JP7709340B2 - 3D image display device - Google Patents
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Description
本発明は、三次元映像を表示する三次元映像表示装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image display device that displays three-dimensional images.
近年、３Ｄメガネを用いた二眼式をはじめとして、多様な三次元映像表示方法が提案されている。特に、表示デバイスから多視点映像を拡散スクリーンに背面から重畳照射することで高密度な光線群を再生する三次元映像表示方式は、特殊なメガネが不要で、水平・垂直に視差を有する自然な三次元映像を表示することができる（特許文献１，２参照）。
この三次元映像表示方式を実現する装置として、例えば、特許文献１には、図１０に示すように、多視点映像Ｉを表示する多視点映像表示部（表示デバイス）３０と、背面から照射された光を拡散する拡散スクリーン３１との間に、複数の結像レンズＩＬで構成された結像レンズアレイ３２とアパーチャアレイ３３とを配置して、三次元映像Ｔを表示する三次元映像表示装置１００が記載されている。なお、図１０中の構成以外に付した符号は、本発明との比較を行うために使用するものであって、説明については後記する。
特許文献１に記載の三次元映像表示装置は、結像レンズアレイとアパーチャアレイとによって、不要光を除去して光線の直進性を高めて、三次元映像Ｔの表示を可能としている。
In recent years, various 3D image display methods have been proposed, including a twin-eye type using 3D glasses. In particular, a 3D image display method that reproduces a high-density group of light rays by superimposing and projecting multi-viewpoint images from a display device onto a diffusion screen from the back side can display natural 3D images with horizontal and vertical parallax without requiring special glasses (see Patent Documents 1 and 2).
As an apparatus for realizing this three-dimensional image display method, for example, Patent Document 1 describes a three-dimensional image display device 100 that displays a three-dimensional image T by disposing an imaging lens array 32 composed of a plurality of imaging lenses IL and an aperture array 33 between a multi-viewpoint image display unit (display device) 30 that displays a multi-viewpoint image I and a diffusion screen 31 that diffuses light irradiated from the back, as shown in Fig. 10. Note that the reference numerals attached to the components other than those in Fig. 10 are used for comparison with the present invention, and will be described later.
The three-dimensional image display device described in Patent Document 1 uses an imaging lens array and an aperture array to remove unnecessary light and increase the straightness of light rays, thereby enabling the display of a three-dimensional image T.
従来の三次元映像表示装置は、表示デバイスから多視点映像を拡散スクリーンに背面から重畳照射するため、表示デバイスと拡散スクリーンとの間に結像光学系を配置したうえで、一定以上の照射距離を確保する必要がある。
そのため、従来の三次元映像表示装置は、構造上、奥行きサイズが大きくなってしまうため、薄型化への工夫が求められていた。
本発明は、このような要望に鑑みてなされたもので、従来よりも薄型な三次元映像表示装置を提供することを課題とする。
Conventional 3D image display devices project multi-viewpoint images from a display device onto a diffusion screen from behind in a superimposed manner, so it is necessary to place an imaging optical system between the display device and the diffusion screen and ensure a certain irradiation distance or more.
For this reason, conventional 3D image display devices have a large depth due to their structure, and so there has been a demand for ways to make them thinner.
The present invention has been made in consideration of such demands, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device that is thinner than conventional devices.
前記課題を解決するため、本発明に係る三次元映像表示装置は、三次元映像を表示する三次元映像表示装置であって、多視点映像表示部と、点光源アレイ部と、拡散スクリーンと、を備える構成とした。 To solve the above problems, the 3D image display device according to the present invention is a 3D image display device that displays 3D images, and is configured to include a multi-viewpoint image display unit, a point light source array unit, and a diffusion screen.
かかる構成において、三次元映像表示装置は、背面透過型の多視点映像表示部によって、異なる視点位置の複数の視点映像で構成された多視点映像を表示する。
そして、三次元映像表示装置は、点光源アレイ部によって、多視点映像表示部に表示する多視点映像の個々の視点映像を背面から照射する。この点光源アレイ部は、個々の視点映像を背面から照射する位置に点光源が配置されている。
これによって、多視点映像の個々の視点映像は、拡散スクリーンに照射される。
In such a configuration, the 3D image display device displays a multi-viewpoint image made up of a plurality of viewpoint images from different viewpoint positions by using a rear-transmission type multi-viewpoint image display unit.
The 3D image display device uses a point light source array unit to illuminate each viewpoint image of the multi-viewpoint image displayed on the multi-viewpoint image display unit from behind. The point light source array unit has point light sources arranged at positions that illuminate each viewpoint image from behind.
Thereby, each viewpoint image of the multi-view image is projected onto the diffusion screen.
そして、三次元映像表示装置は、拡散スクリーンによって、当該拡散スクリーンの背面に重畳照射された多視点映像の個々の視点映像を、進行方向を保ったまま前面に拡散し、連続的な輝度分布の光線群とすることで、三次元映像を表示する。
この点光源は、対応する視点映像の全体を照射する配光角を有する。あるいは、多視点映像を構成するそれぞれの視点映像は、拡散スクリーンの表示領域全体を照射する映像であって、点光源アレイ部を構成する点光源は、対応する視点映像全体を照射するとともに、光軸が偏心し、光軸が拡散スクリーンの中心を通過する位置に配置されていてもよい。
これによって、三次元映像表示装置は、従来のような結像光学系を用いずに、多視点映像の個々の視点映像を重畳して拡散スクリーンに照射して三次元映像を表示することができる。
The three-dimensional image display device then displays a three-dimensional image by diffusing each of the viewpoint images of the multi-viewpoint image that is superimposed and projected onto the back surface of the diffusion screen to the front while maintaining the direction of travel, and turning them into a group of light rays with a continuous brightness distribution.
