoscopic image to be displayed is imaged by an imaging means (for example, a stereo camera) to obtain image data, and polygons constituting the surface of the object viewed from the viewpoint of the stereo camera are obtained from the image data. It can also be configured by installing in a computer a function for extracting and extracting vertex coordinates of extracted polygons, connection information of vertexes of adjacent polygons, and color information of each polygon to obtain three-dimensional display data.
  • an imaging means for example, a stereo camera
  • a stereoscopic image display method to which the stereoscopic image display device 10 according to an embodiment of the present invention is applied will be described.
  • a plurality of small images 11 each having three-dimensional display data are displayed side by side on the display 12, and the three-dimensional display data is converted from each small image 11 into light rays.
  • the first mechanical shutter 14 disposed in front of the display 12 so as to correspond to the position of the small image 11 displayed on the display 12 and the output step, a plurality of light beams are set in the small image 11.
  • the light beam output from each small image 11 using the first mechanical shutter 14 is extracted as the partial light beam output from the partial region 13 of each small image 11, the change in color tone of the partial light beam can be prevented. Attenuation can be suppressed. Even if the adjacent small images 11 are displayed close to each other and displayed on the display 12, the partial rays output from the respective partial regions 13 of the adjacent small images 11 have different optical paths, and thus intersect (overlap) in space. In other words, the extracted partial rays do not contain noise components. Since the partial light beam extracted from each small image 11 is transmitted to the front of the second mechanical shutter panel 17 via the second mechanical shutter 16, the partial light beam transmitted to the front of the second mechanical shutter panel 17. The color tone is prevented from changing, and the light quantity attenuation is suppressed.
  • the first partial light rays are extracted from the partial areas 13 within the afterimage retention time of the eye.
