JP6188328B2 - 3D image display method - Google Patents
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Description
本発明は三次元表示装置に係り、数少ないマイクロ凸レンズ二次元アレイと感光体の組み合わせ、または、数少ないマイクロプロジェクタで三次元画像を表示する方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional display device, and more particularly to a combination of a few micro convex lens two-dimensional arrays and a photoreceptor, or a method for displaying a three-dimensional image with a few micro projectors.
マイクロ凸レンズ二次元アレイと感光体を組み合わせると、三次元的な光線の記録再生能力があることを、フランスのM.G.Lippmannが見いだし、1908年に論文として提案した。現在この方法は“IP”(Integral Photography)と呼ばれている。 The combination of a micro-convex lens two-dimensional array and a photoconductor has the ability to record and reproduce three-dimensional light rays. G. Lippmann found and proposed in 1908 as a paper. This method is currently called “IP” (Integral Photography).
また、特許文献1に、「光ビームを二次元走査し空中に投影する基本ユニットを複数個二次元的に配列するとともに、該各基本ユニットに所定の画像信号を入力し、二次元走査の動きに対応して該ビーム光源を輝度変調することを特徴とする三次元画像表示装置」が提案されていて、従来のレンズアレイを用いたインテグラルフォトグラフィでは不可避なレンズの収差をなくすことが可能である。
前述の、Integral Photography(フランスのM.G.Lippmannが提案した、マイクロ凸レンズ二次元アレイと感光体を組み合わせた三次元画像記録再生方式)が優れた三次元画像表示能力を持っていることはよく知られているが、マイクロ凸レンズを二次元に並べるとともに、該レンズ背面の各々に微小二次元画像を配する必要があり、非常に構造が複雑であるという問題があった。 The above-mentioned Integral Photography (a three-dimensional image recording / reproducing system combining a micro-convex lens two-dimensional array and a photoreceptor, proposed by MG Lipmanmann, France) has an excellent three-dimensional image display capability. As is known, it is necessary to arrange micro convex lenses two-dimensionally and to arrange a micro two-dimensional image on each of the rear surfaces of the lens, which causes a problem that the structure is very complicated.
また、特許文献1では、「光ビームを二次元走査し空中に投影する基本ユニットを複数個二次元的に配列するとともに、該各基本ユニットに所定の画像信号を入力し、二次元走査の動きに対応して該ビーム光源を輝度変調することを特徴とする三次元画像表示装置」が提案されていて、従来のレンズアレイを用いたインテグラルフォトグラフィでは不可避なレンズの収差をなくすことが可能であるが、前記Integral Photographyと同様に基本ユニットを複数個二次元的に配列する必要があり、構造が複雑だという問題があった。
Further, in
本発明では、鏡を組合せることにより、マイクロ凸レンズ一次元アレイと感光体の組み合わせ、または、基本ユニットを一次元的に配列し、該マイクロ凸レンズ一次元アレイと該感光体の組み合わせ、または、該基本ユニットの数を劇的に減少させる三次元画像表示を提供することにある。 In the present invention, a combination of a micro-convex lens one-dimensional array and a photoreceptor, or a basic unit is arranged one-dimensionally by combining a mirror, and a combination of the micro-convex lens one-dimensional array and the photoreceptor, or It is to provide a three-dimensional image display that dramatically reduces the number of basic units.
上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
本発明では、マイクロ凸レンズアレイと平面ディスプレイの組み合わせ、または、基本ユニットを一次元的に配列したものと、高速で振動する鏡を組合せることにより、マイクロ凸レンズアレイと該平面ディスプレイの組み合わせ、または、基本ユニットは一元的に並んでいるにもかかわらず、該高速で振動する振動する鏡に反射した画像を観察することで、あたかも二次元配列であるかのように表示する。 In the present invention, a combination of a micro convex lens array and a flat display, or a combination of a micro convex lens array and the flat display by combining a one-dimensional arrangement of basic units and a mirror that vibrates at high speed, or Although the basic units are arranged in a unified manner, the image reflected on the vibrating mirror that vibrates at high speed is observed, so that it is displayed as if it is a two-dimensional array.
本発明では、マイクロ凸レンズ一次元アレイと平面ディスプレイの組み合わせ、または、基本ユニットを一次元的に配列したものに、高速で振動する鏡を組合せることにより、該マイクロ凸レンズアレイと該感光体の組み合わせのレンズ数、または、該基本ユニットの数を劇的に減少させる三次元画像表示を提供する。 In the present invention, a combination of the micro-convex lens array and the photosensitive member is combined with a combination of a one-dimensional array of micro-convex lenses and a flat display, or a mirror that vibrates at high speed with a one-dimensional arrangement of basic units. A three-dimensional image display that dramatically reduces the number of lenses or the number of basic units.