This point light source has a light distribution angle that irradiates the entire corresponding viewpoint image. Alternatively, each viewpoint image that constitutes the multi-viewpoint image may be an image that irradiates the entire display area of the diffusion screen, and the point light source that constitutes the point light source array unit may be arranged at a position that irradiates the entire corresponding viewpoint image and has an eccentric optical axis that passes through the center of the diffusion screen.
This allows the 3D image display device to display 3D images by superimposing individual viewpoint images of a multi-viewpoint image and projecting them onto a diffusion screen, without using an imaging optical system as in the prior art.
本発明によれば、結像光学系を用いないため結像レンズの焦点距離を確保する必要がなく、従来よりも薄型の装置で、従来と同等の品質の三次元映像を表示することができる。 The present invention does not use an imaging optical system, so there is no need to ensure the focal length of the imaging lens, and it is possible to display 3D images of the same quality as conventional devices using a thinner device than conventional devices.
＜第１実施形態：三次元映像表示装置＞
まず、図１，図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る三次元映像表示装置１について説明する。
<First embodiment: 3D image display device>
First, a three-dimensional image display device 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
三次元映像表示装置１は、三次元映像を表示するものである。この三次元映像表示装置１は、水平方向および垂直方向に視差を有する三次元映像Ｔを表示する。
図１に示すように、三次元映像表示装置１は、主に表示部１０を備え、表示部１０を制御する制御部２０をさらに備える。特に、表示部１０は、図２に示すように、多視点映像表示部１１と、点光源アレイ部１２と、拡散スクリーン１３と、を備える。
The three-dimensional image display device 1 displays three-dimensional images. The three-dimensional image display device 1 displays three-dimensional images T having parallax in the horizontal and vertical directions.
As shown in Fig. 1, the 3D image display device 1 mainly includes a display unit 10, and further includes a control unit 20 that controls the display unit 10. In particular, the display unit 10 includes a multi-viewpoint image display unit 11, a point light source array unit 12, and a diffusion screen 13, as shown in Fig. 2.
多視点映像表示部１１は、水平方向および垂直方向の異なる視点位置の複数の視点映像ｉで構成された多視点映像Ｉを表示するものである。
この多視点映像表示部１１は、点光源アレイ部１２から光を背面照射されることで映像を表示する背面透過型ディスプレイである。多視点映像表示部１１は、透過型の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）で構成することができる。
The multi-viewpoint video display unit 11 displays a multi-viewpoint video I that is made up of a plurality of viewpoint videos i at different viewpoint positions in the horizontal and vertical directions.
The multi-viewpoint image display unit 11 is a rear transmissive display that displays images by receiving light from the point light source array unit 12. The multi-viewpoint image display unit 11 can be configured with a transmissive spatial light modulator (SLM).
なお、多視点映像表示部１１が表示する個々の視点映像ｉは、後記する拡散スクリーン１３の表示領域Ｒ全体を照射する映像ではなく、拡散スクリーン１３を部分的に照射する映像である。また、多視点映像表示部１１は、個々の視点映像ｉが重複して拡散スクリーン１３の表示領域Ｒ全体を照射する。 Note that each viewpoint image i displayed by the multi-viewpoint image display unit 11 is not an image that illuminates the entire display area R of the diffusion screen 13 described below, but an image that illuminates only a portion of the diffusion screen 13. Furthermore, the multi-viewpoint image display unit 11 illuminates the entire display area R of the diffusion screen 13 with the individual viewpoint images i overlapping each other.
図２では、多視点映像表示部１１は、水平方向（ｘ方向）に複数の視点映像ｉを表示する図となっているが、垂直方向（ｙ方向）においても同様に複数の視点映像ｉを表示する。すなわち、多視点映像表示部１１は、視点映像ｉを、水平方向およぶ垂直方向に二次元に配列して多視点映像Ｉを表示する。 In FIG. 2, the multi-viewpoint video display unit 11 is shown displaying multiple viewpoint images i in the horizontal direction (x direction), but it also displays multiple viewpoint images i in the vertical direction (y direction). In other words, the multi-viewpoint video display unit 11 displays the multi-viewpoint video I by arranging the viewpoint images i two-dimensionally in the horizontal and vertical directions.
この多視点映像表示部１１が表示する多視点映像Ｉは、例えば、図３に示すように、水平方向（ｘ方向）および垂直方向（ｙ方向）に複数配列したカメラＣで構成される多視点カメラＭＣでオブジェクトＯを撮影した映像である。
なお、多視点映像Ｉは、実空間を撮影したものに限定されず、ＣＧ等によって生成した映像でもよい。その場合、図３に示したカメラＣを仮想カメラとして、ＣＧ空間を仮想的に撮影することで、多視点映像Ｉを生成すればよい。
The multi-viewpoint image I displayed by this multi-viewpoint image display unit 11 is, for example, an image of an object O captured by a multi-viewpoint camera MC consisting of multiple cameras C arranged in a horizontal direction (x direction) and a vertical direction (y direction), as shown in Figure 3.
The multi-viewpoint video I is not limited to a video of a real space, but may be a video generated by CG or the like. In that case, the multi-viewpoint video I may be generated by virtually capturing a CG space using the camera C shown in FIG. 3 as a virtual camera.