  • the number of time divisions that is, the number of partial areas 13 is set in consideration of the opening / closing speed of the mechanical shutter 14. Further, the off time of the second mechanical shutter 16 is synchronized with the off time of the first mechanical shutter 14.
  • the reconstructed light beam can be condensed at a position S in front of the second mechanical shutter panel 17.
  • the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments, and is within the scope of the matters described in the claims. Other possible embodiments and modifications are also included.
  • the display and the first mechanical shutter panel are integrated, that is, a MEMS shutter is provided on each pixel of the display as the first mechanical shutter. It can also be configured to operate. As a result, the partial rays output from the plurality of partial areas set in the small image can be accurately extracted in a time division manner.
  • the first and second mechanical shutters are used to form the stereoscopic image display device and the stereoscopic image display method.
  • MEMS shutters for example, MEMS shutters
  • the mechanical shutter is faster in response than the liquid crystal shutter, so that a clearer and more accurate stereoscopic image can be obtained.
  • 3D image display devices for game consoles and medical use, game centers, amusement parks, movie theaters, It may be used as a stereoscopic image display method in a medical field.

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Abstract

本発明は、高画質で高情報量を有する立体像（三次元像）を、特殊な眼鏡を用いず、日常生活と同様の感覚で見ることが可能な立体像表示装置及び立体像表示方法を提供することを目的とする。 本発明の立体像表示装置（１０）は、三次元表示データを備えた小画像（１１）を並べて表示し、小画像（１１）からそれぞれ三次元表示データを光線に変換して出力するディスプレイ（１２）と、小画像（１１）の位置に対応させてディスプレイ（１２）の前方に配置され、光線を、小画像（１１）に設定された複数の部分領域（１３）からそれぞれ出力される部分光線として時分割で取り出し前方に透過させる第１のメカニカルシャッター（１４）と、小画像（１１）の位置に対応させて第１のメカニカルシャッター（１４）の前方に配置され、小画像（１１）毎に時分割で取り出された部分光線を前方に透過させ光線として再構成させながら、再構成された各光線を前方で集光させて三次元像を形成する第２のメカニカルシャッター（１６）を有している。

Description

立体像表示装置及び立体像表示方法
本発明は、特殊な眼鏡を用いず、日常生活と同様の感覚で立体像（三次元像）を見ることが可能な立体像表示装置及び立体像表示方法に関する。
立体像表示方法は、両眼視差と輻輳を再現することにより立体視を実現する２眼方式を採用する方法、横に並んだ多視点の画像をレンチキュラーレンズ等を用いて左右の目に提示する多眼方式を採用する方法、及び対象物の光学的な空間像を記録したデータ（画像）を用いて空間に立体像を結像させる空間像再生方式を採用する方法に大別される（例えば、非特許文献１参照）。
これらの方法の中で、空間像再生方式を採用する方法は、人間が視覚機能に基づいて立体感を知覚する要因を全て満足する理想的な立体像の表示方法とされている（例えば、非特許文献２参照）。
空間像再生方式を採用して広い視野角で鮮明な立体像を表示する方法として、例えば、特許文献１には、多数の微小透光部を有する表示制御パネルを設けてその背後に、それぞれの微小透光部の位置から見た対象物の多数の小画像を表示する複数の画像表示パネルを有する画像表示パネル群を配置し、微小透光部を高速度で逐次選択的に透光可能にして、それと同時に透光可能となった微小透光部に対応した画像表示パネル上の位置に小画像を表示する立体画像表示方法が提案されている。
