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JP5017234B2 - Autostereoscopic system - Google Patents
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Description

本発明は、裸眼で立体視するための裸眼立体視システム(単に、立体視システム、裸眼立体視装置とも言う。)に関する。   The present invention relates to an autostereoscopic system for stereoscopic viewing with the naked eye (also simply referred to as a stereoscopic system or an autostereoscopic apparatus).

近年、インテグラル・フォトグラフィ方式など、自然な3次元の光線空間を再現する光線再生方式の裸眼立体ディスプレイに関する市場動向がある。   In recent years, there has been a market trend for autostereoscopic displays using a light reproduction method that reproduces a natural three-dimensional light space, such as the integral photography method.

ここで、光線空間を再現する光線密度を向上させるため、多数のプロジェクタをマイクロレンズなどの光学系に対し、異なる入射方向から重畳投影する技術が特許文献1に開示されている。   Here, in order to improve the light beam density for reproducing the light beam space, Patent Document 1 discloses a technique for projecting a large number of projectors onto an optical system such as a microlens from different incident directions.

図9に特許文献1の裸眼立体視システムの原理的な構成図を示す。   FIG. 9 shows a principle configuration diagram of the autostereoscopic system disclosed in Patent Document 1. In FIG.

プロジェクタ群41からの光線がフレネルレンズ51に多重投影され、その前面に置かれたマイクロレンズアレイ52を介して出力される。この構成により、マイクロレンズアレイ52の一つのマイクロレンズには、複数のプロジェクタ41による複数の画素からの光線が入射する。すると、例えば、一つのプロジェクタからn画素分の光線があるマイクロレンズに入射したとき、その光線はマイクロレンズの焦点距離でいったん集光し、そこからn方向の光線として出射する。そのため、立体視システムの光線空間による映像を観察するユーザからは、一つの画素からの光線が見る方向によって違う情報を出力しているように感じられる。   Light rays from the projector group 41 are multiple projected onto the Fresnel lens 51 and output through a microlens array 52 placed in front of the lens. With this configuration, light from a plurality of pixels by the plurality of projectors 41 is incident on one microlens of the microlens array 52. Then, for example, when a light beam for n pixels enters a microlens from one projector, the light beam is once condensed at the focal length of the microlens and then emitted as a light beam in the n direction. For this reason, a user who observes an image in the light beam space of the stereoscopic vision system seems to output different information depending on the viewing direction of the light beam from one pixel.

このような原理により、ユーザの右目と左目に視差のある情報が入力され、ユーザは立体感を感じる。なお、フレネルレンズ51は除いたとしても実際上はあまり違いがないため、以降の説明では省略する。また、マイクロレンズアレイ52はレンチキュラレンズを十字に交差させて配置したものでも構わないが、縦横に光線を屈折させることにより、フルパララックスを実現することが可能となる。   Based on this principle, information with parallax is input to the user's right eye and left eye, and the user feels a stereoscopic effect. Note that even if the Fresnel lens 51 is omitted, there is not much difference in practice, so that it is omitted in the following description. Further, the microlens array 52 may be a lenticular lens arranged in a cross shape, but full parallax can be realized by refracting light rays vertically and horizontally.

このとき、マイクロレンズアレイ52の一つのマイクロレンズに複数のプロジェクタからの光線が入射することの効果は、フレネルレンズ51から入射してくる光線の角度によって、該マイクロレンズレンズにより集光する位置がマイクロレンズアレイ52の平面と平行な面上で平行方向にずれる現象として観察される。そのため、ユーザからは、画素数が増えたように感じられることとなる。   At this time, the effect of light rays from a plurality of projectors entering one microlens of the microlens array 52 is that the position where the light is collected by the microlens lens depends on the angle of the light rays incident from the Fresnel lens 51. This phenomenon is observed as a phenomenon that shifts in a parallel direction on a plane parallel to the plane of the microlens array 52. Therefore, the user feels that the number of pixels has increased.

