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JP7322490B2 - 3D image display system and usage method thereof, 3D image display display and usage method thereof, 3D image display display pattern calculation method - Google Patents
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JP7322490B2 - 3D image display system and usage method thereof, 3D image display display and usage method thereof, 3D image display display pattern calculation method - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、3次元画像表示システム、3次元画像表示ディスプレイ、それらの使用方法、及びディスプレイパターンの計算方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to three-dimensional image display systems, three-dimensional image display displays, methods of using them, and methods of calculating display patterns.

家族間、親しい間柄、または、政治やビジネスの世界でもコミュニケーションには、互いの気持ちを知ることが重要である。非言語的な部分では、 会話の間合いや、パーソナルスペースの距離感を違和感なく伝える必要があり、加えてその距離感の中で相手の表情や仕草など非言語的な情報の獲得が大切である。 Knowing each other's feelings is important for communication between family members, close friends, or even in the world of politics and business. In the non-verbal part, it is necessary to communicate the distance between conversations and the sense of distance in personal space without discomfort. .

会話の間合いは、通信技術の進歩で、5Gの低遅延技術で実現可能であり、また距離感の正確な計測は、TOF(Time of Flight)などの3次元計測技術で実現可能になってきた。但し、距離感を違和感無く表示する技術はなかった。 Conversation intervals can be achieved with 5G low-latency technology due to advances in communication technology, and accurate measurement of distance can be achieved with 3D measurement technology such as TOF (Time of Flight). . However, there is no technology for displaying the sense of distance without discomfort.

3次元像を表示する方法として、様々な方法が検討されている。例えば、ヘッドアップディスプレイや偏光めがね方式、液晶シャッターめがね方式のように、頭にめがねなどを装着するもの、あるいはパララックスバリア方式やレンチキュラー方式などめがね無しで、二つの目に異なる視差を観察させ立体像を表示するものがあった。 Various methods have been studied as methods for displaying a three-dimensional image. For example, head-up displays, polarizing glasses, and liquid crystal shutter glasses, which require glasses to be worn on the head, or parallax barrier, lenticular, etc., which allow two eyes to observe different parallaxes without glasses. There was something that displayed an image.

前記の諸方法は、視差のみで立体感を感じさせるため、輻輳やピント調整など、他の視覚の生理と矛盾が生じ、疲れや酔いを感じさせるものであり、コミュニケーションに必要な距離感の獲得には不十分であった。例えば、秋田大学の西村らの研究では、「3D ゲーム遂行の前後で、眠気・だるさ及び身体違和感に関する自覚症状数が有意に増加していた」など、視差のみの不自然な立体視による身体への悪影響について言及している。 Since the above methods create a three-dimensional effect only by parallax, contradiction with other visual physiology such as convergence and focus adjustment causes fatigue and sickness, and acquisition of a sense of distance necessary for communication. was inadequate for For example, in a study by Nishimura et al. of Akita University, there was a significant increase in the number of subjective symptoms related to drowsiness, sluggishness, and physical discomfort before and after playing a 3D game. mentions the adverse effects of

前記の欠点を克服するため、輻輳とピント調整に矛盾がない方法も考案されている。例えば、超多眼ディスプレイや、マイクロレンズアレイを用いてライトフィールド(デジタルカメラの撮像面に入射する光線の撮像面上での方向情報と強度分布)を記録し、記録したライトフィールドを再現するディスプレイ、及び液晶パネルなどを重ねたスタティックディスプレイ型のライトフィールドディスプレイが提案されている。 In order to overcome the above-mentioned drawbacks, methods have been devised that are consistent with vergence and focus adjustment. For example, a super multi-view display or a display that uses a microlens array to record a light field (direction information and intensity distribution on the imaging surface of light rays incident on the imaging surface of a digital camera) and reproduce the recorded light field. , and a static display type light field display in which a liquid crystal panel or the like is superimposed has been proposed.

図20にはマイクロレンズアレイを用いるライトフィールドディスプレイの従来の構成を例示する模式断面図、図21には液晶パネルを重ねたスタティックディスプレイ型のライトフィールドディスプレイの従来の構成を例示する模式断面図を示している(例えば非特許文献1)。 FIG. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional configuration of a light field display using a microlens array, and FIG. 21 is a schematic cross-sectional view illustrating a conventional configuration of a static display type light field display in which liquid crystal panels are stacked. (for example, Non-Patent Document 1).

また、特許文献1に記載の立体画像表示装置によれば、視点の数を十分に多くする(超多眼)ことで、人間の立体知覚には、両眼視差、ピント調節、輻輳、運動視差の4つの要因を満足させることができる。 Further, according to the stereoscopic image display device described in Patent Document 1, by sufficiently increasing the number of viewpoints (super multiview), human stereoscopic perception includes binocular parallax, focus adjustment, convergence, and motion parallax. can satisfy the four factors of

前記の超多眼ディスプレイやライトフィールドディスプレイは、瞳の大きさより小さなサイズで光線を再現することで、自然なピント調整と輻輳を実現するものである。しかし、微小な面積で光線を制御していることから回折の影響で、ディスプレイ面から離れるほどボケが大きくなるため、ディスプレイ近傍の物体しか再現できず、コミュニケーションに必要とされる奥行きのある空間の再現は出来なかった。 The super multiview display and light field display described above realize natural focus adjustment and convergence by reproducing light rays in a size smaller than the size of the pupil. However, because the light rays are controlled in such a small area, the effect of diffraction causes the blurring to increase as the distance from the display surface increases. Couldn't reproduce.

奥行きのある空間の再現が可能な3次元ディスプレイ(立体画像表示)としてホログラムがある。ホログラムは、光の波面をそのまま再現するため、レーザー光で再生すると、原理的には奥行きのある空間の再現も可能である。しかしながら、アナログ撮影によるホログラムは、被写体が振動してしまうと撮影できないため、除振台などの振動がない台の上の被写体しか撮影できず、空間そのものを撮影することは困難であった。 A hologram is a three-dimensional display (stereoscopic image display) capable of reproducing a space with depth. Since the hologram reproduces the wavefront of light as it is, it is theoretically possible to reproduce a space with depth by reproducing it with a laser beam. However, analog holograms cannot be photographed if the subject vibrates, so it is only possible to photograph the subject on a table that does not vibrate, such as an anti-vibration table, and it is difficult to photograph the space itself.

また、計算機で計算された干渉縞パターンを作成して再現するデジタルホログラムは、再生する物体をミクロンオーダでサンプリングした上で伝達する波面を計算する必要があり、本願で対象とする奥行きのある広く大きい空間を再現するには、従来、膨大な計算が必要となるため現実的ではなかった。 In addition, digital holograms that create and reproduce interference fringe patterns calculated by a computer must sample the object to be reproduced on the order of microns and then calculate the wavefront that propagates. Recreating a large space has traditionally been impractical because it requires an enormous amount of calculation.

本願で対象とする空間は、従来の3次元ディスプレイ(立体画像表示装置)のようにディスプレイ近傍に物体があるものではなく、例えば部屋の中とか公園の中とかであり、観察者がその中にいるとか、ディスプレイを窓として、窓から外を観察するようにディスプレイ面から離れた領域を表示するものとする。 The target space in this application is not a space in which an object is near the display like a conventional three-dimensional display (stereoscopic image display device), but is, for example, in a room or in a park. The display is used as a window, and an area away from the display surface is displayed as if observing the outside through the window.

アメリカの文化人類学者であるエドワード・ホールは、人と人が相対する対人距離(パーソナルスペース)を、次の4つの距離帯に分類している。 Edward Hall, an American cultural anthropologist, classifies interpersonal distance (personal space) between people into the following four distance zones.

1)密接距離:相手との距離は、0~0.45mで、相手の体温や匂いが分かる距離である。非常に親密な間柄の相手との距離で、手をつなぐなど肌と肌の触れ合いと匂いによるコミュニケーションが主になる。
2)個体距離:相手との距離は、0.45~1.2mで、自分の独立性を保つために他者との間にとる距離である。自分や相手が手を伸ばせば、触れることのできる距離で、友人など親しい相手との距離である。
3)社会距離:相手との距離は、1.2~3.6mで、相手に触れることのできない距離であり、職場での同僚同士の会話など、公式な場でのコミュニケーションに適している距離である。
4)公衆距離:相手との距離は、3.6m以上で、二者間のコミュニケーションは不適切な距離で、演説や講演の距離である。
1) Close distance: The distance to the other party is 0 to 0.45 m, and the distance is such that the body temperature and smell of the other party can be detected. At a distance with a very intimate partner, communication is mainly through skin-to-skin contact such as holding hands and scent.
2) Individual distance: The distance to the other person is 0.45 to 1.2 m, which is the distance to maintain one's independence. If you or the other person stretches out your hand, you can touch it, and it is the distance to a close person such as a friend.
3) Social distance: The distance between the other person is 1.2 to 3.6m, which is a distance where you cannot touch the other person, and is suitable for communication in formal situations such as conversations between colleagues at work. is.
4) Public distance: The distance between the other party is 3.6m or more, which is inappropriate for communication between two parties, and is the distance for speeches and lectures.

人が主に他人とコミュニケーションを取りつつ生活する空間は、個体距離から社会距離であり、0.45mから3.6mの距離である。この距離範囲を、本願では適コミュニケーション距離と呼ぶ。 A space where a person lives mainly while communicating with others ranges from an individual distance to a social distance, and ranges from 0.45 m to 3.6 m. This distance range is called an appropriate communication distance in the present application.

また、東京女子大学の宮崎らの研究では、視力1.0の場合、7m以上離れると、相手の表情を認知することが難しくなるとしている。この場合、人の表情を読み取りながらコミュニケーションが図れる距離も加えて、前記適コミュニケーション距離を0.45~7mに置き換えてもよい。
しかるに、3.6mの距離で表情を観察するためには、通常視力0.5相当以上の分解能(ボケの無さ)が必要であり、少なくとも視力0.3相当以上の分解能が求められると推測できる(日本心理学会第71回大会資料(2007)より)。
In addition, according to research by Miyazaki et al. of Tokyo Women's University, it is difficult to recognize the facial expression of the other person when the distance is 7 m or more in the case of visual acuity of 1.0. In this case, the appropriate communication distance may be replaced with 0.45 to 7 m by adding the distance at which communication can be achieved while reading the person's facial expression.
However, in order to observe facial expressions at a distance of 3.6m, a resolution (no blur) equivalent to 0.5 or better is usually required, and it is presumed that at least a resolution equivalent to 0.3 or better is required. It can be done (from the materials of the 71st meeting of the Japanese Psychological Association (2007)).

しかしながら、上述のような適コミュニケーション距離にある物体をピント調整や輻輳などの視覚的な生理現象と矛盾なく、かつ、ボケなく表示できる技術が、従来存在していなかった。本願の発明は、適コミュニケーション距離範囲(以下、適宜コミュニケーション空間とも呼ぶ)にある、ディスプレイ面から離れた物体であっても、自然な距離感を獲得したうえで、ボケや違和感なく再現できる3次元画像表示システムに関するものである。 However, there has not existed a technology that can display an object at an appropriate communication distance as described above without contradiction with visual physiological phenomena such as focus adjustment or convergence and without blurring. The invention of the present application is a three-dimensional object that can be reproduced without blurring or discomfort, even if the object is in the appropriate communication distance range (hereinafter also referred to as communication space) and is distant from the display surface, after acquiring a natural sense of distance. It relates to an image display system.

一般にピント調整を可能とするディスプレイでは、図17に示すように、観察者は、ディスプレイ面を通して、その前後の空間を観察しており、再生すべき点物体である再生点から広がる光と同じ方向の光線が観察者の瞳より小さなサイズで再現されると観察者は、あたかも空間に点光源があるかのように観察することができる。 Generally, in a display that allows focus adjustment, as shown in FIG. 17, the observer observes the space in front of and behind the display surface through the display surface, and the direction is the same as the light spreading from the reproduction point, which is the point object to be reproduced. is reproduced in a size smaller than the observer's pupil, the observer can observe as if there were a point light source in space.

しかしながら、ディスプレイから再生される光線は、図18に示すように、様々な原因で厳密には広がりをもった光となり、それが再生像のボケとなる。特に、光線の方向を決めるディスプレイの要素セルが小さい場合、要素セルを開口とする回折の影響によって光は開口の外側に回り込んで広がりボケを生じることになる。 However, as shown in FIG. 18, light rays reproduced from the display are, strictly speaking, spread light due to various causes, which causes blurring of the reproduced image. In particular, when the element cell of the display that determines the direction of the light beam is small, the light spreads around the outside of the aperture due to the influence of diffraction using the element cell as the aperture, resulting in blurring.