また、例えば、特許文献２には、各々は、立体像の基となる多数の小画像が非重複状態で並べて同時表示されていると共に、実質的に少しずつ異なる位置から対象物を見た複数の群画像をそれぞれ表示する複数の画像再生パネルと、複数の画像再生パネルにそれぞれ表示された群画像を、時分割で順次表示する画像表示パネルと、画像表示パネルの前側に配置され、時分割で画像表示パネルに表示された群画像の各小画像に同期して開閉する複数の群微小透光部を備えた表示制御パネルとを有し、群微小透光部はピンホール状又はスリット状の多数の微小透光部を有する三次元立体画像表示装置が提案されている。
特開平９－３３８５８号公報 特許第４７４４７４３号公報
岩舘祐一、「３次元映像技術の概要」ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ、２０１４年３月、第１４４巻、ｐ４－９ 三科智之、「インテグラル方式の概要」ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ、２０１４年３月、第１４４巻、ｐ１０－１７
しかしながら、特許文献１に記載された立体画像表示方法では、高精細な立体像を形成するために、多数の小画像を眼の残像保持時間内に表示する必要がある。つまり、画像表示パネルに表示される小画像を短時間で切替えなければならないが、画像表示パネルの画像表示切替速度に制約が存在するため、表示制御パネルの背後に複数の画像表示パネルを有する画像表示パネル群を配置して、予め小画像をそれぞれ表示している画像表示パネルの中から表示制御パネルの微小透光部に対応する小画像を表示している画像表示パネルを選択するようにしている。
また、特許文献２に記載された三次元立体画像表示装置においても、特許文献１の場合と同様に群画像をそれぞれ表示する画像再生パネルを画像表示パネルの背面側に複数配置している。
このため、特許文献１に記載された立体画像表示装置では表示制御パネルの背面側が大型化し、特許文献２に記載された三次元立体画像表示装置では画像表示パネルの背面側が大型化するという問題が生じる。このため、装置の使用（利用）に関して、場所的及び時間的な制約が生じるという問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高画質で高情報量を有する立体像（三次元像）を、特殊な眼鏡を用いず、日常生活と同様の感覚で見ることが可能な立体像表示装置及び立体像表示方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第１の発明に係る立体像表示装置は、それぞれ三次元表示データを備えた複数の小画像を並べて表示して、該各小画像から該三次元表示データを光線に変換して出力するディスプレイと、
前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて該ディスプレイの前方に配置され、前記光線を、該小画像に設定された複数の部分領域からそれぞれ出力される部分光線として時分割で取り出し前方に透過させる第１のメカニカルシャッターと、
前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて前記第１のメカニカルシャッターの前方に配置され、前記小画像毎に時分割で取り出された前記部分光線を前方に透過させ前記光線として再構成させながら、再構成された該各光線を前方で集光させて三次元像を形成する第２のメカニカルシャッターとを有している。
ここで、三次元表示データから変換された光線とは、三次元物体の表面上の１つの物点（三次元位置）から様々な方向に射出される光線として、空間内の通過位置及び方向に関する光線経路情報と、物点に関する色情報とを有する光線のことである。
前記目的に沿う第２の発明に係る立体像表示方法は、それぞれ三次元表示データを備えた複数の小画像を並べてディスプレイに表示して、該各小画像から該三次元表示データを光線に変換して出力する工程と、
前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて該ディスプレイの前方に配置された第１のメカニカルシャッターを用いて、前記光線を、該小画像に設定された複数の部分領域からそれぞれ出力される部分光線として時分割で取り出し前方に透過させる工程と、
前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて前記第１のメカニカルシャッターの前方に配置される第２のメカニカルシャッターを用いて、前記小画像毎に時分割で取り出された前記部分光線を前方に透過させ前記光線として再構成させながら、再構成された該各光線を前方で集光させて三次元像を形成する工程とを有する。
第１の発明に係る立体像表示装置及び第２の発明に係る立体像表示方法においては、小画像を表示するディスプレイは一つだけなので、立体像表示装置をコンパクトにすることができる。また、小画像から出力される光線を第１のメカニカルシャッターにより、複数の部分領域からそれぞれ出力される部分光線として時分割して高速で取り出すことができる。このため、立体像表示装置の使用において、また立体像表示方法の適用において、場所的及び時間的な制約を低減することが可能になる。