特開2008-139524号公報JP 2008-139524 JP

図10に、特許文献1におけるプロジェクタ群と立体表示領域との関係を説明する図を示す。特許文献1では、図10に示すように、プロジェクタ群41により表現される3次元的な光線空間は図中21と22の間の領域(以下、立体表示領域)となり、マイクロレンズアレイやクロスレンチキュラなどの屈折光学系4の垂直方向(以下、正面方向)5に対し、光線分布が対称的になるように設計することが開示されている。これは、裸眼立体視システムによる映像を観察するユーザの位置として、屈折光学系4の正面方向を前提としている。しかしながら、この裸眼立体視システムを観察するユーザの位置が、正面方向ではなく、裸眼立体視システムの設置環境や裸眼立体視システムとユーザの目の位置の相対関係により、ユーザが屈折光学系4を斜め方向から見るある範囲に限定される場合がある。このような場合には、ユーザの目には届かず、無駄となる光線が多数発生し、プロジェクタ台数に応じた立体感のポテンシャルを十分に活用することができない。   FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the projector group and the stereoscopic display area in Patent Document 1. In FIG. In Patent Document 1, as shown in FIG. 10, the three-dimensional light space expressed by the projector group 41 is an area between 21 and 22 in the figure (hereinafter, a 3D display area), and a microlens array or a cross lenticular. It is disclosed that the light distribution is designed to be symmetric with respect to the vertical direction (hereinafter referred to as the front direction) 5 of the refractive optical system 4. This presupposes the front direction of the refractive optical system 4 as the position of the user who observes the image by the autostereoscopic system. However, the position of the user observing the autostereoscopic system is not the front direction, but the user uses the refractive optical system 4 depending on the installation environment of the autostereoscopic system and the relative relationship between the autostereoscopic system and the position of the user's eyes. There are cases where it is limited to a certain range viewed from an oblique direction. In such a case, a large number of useless light rays are generated that do not reach the user's eyes, and the stereoscopic effect according to the number of projectors cannot be fully utilized.

また、プロジェクタ自体の大きさがあり、プロジェクタを設置する密度には限界が存在するため、立体感の表現に重要な光線密度を向上させるためには、プロジェクタからの光線の有効利用が課題となる。   In addition, since the projector itself has a size and there is a limit to the density at which the projector is installed, effective use of light from the projector is an issue in order to improve the light density, which is important for expressing the stereoscopic effect. .

そこで、本発明の目的は、ユーザが裸眼立体視システムの正面方向から利用しない状況において、プロジェクタからの光線をできるだけ無駄のないように活用し、立体感を向上させることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the stereoscopic effect by utilizing the light rays from the projector as little as possible in a situation where the user does not use the autostereoscopic system from the front direction.

本発明の裸眼立体視システムは、縦横に光を屈折させる屈折光学系と、投影方向の分布に屈折光学系の主軸方向に対して、偏りを持たせて配置した複数のプロジェクタとを有する。   The autostereoscopic system of the present invention includes a refractive optical system that refracts light vertically and horizontally, and a plurality of projectors that are arranged with a deviation in the projection direction distribution with respect to the main axis direction of the refractive optical system.

本発明の望ましい他の態様は、複数のプロジェクタは、投影する光線が屈折光学系に直接入射する第1のプロジェクタと、投影する光線が反射光学系により反射されてから屈折光学系に入射する第2のプロジェクタとを含む。   In another desirable aspect of the present invention, the plurality of projectors includes a first projector in which the projected light beam is directly incident on the refractive optical system, and a first projector in which the projected light beam is reflected by the reflective optical system and then incident on the refractive optical system. 2 projectors.

本発明の望ましいさらに他の態様は、複数のプロジェクタは、投影する光線が、ハーフミラーを透過して、屈折光学系に入射する第1のプロジェクタと、投影する光線がハーフミラーにより反射されてから屈折光学系に入射する第2のプロジェクタとを含む。   According to still another desirable aspect of the present invention, a plurality of projectors includes a first projector in which light rays to be projected are transmitted through the half mirror and incident on the refractive optical system, and the light rays to be projected are reflected by the half mirror. A second projector incident on the refractive optical system.

本発明の望ましいさらに他の態様は、複数のプロジェクタの各々は、各々のプロジェクタから投影された光線が屈折光学系に至る最長距離と最短距離との差以上の焦点深度のレンズを有する。   In another desirable aspect of the present invention, each of the plurality of projectors includes a lens having a depth of focus equal to or greater than a difference between a longest distance and a shortest distance at which a light beam projected from each projector reaches the refractive optical system.

本発明の望ましいさらに他の態様は、複数のプロジェクタの各々をレンズシフトさせることにより、投影方向の分布に屈折光学系の主軸方向に対して偏りを持たせる。   According to still another desirable aspect of the present invention, the distribution of the projection direction is biased with respect to the principal axis direction of the refractive optical system by shifting the lens of each of the plurality of projectors.