開口による回折の広がりは、ディスプレイ面から離れた位置ではフラウンフォーファ回折として近似でき、円形開口の場合、その広がり角はエアリーディスク(回折パターンの中心に生じる明るい領域)の大きさから求めることができる。すなわち円形開口から離れた遠視野にできる最小の暗環と光軸との隔たりを、光軸と平行で円形開口の端面を通る光線の広がり角θで表わすと(図19参照)、
θ=1.22×λ/d ・・・・(式1)
となる。ここで、λは光の波長、dは円形開口の直径である。
The spread of diffraction due to an aperture can be approximated as Fraunhofer diffraction at a position away from the display surface, and in the case of a circular aperture, the spread angle can be obtained from the size of the Airy disk (the bright area that appears in the center of the diffraction pattern). can be done. That is, if the distance between the minimum dark ring that can be formed in the far field away from the circular aperture and the optical axis is represented by the divergence angle θ of a ray parallel to the optical axis and passing through the end surface of the circular aperture (see FIG. 19),
θ=1.22×λ/d (Formula 1)
becomes. where λ is the wavelength of light and d is the diameter of the circular aperture.

上記のような開口は光線の方向を定義するディスプレイ上の面積の単位となるので、以下「要素セル」と呼称する。要素セルは、例えばマイクロレンズアレイを用いるライトフィールドディスプレイ(図20)では、1つのレンズが要素セルに相当する。また、液晶パネルなどを重ねたスタティックディスプレイ型のライトフィールドディスプレイ(図21)の場合は、使用するディスプレイの画素が要素セルになる。 Since the aperture as described above is a unit of area on the display that defines the direction of light rays, it is hereinafter referred to as an "element cell". For example, in a light field display using a microlens array (FIG. 20), one lens corresponds to an element cell. In the case of a static display type light field display (FIG. 21) in which liquid crystal panels and the like are superimposed, the pixels of the display used are the element cells.

ライトフィールドディスプレイでは、要素セル毎に光線の方向を制御するため、ピント調節の機能を持たせるためには、要素セルは観察者の瞳より十分に小さい必要がある。一般に人の瞳のサイズは2~8mm程度であるため、要素セルのサイズを0.3mmとし、光の波長を500nmとすると、(式1)より光線の広がり角は、
θ=1.22×500×10-6/0.3≒2.03×10-3(rad)
≒0.12(度)
となる。つまり0.3mmの要素セルを通過した光線が、図19でL=3.6m離れた位置では、
3600×tan(0.12°)×2≒15(mm)
となり、約15mmの長さのボケが広がることになる。
Since the light field display controls the direction of light rays for each element cell, the element cells must be sufficiently smaller than the observer's pupil in order to have a focusing function. Since the size of the human pupil is generally about 2 to 8 mm, if the size of the element cell is 0.3 mm and the wavelength of light is 500 nm, the divergence angle of the ray is given by (Equation 1):
θ=1.22×500×10 −6 /0.3≈2.03×10 −3 (rad)
≈ 0.12 (degrees)
becomes. In other words, at a position L=3.6 m in FIG.
3600×tan (0.12°)×2≈15 (mm)
As a result, the blur with a length of about 15 mm spreads.

例えば、3.6m離れた位置での人物の顔に対して、15mm程度のボケが生じたとすると、人物としての認識はできるが、表情を読み取ることは難しくなる。
また、近年人工知能技術や音声合成技術などの発展によって、バーチャル空間に作られた実在しない人物やキャラクターとコミュニケーションを取る例が増えている。例えば、ソニー・ミュージックコミュニケーションズ社が開発したアニメのキャラクターと会話することができるスマートフォンアプリなどがある。しかしながら、これらはスマホやPCなどの画面に表示するしかなく、適コミュニケーション空間でのコミュニケーションを取ることはできない。
For example, if the face of a person at a distance of 3.6 m is blurred by about 15 mm, the person can be recognized, but it is difficult to read the facial expression.
In recent years, with the development of artificial intelligence technology and speech synthesis technology, there are increasing cases of communicating with non-existent people and characters created in virtual space. For example, there is a smartphone application developed by Sony Music Communications that allows you to talk with anime characters. However, these can only be displayed on screens such as smartphones and PCs, and it is not possible to communicate in an appropriate communication space.

デジタルホログラムでは、一般には被写体である物体を点光源の集まりと考え、各点からディスプレイ面に到達した波面と、参照光の波面を重ね、その強度を記録することでホログラムパターンが作成される。ホログラムの再生は光の回折を利用するため、ディスプレイ面のホログラムパターンは1μm程度の細かいものが求められ、一般に物体側も同等の細かさでサンプリングされる必要がある(例えば特許文献2参照)。そのため、適コミュニケーション空間内にあるような大きな物体を再現する場合、その光点の数は膨大なものとなる。 In digital holograms, the object, which is the subject, is generally regarded as a collection of point light sources, and the wavefront that reaches the display surface from each point overlaps the wavefront of the reference light, and the intensity is recorded to create a hologram pattern. Since hologram reproduction utilizes the diffraction of light, the hologram pattern on the display surface must be as fine as about 1 μm, and generally the object side must also be sampled with the same fineness (see, for example, Patent Document 2). Therefore, when reproducing a large object that exists in the appropriate communication space, the number of light spots is enormous.

例えば、3.6m奥に角度±30度で広がる空間を再現する場合、空間の半径は
3.6×tan(30°)≒2.078mとなる。半径2.078mの円を1μmでサンプリングした場合、サンプリングの点数は約14兆ヵ所と膨大なサンプリングが必要となる。これは奥行き3.6mの1平面のサンプリング点であり、様々な奥行きに存在する物体ごとに1μm間隔でサンプリングし、そこからの波面計算をするとなると天文学的な計算量となるのは容易に想像できる。さらに、物体が全て点光源の集まりとして表現されるので、光沢感のある物体、透明な物体などは表現しにくいなどの欠点も有している。
For example, when reproducing a space extending 3.6 m deep at an angle of ±30 degrees, the radius of the space is 3.6×tan (30 degrees)≈2.078 m. If a circle with a radius of 2.078 m is sampled at 1 μm, the number of points to be sampled is about 14 trillion, which is a huge amount of sampling. This is a sampling point of one plane with a depth of 3.6m, and it is easy to imagine that the amount of calculation will be astronomical if you sample each object existing at various depths at 1 μm intervals and calculate the wavefront from there. can. Furthermore, since all objects are expressed as a collection of point light sources, there is also the drawback that it is difficult to express glossy or transparent objects.

以上のように、前記適コミュニケーション空間を再現するには、要素毎に光線の方向をきめる従来のライトフィールドディスプレイでは、回折の影響により大きなボケが生じることになり、またデジタルホログラムで再生するには、膨大な計算量が必要で、かつ表示できる表現に限界があり、どちらの方法で実現するとしても非現実的であるという問題があった。 As described above, in order to reproduce the appropriate communication space, the conventional light field display, in which the direction of light rays is determined for each element, causes a large blurring due to the influence of diffraction. , there is a problem that a huge amount of calculation is required, there is a limit to the expression that can be displayed, and it is unrealistic to realize it by either method.

特開2007-17634号公報JP 2007-17634 A 特許第6210549号公報Japanese Patent No. 6210549

小池崇文、電子ディスプレイの人間工学シンポジウム2018 https://home.jeita.or.jp/device/lirec/symposium/fpd/pdf/2018_2a.pdfTakafumi Koike, Electronic Display Ergonomics Symposium 2018 https://home.jeita.or.jp/device/lirec/symposium/fpd/pdf/2018_2a.pdf

本発明の実施形態は、上記の問題に鑑みてなされたもので、 人が他者とコミュニケーションを取りつつ生活する、0.45mから7mの距離空間において、自然な距離感が得られ、ボケのない表示を可能とする3次元画像表示システム、及びその使用方法を提供できる。 The embodiments of the present invention have been made in view of the above problems, and provide a natural sense of distance and blur in a distance space of 0.45 m to 7 m, where people live while communicating with others. It is possible to provide a three-dimensional image display system and a method of using the same, which enables display without any image.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、少なくとも立体カメラと、次元画像表示ディスプレイとを備える3次元画像表示システムであって、
前記立体カメラは、被写体となる物体から撮像面に入射する光線の入射方向と強度の情報を獲得する機能を有し、
前記3次元画像表示ディスプレイは、少なくとも演算機能と、表示機能、光制御機能を有し、且つ、複数の配列された要素セルを備え、
前記演算機能は、前記情報を前記立体カメラから受け取った後、再生すべき光線の方向と強度を前記複数の要素セル毎に計算する機能を有し、
前記複数の要素セルが、計算された光線の方向と強度を再生することで前記物体の3次元画像を表示し、
前記複数の要素セルのサイズが前記複数の要素セルの配列するピッチよりも大きく、
前記複数の要素セルの大きさをdとするとき、dが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチをpとするとき、pが1.2mm以下であり、
前記要素セルには、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と前記物体との交点から発散した球面波と参照光との干渉縞が記録される
ことを特徴とする3次元画像表示システムとしたものである。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a three-dimensional image display system comprising at least a stereoscopic camera and a three-dimensional image display,
The stereoscopic camera has a function of acquiring information on the incident direction and intensity of light rays incident on the imaging surface from the object to be photographed,
The three-dimensional image display has at least an arithmetic function, a display function, and a light control function, and comprises a plurality of arranged element cells,
the arithmetic function has a function of calculating the direction and intensity of light rays to be reproduced for each of the plurality of element cells after receiving the information from the stereoscopic camera;
the plurality of elemental cells displaying a three-dimensional image of the object by reproducing the calculated ray directions and intensities;
the size of the plurality of element cells is larger than the pitch at which the plurality of element cells are arranged;
When the size of the plurality of element cells is d, d is 2.1 mm or more, and when the pitch at which the plurality of element cells are arranged is p, p is 1.2 mm or less,
In the element cells, interference fringes of spherical waves diverging from intersections of a plurality of light rays in different directions starting from the centers of the element cells and the object and the reference light are recorded.
A three-dimensional image display system characterized by:

請求項2に記載の発明は、前記演算機能による演算結果を記憶する記憶機能と、
システム外部に対し無線または有線により通信可能な通信機能の、どちらか一方またはその両方をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の3次元画像表示システムとし
たものである。
In the invention according to claim 2, a storage function for storing the result of calculation by the calculation function,
2. The three-dimensional image display system according to claim 1, further comprising either or both of a communication function capable of communicating with the outside of the system wirelessly or by wire.

請求項3に記載の発明は、前記複数の要素セルから再生される光線の角度の最小分解能が0.033度以下である、ことを特徴とする請求項1または2に記載の3次元画像表示システムとしたものである。 3. The three-dimensional image display according to claim 1 or 2, wherein the minimum angular resolution of the rays reproduced from the plurality of element cells is 0.033 degrees or less. It is a system.

請求項に記載の発明は、前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが1.2/r mm以下である、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムとしたものである。
In the invention according to claim 4 , the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and when the magnification of the eyepiece is r,
1 to 1, characterized in that a size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and a pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 1.2/r mm or less. 3. The three-dimensional image display system according to any one of 3 .

請求項に記載の発明は、前記複数の要素セルの大きさdが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5mm以下である、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムとしたものである。 The invention according to claim 5 is characterized in that the size d of the plurality of element cells is 2.1 mm or more, and the pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 0.5 mm or less. A three-dimensional image display system according to any one of Items 1 to 4 .

請求項に記載の発明は、前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5/r mm以下である、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムとしたものである。
In the invention according to claim 6 , the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and when the magnification of the eyepiece is r,
1 to 1, characterized in that a size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and a pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 0.5/r mm or less. 6. The three-dimensional image display system according to any one of 5 .