また、第１の発明に係る立体像表示装置及び第２の発明に係る立体像表示方法においては、第１のメカニカルシャッターを用いて小画像から出力される光線を、小画像の部分領域から出力される部分光線として時分割で取り出すので、ディスプレイに表示される隣り合う小画像の部分領域からそれぞれ出力される部分光線同士が空間で重なり合うことを防止でき、ノイズ成分が含まれない部分光線を取り出すことができる。その結果、部分光線から再構成した光線にもノイズ成分が含まれないため、歪みのない立体像を形成することが可能になる。
更に、第１のメカニカルシャッターを用いて部分光線を取り出すので、部分光線の色調変化を防止し、光量の減衰を抑制することができ、第２のメカニカルシャッターを用いて部分光線から光線を再構成するので光線の色調変化を防止し、光量の減衰を抑制することができ、正確な色調を有する明るい立体像を得ることができる。
本発明の一実施例に係る立体像表示装置のブロック図である。 同立体像表示装置の構成を示す斜視図である。 同立体像表示装置の別の構成を示す斜視図である。 同立体像表示装置の更に別の構成を示す斜視図である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施例に係る立体像表示装置１０は、それぞれ三次元表示データを備えた複数の小画像１１を並べて表示して、各小画像１１から三次元表示データを光線に変換して出力するディスプレイ１２を有している。各小画像１１には複数の部分領域１３が設定されており、ディスプレイ１２の前方には、ディスプレイ１２に表示される小画像１１の位置に対応させて配置された第１のメカニカルシャッター１４を備えた第１のメカニカルシャッターパネル１５が設置されている。第１のメカニカルシャッター１４は、各小画像１１から出力される光線を、複数の部分領域１３からそれぞれ出力される部分光線として時分割で取り出し前方に透過させる。また、第１のメカニカルシャッター１４の前方には、ディスプレイ１２に表示される小画像１１の位置に対応させて配置された第２のメカニカルシャッター１６を備えた第２のメカニカルシャッターパネル１７が設置されている。第２のメカニカルシャッター１６は、小画像１１毎に時分割で取り出された部分光線を前方に透過させ光線として再構成させながら、再構成された各光線を前方で集光させて立体像（三次元像）を形成する。
更に、立体像表示装置１０は、三次元表示データを備えた小画像１１をディスプレイ１２に表示させる画像表示手段１８と、ディスプレイ１２に表示された小画像１１の位置に合わせて第１のメカニカルシャッター１４の位置決めを行うと共に、第１のメカニカルシャッター１４のオンオフ操作（開閉操作）を行う第１のメカニカルシャッター操作手段１９と、ディスプレイ１２に表示される小画像１１の中央部に光軸Ｌが存在するように第２のメカニカルシャッター１６の位置決めを行って、第２のメカニカルシャッター１６のオフタイム（閉時）が、第１のメカニカルシャッター１４のオフタイムに同期するように第２のメカニカルシャッター１６のオンオフ操作を行う第２のメカニカルシャッター操作手段２０と、三次元表示データを備えた小画像１１を作成する小画像作成手段２１とを備えた制御部２２を有している。以下、詳細に説明する。
ディスプレイ１２の画素数は、横（水平）方向に４０００画素以上、縦（垂直）方向に２０００画素以上（即ち、４Ｋ以上、更に好ましくは８Ｋ以上の画素数を有するディスプレイ）であることが好ましい。これによって、一つのディスプレイ１２に、高精細な小画像（大きな三次元表示データを備えた小画像）を、数多く並べて表示することができ、解像度の高い三次元像を形成することが可能になる。
第１のメカニカルシャッター１４は複数のＭＥＭＳシャッター（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ技術を応用した微小メカニカルシャッター）から構成されている。このため、第１のメカニカルシャッターパネル１５に、例えば、ディスプレイ１２の画素と同等のサイズのＭＥＭＳシャッターを、ディスプレイ１２の画素の配置に合わせて並べる（ディスプレイ１２の画素密度と同等密度で配置する）ことができる。従って、第１のメカニカルシャッターパネル１５内に配置された複数のＭＥＭＳシャッターの中から、小画像１１に設定された部分領域１３の位置と面積（形状）に合わせて、幾つかのＭＥＭＳシャッターを選択することにより、部分領域１３と同一形状の第１のメカニカルシャッター１４として機能させることができる。
第２のメカニカルシャッター１６は複数のＭＥＭＳシャッターから形成されている。これによって、第２のメカニカルシャッターパネル１７に、例えば、ディスプレイ１２の画素と同等のサイズのＭＥＭＳシャッターをディスプレイ１２の画素の配置に合わせて並べることができる。従って、第２のメカニカルシャッターパネル１７内に配置された複数のＭＥＭＳシャッターの中から、ディスプレイ１２に表示された小画像１１の中央部に位置する幾つかのＭＥＭＳシャッターを選択することにより、小画像１１の中央部を光軸Ｌが通過するように位置決めされた第２のメカニカルシャッター１６として機能させることができる。