本発明によれば、利用方法を想定した視域(立体表示領域)の設計に合わせて、プロジェクタからの光線を有効に活用することができるため、より立体感の高い裸眼立体視システムを提供することができる。   According to the present invention, since the light rays from the projector can be used effectively in accordance with the design of the viewing area (stereoscopic display area) that assumes the usage method, a naked-eye stereoscopic system with a higher stereoscopic effect is provided. be able to.

本発明の実施形態を、実施例1〜3により説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to Examples 1-3.

図1に、本実施例の裸眼立体視システムの装置構成例を示す。プロジェクタ群41の各プロジェクタはそれぞれ、映像信号を出力するPC42〜44と接続されている。PC42〜44の各々は、ビデオインターフェース(ビデオIF)を持ったパーソナルコンピュータ又はパーソナルコンピュータに代わる制御装置である。コンテンツデータ46〜48は、それぞれPC42〜44の記憶装置に格納されており、PC42〜44は、制御用PC45からネットワーク49を介してコントロールされ、コンテンツデータ46〜48は、同期してプロジェクタ群41に表示される。   FIG. 1 shows an apparatus configuration example of the autostereoscopic system of this embodiment. Each projector in the projector group 41 is connected to PCs 42 to 44 that output video signals. Each of the PCs 42 to 44 is a personal computer having a video interface (video IF) or a control device replacing the personal computer. The content data 46 to 48 are respectively stored in the storage devices of the PCs 42 to 44. The PCs 42 to 44 are controlled from the control PC 45 via the network 49, and the content data 46 to 48 are synchronized with the projector group 41. Is displayed.

図2に、本実施例のプロジェクタ群41と立体表示領域との関係を説明する図を示す。プロジェクタ群41の配置と立体表示領域の関係について、図2を用いて、図10と比較しながら説明する。立体視システムの利用法として、図10における右側の領域の方(正面方向5よりも立体表示領域の端22側)からユーザによって観察されることが多い場合を想定する。このとき、図2に示すように、プロジェクタ群41を正面方向5に対して左側に位置をずらし、かつ、プロジェクタ1〜3の屈折光学系4への投影方向を傾かせ、立体表示領域を図10よりも右側の図面上6と7の間の領域に変更する。これは、立体表示領域はプロジェクタ群41から投影される光線が存在する領域となるが、この領域はプロジェクタ群41の投影方向すべてを合成した分布によって決定することができるためである。このように立体表示領域の変更を、プロジェクタ群41の投影方向の分布が屈折光学系4の主軸方向に対して偏りを持たせることによって実現する。   FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the projector group 41 and the stereoscopic display area according to the present embodiment. The relationship between the arrangement of the projector group 41 and the stereoscopic display area will be described with reference to FIG. As a method of using the stereoscopic system, it is assumed that the user often observes from the right region in FIG. 10 (the end 22 side of the stereoscopic display region rather than the front direction 5). At this time, as shown in FIG. 2, the position of the projector group 41 is shifted to the left with respect to the front direction 5, and the projection direction onto the refractive optical system 4 of the projectors 1 to 3 is tilted so that the stereoscopic display area is illustrated. The region is changed to a region between 6 and 7 on the right side of FIG. This is because the stereoscopic display area is an area where light rays projected from the projector group 41 exist, and this area can be determined by a distribution obtained by combining all the projection directions of the projector group 41. In this way, the change of the stereoscopic display area is realized by making the distribution in the projection direction of the projector group 41 biased with respect to the main axis direction of the refractive optical system 4.