請求項に記載の発明は、前記3次元画像は、前記演算機能において、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と物体との交点を求め、各前記交点からの波面の複素振幅の和を計算し、前記計算された和のデータに対して、参照光との干渉縞を計算し、前記干渉縞を表示機能に表示し、再生光を照明することで表示される、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムとしたものである。 According to a seventh aspect of the present invention, the three-dimensional image is obtained by obtaining, in the arithmetic function, intersections between a plurality of light rays in different directions starting from the center of each element cell and an object, and wavefronts from the respective intersections. is calculated, the interference fringes with the reference light are calculated for the calculated sum data, the interference fringes are displayed on the display function, and displayed by illuminating the reproduction light The three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 6 , characterized by:

請求項に記載の発明は、請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムの使用方法であって、
前記3次元画像表示ディスプレイの表示面から前記物体の3次元画像の一部までの距離が、0.45~7mである、ことを特徴とする3次元画像表示システムの使用方法としたものである。
The invention according to claim 8 is a method for using the three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 7 ,
A method of using a three-dimensional image display system, wherein the distance from the display surface of the three-dimensional image display to the part of the three-dimensional image of the object is 0.45 to 7 m. .

請求項に記載の発明は、請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムの使用方法であって、
前記3次元画像表示ディスプレイの表示面から前記物体の3次元画像の一部までの距離が、1.2~7mである、ことを特徴とする3次元画像表示システムの使用方法としたものである。
The invention according to claim 9 is a method for using the three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 7 ,
A method of using a three-dimensional image display system, wherein the distance from the display surface of the three-dimensional image display to the part of the three-dimensional image of the object is 1.2 to 7 m. .

請求項10に記載の発明は、再生される光線が記憶機能に記憶され、後刻、前記記憶を前記3次元画像表示ディスプレイを用いて再生することにより観察者が3次元画像を観察することを特徴とする、請求項またはに記載の3次元画像表示システムの使用方法としたものである。 A tenth aspect of the invention is characterized in that the reproduced light rays are stored in a memory function, and later, the observer observes the three-dimensional image by reproducing the memory using the three-dimensional image display. A method of using the three-dimensional image display system according to claim 8 or 9 , wherein:

請求項11に記載の発明は、請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムの2システム以上を、離隔した2か所以上に設置し、通信機能を介して前記2システム以上をデジタル伝送網で結び、前記3次元画像を伝送することを特徴とする、
請求項10のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムの使用方法としたものである。
The invention according to claim 11 is characterized in that two or more of the three-dimensional image display systems according to any one of claims 1 to 7 are installed at two or more locations separated from each other, and the two systems are connected via a communication function. characterized by connecting the system or more with a digital transmission network and transmitting the three-dimensional image,
A method for using the three-dimensional image display system according to any one of claims 8 to 10 .

請求項12に記載の発明は、3次元画像表示ディスプレイにおいて、複数の要素セルの集まりからなり、前記複数の要素セルの大きさをdとするとき、dが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチをpとするとき、pが1.2mm以下であり、
前記要素セルには、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と被写体となる物体との交点から発散した球面波と参照光との干渉縞が記録される
ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイとしたものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image display, comprising a collection of a plurality of element cells, wherein d is 2.1 mm or more, and the plurality of When the pitch at which the element cells are arranged is p, p is 1.2 mm or less ,
In the element cells, interference fringes of the reference light and spherical waves diverging from intersections of a plurality of light rays in different directions starting from the center of each element cell and an object to be photographed are recorded.
This is a three-dimensional image display display characterized by:

請求項13に記載の発明は、前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが1.2/r mm以下である、ことを特徴とする請求項11に記載の3次元画像表示ディスプレイとしたものである。
In the thirteenth aspect of the present invention, the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and when the magnification of the eyepiece is r,
12. The method according to claim 11 , wherein the size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and the pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 1.2/r mm or less. It is the three-dimensional image display display described above.

請求項14に記載の発明は、前記複数の要素セルの大きさdが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5mm以下である、ことを特徴とする請求項12、または13に記載の3次元画像表示ディスプレイとしたものである。 The invention according to claim 14 is characterized in that the size d of the plurality of element cells is 2.1 mm or more, and the pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 0.5 mm or less. Item 12 or 13 , which is a three-dimensional image display.

請求項15に記載の発明は、前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5/r mm以下である、ことを特徴とする請求項12、または13に記載の3次元画像表示ディスプレイとしたものである。
In the fifteenth aspect of the present invention, the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and when the magnification of the eyepiece is r,
12. A size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and a pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 0.5/r mm or less. 13 or the three-dimensional image display display described in 13 above.

請求項16に記載の発明は、前記3次元画像表示ディスプレイが少なくとも演算機能を有しており、
前記演算機能において、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と物体との交点を求め、各前記交点からの波面の複素振幅の和を計算し、前記計算された和のデータに対して、参照光との干渉縞を計算し、前記干渉縞を表示機能に表示し、再生光を照明することで前記物体の3次元画像を表示する、ことを特徴とする請求項1215のいずれか一項に記載の3次元画像表示ディスプレイとしたものである。
In the invention according to claim 16 , the three-dimensional image display has at least a computing function,
In the arithmetic function, intersections between a plurality of light rays in different directions starting from the center of each element cell and the object are obtained, the sum of complex amplitudes of wavefronts from each intersection is calculated, and the calculated sum is calculated. 12. An interference fringe with reference light is calculated for the data, the interference fringe is displayed on a display function, and a three-dimensional image of the object is displayed by illuminating the reproduction light. 16. The three-dimensional image display according to any one of 15 to 15 .

請求項17に記載の発明は、請求項1216のいずれか一項に記載の3次元画像表示
ディスプレイの使用方法であって、3次元画像表示ディスプレイの表示面から物体の3次元画像の一部までの距離が、0.45~7mである、ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイの使用方法としたものである。
The invention according to claim 17 is a method for using the three-dimensional image display according to any one of claims 12 to 16 , wherein one of the three-dimensional images of the object is displayed from the display surface of the three-dimensional image display. The method of using the three-dimensional image display is characterized in that the distance to the part is 0.45 to 7 m.

請求項18に記載の発明は、請求項1216のいずれか一項に記載の3次元画像表示ディスプレイの使用方法であって、3次元画像表示ディスプレイの表示面から物体の3次元画像の一部までの距離が、1.2~7mである、ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイの使用方法としたものである。 The invention according to claim 18 is a method for using the three-dimensional image display according to any one of claims 12 to 16 , wherein one of the three-dimensional images of the object is displayed from the display surface of the three-dimensional image display. The method of using the three-dimensional image display is characterized in that the distance to the part is 1.2 to 7 m.

請求項19に記載の発明は、物体の3次元画像において、少なくとも一つが人物であることを特徴とする、請求項17、または18に記載の3次元画像表示ディスプレイの使用方法としたものである。 The invention according to claim 19 is a method for using the three-dimensional image display according to claim 17 or 18 , wherein at least one of the three-dimensional images of the object is a person. .

請求項20に記載の発明は、請求項1618のいずれか一項に記載の3次元画像表示ディスプレイの使用方法であって、
再生される光線が記憶機能に記憶され、後刻、前記記憶を前記3次元画像表示ディスプレイを用いて再生することにより観察者が3次元画像を観察する、ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイの使用方法としたものである。
The invention according to claim 20 is a method for using the three-dimensional image display according to any one of claims 16 to 18 ,
A three-dimensional image display, characterized in that reproduced light rays are stored in a memory function, and later, an observer observes a three-dimensional image by reproducing said memory using said three-dimensional image display. How to use.

本発明の実施形態によれば、人が他者とコミュニケーションを取りつつ生活する、0.45mから3.6mの距離空間において、自然な距離感が得られ、ボケのない表示を可能とする3次元画像表示システム、及びその使用方法が提供される。 According to the embodiment of the present invention, in a distance space of 0.45m to 3.6m where people live while communicating with others, a natural sense of distance can be obtained and display without blurring is possible3. A dimensional image display system and method of use thereof are provided.

本発明の3次元画像表示システムの第1実施形態の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a three-dimensional image display system of the present invention; FIG. 本発明の3次元画像表示システムの第1実施形態の使用方法を示す概念図であり、平面図である。1 is a conceptual diagram and a plan view showing how to use the first embodiment of the three-dimensional image display system of the present invention; FIG. 本発明の3次元画像表示システムの第2実施形態の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of the three-dimensional image display system of the present invention; 本発明の実施形態に係る、3次元画像表示システムの第2実施形態の使用方法を示す概念図であり、平面図である。FIG. 10 is a conceptual diagram and a plan view showing how to use the 3D image display system of the second embodiment according to the embodiment of the present invention; 要素セルのサイズをパラメータとし、ディスプレイからの距離を横軸として、回折によるボケの長さを計算した特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram obtained by calculating the length of blur due to diffraction with the size of an element cell as a parameter and the distance from the display as the horizontal axis. 要素セルのピッチをパラメータとして、ディスプレイからの距離を横軸として、物体を見たときの網膜上の分解能(錯乱円直径)を計算した特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram obtained by calculating the resolution on the retina (circle of confusion diameter) when viewing an object, using the pitch of the element cells as a parameter and the distance from the display as the horizontal axis. 本発明の実施形態に係る、要素セルサイズより要素セルピッチが小さい(p<d)場合の略図であり、ホログラムに対して正面から見た構成図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a case where the element cell pitch is smaller than the element cell size (p<d), according to the embodiment of the present invention, and is a configuration diagram of the hologram viewed from the front. 本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態に係る、要素セルサイズより要素セルピッチが小さい(p<d)場合の略図であり、ホログラムに対して側面からみた場合の説明図である。FIG. 4 is a schematic diagram in the case where the element cell pitch is smaller than the element cell size (p<d), according to the embodiment of the three-dimensional image display of the present invention, and is an explanatory diagram when the hologram is viewed from the side. 比較のために、従来の要素セルを例示する構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a conventional element cell for comparison; FIG. 本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態に係る、要素セルサイズより要素セルピッチが小さい(p<d)関係を有する要素セルを例示する構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram illustrating element cells having a relationship that the element cell pitch is smaller than the element cell size (p<d) according to the embodiment of the three-dimensional image display of the present invention; 本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態に係る、要素セルサイズより要素セルピッチが小さい(p<d)関係を有する要素セルの別の例であり、回折格子からなる要素セルを粗い表示デバイスに使用する場合を例示する構成図である。Fig. 10 is another example of an element cell having a relationship in which the element cell pitch is smaller than the element cell size (p < d) according to the embodiment of the three-dimensional image display of the present invention, and an element cell made of a diffraction grating is used as a coarse display device. It is a block diagram which illustrates the case of using. 要素セルのサイズより要素セルのピッチが小さい要素セルをディスプレイ面に配列したホログラフィックステレオグラムによって物点Aを再生した場合の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram when an object point A is reproduced by a holographic stereogram in which element cells whose pitch is smaller than the size of the element cells are arranged on the display surface. 要素セルから再生する光線の明るさを、中心は明るく周辺は暗くする様態を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining how the brightness of light rays reproduced from element cells is bright at the center and dark at the periphery. 本発明の3次元画像表示システムの実施形態に係る、物点Aから発散した球面波と参照光との干渉縞を記録した要素セルをディスプレイ面に配列したホログラフィックステレオグラムによって、物点Aを再生した場合の概念図である。According to the embodiment of the three-dimensional image display system of the present invention, the object point A is displayed by a holographic stereogram in which element cells recording interference fringes of a spherical wave diverging from the object point A and the reference light are arranged on the display surface. FIG. 4 is a conceptual diagram when playing back; 図14の方法で、複数の物体を再生した場合の様態を説明するための概念図である。FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining how a plurality of objects are reproduced by the method of FIG. 14; 光線追跡法を適用してホログラムの再生用データを計算する方法を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating hologram reconstruction data by applying a ray tracing method; 観察者がディスプレイ面を通して、再生点を観察する様態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing how an observer observes a reproduction point through the display surface; ディスプレイから再生される光線が広がりをもった光となり、再生点のボケとなる様態を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a state in which a light beam reproduced from a display becomes light with a spread, and a reproduced point is blurred. 円形開口によるフラウンフォーファ回折の広がり角と、その大きさを説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the spread angle of Fraunhofer diffraction by a circular aperture and its magnitude. 従来の、マイクロレンズアレイを用いるライトフィールドディスプレイの構成を例示する模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a conventional light field display using a microlens array; FIG. 従来の、液晶パネルを重ねたスタティックディスプレイ型のライトフィールドディスプレイの構成を例示する模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a conventional static display type light field display in which liquid crystal panels are stacked; FIG. 本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a three-dimensional image display of the present invention; FIG. 本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態の使用例を示す概念図であり、平面図である。1 is a conceptual diagram and a plan view showing a usage example of an embodiment of a three-dimensional image display according to the present invention; FIG. 本発明の3次元画像表示ディスプレイパターンの計算方法の例を示すフローチャートである。Fig. 2 is a flow chart showing an example of a method for calculating a three-dimensional image display display pattern of the present invention;

以下、本発明の実施形態に係る3次元画像表示システムについて図面を用いて説明する。3次元画像表示システムは、光学装置と電気回路で実装できる。各図面において、見易さのため構成要素の厚さや比率は誇張されていることがあり、構成要素の数も減らして図示していることがある。また、本発明は以下の実施形態そのままに限定されるものではなく、主旨を逸脱しない限りにおいて、適宜の組み合わせ、変形によって具体化できる。 A three-dimensional image display system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. A three-dimensional image display system can be implemented with optical devices and electrical circuits. In each drawing, the thickness and ratio of the constituent elements may be exaggerated for clarity, and the number of constituent elements may be reduced. Moreover, the present invention is not limited to the following embodiments as they are, and can be embodied by appropriate combinations and modifications without departing from the spirit of the present invention.