点光源アレイ部１２は、多視点映像表示部１１の背面に配置され、多視点映像表示部１１が表示する多視点映像Ｉの個々の視点映像ｉを背面から照射するもの（バックライト）である。この点光源アレイ部１２は、複数の点光源Ｌ（点光源群）で構成される。個々の点光源Ｌは、高輝度で微細な光源であって、例えば、マイクロＬＥＤ（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、エレクトロルミネセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）光源等である。この点光源Ｌは、発光面積が多視点映像表示部１１の１画素のサイズ以下の微小な光源であることが望ましい。また、点光源Ｌの配光角は、多視点映像表示部１１の個々の視点映像ｉを十分照射できる角度とする。
この点光源アレイ部１２の個々の点光源Ｌは、多視点映像表示部１１に表示される多視点映像Ｉの個々の視点映像ｉの表示位置に対向する位置に二次元配列して配置されている。
The point light source array unit 12 is disposed on the rear surface of the multi-viewpoint image display unit 11, and serves as a backlight for illuminating each of the viewpoint images i of the multi-viewpoint image I displayed by the multi-viewpoint image display unit 11 from the rear surface. The point light source array unit 12 is composed of a plurality of point light sources L (a group of point light sources). Each of the point light sources L is a high-luminance and minute light source, such as a micro LED (Light Emitting Diode) or an electroluminescence (EL) light source. It is desirable that the point light source L is a minute light source whose light-emitting area is equal to or smaller than the size of one pixel of the multi-viewpoint image display unit 11. The light distribution angle of the point light source L is set to an angle that can sufficiently illuminate each of the viewpoint images i of the multi-viewpoint image display unit 11.
The individual point light sources L of the point light source array unit 12 are arranged in a two-dimensional array at positions facing the display positions of the individual viewpoint images i of the multi-viewpoint image I displayed on the multi-viewpoint image display unit 11 .
拡散スクリーン１３は、多視点映像表示部１１で表示された多視点映像Ｉの個々の視点映像ｉを背面から重畳して照射され、多視点映像Ｉの光を、進行方向を保ったまま拡散させるものである。拡散スクリーン１３は、一般的な拡散板で構成することができる。例えば、スクリーン表面を微小なレンズ構造としたものや、スクリーンに微小な開口アレイを形成したものを、拡散スクリーン１３とすることができる。 The diffusion screen 13 is illuminated from behind with the individual viewpoint images i of the multi-viewpoint image I displayed on the multi-viewpoint image display unit 11, and diffuses the light of the multi-viewpoint image I while maintaining its direction of travel. The diffusion screen 13 can be constructed of a general diffusion plate. For example, the diffusion screen 13 can be a screen with a micro lens structure on its surface, or a screen with a micro aperture array formed thereon.
この拡散スクリーン１３は、多視点映像Ｉの光である離散的な入射光線を拡散し、光線間を補間することで、連続的な輝度分布の光線群とする。
拡散スクリーン１３の拡散角は、入射する離散的な光線の角度間隔とすることが望ましい。この角度間隔は、隣接する点光源Ｌと、拡散スクリーン１３の中心ＰＣとを結んだ光線の角度間隔θ１である。
This diffusion screen 13 diffuses discrete incident light rays, which are the light of the multi-viewpoint image I, and by interpolating between the light rays, turns them into a group of light rays with a continuous luminance distribution.
The diffusion angle of the diffusion screen 13 is preferably set to the angular interval of the discrete incident light rays, which is the angular interval θ1 of the light rays connecting the adjacent point light sources L and the center P C of the diffusion screen 13.
なお、角度間隔θ１は、点光源Ｌの位置に応じて厳密には異なる値となる。そこで、拡散スクリーン１３の拡散角は、角度間隔θ１が取り得る最大値とすればよい。具体的には、点光源Ｌの設置間隔をｐ１、点光源アレイ部１２から拡散スクリーン１３までの距離をＤ１としたとき、拡散スクリーン１３の拡散角は、以下の式（１）に示すθ１の最大値、ｍａｘ（θ１）とすればよい。 Strictly speaking, the angular interval θ1 varies depending on the position of the point light source L. Therefore, the diffusion angle of the diffusion screen 13 should be set to the maximum value that the angular interval θ1 can take. Specifically, when the installation interval of the point light sources L is p1 and the distance from the point light source array unit 12 to the diffusion screen 13 is D1 , the diffusion angle of the diffusion screen 13 should be set to the maximum value of θ1 , max(θ1), shown in the following formula ( 1 ).
制御部２０は、表示部１０に対して電力を供給し、多視点映像Ｉを出力するものである。
例えば、制御部２０は、外部電源（不図示）を介して、表示部１０の点光源アレイ部１２の個々の点光源Ｌに電力を供給し、発光させる。また、制御部２０は、通信回線、ネットワークを介して入力される多視点映像Ｉを多視点映像表示部１１に出力し、多視点映像Ｉを表示させる。なお、制御部２０は、表示部１０の光が通過する領域の外、例えば、点光源アレイ部１２の背面に配置される。
The control unit 20 supplies power to the display unit 10 and outputs the multi-viewpoint video I.
For example, the control unit 20 supplies power to each point light source L of the point light source array unit 12 of the display unit 10 via an external power source (not shown) to cause the point light sources L to emit light. The control unit 20 also outputs a multi-viewpoint video I input via a communication line or a network to the multi-viewpoint video display unit 11 to display the multi-viewpoint video I. The control unit 20 is disposed outside the area through which light of the display unit 10 passes, for example, on the back surface of the point light source array unit 12.
以上説明したように、三次元映像表示装置１は、従来のような結像光学系を用いず、点光源によって、多視点映像Ｉを三次元映像Ｔとして観察者Ｍに視認させることができる。これによって、三次元映像表示装置１は、従来よりも奥行きサイズを小さくすることができる。 As described above, the 3D image display device 1 does not use a conventional imaging optical system, but instead uses a point light source to allow the observer M to view the multi-viewpoint image I as a 3D image T. This allows the 3D image display device 1 to have a smaller depth size than conventional devices.