このときのプロジェクタの傾きと立体表示領域の関係について、さらに詳しく説明する。屈折光学系4の1つの光学要素から出力される光線の向きについて図3を用いて説明する。例えば、図3(a)に示すように、1つの光学要素71に対し、プロジェクタから光線72が入射すると、光学要素71の大きさと焦点距離に応じた角度αの広がりを持つ、方向73を中心とする光線74として出射される。これは、図10の中央のプロジェクタから屈折光学系4の中央の光学要素に向けた光線の様子に相当する。ここで、図3(b)に示すように、プロジェクタから屈折光学系4への入射光を右側に角度θ分(方向73に対して角度θをなす方向75に)傾ければ、光学要素71から出射される光線77の中心方向76は、角度θ分傾いた図中の方向76となる。このとき、出射される光線77の広がる角度α’は光学要素71の大きさと焦点距離で決まる。このように、立体視システムの光線空間による映像の観察位置が立体視システムの正面方向でない場合、立体表示領域の中心方向と屈折光学系4との角度に応じて、プロジェクタの投影方向を決定する。このとき、観察位置が立体表示領域の中心方向(図3(b)の方向76)にあることが望ましいが、後述するプロジェクタの焦点深度による制約があるので、その制約の範囲内で観察位置が立体表示領域の中心方向に近づくように、プロジェクタの投影方向を決定する。   The relationship between the tilt of the projector and the stereoscopic display area at this time will be described in more detail. The direction of the light beam output from one optical element of the refractive optical system 4 will be described with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 3A, when a light beam 72 is incident on one optical element 71 from a projector, a direction 73 having a spread of an angle α corresponding to the size and focal length of the optical element 71 is centered. Is emitted as a light beam 74. This corresponds to the state of light rays from the central projector in FIG. 10 toward the central optical element of the refractive optical system 4. Here, as shown in FIG. 3B, if the incident light from the projector to the refractive optical system 4 is tilted to the right by an angle θ (in a direction 75 that forms an angle θ with respect to the direction 73), the optical element 71 The central direction 76 of the light beam 77 emitted from the light source is a direction 76 in the figure inclined by the angle θ. At this time, the spread angle α ′ of the emitted light beam 77 is determined by the size of the optical element 71 and the focal length. As described above, when the observation position of the image in the light space of the stereoscopic system is not the front direction of the stereoscopic system, the projection direction of the projector is determined according to the angle between the center direction of the stereoscopic display area and the refractive optical system 4. . At this time, it is desirable that the observation position is in the center direction of the stereoscopic display area (direction 76 in FIG. 3B). However, since there is a restriction due to the depth of focus of the projector described later, the observation position is within the restriction range. The projection direction of the projector is determined so as to approach the center direction of the stereoscopic display area.

なお、プロジェクタを傾ける方向については、説明がわかりやすい様に2次元断面方向で面内の回転としたが、図2の図面に対して垂直方向(手前方向または奥行き方向)への回転させてもよく、その場合、立体表示領域は図2の図面の垂直方向へ移動する。   Note that the direction in which the projector is tilted is in-plane rotation in the two-dimensional cross-sectional direction so that the explanation is easy to understand. However, it may be rotated in the vertical direction (front direction or depth direction) with respect to the drawing of FIG. In this case, the stereoscopic display area moves in the vertical direction of the drawing of FIG.

さらに、上記のように、立体表示領域を変更する場合、それに合わせて表示する画像信号も変更する。屈折光学系4より出射される各光線の方向に応じて、各光線方向に表示させるべき立体物の情報を表示させればよい。   Furthermore, as described above, when the stereoscopic display area is changed, the image signal to be displayed is changed accordingly. Information on a three-dimensional object to be displayed in each light beam direction may be displayed according to the direction of each light beam emitted from the refractive optical system 4.

このような配置により、図2に示す、ユーザの観察位置とならない領域8に利用していた情報及び光線を、領域9の情報及び光線として有効活用することが可能となり、裸眼立体視システムの利用上の位置的制約に対応した情報及び光線の有効活用が可能となる。   Such an arrangement makes it possible to effectively use the information and light rays used in the region 8 that is not the user's observation position shown in FIG. 2 as the information and light rays in the region 9, and use the autostereoscopic system. Effective use of information and light rays corresponding to the above positional constraints becomes possible.

このとき、あるプロジェクタに注目したときの焦点深度について、図4を用いて説明する。プロジェクタ群41のひとつのプロジェクタ1の投影範囲を図中の投影範囲31としたとき、プロジェクタ1のピントがあう範囲(以下、焦点深度)を、図中の距離A〜Bの範囲以上に設定する。距離Aは、プロジェクタ1から投影された光線が屈折光学系4に至る最短距離であり、距離Bは最長距離である。ここで、焦点深度の許容値は、想定する裸眼立体視システムの利用状況に応じて相対的に定義する。例えば、ある光線情報に隣接する光線情報が半分くらい混ざるのを許容する場合、0.5画素分の散乱サイズまで許容するというように定義する。   At this time, the depth of focus when attention is paid to a certain projector will be described with reference to FIG. When the projection range of one projector 1 in the projector group 41 is the projection range 31 in the figure, the range in which the projector 1 is in focus (hereinafter referred to as the depth of focus) is set to be greater than or equal to the distances A to B in the figure. . The distance A is the shortest distance from which the light beam projected from the projector 1 reaches the refractive optical system 4, and the distance B is the longest distance. Here, the permissible value of the focal depth is relatively defined according to the assumed usage condition of the autostereoscopic system. For example, when it is allowed to mix about half of the ray information adjacent to certain ray information, it is defined to allow a scattering size of 0.5 pixels.