図1は、本発明の3次元画像表示システムの第1実施形態の3次元画像表示システム10の構成を示すブロック図である。第1実施形態の3次元画像表示システム10は、立体カメラによって撮影された被写体となる物体の3次元情報を獲得し演算機能に転送する。3次元情報は、少なくとも物体から撮像面に入射する光線の入射方向と強度を含み、2つ以上の視差画像列や2次元画像と距離画像の組み合わせなどから得られるものであってもよく、表示したい物体の空間的な情報であればよい。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a three-dimensional image display system 10 according to a first embodiment of the three-dimensional image display system of the present invention. The three-dimensional image display system 10 of the first embodiment acquires three-dimensional information of an object, which is a subject photographed by a stereoscopic camera, and transfers it to an arithmetic function. The three-dimensional information includes at least the incident direction and intensity of light rays incident on the imaging surface from the object, and may be obtained from two or more parallax image sequences or a combination of a two-dimensional image and a range image. Any spatial information about the desired object may be used.

3次元情報を獲得するための立体カメラには様々な方法が考えられる。例えば、2台のカメラで撮影した画像を比較し測定する方法、撮影対象に投影されたパターンを解析する方法、光の飛行時間を計って、距離を計測するTOF(Time Of Flight)方式などがある。適コミュニケーション距離の範囲を必要な分解能で測定できれば、どの方法を用いてもよいが、数cmから数mという距離で精度よく奥行きの測定が可能なTOF方式が特に好ましい。 Various methods are conceivable for a stereoscopic camera for acquiring three-dimensional information. For example, a method of comparing and measuring images taken by two cameras, a method of analyzing a pattern projected onto an object to be photographed, a TOF (Time Of Flight) method of measuring distance by measuring the time of flight of light, etc. be. Any method may be used as long as the range of suitable communication distance can be measured with the required resolution, but the TOF method is particularly preferable because it can accurately measure the depth at a distance of several centimeters to several meters.

立体カメラによる撮影範囲は、適コミュニケーション空間を認識させるために広いほうが望ましく、3.6m奥に角度±30度で広がる、画角として60度以上であるとよく、35mmフィルム換算で焦点距離25mmの広角レンズ相当の80度以上の画角であるとより臨場感のある空間を認知することができる。さらに、角度方向の最小分解能Δαは視力0.5相当の0.033度以下であることが望ましい。 It is desirable that the shooting range of the 3D camera be as wide as possible in order to recognize an appropriate communication space. With a field angle of 80 degrees or more, which is equivalent to a wide-angle lens, a more realistic space can be perceived. Furthermore, it is desirable that the minimum resolution Δα in the angular direction is 0.033 degrees or less, which corresponds to a visual acuity of 0.5.

立体カメラの解像度がハイビジョン(画素数1080×1920)の場合、Δαを0.033度以下にするためには画角は73度以下であり、4K(画素数2160×3840)の場合は、146度以下となる。よって、80度以上の画角で撮影する場合4K以上の解像度のカメラで撮影することが望ましいことになる。 If the resolution of the stereoscopic camera is high definition (1080 x 1920 pixels), the angle of view must be 73 degrees or less to make Δα 0.033 degrees or less. degree or less. Therefore, when shooting at an angle of view of 80 degrees or more, it is desirable to shoot with a camera having a resolution of 4K or higher.

図1で、外部の機器と3次元情報をやり取りするために接続するために使用されるデジタル通信網は、3次元情報の動画が転送されることが必要になる。4K画像+奥行き情報の動画映像を安定して転送するためには、25Mbps以上の通信速度が望ましく、モバイル通信網を使う場合、5G以上の規格を用いることで遠隔地との情報のやり取りが容易になる。 In FIG. 1, a digital communication network used for connecting to an external device for exchanging three-dimensional information requires transfer of moving images of three-dimensional information. A communication speed of 25 Mbps or higher is desirable for stable transfer of 4K images and video footage with depth information, and when using a mobile communication network, using a 5G or higher standard makes it easy to exchange information with remote locations. become.

次に、立体カメラから転送された3次元情報は、演算機能によって再生すべき光線の方向と強度を要素セル毎に計算される。さらに、制御機能によって、LCDやOLED,DMDなどの表示機能、レーザーやLEDやELなどの光源機能、レンズLCDや回折光学素子などの光制御機能をコントロールすることで、要素セルごとに光線の方向と強度を再生することで、自然な距離感とボケのない表示が行えるようにする。尚、光源機能や光制御機能が受動的で制御が不要な場合は、制御機能によって制御する必要はない。このように演算機能によって計算された方向と強度に光を制御し3次元像を表示するデバイスを3次元画像表示ディスプレイと呼ぶ。
なお、立体カメラから取得した3次元情報を用いず、通信機能を介して外部から獲得した3次元情報を表示する場合、システム内に立体カメラは不要となる。逆に、立体カメラからの3次元情報のみを用いる場合、通信機能は本システムに不要となる。
Next, from the three-dimensional information transferred from the stereoscopic camera, the direction and intensity of light rays to be reproduced are calculated for each element cell by an arithmetic function. Furthermore, by controlling display functions such as LCD, OLED, and DMD, light source functions such as lasers, LEDs, and EL, and light control functions such as lens LCDs and diffractive optical elements, it is possible to control the direction of light rays for each element cell. By reproducing the intensity and intensity, it is possible to display a natural sense of distance and no blur. If the light source function and the light control function are passive and do not require control, they do not need to be controlled by the control function. A device that displays a three-dimensional image by controlling light in the direction and intensity calculated by the arithmetic function in this way is called a three-dimensional image display.
Note that when displaying three-dimensional information obtained from the outside via a communication function without using three-dimensional information obtained from a stereoscopic camera, the stereoscopic camera is not required in the system. Conversely, if only three-dimensional information from the stereoscopic camera is used, this system does not require a communication function.

表示機能の例としては、LCD、LED、OLED、DLPなどの2次元表示装置が一般的であるが、レーザー光源やLED光源などをスキャンする方式であってもよい。LEDやOLEDなどの自発光デバイスの場合、光源機能と表示機能を合わせ持つことになり、ホログラムなどの回折パターンによって光の方向を制御するものであれば、表示機能と光制御機能を一つのデバイスで合わせ持つことができる。なお、ディスプレイ面とは、これらの表示装置によってパターンが表示される面のことを示し、複数の表示装置を用いる場合は、最も観察者に近い面を示す。 Examples of the display function are generally two-dimensional display devices such as LCD, LED, OLED, and DLP, but a method of scanning a laser light source, an LED light source, or the like may also be used. Self-luminous devices such as LEDs and OLEDs have both a light source function and a display function. If the direction of light is controlled by a diffraction pattern such as a hologram, the display function and the light control function can be combined into one device. can be combined with The display surface means the surface on which the pattern is displayed by these display devices, and in the case of using a plurality of display devices, the surface closest to the observer.

図2は、本発明の3次元画像表示システムの第1実施形態の使用例を示す概念図であり、平面図である。尚、図でディスプレイと立体カメラは重なっているが、Z方向には異なる位置にあり重なってはいない。立体カメラの位置は、特に画像を見たい任意の位置・方向にあればよく、また立体カメラは1機とは限らず複数機であってもよい。 FIG. 2 is a conceptual diagram and a plan view showing a usage example of the first embodiment of the three-dimensional image display system of the present invention. Although the display and the stereoscopic camera overlap in the figure, they are located at different positions in the Z direction and do not overlap. The position and direction of the stereoscopic camera may be any desired position and direction to view the image, and the number of stereoscopic cameras is not limited to one, and may be plural.

図2の使用例では、3次元画像表示システムは、3次元情報の記録と再生に時間差を有してコミュニケーションを実現する3次元画像表示コミュニケーターとしている。すなわち、立体カメラで撮影された実体空間の3次元情報は記憶機能にいったん記憶された後、観察者が希望する任意の時間に、このディスプレイにより3次元画像が再生空間に再現される。これにより、撮影時に観察者は不在であっても、注視したい実体空間の3次元情報を知ることができる。
本例では、時間差で記録と再生を行う例を示したが、例えば立体カメラをディスプレイから離れた位置に設置し、遠隔地のとのコミュニケーションを実現する3次元映像コミュニケーターとすることで、観察者は移動することなく遠隔地の空間を体験することが可能になる。
In the usage example of FIG. 2, the three-dimensional image display system is a three-dimensional image display communicator that achieves communication with a time difference between recording and reproducing three-dimensional information. That is, after the three-dimensional information of the real space captured by the stereoscopic camera is temporarily stored in the storage function, the three-dimensional image is reproduced in the reproduction space by the display at any time desired by the observer. As a result, even if the observer is not present at the time of photographing, the three-dimensional information of the real space to be observed can be known.
This example shows an example in which recording and playback are performed with a time lag. makes it possible to experience remote spaces without moving.

図22の使用例は、バーチャルなキャラクターなど立体カメラを使うことなく作製された3次元情報や外部のシステムから送られた3次元情報を用いて表示する、3次元画像表示ディスプレイの構成を示すブロック図である。図22では、外部から制御情報や表示像に関する情報を入力することを目的とした通信機能を記載した例を示したが、記憶機能に保存された3次元情報を用いて、スタンドアロンで動作する場合はその限りでない。
また、図23は、本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態の使用例を示す概念図であり、平面図である。図23では、例えば図22で示した構成により生成した3次元画
像を再生像としてディスプレイに表示することができる。
このように、本発明の3次元画像表示ディスプレイを用いることで、バーチャルな空間に作られた人物やキャラクターなど実在しない相手や他システムから送られた相手と適コミュニケーション空間で接することで、より自然なコミュニケーションを取ることができる。
The example of use in FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of a 3D image display that uses 3D information created without using a stereoscopic camera, such as a virtual character, or 3D information sent from an external system. It is a diagram. FIG. 22 shows an example in which a communication function is described for the purpose of inputting control information and information about a display image from the outside. is not limited to that.
FIG. 23 is a conceptual diagram and a plan view showing a usage example of the embodiment of the three-dimensional image display of the present invention. In FIG. 23, for example, a three-dimensional image generated by the configuration shown in FIG. 22 can be displayed on the display as a reproduced image.
In this way, by using the three-dimensional image display of the present invention, it is possible to interact more naturally with a non-existing partner such as a person or character created in a virtual space or with a partner sent from another system in an appropriate communication space. communication can be taken.

図3は、本発明の第2実施形態の3次元画像表示システム20の構成を示すブロック図である。図3では、図1に示した、本発明の3次元画像表示システムの第1実施形態10の構成を示すブロック図が2つ以上備えられ、お互いにデジタル伝送網を介して結ばれることで、2つ以上の遠隔地の自然なコミュニケーションを実現する3次元画像表示コミュニケーターを構成している。尚、立体カメラで得られた3次元情報は、必要に応じて演算機能によって圧縮・変換され、また通信機能を介して発信される。
なおこの通信機能を実現する通信手段としては特に制限はないが、3次元情報を扱うため、上記に挙げたデジタル伝送網のように大容量の情報を高速に伝送可能な通信手段を有することが好ましい。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a three-dimensional image display system 20 according to the second embodiment of the invention. In FIG. 3, two or more block diagrams showing the configuration of the first embodiment 10 of the three-dimensional image display system of the present invention shown in FIG. It constitutes a 3D image display communicator that realizes natural communication between two or more remote locations. The three-dimensional information obtained by the stereoscopic camera is compressed/converted by an arithmetic function as necessary, and transmitted via a communication function.
Although there are no particular restrictions on the communication means for realizing this communication function, since three-dimensional information is handled, it is desirable to have a communication means capable of transmitting large amounts of information at high speed, such as the digital transmission network mentioned above. preferable.