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は、従来のIntegral Photography(フランスのM.G.Lippmannが提案した、マイクロ凸レンズ二次元アレイと感光体を組み合わせた三次元画像記録再生方式)により、頂点A、B、Cを持つある三次元像7を表示している様子を示した図である。
FIG. 1 shows a certain tertiary having vertices A, B, and C by conventional Integral Photography (a three-dimensional image recording / reproducing method combining a micro-convex lens two-dimensional array and a photoreceptor proposed by MG Lipmanmann, France). It is the figure which showed a mode that the
ここに、1はマイクロ凸レンズ二次元アレイ、2は該マイクロ凸レンズ二次元アレイの焦点面に置かれた平面ディスプレイで、該平面ディスプレイには該マイクロ凸レンズ二次元アレイの各レンズで投射される各平面画像で3’a、3’b、3’c・・・が表示されていて、全体画像はG3’、4はバックライトである。
Here, 1 is a two-dimensional array of micro-convex lenses, 2 is a flat display placed on the focal plane of the two-dimensional array of micro-convex lenses, and each plane projected by each lens of the two-dimensional array of micro-convex lenses on the
図2は、前記マイクロ凸レンズ二次元アレイ、平面ディスプレイ、バックライトからなるIntegral Photographyの斜視図であり、マイクロ凸レンズ二次元アレイ、その各レンズに対応した平面画像の数は多く、複雑である。 FIG. 2 is a perspective view of Integral Photography comprising the micro convex lens two-dimensional array, a flat display, and a backlight. The micro convex lens two-dimensional array and the number of planar images corresponding to each lens are large and complicated.
図3は、特許文献1に説明したように、Integral Photography はマイクロプロジェクタの集合と考えることができる。
In FIG. 3, as described in
ここに、1’は該マイクロプロジェクタの投影レンズ、3’は該マイクロプロジェクタの平面画像、4’は該マイクロプロジェクタの光源である。 Here, 1 'is a projection lens of the microprojector, 3' is a planar image of the microprojector, and 4 'is a light source of the microprojector.
Integral Photographyでは、マイクロ凸レンズを二次元に並べるとともに、該レンズ背面の各々に微小二次元画像を配する必要があるし、基本ユニットを複数個二次元的に配列する必要があり、構造が複雑だという問題があった。 In Integral Photography, it is necessary to arrange micro-convex lenses in two dimensions, and to arrange a micro two-dimensional image on each of the back surfaces of the lenses, and to arrange a plurality of basic units in two dimensions, and the structure is complicated. There was a problem.
図4は、本発明に用いる横一列レンズアレイ1”と平面ディスプレイ2”、バックライト4”を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a horizontal
図5は、図4に示したものと同様の光線群を射出する横一列マイクロプロジェクタアレイPa、Pb、Pc・・・を示した図である。 FIG. 5 is a diagram showing a horizontal single row micro projector array Pa, Pb, Pc... That emits a light beam group similar to that shown in FIG.
図6において、該横一列配置のマイクロプロジェクタアレイGpは、上下左右に異なる光線を射出可能なので、高速で往復直線運動する振動する平面鏡M1とM2の組合せにより、視点Vpには振動の位相に対応した異なる光線を到達させることができる。 In FIG. 6, the micro projector array Gp arranged in a horizontal row can emit different light beams vertically and horizontally, so that the viewpoint Vp corresponds to the phase of vibration by combining the vibrating plane mirrors M1 and M2 that reciprocate linearly at high speed. Different rays can be reached.
ここに、Crはクランクで、図示はしていないがモータで高速回転させる。Rはロッドで、クランクの偏芯軸とM1、M2を組み合わせた可動鏡をピン連結している。SSは固定されたスライドシャフト、SBは該スライドシャフトSSを摺動するスライドブッシュで、M1、M2を組み合わせた可動鏡を直線運動しかできないように支持している。 Here, Cr is a crank and is rotated at high speed by a motor (not shown). R is a rod, and a movable mirror that combines the eccentric shaft of the crank and M1 and M2 is pin-connected. SS is a fixed slide shaft, and SB is a slide bush that slides on the slide shaft SS, and supports a movable mirror combining M1 and M2 so that only a linear motion can be performed.
このように構成した結果、前記モータの回転運動は、該クランクCr、該ロッドR、該スライドシャフトSS、該スライドブッシュSBによって構成されるリンクにより、回転運動が往復直線運動に変換され、M1、M2を組み合わせた該可動鏡が高速で往復直線運動(振動)することになる。 As a result of this configuration, the rotational motion of the motor is converted into a reciprocating linear motion by a link constituted by the crank Cr, the rod R, the slide shaft SS, and the slide bush SB, and M1, The movable mirror combined with M2 reciprocates linearly (vibrates) at high speed.
図6は該可動鏡が最上位置にある位相状態を示していて、M1、M2を組み合わせた該可動鏡は最上位にあり、視点Vpから見ると一次元配列のプロジェクタアレイGpの鏡像I−Gp は最上位に見える。 FIG. 6 shows a phase state in which the movable mirror is in the uppermost position. The movable mirror combining M1 and M2 is in the uppermost position, and is viewed from the viewpoint Vp as a mirror image I-Gp of the one-dimensional array of projector arrays Gp. Looks at the top.