第１のメカニカルシャッター１４を光シャッターとして用いることで、小画像１１から出力される光線から、色調変化が防止され、光量減衰が抑制された部分光線を取り出すことができる。また、第２のメカニカルシャッター１６を光シャッターとして用いることで、部分光線を、色調変化を防止し、光量減衰を抑制して第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に透過させることができる。これにより、各小画像１１から取り出した部分光線を用いて、各小画像１１から出力される光線と比較して、色調変化がなく、しかも光量減衰の抑制された光線を再構成すると共に、それぞれ集光させることができる。
小画像１１に設定された部分領域１３から出力される部分光線を時分割で正確に取り出すために、ディスプレイ１２に対して第１のメカニカルシャッターパネル１５は当接、あるいはディスプレイ１２に対して５００μｍ以下の隙間となるように近接配置することが好ましい。
また、ディスプレイ１２と第２のメカニカルシャッターパネル１７との距離は、各小画像１１の有する三次元表示データの中の光線光路情報に基づいて（各小画像１１の部分領域１３から出力される部分光線が、第２のメカニカルシャッター１６を介して第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に一様に透過できるように）決定される。
ここで、図２に示すように、第２のメカニカルシャッター１６のオンタイム時（開状態時）に、小画像１１に設定された複数の部分領域１３の中から選択された１つの部分領域１３の位置に対応する一つの第１のメカニカルシャッター１４がオンタイムとなるようにする。つまり、第２のメカニカルシャッター１６のオンオフが切り替わる度に、小画像１１に設定された複数の部分領域１３の中から、順次、異なる部分領域１３を選択し、それに対応した一つの第１のメカニカルシャッター１４が、第２のメカニカルシャッター１６のオンタイムに同期してオンタイムとなるようにする。これにより、小画像１１に設定された複数の部分領域１３の中から選択された１つの部分領域１３の部分光線だけを時分割で取り出すようにすることができる。
あるいは、図３に示すように、第２のメカニカルシャッター１６のオンタイム時に、離れた位置（例えば、少なくとも隣接していない位置）にある複数（図３では４つ）の部分領域１３ａの位置に対応する第１のメカニカルシャッター１４ａがオンタイムとなるようにして、上記と同様に第２のメカニカルシャッター１６のオンオフが切り替わる度に、順次、異なる位置で離れた位置にある複数の第１のメカニカルシャッター１４ａを選択し、第２のメカニカルシャッター１６と同期してオンタイムとなるようにしてもよい。この場合、小画像１１ａに設定された複数の部分領域１３ａから同時選択されたそれぞれ離れた位置にある２つ以上（図３では４つ）の部分領域１３ａの部分光線を時分割で取り出すことができる。このように第２のメカニカルシャッター１６のオンタイム時に、離れた位置にある複数の第１のメカニカルシャッター１４ａをオンタイムとすることにより、小画像１１ａに多くの部分領域１３ａを設定しても、眼の残像保持時間（例えば、１／６０～１／３０秒）内に全ての部分領域１３ａからの部分光線を取り出すことが可能になる。
図２、図３に示すように、第２のメカニカルシャッター１６をピンホール状とすることも、あるいは、図４に示すように、第２のメカニカルシャッター１６ａをスリット状（光軸Ｌは小画像１１の中央部を通過する）とすることもできる。
第２のメカニカルシャッター１６がピンホール状の場合、第２のメカニカルシャッター１６の入口側（第１のメカニカルシャッターパネル１５側）から入射した部分光線は、第２のメカニカルシャッター１６の出口側から（第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に）出る際に光円錐状に広がる。このため、部分光線から再構成される光線も光円錐状に広がるので、水平、垂直、斜め方向と全方位にわたって視差情報を持つ立体像が形成される。
一方、第２のメカニカルシャッター１６ａがスリット状の場合、第２のメカニカルシャッター１６ａの入口側から入射した部分光線は、第２のメカニカルシャッター１６ａの出口側から出る際に、スリットの幅方向に平行な面内で第２のメカニカルシャッター１６ａの出口側を基部とする扇形状に広がる。
このため、部分光線から再構成される光線も第２のメカニカルシャッター１６ａの長手方向に沿って扇形状に広がるので、第２のメカニカルシャッター１６ａの幅方向だけに視差情報を持つ立体像が形成される。従って、立体像を観察するためには、第２のメカニカルシャッター１６ａの幅方向に沿って両眼が並ぶように観察者が位置しなければならず、立体像の観察において制約が生じる。
制御部２２の画像表示手段１８は、複数の三次元表示データを読み込み、それぞれ小画像表示用信号に変換してディスプレイ１２に入力する小画像表示機能を備えたプログラムをコンピュータに搭載することにより構成される。なお、プログラムをコンピュータに搭載する代わりに、三次元表示データを小画像表示用信号に変換する専用回路をディスプレイ１２の信号入力側に接続してもよい。専用回路を用いることで、小画像表示速度を高めることができる。
制御部２２の第１のメカニカルシャッター操作手段１９は、画像表示手段１８からディスプレイ１２に表示された各小画像１１の表示に使用されている画素の位置情報を入手して、第１のメカニカルシャッターパネル１５内の各ＭＥＭＳシャッターに対して、小画像１１毎に設定された複数の部分領域１３の表示範囲とそれぞれ対応する範囲に位置する複数のＭＥＭＳシャッターを第１のメカニカルシャッター１４として時分割でオンすると共に、残りのＭＥＭＳシャッターを全てオフとする駆動信号を入力するＭＥＭＳシャッター操作機能を備えたプログラムをコンピュータに搭載することにより構成される。