図4は、本発明の第2実施形態の3次元画像表示システムの使用例を示す概念図であり、平面図である。立体カメラの位置、方向、機数は、図2の場合と同様であればよい。この使用例では、本発明の3次元画像表示システムは、デジタル伝送網で結ばれた2つの遠隔地の自然なコミュニケーションを実現する3次元画像表示コミュニケーターとなっている。 FIG. 4 is a conceptual diagram and a plan view showing a usage example of the three-dimensional image display system according to the second embodiment of the present invention. The position, direction, and number of stereoscopic cameras may be the same as in FIG. In this usage example, the three-dimensional image display system of the present invention is a three-dimensional image display communicator that realizes natural communication between two remote locations connected by a digital transmission network.

すなわち、実体空間Aに存在するメンバーには、立体カメラBで撮影された遠隔に存在するメンバー(本例では一人)の実体空間Bの3次元情報が、通信機能回路Bから通信機能回路Aへとデジタル伝送網を介して伝送され、ディスプレイAを介して再生空間Aに再現される。
同様に実体空間Bに存在するメンバー(本例では一人)には、立体カメラAで撮影された遠隔に存在するメンバーの実体空間Aの3次元情報が通信機能回路Aから通信機能回路Bへとデジタル伝送網を介して伝送され、ディスプレイBを介して再生空間Bに再現される。
That is, three-dimensional information of a remote member (one person in this example) photographed by a stereoscopic camera B in the physical space B is transferred from the communication function circuit B to the communication function circuit A. and the digital transmission network, and reproduced in the reproduction space A through the display A.
Similarly, for a member (one person in this example) existing in the physical space B, three-dimensional information of the physical space A of the remote member photographed by the stereoscopic camera A is transmitted from the communication function circuit A to the communication function circuit B. It is transmitted via a digital transmission network and reproduced in a reproduction space B via a display B.

この場合、伝送のために使用されるデジタル伝送網も、3次元情報の動画が送れることが必要になる。4K画像+奥行き情報の動画映像を安定して送るためには、25Mbps以上の通信速度が望ましく、モバイル通信網を使う場合、5G以上の規格を用いること、簡便に遠隔地とのコミュニケーションをとることが可能になる。 In this case, the digital transmission network used for transmission also needs to be able to transmit moving images of 3D information. A communication speed of 25 Mbps or higher is desirable for stable transmission of moving images of 4K images and depth information. When using a mobile communication network, use a standard of 5G or higher, and easily communicate with remote locations. becomes possible.

本発明の3次元画像表示システムおよび3次元画像表示ディスプレイでは、回折の影響が少ない大きなサイズの要素セルを用い、要素セルのピッチを要素セルのサイズよりも小さくして、瞳内に複数の光線を通過させることで、ピント調整が可能な3次元画像表示システムを実現できる。そこで、適コミュニケーション空間を再現するために必要な「要素セルサイズ」と「要素セルピッチ」の条件を説明する。 In the three-dimensional image display system and the three-dimensional image display display of the present invention, large-sized element cells that are less affected by diffraction are used, and the pitch of the element cells is made smaller than the size of the element cells, so that a plurality of light rays are present in the pupil. , a three-dimensional image display system capable of focus adjustment can be realized. Therefore, the conditions of "element cell size" and "element cell pitch" necessary to reproduce an appropriate communication space will be explained.

一般に、視力1.0の人は裸眼で1/60度の角度の分解能をもつ。これと同等の回折による広がり角θとなる要素セルのサイズは、波長を500nmとすると、[背景技術]で示した(式1)より、
d=1.22×500×10-6/tan(1/60°)×2
=4.2mmとなる。
同様に、自動車免許の条件である視力0.7の人と同等の1/60/0.7度の角度の分解能をもつ、ボケを生じる要素セルのサイズは2.9mmとなる。
また、既述のように、宮崎らの研究から、3.6mの距離で表情を見てコミュニケーショ
ンを取れる視力0.5相当以上の人とみなせる。この視力0.5の分解能と同等のボケを生じる要素セルのサイズは、同様の計算により、2.1mmとなる。
Generally, a person with a visual acuity of 1.0 has an angular resolution of 1/60 degrees with the naked eye. Assuming that the wavelength is 500 nm, the size of the element cell at which the divergence angle θ due to diffraction is equivalent to this is given by (Equation 1) shown in [Background Art].
d=1.22×500×10 −6 /tan (1/60°)×2
= 4.2 mm.
Similarly, the size of an element cell that produces a blur with an angular resolution of 1/60/0.7 degrees, which is equivalent to that of a person with visual acuity of 0.7, which is a requirement for a driver's license, is 2.9 mm.
Also, as described above, according to the research by Miyazaki et al., it can be regarded as a person with a visual acuity of 0.5 or more, who can communicate by looking at facial expressions at a distance of 3.6 m. By the same calculation, the size of the element cell that produces blur equivalent to the resolution of this visual acuity of 0.5 is 2.1 mm.

そこで、要素セルのサイズ(図19でのd。前記の4.2、2.9、2.1、・・・・mm)をパラメータとし、ディスプレイからの距離(図19でのL)を横軸として、回折によるボケの長さを計算すると、図5のようになる。
図5より、ディスプレイからの距離(L)が同じであれば、要素セルのサイズ(d)が大きいほどボケの長さは小さくなることが分かる。これは(式1)でdが大きくなれば広がり角θが小さくなることを反映している。
Therefore, the size of the element cell (d in FIG. 19; the above 4.2, 2.9, 2.1, . . . mm) is used as a parameter, and the distance from the display (L in FIG. Fig. 5 shows the calculation of the length of the blur due to diffraction as the axis.
As can be seen from FIG. 5, if the distance (L) from the display is the same, the larger the size (d) of the element cell, the shorter the length of the blur. This reflects the fact that the spread angle θ decreases as d increases in (Equation 1).

人の瞳の大きさは、一般に2~8mmであり、この中に複数の光線を通過させて目のピント調整を実現するためには、要素セルの間隔(ピッチ)は、少なくとも瞳内に2つ以上の要素セルが入るようなピッチであることが必要となる。より自然なピント調整を実現するには、瞳内に入射する光線数(要素セルの数)は多いほうが望ましい。つまり要素セルの数を増やすために要素セル間の間隔(ビッチ)を小さくすることが望ましい。 The size of the human pupil is generally 2 to 8 mm, and in order to allow a plurality of light rays to pass through the pupil and achieve focus adjustment of the eye, the interval (pitch) between the element cells must be at least 2 mm within the pupil. The pitch must be such that one or more element cells can be accommodated. In order to achieve more natural focusing, it is desirable that the number of light rays (the number of element cells) entering the pupil is large. In other words, it is desirable to reduce the interval (pitch) between element cells in order to increase the number of element cells.

次に必要な要素セルのピッチについて考察する。図6は、要素セルの配列するピッチをパラメータとして、ディスプレイからの距離を横軸として、物体を見たときの網膜上の分解能を計算した特性図である。人の網膜上の視細胞の間隔は約10μm(0.01mm)であることから、これより良い分解能(より小さい錯乱円直径)を持つためには、距離0.45mより遠い物体であれば0.2mm以下、距離1.2mより遠い物体であれば、約0.4mm以下の要素セルのピッチが必要であることが分かる。 Next, let us consider the required element cell pitch. FIG. 6 is a characteristic diagram obtained by calculating the resolution on the retina when an object is viewed, using the pitch at which the element cells are arranged as a parameter and the distance from the display as the horizontal axis. Since the distance between photoreceptors on the human retina is about 10 μm (0.01 mm), in order to have better resolution (smaller circle of confusion diameter), objects farther than 0.45 m should be 0 It can be seen that if the object is 0.2 mm or less and the distance is greater than 1.2 m, the element cell pitch of about 0.4 mm or less is required.

また、0.5m離れた距離で24インチのXGA(Extended Graphics Array:1990年にIBM社が発表した規格)のディスプレイ程度の解像度(網膜上で30μm(0.03mm)程度の錯乱円直径)まで許容できる用途であれば、距離0.45mより遠い物体であれば0.5mm以下、距離1.2mより遠い物体であれば1.2mm以下の要素セルピッチであればよいことが分かる。 In addition, at a distance of 0.5 m, the resolution of a 24-inch XGA (Extended Graphics Array: a standard announced by IBM in 1990) display (circle of confusion diameter of about 30 μm (0.03 mm) on the retina). It can be seen that for acceptable applications, an elemental cell pitch of 0.5 mm or less for objects farther than 0.45 m and 1.2 mm or less for objects farther than 1.2 m will suffice.

以上を総合すると、適コミュニケーション空間(ディスプレイから0.45~3.6mの距離範囲)を再現するためには、概ね、要素セルサイズは、3.6mの距離で視力0.5相当以上の分解能でボケを生じる2.1mm以上、かつ要素セルのピッチは前記の0.5mm以下であれば、実用上支障のないコミュニケーションが可能になる。また、要素セルサイズは4.2mm以上、かつ要素セルのピッチは0.2mm以下であれば、実物体と同等の解像度で観察することができる。 Summarizing the above, in order to reproduce an appropriate communication space (distance range of 0.45 to 3.6m from the display), the element cell size is generally required to have a resolution equivalent to or higher than visual acuity of 0.5 at a distance of 3.6m. If the pitch of the element cells is 2.1 mm or more, and the pitch of the element cells is 0.5 mm or less, practically satisfactory communication becomes possible. If the element cell size is 4.2 mm or more and the pitch of the element cells is 0.2 mm or less, the object can be observed with the same resolution as the real object.

また、社会距離(ディスプレイから1.2~3.6mの距離範囲)以上のコミュニケーションをとるのであれば、要素セルサイズは2.1mm以上、かつ要素セルピッチは1.2mm以下であれば、実用上支障のないコミュニケーションが可能になる。
また、要素セルサイズは4.2mm以上、かつ要素セルピッチは0.4mm以下であれば実物体と同等の解像度で観察することができる。このとき、要素セルサイズをd、要素セルピッチをpとすると、d≧2.1mm、かつ、d/p≧1.75の関係を満たすことになる。
In addition, if communication is conducted at a social distance (range of 1.2 to 3.6 m from the display) or more, the element cell size should be 2.1 mm or more and the element cell pitch should be 1.2 mm or less. Enables trouble-free communication.
Further, when the element cell size is 4.2 mm or more and the element cell pitch is 0.4 mm or less, it is possible to observe the object with a resolution equivalent to that of the actual object. At this time, assuming that the element cell size is d and the element cell pitch is p, the relationships d≧2.1 mm and d/p≧1.75 are satisfied.

再生される光線の角度方向の最小分解能Δαは、回折による広がり角θの2倍より小さくしても意味がなくなる(Δα≧2×θ)。Δαの大きさもボケを生じさせるため、視力1.0に相当のボケにするには、Δαは、視力1.0の場合の角度分解能1/60=0.017度程度となり、視力0.5相当でのΔαは1/60/0.5=0.033度程度となる。以上のことから、奥行きのある空間を再現するには、Δαは、少なくとも0.04度以下であることが望ましい。0.017度以下であれば、標準的な人の視力の人が実物体を見た場合と同等のボケが得られる。
もちろん、用途によってボケの許容範囲は異なる。例えば、視力0.3から視力1.5の範囲とすると、Δαの範囲は、(1/60/1.5=0.01度)<Δα<(1/60/0.3=0.05度)となる。
The minimum resolution Δα in the angular direction of the reproduced light beam is meaningless even if it is smaller than twice the divergence angle θ due to diffraction (Δα≧2×θ). Since the magnitude of Δα also causes blurring, in order to obtain a blur equivalent to a visual acuity of 1.0, Δα is about 1/60=0.017 degrees when the visual acuity is 1.0, and the visual acuity is 0.5. Δα in equivalent is about 1/60/0.5=0.033 degrees. From the above, it is desirable that Δα is at least 0.04 degrees or less in order to reproduce a space with depth. If it is 0.017 degrees or less, a blur equivalent to that obtained when a person with normal vision sees a real object can be obtained.
Of course, the permissible range of bokeh differs depending on the application. For example, if the range of visual acuity is from 0.3 to 1.5, the range of Δα is (1/60/1.5=0.01 degrees)<Δα<(1/60/0.3=0.05 degrees).