［三次元映像表示装置の動作］
次に、図２を参照（適宜図１参照）して三次元映像表示装置１の動作について説明する。
図示を省略した電源の投入に伴い、制御部２０は、点光源アレイ部１２のそれぞれの点光源Ｌに電力を供給し、発光させる。
さらに、制御部２０は、多視点映像表示部１１に多視点映像Ｉを表示する。
[Operation of 3D image display device]
Next, the operation of the three-dimensional image display device 1 will be described with reference to FIG. 2 (and also with reference to FIG. 1 as necessary).
When a power source (not shown) is turned on, the control unit 20 supplies power to each of the point light sources L of the point light source array unit 12 to cause them to emit light.
Furthermore, the control unit 20 displays the multi-viewpoint image I on the multi-viewpoint image display unit 11 .
多視点映像表示部１１は、背面から視点映像ｉに対応した点光源Ｌによって照射されることで、表示した個々の視点映像ｉを、拡散スクリーン１３に拡大照射する。
ここで、多視点映像表示部１１は、拡散スクリーン１３に視点映像ｉの少なくとも２枚以上を重畳して照射することで、観察者Ｍに異なる視点位置の映像を視認させることが可能になる。
The multi-viewpoint image display unit 11 is illuminated from behind by a point light source L corresponding to the viewpoint image i, and projects each displayed viewpoint image i onto the diffusion screen 13 in an enlarged manner.
Here, the multi-viewpoint image display unit 11 projects at least two or more of the viewpoint images i in a superimposed manner onto the diffusion screen 13, thereby enabling the observer M to view images from different viewpoint positions.
さらに、拡散スクリーン１３は、背面照射された多視点映像Ｉを拡散することで、多視点映像Ｉの光である離散的な光線を拡散して光線間を補間する。これによって、三次元映像表示装置１は、観察者Ｍに対して、連続的な輝度分布でなめらかな三次元映像Ｔを視認させることができる。 Furthermore, the diffusion screen 13 diffuses the back-illuminated multi-viewpoint image I, diffusing the discrete light rays that are the light of the multi-viewpoint image I and interpolating between the light rays. This allows the 3D image display device 1 to allow the observer M to view a smooth 3D image T with a continuous luminance distribution.
［従来装置との比較］
次に、装置の奥行きサイズについて、三次元映像表示装置１（図２）と、従来の三次元映像表示装置１００（図１０）とを比較する。
図２に示すように、三次元映像表示装置１の点光源アレイ部１２と多視点映像表示部１１との距離をｄ１、多視点映像表示部１１と拡散スクリーン１３との距離をｄ２とする。
[Comparison with conventional devices]
Next, the depth size of the device will be compared between the 3D image display device 1 (FIG. 2) and the conventional 3D image display device 100 (FIG. 10).
As shown in FIG. 2, the distance between the point light source array unit 12 and the multi-viewpoint image display unit 11 of the 3D image display device 1 is d 1 , and the distance between the multi-viewpoint image display unit 11 and the diffusion screen 13 is d 2 .
ここで、多視点映像Ｉで三次元映像Ｔを表示するには、拡散スクリーン１３上の周辺部を除くすべての領域で２枚以上重畳照射される必要があるため、多視点映像表示部１１と拡散スクリーン１３との距離ｄ２は、ｄ２＞ｄ１とする必要がある。そのため、三次元映像表示装置１の奥行きサイズＤ１は、以下の式（２）で表される。 Here, in order to display a three-dimensional image T using the multi-viewpoint image I, two or more images need to be superimposed and projected onto the entire area of the diffusion screen 13 except for the peripheral area, so the distance d2 between the multi-viewpoint image display unit 11 and the diffusion screen 13 needs to be d2 > d1 . Therefore, the depth size D1 of the three-dimensional image display device 1 is expressed by the following formula (2).
また、点光源Ｌの設置間隔、すなわち視点映像ｉの表示間隔をｐ１としたとき、三次元映像表示装置１の視域角φ１は、以下の式（３）で表される。 Furthermore, when the installation interval of the point light sources L, that is, the display interval of the viewpoint images i, is p1 , the viewing zone angle φ1 of the 3D image display device 1 is expressed by the following formula (3).
一方、図１０に示すように、従来の三次元映像表示装置１００の多視点映像表示部３０と結像レンズアレイ３２との距離をｄ３、結像レンズアレイ３２とアパーチャアレイ３３との距離である結像レンズＩＬの焦点距離をｆ、アパーチャアレイ３３と拡散スクリーン３１との距離をｄ４とする。 On the other hand, as shown in Figure 10, the distance between the multi-viewpoint image display unit 30 and the imaging lens array 32 of the conventional 3D image display device 100 is d3 , the focal length of the imaging lens IL, which is the distance between the imaging lens array 32 and the aperture array 33, is f, and the distance between the aperture array 33 and the diffusion screen 31 is d4 .
ここで、距離ｄ３は、多視点映像表示部３０と結像レンズアレイ３２とを密接配置することで距離を“０”にすることが可能である。しかし、焦点距離ｆは正の固定値であり短くすることはできない。また、多視点映像Ｉで三次元映像Ｔを表示するには、拡散スクリーン３１上の周辺部を除くすべての領域で２枚以上重畳照射される必要があるため、アパーチャアレイ３３と拡散スクリーン３１との距離ｄ４は、ｄ４＞２ｆとする必要がある。そのため、三次元映像表示装置１００の奥行きサイズＤ２は、以下の式（４）で表される。 Here, the distance d3 can be set to "0" by closely arranging the multi-viewpoint image display unit 30 and the imaging lens array 32. However, the focal length f is a fixed positive value and cannot be shortened. In addition, in order to display a three-dimensional image T with the multi-viewpoint image I, two or more sheets need to be superimposed and irradiated in all areas except the peripheral area on the diffusion screen 31, so the distance d4 between the aperture array 33 and the diffusion screen 31 needs to be d4 > 2f. Therefore, the depth size D2 of the three-dimensional image display device 100 is expressed by the following formula (4).