制御部２２の第２のメカニカルシャッター操作手段２０は、画像表示手段１８からディスプレイ１２に表示された各小画像１１の表示に使用されている画素の位置情報を入手して、第２のメカニカルシャッターパネル１７内の各ＭＥＭＳシャッターに対して、各小画像１１の中央部に対応する範囲に位置する複数のＭＥＭＳシャッターを、第１のメカニカルシャッター１４を構成している複数のＭＥＭＳシャッターのオンオフに同期してオンオフするＭＥＭＳシャッター操作機能を備えたプログラムをコンピュータに搭載することにより構成される。
制御部２２の小画像作成手段２１は、例えば、三次元空間内で仮想的なカメラを移動させて三次元物体の画像を作成して三次元表示データとするコンピュータグラフィックス機能をコンピュータに搭載することにより構成される。
なお、表示しようとする立体像の基となる物体を撮像手段（例えば、ステレオカメラ）で撮像して画像データを求め、画像データからステレオカメラの視点から見た物体の表面を構成する多角形を抽出し、抽出した多角形の頂点座標、隣り合う多角形の頂点の接続情報、各多角形の色情報を求めて三次元表示データとする機能をコンピュータに搭載することにより構成することもできる。
続いて、本発明の一実施例に係る立体像表示装置１０を適用した立体像表示方法について説明する。
図２に示すように、立体像表示方法は、それぞれ三次元表示データを備えた複数の小画像１１を並べてディスプレイ１２に表示して、各小画像１１から三次元表示データを光線に変換して出力する工程と、ディスプレイ１２に表示される小画像１１の位置に対応させてディスプレイ１２の前方に配置された第１のメカニカルシャッター１４を用いて、光線を、小画像１１に設定された複数の部分領域１３からそれぞれ出力される部分光線として時分割で取り出し第１のメカニカルシャッターパネル１５の前方に透過させる工程と、ディスプレイ１２に表示される小画像１１の位置に対応させて第１のメカニカルシャッター１４の前方に配置される第２のメカニカルシャッター１６を用いて、小画像１１毎に時分割で取り出された部分光線を第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に透過させ光線として再構成させながら、再構成された各光線を集光させて立体像を形成する工程とを有している。
第１のメカニカルシャッター１４を用いて各小画像１１から出力される光線を、各小画像１１の部分領域１３から出力される部分光線として取り出すので、部分光線の色調変化が防止でき、更に、光量減衰を抑制することができる。そして、隣り合う小画像１１が近接されてディスプレイ１２に表示されていても、隣り合う小画像１１の各部分領域１３からそれぞれ出力される部分光線は光路が異なるため、空間で交差する（重なり合う）ことはなく、取り出した部分光線にはノイズ成分が含まれない。
そして、各小画像１１から取り出した部分光線は、第２のメカニカルシャッター１６を介して第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に透過するので、第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に透過した部分光線は、色調変化が防止され、光量減衰が抑制されている。
小画像１１に設定された複数の部分領域１３からそれぞれ出力される部分光線を時分割で取り出す場合、全ての部分領域１３からの部分光線が眼の残像保持時間内に取り出されるように、第１のメカニカルシャッター１４の開閉速度を考慮して時分割数、即ち、部分領域１３の個数を設定する。また、第２のメカニカルシャッター１６のオフタイムを、第１のメカニカルシャッター１４のオフタイムに同期させる。
これにより、第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に、ディスプレイ１２に表示された全ての小画像１１からの部分光線を眼の残像保持時間内に全て取り出すことが可能になり、取り出した部分光線を用いて、各小画像１１から出力される光線と同品質の光線（色調変化がなく、光量減衰が抑制され、ノイズ成分が含まれない光線）を再構成することができ、図２に示すように、再構成された光線を第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方の位置Ｓで集光させることができる。そして、各光線は位置Ｓで集光した後に前方に向けて拡散するので、拡散する各光線を正面から観察すると、各光線が集光した位置Ｓに拡散する各光線を射出する仮想物点が認められる。その結果、第２のメカニカルシャッターパネル１７の前方に、仮想物点の集合体として立体像が観察できる。なお、仮想物点の集合体から拡散する光線は、各小画像１１から出力される光線と同品質なので、観察される三次元像は明るく、歪みのない高精細なものとなる。
以上、本発明を、実施例を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施例に記載の構成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施例や変形例も含むものである。