以上のように、どの組み合わせ(適コミュニケーション空間またはその一部である社会距離空間、及び一般的な視力範囲)においても、本願で目的とする、適コミュニケーション空間内での物体の再現を実現するには、要素セルのサイズより要素セル間のピッチが狭く、要素セルを並べた場合、隣接する要素セル同士が重なり合うことが必要になる。 As described above, in any combination (the appropriate communication space or a social distance space that is a part thereof, and the general visual range), in order to realize the object reproduction in the appropriate communication space, which is the purpose of this application, , the pitch between the element cells is narrower than the size of the element cells, and when the element cells are arranged, adjacent element cells need to overlap each other.

但し、要素セルの重なりの多重度が大きいと、機構が複雑化、計算時間の増加、作製時間の増加などデメリットが生じるため、必要以上に要素セルを重ねることは望ましくない。
要素セルのサイズをd、要素セル間のピッチをpとすると、d/p<25であれば上記多重化によるデメリットを抑制することができ、少なくともd/p<100であればよい。尚、技術の進歩などにより、要素セルの重なりを大きくした際のデメリットが現実的に支障なくなった場合はこの限りではない。
However, if the degree of overlap of the element cells is high, disadvantages such as complication of the mechanism, increase in calculation time, and increase in fabrication time occur, so it is not desirable to overlap the element cells more than necessary.
If d is the element cell size and p is the pitch between the element cells, the demerits due to multiplexing can be suppressed if d/p<25, and at least d/p<100 is sufficient. However, this does not apply if the demerits of increasing the overlap of the element cells become practically unproblematic due to advances in technology or the like.

隣接する要素セルを重ね合わせるためには、様々な方法が考えられる。ホログラフィックステレオグラムは、ホログラムの技術を用いて光線の方向を再現するライトフィールドディスプレイの一種であり、一般には光線の方向のみを再現し物体からの波面は再現しない。以下、ホログラムを用いる要素セルを適宜「要素ホログラム」と称する。 Various methods are conceivable for superimposing adjacent element cells. A holographic stereogram is a type of light field display that uses hologram technology to reproduce the direction of light rays, and generally reproduces only the direction of light rays and not the wavefront from an object. Element cells using holograms are hereinafter appropriately referred to as "element holograms".

例えば、特開2013-195802号公報や特許第3948199号公報では、光線の方向を記録した要素ホログラムを順次作成する。特開2013-195802号公報は、感光材料上にレーザー光による干渉縞を露光形成するものであり、要素ホログラムを表面の凹凸によるホログラムとする場合、大量生産が容易で安価に製造が可能になる。特許3948199号公報では、計算機によって計算された干渉縞パターンを電子線描画装置等によって記録し、音響光学素子や液晶パネルなどで実時間再生する場合を示しており、液晶パネルなどの書き換え可能なディスプレイで要素ホログラムを構成した場合、実時間再生することが可能になる。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-195802 and Japanese Patent No. 3948199, element holograms recording the directions of light beams are sequentially created. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-195802 is for exposing and forming interference fringes by laser light on a photosensitive material, and when the element hologram is a hologram based on unevenness on the surface, mass production is easy and inexpensive. . Japanese Patent No. 3948199 describes a case where an interference fringe pattern calculated by a computer is recorded by an electron beam lithography device or the like and reproduced in real time by an acousto-optic device or a liquid crystal panel. When an element hologram is constructed by , it becomes possible to reproduce it in real time.

しかしながら、これらの例では、要素ホログラムのサイズとピッチは最適化されておらず、再生する物体はホログラム近傍、もしくは視差原画の結像位置(マスターホログラムの再生位置)の近傍に限られ、広い奥行きのある空間の再現をする方法は示されていない。 However, in these examples, the size and pitch of the element holograms are not optimized, and the object to be reproduced is limited to the vicinity of the hologram or the vicinity of the imaging position of the parallax original image (the reproduction position of the master hologram), and the depth is wide. It does not show how to reproduce a certain space.

通常、ホログラフィックステレオグラムの要素ホログラムは光の強度で示される干渉縞からなるため、オーバーラップして記録することが可能であり、要素ホログラムのピッチより要素ホログラムのサイズを大きくすることが可能である。 Since the elemental holograms of a holographic stereogram are usually composed of interference fringes indicated by the intensity of light, it is possible to record them in an overlapping manner, and it is possible to make the size of the elemental holograms larger than the pitch of the elemental holograms. be.

光の強度をオーバーラップして記録する際、薄いホログラムの場合は、多重度が多いと個々の要素ホログラムの回折効率が低下し、暗くノイズの多い再生像となってしまう場合がある。記録材料として1μmから数十μmの厚みのあるデバイスに干渉縞を記録すれば、多重度が多くても明るくノイズの少ない再生像を得ることができる。 When recording with overlapping light intensities, if the hologram is thin and the degree of multiplicity is high, the diffraction efficiency of each elemental hologram may decrease, resulting in a dark reproduced image with a lot of noise. If the interference fringes are recorded on a device having a thickness of 1 μm to several tens of μm as a recording material, a bright reproduced image with little noise can be obtained even if the multiplicity is high.

図7は、要素セル(要素ホログラム)サイズdより要素セル(要素ホログラム)ピッチpが小さい場合の略図であり、ホログラムに対して正面からみた構成図である。この図では、各要素セルA、B、C、Dは重なり部をもって敷き詰められている。 FIG. 7 is a schematic diagram when the element cell (element hologram) pitch p is smaller than the element cell (element hologram) size d, and is a configuration diagram of the hologram viewed from the front. In this figure, element cells A, B, C, and D are laid out with overlapping portions.

図8は、本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態に係る、要素セルサイズより
要素セルピッチが小さい(p<d)場合の略図であり、ホログラムに対して側面からみた場合の説明図である。各要素セルの再生光が重なりながらディスプレイ面(ホログラム面)から射出する様態を示している。ディスプレイ面から射出する光線はΔαの角度で分解される。
FIG. 8 is a schematic diagram when the element cell pitch is smaller than the element cell size (p<d) according to the embodiment of the three-dimensional image display of the present invention, and is an explanatory view of the hologram viewed from the side. . It shows a mode in which the reproduced light beams of the element cells are emitted from the display surface (hologram surface) while overlapping each other. Light rays exiting the display surface are resolved at an angle of Δα.

次に、要素セルを回折格子で形成した場合を例に、要素セルのサイズとピッチとの関係をより具体的に説明する。図9は比較のための従来の要素セルを例示する構成図であり、要素セルのサイズdとピッチpとがp≧dの関係にあり、この場合要素セル同士に重なりがないため、回折格子パターンも重ならずに独立している。 Next, the relationship between the element cell size and the pitch will be described more specifically, taking as an example the case where the element cells are formed of diffraction gratings. FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a conventional element cell for comparison. The relationship between element cell size d and pitch p is p≧d. The patterns are also independent without overlapping.

図10は本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態に係り、要素セルサイズより要素セルピッチが小さい(p<d)関係を有する要素セルを例示する構成図である。p<dの場合、要素セルの重なった部分は、それぞれの回折格子パターンの和となる。図10の例では、要素セルを構成する回折格子に対して、回折格子ピッチの1/10以下の細かい画素でパターンを構成した例を示している。 FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an element cell having a relationship that the element cell pitch is smaller than the element cell size (p<d) according to the embodiment of the three-dimensional image display of the present invention. When p<d, the overlapping portion of the element cells is the sum of their respective diffraction grating patterns. The example of FIG. 10 shows an example in which a pattern is configured with fine pixels of 1/10 or less of the diffraction grating pitch for the diffraction gratings that form the element cells.

回折格子からなる要素セルを粗い表示デバイスに使用する場合、回折格子を表現するためには、最も細かい回折格子のピッチの半分以下の解像度があればよい。
図11は本発明の3次元画像表示ディスプレイの実施形態に係り、そのような、要素セルサイズより要素セルピッチが小さい(p<d)関係を有する要素セルの別の例であり、回折格子からなる要素セルを粗い表示デバイスに使用する場合の例である。
When an element cell composed of a diffraction grating is used in a coarse display device, a resolution of half or less than the pitch of the finest diffraction grating is sufficient to represent the diffraction grating.
FIG. 11 relates to the embodiment of the three-dimensional image display of the present invention, and shows another example of an element cell having such a relationship that the element cell pitch is smaller than the element cell size (p<d), and is composed of a diffraction grating. This is an example of using element cells for a rough display device.

上記では、要素セルのサイズより要素セル間のピッチを小さくする方法としてホログラフィックステレオグラムを用いる例を示したが、図20のマイクロレンズアレイを用いるライトフィールドディスプレイや、図21のスタティックディスプレイ型のライトフィールドディスプレイでは、高速にディスプレイを振動させ、振動する位置情報に同期して表示画像を変える方法や、ハーフミラーなどを用いて、複数のディスプレイを空間的に重ねる方法などにより、要素セル間のピッチを要素セルのサイズより小さくすることが可能になる。また、電子ホログラムを用いてホログラフィックステレオグラムを再生する場合には、要素ホログラムの位置を微小に変化させながら再生してもよい。いずれにしても、要素セルのサイズと要素セル間のピッチを最適値に設定することで適コミュニケーション空間でボケがなく自然な立体像を観察することが可能になる。 In the above, an example of using a holographic stereogram as a method of making the pitch between element cells smaller than the size of the element cells was shown. In a light field display, the display image is changed in synchronization with the vibrating positional information by vibrating the display at high speed. It becomes possible to make the pitch smaller than the element cell size. Further, when reproducing a holographic stereogram using an electronic hologram, the reproduction may be performed while slightly changing the positions of the element holograms. In any case, by setting the size of the element cells and the pitch between the element cells to optimum values, it is possible to observe a natural stereoscopic image without blurring in an appropriate communication space.

図12は、要素セルのサイズより要素セルのピッチが小さい要素セルをディスプレイ面に配列したホログラフィックステレオグラムによって、点物体を物点A’として再生した場合の概念図である。各要素セルは、ディスプレイ面において、物点Aから出た光の方向を再現する。図面の上方の様々な方向から観察すると、観察者はそれぞれの方向からあたかも物点Aが存在するように見ることができる。 FIG. 12 is a conceptual diagram when a point object is reproduced as an object point A' by a holographic stereogram in which element cells whose pitch is smaller than the size of the element cells are arranged on the display surface. Each element cell reproduces the direction of light emitted from the object point A on the display surface. Observing from various directions above the drawing, the observer can see as if the object point A exists from each direction.

また、要素セルのピッチは瞳の大きさに対して十分に小さく(上記図6の説明参照)、また要素セルのサイズは回折によるボケが少ないサイズ(上記図5の説明参照)としているため、観察者には輻輳、ピント調整、両眼視差などの立体視に必要な条件が矛盾なく再現されるため、自然で疲労感が無く、ディスプレイ面から離れた空間を再現することが可能になる。 Also, the pitch of the element cells is sufficiently small relative to the size of the pupil (see the description of FIG. 6 above), and the size of the element cells is set to a size that causes little blurring due to diffraction (see the description of FIG. 5 above). For the observer, conditions necessary for stereoscopic vision such as convergence, focus adjustment, and binocular parallax are reproduced without contradiction, so it is possible to reproduce a space away from the display surface naturally without feeling tired.

図12に示すように、各要素セルから射出する光線は、要素セルのサイズ(d)+回折による広がり(図8のΔα)の幅をもつ。そのため、ディスプレイ面から遠い空間を観察する場合は問題ないが、ディスプレイ面から近い物体を観察する場合、物体の解像度が低下することになる。 As shown in FIG. 12, a light ray emitted from each element cell has a width equal to the size (d) of the element cell+spreading due to diffraction (Δα in FIG. 8). Therefore, there is no problem when observing a space far from the display surface, but when observing an object close to the display surface, the resolution of the object decreases.