また、結像レンズＩＬの設置間隔、すなわち視点映像ｉの表示間隔をｐ２としたとき、三次元映像表示装置１００の視域角φ２は、以下の式（５）で表される。 Furthermore, when the installation interval of the imaging lenses IL, that is, the display interval of the viewpoint images i, is p2 , the viewing zone angle φ2 of the 3D image display device 100 is expressed by the following equation (5).
ここで、三次元映像表示装置１と三次元映像表示装置１００とで、幾何光学的に等価な三次元映像を表示することを考えると、その条件は、視域角φ１＝φ２、視点映像の表示間隔ｐ１＝ｐ２となる。そこで、これらを式（２），（３），（５）に代入して整理すると、三次元映像表示装置１の奥行きサイズＤ１は、Ｄ１＞２ｆとなる。
一方、式（４）より、三次元映像表示装置１００の奥行きサイズＤ２は、Ｄ２＞３ｆである。
Here, when considering that the 3D image display device 1 and the 3D image display device 100 display 3D images that are equivalent in terms of geometrical optics, the conditions are that the viewing zone angle φ1 = φ2 and the display interval of the viewpoint images p1 = p2 . Substituting these into equations (2), (3), and (5) and rearranging them, the depth size D1 of the 3D image display device 1 becomes D1 > 2f.
On the other hand, from equation (4), the depth size D2 of the 3D image display device 100 satisfies D2 >3f.
このように、三次元映像表示装置１は、従来の三次元映像表示装置１００と比べて、結像レンズがないため、焦点距離を確保する必要がなく、奥行きサイズを最大で２／３に短くすることができる。これによって、三次元映像表示装置１は、従来の三次元映像表示装置よりも薄型な装置構成とすることができ、家庭用の三次元映像表示装置を実現することができる。 As such, compared to the conventional 3D image display device 100, the 3D image display device 1 does not have an imaging lens, so there is no need to ensure a focal length, and the depth size can be reduced to a maximum of 2/3. This allows the 3D image display device 1 to have a thinner device configuration than the conventional 3D image display device, making it possible to realize a 3D image display device for home use.
＜第２実施形態：三次元映像表示装置＞
次に、図１，図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る三次元映像表示装置１Ｂについて説明する。
<Second embodiment: 3D image display device>
Next, a three-dimensional image display device 1B according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
三次元映像表示装置１Ｂは、三次元映像を表示するものである。この三次元映像表示装置１Ｂは、水平方向および垂直方向に視差を有する三次元映像Ｔを表示する。三次元映像表示装置１Ｂは、三次元映像表示装置１（図２）と比べて、多視点映像Ｉの個々の視点映像ｉを拡散スクリーン１３の中心に向けて照射する点が異なる。これによって、三次元映像表示装置１Ｂは、視域角を拡大させることができる。 The three-dimensional image display device 1B displays three-dimensional images. This three-dimensional image display device 1B displays a three-dimensional image T having parallax in the horizontal and vertical directions. The three-dimensional image display device 1B differs from the three-dimensional image display device 1 (Figure 2) in that each viewpoint image i of the multi-viewpoint image I is projected toward the center of the diffusion screen 13. This allows the three-dimensional image display device 1B to expand the viewing angle.
図１に示すように、三次元映像表示装置１Ｂは、主に表示部１０Ｂを備え、表示部１０Ｂを制御する制御部２０をさらに備える。特に、表示部１０Ｂは、図４に示すように、多視点映像表示部１１と、点光源アレイ部１２Ｂと、拡散スクリーン１３と、を備える。
多視点映像表示部１１および拡散スクリーン１３は、図２で説明した三次元映像表示装置１と同じ構成であるため説明を省略する。
ただし、多視点映像表示部１１に表示する多視点映像Ｉの個々の視点映像ｉは、拡散スクリーン１３の同一領域である予め定めた表示領域Ｒ全体を照射する映像である。
As shown in Fig. 1, the 3D image display device 1B mainly includes a display unit 10B, and further includes a control unit 20 that controls the display unit 10B. In particular, the display unit 10B includes a multi-viewpoint image display unit 11, a point light source array unit 12B, and a diffusion screen 13, as shown in Fig. 4.
The multi-viewpoint image display unit 11 and the diffusion screen 13 have the same configuration as the three-dimensional image display device 1 described with reference to FIG. 2, and therefore a description thereof will be omitted.
However, each viewpoint image i of the multi-viewpoint image I displayed on the multi-viewpoint image display unit 11 is an image that illuminates the entirety of a predetermined display region R, which is the same region of the diffusion screen 13 .
この多視点映像Ｉは、例えば、図５に示すように、複数配列したカメラＣで構成される多視点カメラＭＣで、個々のカメラＣをオブジェクトＯの方向に向けて撮影した映像である。
なお、多視点映像Ｉは、実空間を撮影したものに限定されず、ＣＧ等によって生成した映像でもよい。その場合、図５に示したカメラＣを仮想カメラとして、ＣＧ空間を仮想的に撮影することで、多視点映像Ｉを生成すればよい。
This multi-viewpoint image I is an image captured by a multi-viewpoint camera MC consisting of a plurality of cameras C arranged in a row, each of which is directed toward an object O, as shown in FIG.
The multi-viewpoint video I is not limited to a video of a real space, but may be a video generated by CG or the like. In that case, the multi-viewpoint video I may be generated by virtually capturing a CG space using the camera C shown in FIG. 5 as a virtual camera.