焦点深度を深くする(ピントの合う範囲を広くする)ためにはプロジェクタ開口率を小さくするなどの方法のほか、同様の効果を実現するレンズシフトを利用する方法などがある。レンズシフトは、プロジェクタ1の投影方向を屈折光学系4の正面方向から傾ける代わりに、プロジェクタ1のレンズを投影方向と垂直な方向に平行移動させ、プロジェクタ1のレンズによるピントの合う面は変えずに、投影方向を平行移動させる既知の方法である。このレンズシフトを用いると、プロジェクタ1のレンズによるピントの合う面は屈折光学系4の面のままとなるため、焦点深度について考慮する必要がない。   In order to increase the depth of focus (increase the in-focus range), there are methods such as reducing the projector aperture ratio, and using a lens shift that achieves the same effect. In the lens shift, instead of tilting the projection direction of the projector 1 from the front direction of the refractive optical system 4, the lens of the projector 1 is translated in a direction perpendicular to the projection direction, and the in-focus surface by the lens of the projector 1 is not changed. In addition, this is a known method of translating the projection direction. When this lens shift is used, the in-focus surface by the lens of the projector 1 remains the surface of the refractive optical system 4, so there is no need to consider the depth of focus.

本実施例は、裸眼立体視システムの装置内空間を有効活用して、立体表示領域を正面方向から傾けるために鏡を利用する方法について、図5を用いて説明する。図5は裸眼立体表示装置63を横方向から見たものの一部を示したものである。画像が表示される屈折光学系4が、ある程度の高さの位置に垂直に設置され、ユーザとして想定される子供から大人までの立体観察領域64が屈折光学系4の正面方向より下側にある。   In the present embodiment, a method of using a mirror to tilt the stereoscopic display area from the front direction by effectively utilizing the internal space of the autostereoscopic system will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a part of the autostereoscopic display device 63 viewed from the lateral direction. The refractive optical system 4 on which an image is displayed is vertically installed at a certain height, and a stereoscopic observation region 64 from a child to an adult assumed as a user is below the front direction of the refractive optical system 4. .

このとき、立体表示領域を屈折光学系4の正面方向より下側にシフトさせるように構成すると、屈折光学系4がある程度の高さの位置に存在するため、裸眼立体表示装置63の下側に空間的な余裕がある。そこで、反射光学系62を用い、裸眼立体表示装置63の下側に設置したプロジェクタ61からの光線を反射させ、屈折光学系4へ入射させることにより、空間を有効活用し、想定した利用法において、光線密度を増加させる。反射光学系62は反射光学系を利用するプロジェクタ61の投影範囲よりも大きなサイズの鏡(全反射が望ましい)を用い、プロジェクタに対向する位置に配置し、プロジェクタ61からの光線を反射する向きは、設計する立体観察領域の方向として屈折光学系4に入射するように設定する。   At this time, if the stereoscopic display region is shifted downward from the front direction of the refractive optical system 4, the refractive optical system 4 exists at a certain height, so that the stereoscopic display device 63 is positioned below the autostereoscopic display device 63. There is room for space. Therefore, the reflective optical system 62 is used to reflect light rays from the projector 61 installed on the lower side of the autostereoscopic display device 63 and to enter the refractive optical system 4, thereby effectively utilizing the space. , Increase the light density. The reflection optical system 62 uses a mirror (preferably total reflection) having a size larger than the projection range of the projector 61 using the reflection optical system, is disposed at a position facing the projector, and the direction in which the light beam from the projector 61 is reflected is The direction of the stereoscopic observation region to be designed is set so as to enter the refractive optical system 4.

なお、プロジェクタ1,2と61の投影距離が変わる場合には、ズーム光学系を用いて、屈折光学系へ入射する投影面積がほぼ等しくなるようにすることが望ましい。たとえば、プロジェクタ1,2の投影距離がL1、画角の半分がβ、プロジェクタ61の投影距離がL2、画角の半分がγであるとすると、次式に示すような画角になるようにズームを行えばよい。
γ=tan-1{(L1/L2)tanβ}
このようにすることにより、屈折光学系4の1レンズ要素で集光されて表現される各プロジェクタからの光線密度がほぼ均等となる。
When the projection distances of the projectors 1, 2 and 61 change, it is desirable to use a zoom optical system so that the projected areas incident on the refractive optical system are approximately equal. For example, if the projection distance of the projectors 1 and 2 is L1, half of the angle of view is β, the projection distance of the projector 61 is L2, and half of the angle of view is γ, the angle of view is as shown in the following equation. Just zoom.
γ = tan -1 {(L1 / L2) tanβ}
By doing so, the light density from each projector expressed by being condensed by one lens element of the refractive optical system 4 becomes substantially equal.