前記の問題を解決するには、幾つかの方法が考えられる。例えば、要素セルから再生する光線の明るさの分布を、図13に示すように中心は明るく周辺は暗くする。このようにすることで、再生される物体の解像度を向上させることが可能になる。このような光線の明るさ分布を作ることには、要素セルに記録する干渉縞パターンの透過率が周辺部にいくほど低下するように要素セル内で回折効率の変化をつけることで実現できる。 There are several possible ways to solve the above problem. For example, the brightness distribution of light rays reproduced from the element cells is bright at the center and dark at the periphery, as shown in FIG. By doing so, it is possible to improve the resolution of the reproduced object. Such a light beam brightness distribution can be achieved by varying the diffraction efficiency within the element cells so that the transmittance of the interference fringe pattern recorded in the element cells decreases toward the periphery.

また、他の方法として次のような方法が考えられる。要素セルとして、ディスプレイ面に物点Aから発散した球面波と参照光との干渉縞を記録した要素セルを形成する。こうすることによって、図14に示すように、各要素セルから再生される光線による物点A’’のサイズを、要素セルのサイズの回折限界まで小さくすることが可能になる。 As another method, the following method is conceivable. As an element cell, an element cell is formed on the display surface in which the interference fringes of the spherical wave diverging from the object point A and the reference light are recorded. By doing so, as shown in FIG. 14, it is possible to reduce the size of the object point A'' by the light beam reproduced from each element cell to the diffraction limit of the element cell size.

図14の方法で、複数の物体を再生した場合の様態を図15により説明する。ディスプレイ面の各要素セルには、物体上の各点から発散した球面波と参照光との干渉縞が記録されている。近くの物体B’からは近くの光点から発散した球面波、遠くの物体C’からは遠くの光点から発散した球面波となる。このように物体からの距離によって波面は異なって記録される。 A mode in which a plurality of objects are reproduced by the method of FIG. 14 will be described with reference to FIG. Interference fringes between the spherical wave diverging from each point on the object and the reference light are recorded in each element cell on the display surface. A near object B' produces a spherical wave diverging from a nearby light point, and a distant object C' produces a spherical wave diverging from a distant light point. Thus, the wavefront is recorded differently depending on the distance from the object.

物体上の各点から発散した球面波と参照光との干渉縞を、立体カメラを通してデジタル化することは通常のデジタルホログラムと同様であるが、物体をサンプリングする点を、図16に示すように、各要素セル位置からΔαの角度で分解されたポイントとすることにより、通常のデジタルホログラムでは、μmオーダのサンプリングピッチで波面を計算する必要があることに対して、本発明の実施形態の手法では数mmから数cmのピッチでサンプリングすればよく、膨大な計算量となることを避けることができる。また、ディスプレイ面から離れれば離れるほどサンプリングピッチが広がることから、ディスプレイ面から離れた広い空間を再現するに適した方法となる。 The interference fringes of the spherical wave diverging from each point on the object and the reference light are digitized through a stereoscopic camera in the same way as in a normal digital hologram. , points resolved at an angle of Δα from each element cell position, the method of the embodiment of the present invention, in contrast to the need to calculate the wavefront at a sampling pitch of μm order in a normal digital hologram Then, sampling should be performed at a pitch of several millimeters to several centimeters, and a huge amount of calculation can be avoided. In addition, since the sampling pitch increases as the distance from the display surface increases, this method is suitable for reproducing a wide space away from the display surface.

ホログラフィックステレオグラムでは、光線の方向を再現するように作られるため、物体を複数の方向から撮影した画像から3次元画像表示用のデータを作成できる。このため、様々な方法で研究されているCG(コンピュータグラフィックス)の手法をつかうことで、光沢のあるもの、透明な物体なども再現でき、実際の物体を撮影することで、実物の物体の再生も可能になる。 Since the holographic stereogram is created so as to reproduce the directions of light rays, it is possible to create three-dimensional image display data from images of an object photographed from a plurality of directions. For this reason, by using CG (computer graphics) techniques, which are being studied in various ways, it is possible to reproduce glossy objects and transparent objects, and by photographing actual objects, it is possible to reproduce real objects. Playback is also possible.

例えば、CG手法の一つである光線追跡法を適用してホログラムのパターンを計算する方法を、図16を用いて述べる。
まず各要素セルの中心が光線追跡法によって放たれる光線の始点となる。次に各要素セルの中心を始点として光線追跡法を行い、光線と被写体となる物体との交点を求める。これにより要素セルごとに異なる視点位置からの点光源の集合を持つことになり,上下左右の視差を持つ要素セルのパターンを作成することが可能となる。
なお、ここでの物体(被写体)は立体カメラで撮影された情報から得たものであってもよいし、CADなどで作られたバーチャルな物体であってもよい。
この計算の際に、光線の方向のみを考慮した場合は、図12に示すような光線による再生となり、光線の方向と物点までの距離まで考慮した場合は、図14や図15に示すような光線による再生となる。
For example, a method of calculating a hologram pattern by applying a ray tracing method, which is one of CG techniques, will be described with reference to FIG.
First, the center of each element cell becomes the starting point of a ray emitted by the ray tracing method. Next, the ray tracing method is performed with the center of each element cell as the starting point, and the intersection point between the ray and the object to be photographed is obtained. As a result, each element cell has a set of point light sources from different viewpoint positions, making it possible to create a pattern of element cells with vertical and horizontal parallax.
The object (subject) here may be obtained from information captured by a stereoscopic camera, or may be a virtual object created by CAD or the like.
In this calculation, when only the direction of the ray is taken into consideration, the reproduction by the ray is as shown in FIG. It becomes reproduction by a bright ray.

光線の方向と物点までの距離まで考慮した場合のホログラムのパターンの計算のフローチャートの一例を図24に示す。
まず、表示すべき物体の3次元情報を入力する。次に、演算すべき要素セルの中心の位置を求め、要素セルの中心位置から発散しΔαづつ角度が異なる各線と物体との交点を求める。そして各物体との交点を物点とし、各物点から発散する球面波の要素セル位置での複素振幅の和を求める。なお、求める複素振幅は要素セルの大きさの範囲でよい。
以上の工程を全ての要素セルにおいて行い、その後、全ての要素セルの複素振幅の和を求めることでディスプレイ面での複素振幅を求める。次に、参照光の波面とディスプレイ面での複素振幅との干渉縞のパターンを求めることで、ディスプレイに表現するパターンを求めることが可能になる。
このように要素セル毎の干渉縞パターンの和をとるのではなく、複素振幅の和を求めた上で、参照光との干渉縞パターンを求める演算とすることで、光線の方向と物点までの距離を含めて物体の3次元画像を記録、再生することができる。
FIG. 24 shows an example of a flow chart for calculation of a hologram pattern in consideration of the direction of light and the distance to an object point.
First, three-dimensional information of an object to be displayed is input. Next, the position of the center of the element cell to be calculated is determined, and the points of intersection between the object and each line diverging from the center position of the element cell and having different angles by Δα are determined. The point of intersection with each object is defined as an object point, and the sum of the complex amplitudes at the element cell positions of the spherical waves diverging from each object point is obtained. The complex amplitude to be obtained may be within the size range of the element cells.
The above steps are performed for all element cells, and then the complex amplitude on the display surface is obtained by obtaining the sum of the complex amplitudes of all element cells. Next, by obtaining the pattern of interference fringes between the wavefront of the reference light and the complex amplitude on the display surface, it is possible to obtain the pattern to be expressed on the display.
In this way, instead of taking the sum of the interference fringe patterns for each element cell, the sum of the complex amplitudes is obtained, and then the calculation to obtain the interference fringe pattern with the reference beam is performed. It is possible to record and reproduce a three-dimensional image of an object including the distance of .

また、上記では要素セルのサイズよりピッチが小さいことで多重化することによる効率(明るさ)の低下を抑制するために、要素セルの複素振幅の和を計算した後に、参照光との干渉パターンを計算したが、要素セル毎に参照光との干渉パターンを求めた後に、各干渉パターンの和をとってもよい。その場合、要素セル毎に計算ができるため、並列演算が容易になり計算時間が早くなる。 In the above, in order to suppress the decrease in efficiency (brightness) due to multiplexing due to the pitch being smaller than the size of the element cells, after calculating the sum of the complex amplitudes of the element cells, the interference pattern with the reference light is calculated, the sum of the interference patterns may be obtained after obtaining the interference pattern with the reference light for each element cell. In that case, since calculation can be performed for each element cell, parallel calculation is facilitated and calculation time is shortened.

尚、記録する立体像(物体の3次元情報)は水平方向の視差のみのステレオグラムでもよいが、ピント調整の効果をより効果的するためには、上下左右の視差をもったステレオグラムの方が望ましい。また、要素セルとして円形のセルの例を示したが、円形に限定する必要はなく、三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形、星型、楕円、長方形などであってもよい。 The stereogram (three-dimensional information of an object) to be recorded may be a stereogram with only horizontal parallax. is desirable. Also, although an example of a circular cell is shown as an element cell, it is not necessary to be limited to a circular one, and polygons such as triangles, quadrilaterals, pentagons, and hexagons, stars, ellipses, rectangles, and the like may be used.

作製されたホログラフィックステレオグラムを再生する光源としては、波長による回折角の違いによるボケをなくすため、レーザーやLEDなどの単色の光源、もしくは通常の光源とフィルターを組み合わせた光源を用いることが望ましく、レーザー光源を用いた場合は、スペックルによるノイズを減らすため、コヒーレント性を落とす工夫をすることが望ましい。 As the light source for reproducing the created holographic stereogram, it is desirable to use a monochromatic light source such as a laser or LED, or a light source that combines a normal light source and a filter, in order to eliminate blurring due to differences in diffraction angles due to wavelengths. In the case of using a laser light source, it is desirable to take measures to reduce coherence in order to reduce noise due to speckles.

レーザーのコヒーレントを落とすには、光ファイバーを透過させる、光源を振動させる、光路長を変化させる、動きのある拡散要素を光路内に挿入する、複数の光源を組み合わせるなどの方法が考えられる。 The coherence of a laser can be reduced by passing it through an optical fiber, vibrating the light source, changing the optical path length, inserting a moving diffusing element into the optical path, or combining multiple light sources.

ここまで、適コミュニケーション距離として、0.45mから3.6mとしてきたが、全ての再生される物体がこの距離範囲内に存在する必要はなく、主に再生される物体がこの範囲に存在していればよい。また、再生される対象(物体)としては、人に限定されるものではなく、動物やロボットなどであってもよく、空間に再現した2次元画像であってもよい。さらには、コミュニケーション対象の存在を示唆するような、空間に机や椅子、テーブルなどを再現するものであってもよい。さらには、対象がコミュニケーションを直接取るものでなくても、重機、遠隔手術、宇宙空間、軍事など遠隔操作の主な対象が、適コミュニケーション距離に入っている形態であっても構わない。 So far, the appropriate communication distance has been set from 0.45 m to 3.6 m. All you have to do is Also, the object (object) to be reproduced is not limited to a person, and may be an animal, a robot, or the like, or may be a two-dimensional image reproduced in space. Furthermore, it may be one that reproduces a desk, a chair, a table, etc. in a space that suggests the existence of a communication target. Furthermore, even if the target does not directly take communication, the main target of remote control, such as heavy equipment, remote surgery, outer space, military, etc., may be in the form of being within an appropriate communication distance.

さらには、適コミュニケーション距離として、0.45mから3.6mとしてきたが、先に示した東京女子大学の宮崎らの研究結果から、表情を読み取れる限界の距離が、視力1.0の場合7mであることから、適コミュニケーション距離を0.45mから7.0mに置き換えてもよい。 Furthermore, the appropriate communication distance has been set at 0.45m to 3.6m, but from the research results of Miyazaki et al. Therefore, the optimum communication distance may be changed from 0.45m to 7.0m.

本発明で規定する要素セルサイズ及び要素セルピッチの条件は、接眼レンズなどの光学系を介してディスプレイを観察する場合は、光学系の倍率を補正する。
例えば、0.45mから3.6mの適コミュニケーション距離で、接眼レンズなしのとき要素セルのサイズdを2.1mm、要素セルのピッチpを0.5mmとすると、ヘッドマウントディスプレイなどに本発明の実施形態を応用し、接眼レンズの倍率が2倍であった場合、要素セルのサイズdを2.1/2=1.05mm、要素セルのピッチpを0.5/
2=0.25mmとする。このとき要素セルの多重度はd/p=4.2で変化しない。
逆に、縮小光学系を用いて光学系の倍率を0.5とする場合は、要素セルのサイズdは2.1/0.5=4.2mm、要素セルのピッチpは0.5/0.5=1.0mmとなる。この場合も要素セルの多重度はd/p=4.2で変化しない。
The element cell size and element cell pitch conditions defined in the present invention correct the magnification of the optical system when the display is observed through an optical system such as an eyepiece.
For example, if the element cell size d is 2.1 mm and the element cell pitch p is 0.5 mm in the proper communication distance of 0.45 m to 3.6 m without an eyepiece, the present invention can be applied to a head-mounted display or the like. When the embodiment is applied and the magnification of the eyepiece lens is 2, the element cell size d is 2.1/2=1.05 mm, and the element cell pitch p is 0.5/
2=0.25 mm. At this time, the multiplicity of element cells remains unchanged at d/p=4.2.
Conversely, when the reduction optical system is used and the magnification of the optical system is 0.5, the element cell size d is 2.1/0.5=4.2 mm, and the element cell pitch p is 0.5/ 0.5=1.0 mm. In this case as well, the multiplicity of element cells remains unchanged at d/p=4.2.