点光源アレイ部１２Ｂは、多視点映像表示部１１の背面に配置され、多視点映像表示部１１が表示する多視点映像Ｉの個々の視点映像ｉを背面から照射するもの（バックライト）である。この点光源アレイ部１２Ｂは、複数の点光源ＬＢ（点光源群）で構成される。 The point light source array unit 12B is disposed on the rear surface of the multi-viewpoint image display unit 11 and serves as a backlight for illuminating from behind each of the viewpoint images i of the multi-viewpoint image I displayed by the multi-viewpoint image display unit 11. The point light source array unit 12B is composed of a plurality of point light sources L B (a group of point light sources).
点光源ＬＢは、点光源アレイ部１２（図２）の点光源Ｌと同様、高輝度で微細な光源であって、マイクロＬＥＤ等である。
個々の点光源ＬＢは、多視点映像表示部１１に表示される多視点映像Ｉの個々の視点映像ｉの表示位置の中心ＰＭと、拡散スクリーン１３の中心ＰＣ（０，０，０）とを結ぶ線上に配置され、光軸が、拡散スクリーン１３の中心ＰＣを通過するように偏心している。
ここで、多視点映像表示部１１と拡散スクリーン１３との距離をｄ５、三次元映像表示装置１Ｂの奥行きサイズをＤ３とする。
この場合、点光源ＬＢの中心ＰＬは、以下の式（６）で定めることができる。
The point light sources LB are high-luminance, minute light sources, such as micro LEDs, similar to the point light sources L of the point light source array unit 12 (FIG. 2).
Each point light source LB is arranged on a line connecting the center PM of the display position of each viewpoint image i of the multi-viewpoint image I displayed on the multi-viewpoint image display unit 11 and the center PC (0,0,0) of the diffusion screen 13, and is decentered so that its optical axis passes through the center PC of the diffusion screen 13.
Here, the distance between multi-viewpoint image display section 11 and diffusion screen 13 is d 5 , and the depth size of 3D image display device 1B is D 3 .
In this case, the center P L of the point light source L B can be determined by the following equation (6).
制御部２０は、表示部１０Ｂに対して電力を供給し、多視点映像Ｉを出力するもので、図２で説明した制御部２０と同じものである。
ただし、制御部２０が表示部１０Ｂに出力する多視点映像Ｉは、前記した通り、個々の視点映像ｉが拡散スクリーン１３の表示領域全体を照射する映像である。
The control unit 20 supplies power to the display unit 10B and outputs the multi-viewpoint video I, and is the same as the control unit 20 described with reference to FIG.
However, the multi-viewpoint image I that the control unit 20 outputs to the display unit 10B is an image in which each individual viewpoint image i illuminates the entire display area of the diffusion screen 13, as described above.
このように、三次元映像表示装置１Ｂは、特許文献２に記載の従来の三次元映像表示装置と比べて、結像光学系がないため、結像レンズの焦点距離を確保する必要がなく、奥行きサイズを短くすることができる。 As such, compared to the conventional 3D image display device described in Patent Document 2, the 3D image display device 1B does not have an imaging optical system, so there is no need to ensure the focal length of the imaging lens, and the depth size can be reduced.
＜第３実施形態：三次元映像表示装置＞
次に、図１，図６を参照して、本発明の第３実施形態に係る三次元映像表示装置１Ｃについて説明する。
<Third embodiment: 3D image display device>
Next, a three-dimensional image display device 1C according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
三次元映像表示装置１Ｃは、三次元映像を表示するものである。この三次元映像表示装置１Ｃは、水平方向および垂直方向に視差を有する三次元映像Ｔを表示する。三次元映像表示装置１Ｃは、三次元映像表示装置１（図２）と比べて、所定時間で時系列に表示する多視点映像Ｉの位置を切り替えることで視点数を増加させる。 The three-dimensional image display device 1C displays three-dimensional images. This three-dimensional image display device 1C displays a three-dimensional image T having parallax in the horizontal and vertical directions. Compared to the three-dimensional image display device 1 (Figure 2), the three-dimensional image display device 1C increases the number of viewpoints by switching the positions of the multi-viewpoint images I that are displayed in time series at a predetermined time.
三次元映像表示装置１（図２）は、点光源Ｌを常に点灯させるとともに、対応する多視点映像Ｉの位置を固定して、三次元映像Ｔを表示している。
一方、三次元映像表示装置１Ｃ（図６）は、時系列に点光源Ｌを点灯／消灯させ、点灯する点光源Ｌに対応する位置に視点映像ｉを表示させることで、疑似的に視点数を増加させる。
図１に示すように、三次元映像表示装置１Ｃは、主に表示部１０Ｃを備え、表示部１０Ｃを制御する制御部２０Ｃをさらに備える。
The 3D image display device 1 (FIG. 2) displays a 3D image T by constantly lighting a point light source L and fixing the position of the corresponding multi-viewpoint image I.
On the other hand, the three-dimensional image display device 1C (Figure 6) turns on and off point light sources L in a time series and displays viewpoint images i at positions corresponding to the lit point light sources L, thereby artificially increasing the number of viewpoints.
As shown in FIG. 1, a three-dimensional image display device 1C mainly includes a display unit 10C, and further includes a control unit 20C that controls the display unit 10C.
表示部１０Ｃは、図２で説明した三次元映像表示装置１の表示部１０と同じ構成である。ただし、表示部１０Ｃは、図６に示すように奇数フレームと偶数フレームとで、点灯／消灯する点光源Ｌを切り替えるとともに、多視点映像Ｉを構成する視点映像ｉの表示位置を切り替える。 The display unit 10C has the same configuration as the display unit 10 of the 3D image display device 1 described in FIG. 2. However, as shown in FIG. 6, the display unit 10C switches the point light source L to be turned on/off between odd-numbered frames and even-numbered frames, and also switches the display position of the viewpoint image i that constitutes the multi-viewpoint image I.