また、各プロジェクタから屈折光学系4と同じ範囲に投影することが望ましい。しかしながら、図5に示したように、多少投影する領域の大きさが変わったり、投影領域が屈折光学系4よりはみ出したとしたりしても、光線分布とその密度が不均一になるなど、裸眼立体視システムのディスプレイとしての品質は下がるものの、用途によっては許容される。この際、余計な反射が発生しないように、裸眼立体表示装置63の内面は光を吸収する色や材質を用いるものとする。例えば、黒い色のフェルト状のもので覆えばよい。このように、ある程度の誤差を許容することにより、裸眼立体視システムの組み立てや調整を容易にできる。   Further, it is desirable to project from each projector to the same range as the refractive optical system 4. However, as shown in FIG. 5, even if the size of the projected area changes slightly or the projected area protrudes beyond the refractive optical system 4, the light distribution and the density thereof are not uniform. Although the quality of the display of the stereoscopic system is lowered, it is acceptable depending on the application. At this time, it is assumed that the inner surface of the autostereoscopic display device 63 uses a color or material that absorbs light so that unnecessary reflection does not occur. For example, it may be covered with a black felt-like material. In this way, by allowing a certain amount of error, the autostereoscopic system can be easily assembled and adjusted.

次にテーブルトップ型の裸眼立体視システムの実施例について図6及び図7を用いて説明する。図6(a)はテーブルトップ型の裸眼立体視装置を横から見た図、図6(b)、及び図7は装置を上から見た図である。   Next, an embodiment of a table top type autostereoscopic system will be described with reference to FIGS. FIG. 6A is a side view of a table top type autostereoscopic device, and FIGS. 6B and 7 are views of the device viewed from above.

裸眼立体表示装置63内部にハーフミラー73を設置する。ハーフミラー73は、裸眼立体表示装置63の底面に設置されたプロジェクタ1〜2の光線を透過する率と側面に配置されたプロジェクタ71〜72の光線を反射する率とをほぼ等しくする。また、裸眼立体表示装置63の内面には光を吸収する色や材質を用いる。   A half mirror 73 is installed inside the autostereoscopic display device 63. The half mirror 73 substantially equalizes the rate of transmitting the light beams of the projectors 1 and 2 installed on the bottom surface of the autostereoscopic display device 63 and the rate of reflecting the light beams of the projectors 71 to 72 disposed on the side surfaces. The inner surface of the autostereoscopic display device 63 uses a color or material that absorbs light.

ここで、裸眼立体システムはフルパララックスが表現可能であるという特徴を活かして、3辺方向から立体像を観察することが可能となるような利用方法を想定し、図7のように屈折光学系4に対して、ユーザによる立体観察領域64を実現するようなプロジェクタ配置の例を図6に示す。   Here, taking advantage of the feature that the autostereoscopic system is capable of expressing full parallax, a refractive optical system is assumed as shown in FIG. 6 shows an example of a projector arrangement that realizes the stereoscopic observation region 64 by the user.

プロジェクタ1〜2が図6(a)の右側の方向に立体観察領域を実現するために、プロジェクタ1〜2を図中の右方向に傾けて配置する。傾ける角度は、プロジェクタ1〜2と装置内部の大きさの空間的な制約と前述のプロジェクタの焦点深度の制約を考慮し、設計した立体観察領域の屈折光学系4に対する角度に応じて決定する。   In order for the projectors 1 and 2 to realize the stereoscopic observation region in the right direction in FIG. 6A, the projectors 1 and 2 are arranged to be inclined in the right direction in the drawing. The tilt angle is determined in accordance with the angle of the designed stereoscopic observation region with respect to the refractive optical system 4 in consideration of the spatial constraints on the sizes of the projectors 1 and 2 and the inside of the apparatus and the above-described limitations on the depth of focus of the projector.