図7は、モータが図6の状態から約90度回転した後の状態を示した図で、M1、M2を組み合わせた該可動鏡は中間の高さにあり、視点Vpから見ると一次元配列のプロジェクタアレイGpの鏡像I−Gpは視点と同じ高さに見える。 FIG. 7 is a view showing a state after the motor has been rotated about 90 degrees from the state of FIG. 6. The movable mirror combining M1 and M2 is at an intermediate height and is a one-dimensional array when viewed from the viewpoint Vp. The mirror image I-Gp of the projector array Gp is seen at the same height as the viewpoint.
図8は、さらにモータが図7の状態から約90度回転した後の状態を示した図で、M1、M2を組み合わせた該可動鏡は最下位にあり、視点Vpから見ると一次元配列のプロジェクタアレイGpの鏡像I−Gpも最も低い位置に見える。 FIG. 8 is a diagram showing a state after the motor has further rotated about 90 degrees from the state of FIG. 7. The movable mirror combining M1 and M2 is at the lowest position, and is one-dimensionally arranged from the viewpoint Vp. The mirror image I-Gp of the projector array Gp also appears at the lowest position.
図9は、モータが図8の状態から約90度回転した後の状態を示した図で、M1、M2を組み合わせた該可動鏡は中間の高さにあり、視点Vpから見ると一次元配列のプロジェクタアレイGpの鏡像I−Gpは視点と同じ高さに見える。 FIG. 9 is a view showing a state after the motor has been rotated about 90 degrees from the state of FIG. 8, and the movable mirror combining M1 and M2 is at an intermediate height and is one-dimensionally arranged from the viewpoint Vp. The mirror image I-Gp of the projector array Gp is seen at the same height as the viewpoint.
図10は、図6〜図9に示したような位相変化を高速で繰り返した結果、視点Vpから見える像を説明した図で、動いているにもかかわらず残像で人間にはちらつかずに見える速度(例えば毎秒48回以上)で該モータを回転させれば、M1、M2を組み合わせた該可動鏡もこの速度で往復運動することになり、プロジェクタアレイGpの鏡像は、複数の鏡像I−Gp−a、I−Gp−b、I−Gp−c・・・が常に固定され対置に積層しているように見えるので、従来例の二次元配置プロジェクタアレイと同様の三次元画像を観察することができる。 FIG. 10 is a diagram illustrating an image that can be seen from the viewpoint Vp as a result of repeating the phase change as shown in FIGS. 6 to 9 at high speed. If the motor is rotated at a speed (for example, 48 times or more per second), the movable mirror combining M1 and M2 also reciprocates at this speed, and the mirror image of the projector array Gp includes a plurality of mirror images I-Gp. -A, I-Gp-b, I-Gp-c... Are always fixed and appear to be stacked in a counter-position, so that a three-dimensional image similar to that of the conventional two-dimensionally arranged projector array is observed. Can do.
ここに、視点Vpは左右(図面に直交する方向)に移動は可能である。 Here, the viewpoint Vp can move left and right (in a direction orthogonal to the drawing).
また、図6では、図5に示した横一列のマイクロプロジェクタアレイで説明したが、図4に示したレンズアレイが1次元配列のIntegral Photography を用いてもよい。 In FIG. 6, the horizontal row of microprojector arrays shown in FIG. 5 has been described. However, the lens array shown in FIG. 4 may use a one-dimensional array of integral photography.
図11は、特許文献1と同様の光ビームを二次元走査し空中に投影する基本ユニットを複数個一次元的に配列したものの斜視図で、これも横一列配置のマイクロプロジェクタアレイとして機能するので本発明のプロジェクタアレイに利用できる。
FIG. 11 is a perspective view of a plurality of basic units that are two-dimensionally scanned and projected in the air with the same light beam as in
本発明を実施した三次元画像表示装置に於いては、マイクロプロジェクタの数が劇的に減少させうるので、構造が簡単でローコストなディスプレイを提供できる。 In the three-dimensional image display apparatus embodying the present invention, the number of microprojectors can be drastically reduced, so that a display having a simple structure and a low cost can be provided.
1 マイクロ凸レンズ二次元アレイ
1’ マイクロプロジェクタの投影レンズ
1” 本発明の第1の実施例のレンズアレイ
2 平面ディスプレイ
2” 本発明の第1の実施例の平面ディスプレイ
3’a、3’b、3’c・・・ 三次元像を表示する各平面画像
3’ マイクロプロジェクタの平面画像
4 バックライト
4’ マイクロプロジェクタの光源
4” 本発明の第1の実施例のバックライト
7 ある三次元像
A ある三次元像の第一の頂点
B ある三次元像の第二の頂点
C ある三次元像の第三の頂点
Cr クランク
Gp マイクロプロジェクタ群
I−Gp プロジェクタ群Gpのある瞬間の鏡像
I−Gp−a、I−Gp−b、I−Gp−c・・・ プロジェクタ群Gpの各鏡像
M1 第1の平面鏡
M2 第2の平面鏡
Pa、Pb、Pc・・・ 各マイクロプロジェクタ
R ロッド
SB スライドブッシュ
SS スライドシャフト
Vp 視点
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