表示部１０Ｃの拡散スクリーン１３の拡散角は、点灯する点光源Ｌ１と拡散スクリーン１３の中心ＰＣとを結んだ線分と、点光源Ｌ１に隣接する消灯する点光源Ｌ２と拡散スクリーン１３の中心ＰＣとを結んだ線分の角度間隔θ３である。
なお、角度間隔θ３は、点光源Ｌの位置に応じて厳密には異なる値となる。そこで、拡散スクリーン１３の拡散角は、角度間隔θ３が取り得る最大値とすればよい。具体的には、点光源Ｌの設置間隔をｐ３、点光源アレイ部１２から拡散スクリーン１３までの距離をＤ４としたとき、拡散スクリーン１３の拡散角は、以下の式（７）に示すθ３の最大値、ｍａｘ（θ３）とすればよい。
The diffusion angle of the diffusion screen 13 of the display unit 10C is the angular interval θ3 between the line segment connecting the lit point light source L1 and the center P C of the diffusion screen 13 and the line segment connecting the unlit point light source L2 adjacent to the point light source L1 and the center P C of the diffusion screen 13 .
Strictly speaking, the angular interval θ3 varies depending on the position of the point light source L. Therefore, the diffusion angle of the diffusion screen 13 should be set to the maximum value that the angular interval θ3 can take. Specifically, when the installation interval of the point light sources L is p3 and the distance from the point light source array unit 12 to the diffusion screen 13 is D4 , the diffusion angle of the diffusion screen 13 should be set to the maximum value of θ3 , max( θ3 ), shown in the following formula (7).
制御部２０Ｃは、表示部１０Ｃに対して電力を供給し、多視点映像Ｉを出力するものである。
制御部２０Ｃは、例えば、図７に示すように、点灯する点光源Ｌ，Ｌ１と、消灯する点光源Ｌ，Ｌ２とを、図７（ａ）に示す奇数フレームと図７（ｂ）に示す偶数フレームとで交互に切り替えるように、点光源アレイ部１２に対して電力の供給を制御する。
The control unit 20C supplies power to the display unit 10C and outputs the multi-viewpoint video I.
The control unit 20C controls the supply of power to the point light source array unit 12 so as to alternately switch between the turned-on point light sources L, L1 and the turned-off point light sources L, L2 between the odd frames shown in FIG. 7(a) and the even frames shown in FIG. 7(b), for example, as shown in FIG.
図７の例では、制御部２０Ｃは、水平方向および垂直方向でそれぞれ点光源Ｌの点灯および消灯が交互に異なるように制御する。
さらに、制御部２０Ｃは、点光源Ｌの点灯／消灯に同期して、点灯する点光源Ｌが照射する位置に、対応する視点映像ｉが位置するように多視点映像Ｉを多視点映像表示部１１に表示する。なお、多視点映像Ｉは個々の視点映像ｉで視点位置が異なり、奇数フレームで表示する多視点映像ＩＯと偶数フレームで表示する多視点映像ＩＥとで、さらに、視点位置が異なる。
In the example of FIG. 7, the control unit 20C controls the point light sources L so that they are turned on and off alternately in different directions, horizontally and vertically.
Furthermore, in synchronization with the turning on/off of the point light source L, the control unit 20C displays the multi-viewpoint video I on the multi-viewpoint video display unit 11 so that the corresponding viewpoint video i is located at the position illuminated by the turned-on point light source L. Note that the viewpoint positions of the individual viewpoint videos i in the multi-viewpoint video I are different, and the viewpoint positions are also different between the multi-viewpoint video I0 displayed in odd-numbered frames and the multi-viewpoint video IE displayed in even-numbered frames.
このように、三次元映像表示装置１Ｃは、三次元映像表示装置１と同様、従来の三次元映像表示装置と比べて、奥行きサイズを短くすることができるとともに、疑似的に視点数を増加させて奥行き再現性や解像度の高い三次元映像を表示することができる。 In this way, like the 3D image display device 1, the 3D image display device 1C can reduce the depth size compared to conventional 3D image display devices, and can display 3D images with high depth reproducibility and resolution by virtually increasing the number of viewpoints.
なお、図７の例では、点光源Ｌの配列を正方配列としたが、図８に示すように点光源Ｌをデルタ配列（俵積み配列）としてもよい。図８の例では、点光源Ｌ１の位置から水平方向および垂直方向にそれぞれ点光源Ｌ１間の１／２だけずらして、点光源Ｌ２を配置している。 In the example of FIG. 7, the point light sources L are arranged in a square array, but as shown in FIG. 8, the point light sources L may be arranged in a delta array (a bale-stacked array). In the example of FIG. 8, the point light source L2 is arranged at a distance of 1/2 the distance between the point light sources L1 in both the horizontal and vertical directions from the position of the point light source L1.
また、ここでは、時間方向に点光源Ｌの発光／消灯を切り替えて２分割多重で多視点映像Ｉを表示する例を示した。しかし、この多重数は“２”に限定されない。
例えば、図９に示すように、水平方向および垂直方向の２×２の４個の点光源Ｌｘ４ごとに、時間方向に１つ点光源Ｌの発光、他の３つの点光源Ｌの消灯を、順次発光位置を切り替えることで、４分割多重で多視点映像Ｉを表示してもよい。この場合も、制御部２０Ｃは、点灯する点光源Ｌが照射する位置に、対応する視点映像ｉが位置するように多視点映像Ｉを多視点映像表示部１１に表示する。
なお、ここでは、発光する点光源Ｌの位置と、表示する多視点映像Ｉの位置とを、フレームごとに切り替えることとした。しかし、この切り替えは、１フレームではなく、複数フレームごとに行ってもよい。
In addition, an example has been shown in which the multi-viewpoint video I is displayed in two-division multiplexing by switching on and off the point light sources L in the time direction. However, the number of multiplexing is not limited to "2".