また、プロジェクタ71〜72は、図6(a)のように、装置を横から見た際に、ハーフミラー73の鏡面(反射面)に対して、プロジェクタ1〜2と光軸が等距離となる面対称の位置に設置する。さらに、図6(b)に示すように、装置を上から見た場合、底面のプロジェクタ1〜2の設置間隔(図中のw)に対して、1/2(図中のw/2)ずらした位置に側面のプロジェクタ71〜72を配置する。   Further, as shown in FIG. 6A, the projectors 71 to 72 have the same optical axis as the projectors 1 to 2 with respect to the mirror surface (reflection surface) of the half mirror 73 when the apparatus is viewed from the side. It installs in the position of the plane symmetry. Further, as shown in FIG. 6 (b), when the apparatus is viewed from above, 1/2 (w / 2 in the figure) with respect to the installation interval (w in the figure) of the projectors 1 and 2 on the bottom surface. Side projectors 71 to 72 are arranged at the shifted positions.

このような構成にすることで、側面のプロジェクタ71〜72の屈折光学系4までの投影距離は、ハーフミラー73の面対象となる底面に対して設置した場合と同等となるため、プロジェクタの画角を同一にできるなどの利点がある。   With this configuration, the projection distance from the side projectors 71 to 72 to the refractive optical system 4 is the same as that when the projection is performed on the bottom surface of the half mirror 73. There are advantages such as making the corners the same.

以上のような実施例により、限られた装置内の空間を有効に活用し、光線密度を増加させることができ、立体像の品質を向上することが可能となる。   According to the embodiment as described above, it is possible to effectively utilize the limited space in the apparatus, increase the light density, and improve the quality of the stereoscopic image.

ここで、上記ではハーフミラー73は、透過率と反射率がほぼ等しいものを使用するとしたが、たとえば、透過率が40%、反射率が20%のハーフミラーであれば、透過して光線が出力されるプロジェクタ1〜2の輝度を半分にすることで、輝度を合わせるようにしても良い。   Here, in the above description, it is assumed that the half mirror 73 having substantially the same transmittance and reflectance is used. For example, if the half mirror has a transmittance of 40% and a reflectance of 20%, the transmitted light beam is transmitted. The brightness may be adjusted by halving the brightness of the projectors 1 and 2 to be output.

また、上記では、側面プロジェクタ71〜72の配置について、ハーフミラー73を中心として底面プロジェクタ1〜2と対称に設置するとしたが、プロジェクタの画角を変えるなどにより、必ずしも対称に設置する必要はない。   In the above description, the side projectors 71 to 72 are arranged symmetrically with respect to the bottom projectors 1 and 2 around the half mirror 73. However, the side projectors 71 to 72 are not necessarily arranged symmetrically by changing the angle of view of the projector. .

また、屈折光学系4を底面プロジェクタ1〜2の設置面に対して水平ではなく、図8に示すように角度をつけて設置してもよい。このように設置することで、プロジェクタ2、71に要求される焦点深度を浅くすることが可能となり、立体像の品質を向上することが可能となる。   Further, the refractive optical system 4 may be installed at an angle as shown in FIG. 8 instead of being horizontal with respect to the installation surface of the bottom projectors 1 and 2. By installing in this way, the depth of focus required for the projectors 2 and 71 can be reduced, and the quality of the stereoscopic image can be improved.

以上の実施形態によれば、利用方法を想定した視域(立体表示領域)の設計に合わせて、プロジェクタからの光線を有効に活用することができるため、より立体感の高い裸眼立体視システムを提供することができる。   According to the above embodiment, since the light rays from the projector can be effectively used in accordance with the design of the viewing area (stereoscopic display area) assuming the usage method, the autostereoscopic system with higher stereoscopic effect can be achieved. Can be provided.

裸眼立体視システムの装置構成例である。It is an apparatus structural example of an autostereoscopic system. プロジェクタ群と立体表示領域との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a projector group and a three-dimensional display area. 屈折光学系の光学要素から出力される光線の向きについて説明する図である。It is a figure explaining the direction of the light ray output from the optical element of a refractive optical system. プロジェクタに注目したときの焦点深度について説明する図である。It is a figure explaining the depth of focus when paying attention to a projector. 鏡を利用する場合の裸眼立体表示装置を横方向から見た図である。It is the figure which looked at the autostereoscopic display device in the case of using a mirror from the horizontal direction. テーブルトップ型の裸眼立体視装置の構成図である。It is a block diagram of a table top type autostereoscopic device. テーブルトップ型の裸眼立体視装置を上から見た図である。It is the figure which looked at the table top type autostereoscopic device from the top. テーブルトップ型の裸眼立体視装置の他の構成図である。It is another block diagram of a table top type autostereoscopic device. 裸眼立体視システムの原理的な構成図である。It is a principle block diagram of an autostereoscopic system. 特許文献1におけるプロジェクタ群と立体表示領域との関係を図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a projector group and a stereoscopic display region in Patent Document 1.