例えば、ディスプレイと第１のメカニカルシャッターパネルを当接させる代わりに、ディスプレイと第１のメカニカルシャッターパネルを一体化して、即ち、ディスプレイの各画素の上にＭＥＭＳシャッターを設けて第１のメカニカルシャッターとして動作させる構成とすることもできる。これにより、小画像に設定された複数の部分領域からそれぞれ出力される部分光線を、精度よく時分割で取り出すことができる。
また、以上の発明においては、第１、第２のメカニカルシャッター（例えば、ＭＥＭＳシャッター）を用いて立体像表示装置及び立体像表示方法を構成しているが、第１、第２のメカニカルシャッターとして、液晶シャッターを用いることも考えられる（この場合は、
「メカニカルシャッター」を「液晶シャッター」と読み替える）が、現技術では、液晶シャッターに比較してメカニカルシャッターは応答性が早いので、より鮮明でより正確な立体像が得られる。
静止画表示から動画表示まで適用の幅を広げ、立体テレビや立体映像提供サービスの実現に貢献することができ、ゲーム機用や医療用の立体像表示装置及びゲームセンター、アミューズメントパーク、映画館、医療現場等における立体像表示方法として利用可能性がある。
１０：立体像表示装置、１１、１１ａ：小画像、１２：ディスプレイ、１３、１３ａ：部分領域、１４、１４ａ：第１のメカニカルシャッター、１５：第１のメカニカルシャッターパネル、１６、１６ａ：第２のメカニカルシャッター、１７：第２のメカニカルシャッターパネル、１８：画像表示手段、１９：第１のメカニカルシャッター操作手段、２０：第２のメカニカルシャッター操作手段、２１：小画像作成手段、２２：制御部

Claims (11)

  1. それぞれ三次元表示データを備えた複数の小画像を並べて表示して、該各小画像から該三次元表示データを光線に変換して出力するディスプレイと、
    前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて該ディスプレイの前方に配置され、前記光線を、該小画像に設定された複数の部分領域からそれぞれ出力される部分光線として時分割で取り出し前方に透過させる第１のメカニカルシャッターと、
    前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて前記第１のメカニカルシャッターの前方に配置され、前記小画像毎に時分割で取り出された前記部分光線を前方に透過させ前記光線として再構成させながら、再構成された該各光線を前方で集光させて三次元像を形成する第２のメカニカルシャッターとを有していることを特徴とする立体像表示装置。
  2. 請求項１記載の立体像表示装置において、前記第２のメカニカルシャッターは、前記小画像の中央部を通る光軸上に配置されることを特徴とする立体像表示装置。
  3. 請求項１又は２記載の立体像表示装置において、前記第２のメカニカルシャッターのオフタイムが、前記第１のメカニカルシャッターのオフタイムに同期していることを特徴とする立体像表示装置。
  4. 請求項３記載の立体像表示装置において、前記第２のメカニカルシャッターのオンタイム時に、前記小画像に設定された前記複数の部分領域の中のいずれか一つの部分領域の位置に対応する前記第１のメカニカルシャッターがオンタイムとなることを特徴とする立体像表示装置。
  5. 請求項３記載の立体像表示装置において、前記第２のメカニカルシャッターのオンタイム時に、前記小画像に設定された前記複数の部分領域の中の離れた位置にある複数の部分領域の位置に対応する前記第１のメカニカルシャッターがオンタイムとなることを特徴とする立体像表示装置。
  6. 請求項１～５のいずれか１記載の立体像表示装置において、前記第２のメカニカルシャッターはピンホール状であることを特徴とする立体像表示装置。
  7. 請求項１～５のいずれか１記載の立体像表示装置において、前記第２のメカニカルシャッターはスリット状であることを特徴とする立体像表示装置。
  8. 請求項１～７のいずれか１記載の立体像表示装置において、前記第１、第２のメカニカルシャッターはそれぞれ複数のＭＥＭＳシャッターから構成されていることを特徴とする立体像表示装置。
  9. 請求項１～８のいずれか１記載の立体像表示装置において、前記三次元表示データは撮像手段で得られた画像データから作成されることを特徴とする立体像表示装置。
  10. 請求項１～８のいずれか１記載の立体像表示装置において、前記三次元表示データはコンピュータグラフィックスを用いて作成されることを特徴とする立体像表示装置。
  11. それぞれ三次元表示データを備えた複数の小画像を並べてディスプレイに表示して、該各小画像から該三次元表示データを光線に変換して出力する工程と、
    前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて該ディスプレイの前方に配置された第１のメカニカルシャッターを用いて、前記光線を、該小画像に設定された複数の部分領域からそれぞれ出力される部分光線として時分割で取り出し前方に透過させる工程と、
    前記ディスプレイに表示される前記小画像の位置に対応させて前記第１のメカニカルシャッターの前方に配置される第２のメカニカルシャッターを用いて、前記小画像毎に時分割で取り出された前記部分光線を前方に透過させ前記光線として再構成させながら、再構成された該各光線を前方で集光させて三次元像を形成する工程とを有することを特徴とする立体像表示方法。
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