本発明の3次元画像表示システムの第1実施形態によれば、例えば育児・医療・介護分野において、保護者が止むを得ず不在となる時間の乳幼児・患者・被介護者の様態を、後刻観察すること等に利用できる。
また、第2実施形態によれば、ビジネスまたはプライベートな場面において、他者と、より緊密・親密なコミュニケーションをはかる場合に利用できる。
According to the first embodiment of the three-dimensional image display system of the present invention, for example, in the fields of childcare, medical care, and nursing care, the state of infants, patients, and care recipients when their parents are unavoidably absent can be displayed later. It can be used for observation, etc.
In addition, according to the second embodiment, it can be used to communicate more closely and intimately with others in business or private settings.

10・・・本発明の第1実施形態の3次元画像表示システム
20・・・本発明の第2実施形態の3次元画像表示システム
10: Three-dimensional image display system according to the first embodiment of the present invention 20: Three-dimensional image display system according to the second embodiment of the present invention

Claims (20)

少なくとも立体カメラと、3次元画像表示ディスプレイとを備える3次元画像表示システムであって、
前記立体カメラは、被写体となる物体から撮像面に入射する光線の入射方向と強度の情報を獲得する機能を有し、
前記3次元画像表示ディスプレイは、少なくとも演算機能と、表示機能、光制御機能を有し、且つ、複数の配列された要素セルを備え、
前記演算機能は、前記情報を前記立体カメラから受け取った後、再生すべき光線の方向と強度を前記複数の要素セル毎に計算する機能を有し、
前記複数の要素セルが、計算された光線の方向と強度を再生することで前記物体の3次元画像を表示し、
前記複数の要素セルのサイズが前記複数の要素セルの配列するピッチよりも大きく、
前記複数の要素セルの大きさをdとするとき、dが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチをpとするとき、pが1.2mm以下であり、
前記要素セルには、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と前記物体との交点から発散した球面波と参照光との干渉縞が記録される
ことを特徴とする3次元画像表示システム。
A three-dimensional image display system comprising at least a stereoscopic camera and a three-dimensional image display,
The stereoscopic camera has a function of acquiring information on the incident direction and intensity of light rays incident on the imaging surface from the object to be photographed,
The three-dimensional image display has at least an arithmetic function, a display function, and a light control function, and comprises a plurality of arranged element cells,
the arithmetic function has a function of calculating the direction and intensity of light rays to be reproduced for each of the plurality of element cells after receiving the information from the stereoscopic camera;
the plurality of elemental cells displaying a three-dimensional image of the object by reproducing the calculated ray directions and intensities;
the size of the plurality of element cells is larger than the pitch at which the plurality of element cells are arranged;
When the size of the plurality of element cells is d, d is 2.1 mm or more, and when the pitch at which the plurality of element cells are arranged is p, p is 1.2 mm or less,
In the element cells, interference fringes of spherical waves diverging from intersections of a plurality of light rays in different directions starting from the centers of the element cells and the object and the reference light are recorded.
A three-dimensional image display system characterized by:
前記演算機能による演算結果を記憶する記憶機能と、
システム外部に対し無線または有線により通信可能な通信機能の、どちらか一方またはその両方をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の3次元画像表示システム。
a storage function for storing the result of calculation by the calculation function;
2. The three-dimensional image display system according to claim 1, further comprising either or both of a communication function capable of communicating with the outside of the system wirelessly or by wire.
前記複数の要素セルから再生される光線の角度の最小分解能が0.033度以下である、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の3次元画像表示システム。
The minimum angular resolution of the rays reproduced from the plurality of element cells is 0.033 degrees or less.
3. The three-dimensional image display system according to claim 1 or 2, characterized by:
前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが1.2/r mm以下である、
ことを特徴とする請求項1~のいずれかに記載の3次元画像表示システム。
When the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and the magnification of the eyepiece is r,
A size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and a pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 1.2/r mm or less.
The three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 3 , characterized by:
前記複数の要素セルの大きさdが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5mm以下である、
ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システム。
A size d of the plurality of element cells is 2.1 mm or more, and a pitch p of arranging the plurality of element cells is 0.5 mm or less.
The three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 4 , characterized in that:
前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5/r mm以下である、
ことを特徴とする請求項1~のいずれかに記載の3次元画像表示システム。
When the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and the magnification of the eyepiece is r,
A size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and a pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 0.5/r mm or less.
The three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that:
前記3次元画像は、前記演算機能において、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と物体との交点を求め、各前記交点からの波面の複素振幅の和を計算し、前記計算された和のデータに対して、参照光との干渉縞を計算し、前記干渉縞を表示機能に表示し、照明光を照明することで表示される、
ことを特徴とする請求項1~のいずれかに記載の3次元画像表示システム。
For the three-dimensional image, the arithmetic function obtains intersections between a plurality of light rays in different directions starting from the center of each element cell and the object, and calculates the sum of complex amplitudes of wavefronts from each intersection, For the calculated sum data, calculate the interference fringes with the reference light, display the interference fringes on the display function, and display by illuminating the illumination light,
The three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 6 , characterized by:
請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムの使用方法であって、
前記3次元画像表示ディスプレイの表示面から前記物体の3次元画像の一部までの距離が、0.45~7mである、
ことを特徴とする3次元画像表示システムの使用方法。
A method of using the three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 7 ,
The distance from the display surface of the three-dimensional image display to a part of the three-dimensional image of the object is 0.45 to 7 m.
A method of using a three-dimensional image display system characterized by:
請求項1~のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムの使用方法であって、
前記3次元画像表示ディスプレイの表示面から前記物体の3次元画像の一部までの距離が、1.2~7mである、
ことを特徴とする3次元画像表示システムの使用方法。
A method of using the three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 7 ,
The distance from the display surface of the three-dimensional image display to a part of the three-dimensional image of the object is 1.2 to 7 m.
A method of using a three-dimensional image display system characterized by:
再生される光線が記憶機能に記憶され、後刻、前記記憶を前記3次元画像表示ディスプレイを用いて再生することにより観察者が3次元画像を観察することを特徴とする、
請求項またはに記載の3次元画像表示システムの使用方法。
The reproduced light beam is stored in a memory function, and later, the observer observes the three-dimensional image by reproducing the memory using the three-dimensional image display,
A method of using the three-dimensional image display system according to claim 8 or 9 .
請求項1~のいずれかに記載の3次元画像表示システムの2システム以上を、離隔した2か所以上に設置し、通信機能を介して前記2システム以上をデジタル伝送網で結び、前記3次元画像を伝送することを特徴とする、
請求項10のいずれか一項に記載の3次元画像表示システムの使用方法。
Two or more systems of the three-dimensional image display system according to any one of claims 1 to 7 are installed at two or more locations separated from each other, and the two or more systems are connected by a digital transmission network via a communication function, and the three characterized by transmitting a dimensional image,
A method of using the three-dimensional image display system according to any one of claims 8 to 10 .
3次元画像表示ディスプレイにおいて、複数の要素セルの集まりからなり、前記複数の要素セルの大きさをdとするとき、dが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチをpとするとき、pが1.2mm以下であり、
前記要素セルには、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と被写体となる物体との交点から発散した球面波と参照光との干渉縞が記録される
ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイ。
A three-dimensional image display, comprising a collection of a plurality of element cells, where d is the size of the plurality of element cells, d is 2.1 mm or more, and p is the pitch at which the plurality of element cells are arranged. When p is 1.2 mm or less,
In the element cells, interference fringes of the reference light and spherical waves diverging from intersections of a plurality of light rays in different directions starting from the center of each element cell and an object to be photographed are recorded.
A three-dimensional image display, characterized by:
前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが1.2/r mm以下である、
ことを特徴とする請求項12に記載の3次元画像表示ディスプレイ。
When the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and the magnification of the eyepiece is r,
A size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and a pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 1.2/r mm or less.
13. The three-dimensional image display display according to claim 12 , characterized by:
前記複数の要素セルの大きさdが2.1mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5mm以下である、
ことを特徴とする請求項12、または13に記載の3次元画像表示ディスプレイ。
A size d of the plurality of element cells is 2.1 mm or more, and a pitch p of arranging the plurality of element cells is 0.5 mm or less.
14. The three-dimensional image display display according to claim 12 or 13 , characterized by:
前記3次元画像表示ディスプレイが接眼レンズを含むヘッドマウントディスプレイを構成しており、前記接眼レンズの倍率をrとするとき、
前記複数の要素セルの大きさdが2.1/r mm以上であり、前記複数の要素セルの配列するピッチpが0.5/r mm以下である、
ことを特徴とする請求項12、または13に記載の3次元画像表示ディスプレイ。
When the three-dimensional image display constitutes a head-mounted display including an eyepiece, and the magnification of the eyepiece is r,
A size d of the plurality of element cells is 2.1/r mm or more, and a pitch p at which the plurality of element cells are arranged is 0.5/r mm or less.
14. The three-dimensional image display display according to claim 12 or 13 , characterized by:
前記3次元画像表示ディスプレイが少なくとも演算機能を有しており、
前記演算機能において、各前記要素セルの中心を始点とした方向の異なる複数の光線と物体との交点を求め、各前記交点からの波面の複素振幅の和を計算し、前記計算された和のデータに対して、参照光との干渉縞を計算し、前記干渉縞を表示機能に表示し、照明光を照明することで前記物体の3次元画像を表示する、
ことを特徴とする請求項1215のいずれかに記載の3次元画像表示ディスプレイ。
The three-dimensional image display has at least an arithmetic function,
In the arithmetic function, intersections between a plurality of light rays in different directions starting from the center of each element cell and the object are obtained, the sum of complex amplitudes of wavefronts from each intersection is calculated, and the calculated sum is calculated. calculating interference fringes with reference light for the data, displaying the interference fringes on a display function, and displaying a three-dimensional image of the object by illuminating with illumination light;
The three-dimensional image display display according to any one of claims 12 to 15 , characterized by:
請求項1216のいずれか一項に記載の3次元画像表示ディスプレイの使用方法であって、3次元画像表示ディスプレイの表示面から物体の3次元画像の一部までの距離が、0.45~7mである、ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイの使用方法。 The method of using the three-dimensional image display according to any one of claims 12 to 16 , wherein the distance from the display surface of the three-dimensional image display to a part of the three-dimensional image of the object is 0.45. 7 m. 請求項1216のいずれか一項に記載の3次元画像表示ディスプレイの使用方法であって、3次元画像表示ディスプレイの表示面から物体の3次元画像の一部までの距離が、1.2~7mである、ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイの使用方法。 The method of using the three-dimensional image display according to any one of claims 12 to 16 , wherein the distance from the display surface of the three-dimensional image display to the part of the three-dimensional image of the object is 1.2 7 m. 物体の3次元画像において、少なくとも一つが人物であることを特徴とする、請求項17、または18に記載の3次元画像表示ディスプレイの使用方法。 19. The method of using a three-dimensional image display according to claim 17 or 18 , wherein at least one of the three-dimensional images of objects is a person. 請求項1618のいずれか一項に記載の3次元画像表示ディスプレイの使用方法であって、
再生される光線が記憶機能に記憶され、後刻、前記記憶を前記3次元画像表示ディスプレイを用いて再生することにより観察者が3次元画像を観察する、
ことを特徴とする3次元画像表示ディスプレイの使用方法。
A method of using the three-dimensional image display according to any one of claims 16 to 18 ,
The reproduced light beam is stored in a memory function, and later, the observer observes the three-dimensional image by reproducing the memory using the three-dimensional image display.
A method of using a three-dimensional image display, characterized by:
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