符号の説明Explanation of symbols

1〜3、61、71、72:プロジェクタ、4:屈折光学系、41:プロジェクタ群、62:反射光学系、63:裸眼立体表示装置、64:立体観察領域、73:ハーフミラー。 1-3, 61, 71, 72: Projector, 4: Refractive optical system, 41: Projector group, 62: Reflective optical system, 63: Autostereoscopic display device, 64: Stereoscopic observation area, 73: Half mirror.

Claims (7)

縦横に光線を屈折させる屈折光学系と、
投影方向の分布に前記屈折光学系の主軸方向に対して偏りを持たせて配置した複数のプロジェクタとを有し、
前記偏りを持たせた配置は、前記複数のプロジェクタを正面方向に対して前記屈折光学系の中心から左側または右側に位置をずらし、3次元的な光線空間を再現する立体表示領域が前記屈折光学系の中心に対して右側又は左側に傾くように、前記複数のプロジェクタのそれぞれの前記屈折光学系への投影方向を傾かせて配置することを特徴とする裸眼立体視システム。
A refractive optical system that refracts light rays vertically and horizontally;
The distribution of the projection direction, have a plurality of projectors arranged to have a bias to the main axis direction of the refractive optical system,
The biased arrangement is such that the plurality of projectors are shifted to the left or right from the center of the refractive optical system with respect to the front direction, and a three-dimensional display region that reproduces a three-dimensional light space is the refractive optical. An autostereoscopic system , wherein a plurality of projectors are arranged with their projection directions onto the refractive optical system tilted so as to tilt to the right or left with respect to the center of the system.
前記複数のプロジェクタは、投影する光線が前記屈折光学系に直接入射する第1のプロジェクタと、投影する光線が反射光学系により反射されてから前記屈折光学系に入射する第2のプロジェクタとを含むことを特徴とする請求項1記載の裸眼立体視システム。 The plurality of projectors include a first projector in which a light beam to be projected is directly incident on the refractive optical system, and a second projector in which the light beam to be projected is incident on the refractive optical system after being reflected by the reflective optical system. The autostereoscopic system according to claim 1. 前記第1のプロジェクタによる前記屈折光学系への投影面積と前記第2のプロジェクタによる前記屈折光学系への投影面積とがほぼ等しいことを特徴とする請求項2記載の裸眼立体視システム。 3. The autostereoscopic system according to claim 2, wherein a projected area of the first projector onto the refractive optical system is substantially equal to a projected area of the second projector onto the refractive optical system. 前記複数のプロジェクタは、
投影する光線が、ハーフミラーを透過して、前記屈折光学系に入射する第1のプロジェクタと、
投影する光線が前記ハーフミラーにより反射されてから前記屈折光学系に入射する第2のプロジェクタとを含むことを特徴とする請求項1記載の裸眼立体視システム。
The plurality of projectors are:
A first projector in which a light beam to be projected passes through a half mirror and enters the refractive optical system;
2. The autostereoscopic system according to claim 1, further comprising: a second projector that projects light rays reflected by the half mirror and then enters the refractive optical system. 3.
前記ハーフミラー反射面に対して、前記第1のプロジェクタと前記第2のプロジェクタとの各々の光軸が等距離となる面対称の位置に、前記第1のプロジェクタと前記第2のプロジェクタとを配置することを特徴とする請求項4記載の裸眼立体視システム。 With respect to the half mirror reflecting surface, the first projector and the second projector are placed in plane symmetry positions where the optical axes of the first projector and the second projector are equidistant. The autostereoscopic system according to claim 4, wherein the autostereoscopic system is arranged. 前記複数のプロジェクタの各々は、各々のプロジェクタから投影された光線が前記屈折光学系に至る最長距離と最短距離との差以上の焦点深度のレンズを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の裸眼立体視システム。 6. Each of the plurality of projectors includes a lens having a focal depth equal to or greater than a difference between a longest distance and a shortest distance at which a light beam projected from each projector reaches the refractive optical system. The autostereoscopic system according to any one of the preceding claims. 前記複数のプロジェクタの各々をレンズシフトさせることにより、前記投影方向の分布に前記屈折光学系の主軸方向に対して偏りを持たせることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の裸眼立体視システム。 7. The projector according to claim 1, wherein each of the plurality of projectors is shifted by a lens so that the distribution in the projection direction is biased with respect to the principal axis direction of the refractive optical system. Autostereoscopic system.
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