9, for example, for each of four point light sources Lx4 (2×2) in the horizontal and vertical directions, one point light source L may be turned on in the time direction and the other three point light sources L may be turned off, and the light-emitting positions may be switched in sequence to display a multi-viewpoint image I in four-way multiplexing. In this case as well, the control unit 20C displays the multi-viewpoint image I on the multi-viewpoint image display unit 11 so that the corresponding viewpoint image i is located at the position illuminated by the lit point light source L.
In this embodiment, the position of the light-emitting point light source L and the position of the displayed multi-viewpoint image I are switched for each frame. However, this switching may be performed every several frames instead of every frame.
また、ここでは、三次元映像表示装置１Ｃは、三次元映像表示装置１（図２）と同様、個々の視点映像ｉが拡散スクリーン１３を部分的に照射する映像とした。しかし、三次元映像表示装置１Ｃは、三次元映像表示装置１Ｂ（図４）と同様、個々の視点映像ｉが拡散スクリーン１３の表示領域全体を照射する映像としてもよい。その場合、点光源アレイ部１２の点光源Ｌは、三次元映像表示装置１Ｂ（図４）と同様、光軸が拡散スクリーン１３の中心ＰＣを通過するように配置すればよい。 Also, in this embodiment, like the three-dimensional image display device 1 (FIG. 2), the three-dimensional image display device 1C is configured so that each viewpoint image i partially irradiates the diffusion screen 13. However, like the three-dimensional image display device 1B (FIG. 4), the three-dimensional image display device 1C may be configured so that each viewpoint image i irradiates the entire display area of the diffusion screen 13. In that case, the point light source L of the point light source array unit 12 may be disposed so that the optical axis passes through the center PC of the diffusion screen 13, like the three-dimensional image display device 1B (FIG. 4).
このように、時間方向に多視点映像Ｉの表示位置を多重化して表示することで、三次元映像表示装置１Ｃは、視点数を増やすことができ、奥行き再現性や解像度の高い三次元映像を表示することができる。
また、三次元映像表示装置１Ｃは、三次元映像表示装置１（図２）と同様、結像光学系がないため、従来の三次元映像表示装置よりも薄型な装置構成とすることができる。
In this way, by multiplexing and displaying the display positions of the multi-viewpoint image I in the time direction, the three-dimensional image display device 1C can increase the number of viewpoints and display three-dimensional images with high depth reproducibility and resolution.
Furthermore, like the 3D image display device 1 (FIG. 2), the 3D image display device 1C does not have an imaging optical system, and therefore can have a thinner device configuration than conventional 3D image display devices.
１，１Ｂ，１Ｃ 三次元映像表示装置
１０，１０Ｂ，１０Ｃ 表示部
１１ 多視点映像表示部
１２，１２Ｂ 点光源アレイ部
１３ 拡散スクリーン
２０，２０Ｃ 制御部
Ｌ 点光源
Ｉ 多視点映像
ｉ 視点映像
Ｔ 三次元映像
1, 1B, 1C Three-dimensional image display device 10, 10B, 10C Display unit 11 Multi-view image display unit 12, 12B Point light source array unit 13 Diffusion screen 20, 20C Control unit L Point light source I Multi-view image i View point image T Three-dimensional image
Claims (5)
異なる視点位置の複数の視点映像で構成された多視点映像を表示する背面透過型の多視点映像表示部と、
前記多視点映像表示部の背面に配置され、前記多視点映像表示部が表示する多視点映像の個々の視点映像を背面から照射する複数の点光源で構成された点光源アレイ部と、
前記多視点映像表示部で表示された多視点映像の個々の視点映像を背面から重畳して照射され、前面に拡散することで前記三次元映像を表示する拡散スクリーンと、を備え、
前記点光源は、対応する視点映像の全体を照射する配光角を有することを特徴とする三次元映像表示装置。 A three-dimensional image display device for displaying a three-dimensional image,
a rear-transparent multi-viewpoint image display unit that displays a multi-viewpoint image composed of a plurality of viewpoint images from different viewpoint positions;
a point light source array unit arranged on a rear surface of the multi-viewpoint video display unit and configured with a plurality of point light sources that irradiate each viewpoint video of the multi-viewpoint video displayed by the multi-viewpoint video display unit from the rear surface;
a diffusion screen that displays the three-dimensional image by irradiating the individual viewpoint images of the multi-viewpoint image displayed on the multi-viewpoint image display unit from the rear side in a superimposed manner and diffusing the individual viewpoint images to the front side ;
The three-dimensional image display device is characterized in that the point light source has a light distribution angle that illuminates the entire corresponding viewpoint image .
前記点光源アレイ部は、前記多視点映像を構成する視点映像全体で前記拡散スクリーンの表示領域全体を照射することを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示装置。 Each of the viewpoint images constituting the multi-view image is an image that partially illuminates the diffusion screen,
The 3D image display device according to claim 1 , wherein the point light source array unit illuminates the entire display area of the diffusion screen with all of the viewpoint images constituting the multi-viewpoint image.
前記点光源アレイ部を構成する点光源は、対応する前記視点映像全体を照射するとともに、光軸が偏心し、前記光軸が前記拡散スクリーンの中心を通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示装置。 Each of the viewpoint images constituting the multi-viewpoint image is an image that illuminates the entire display area of the diffusion screen,
The three-dimensional image display device according to claim 1, characterized in that the point light sources constituting the point light source array unit illuminate the entire corresponding viewpoint image, have decentered optical axes, and are positioned so that the optical axes pass through the center of the diffusion screen.
異なる視点位置の複数の視点映像で構成された多視点映像を表示する背面透過型の多視点映像表示部と、
前記多視点映像表示部の背面に配置され、前記多視点映像表示部が表示する多視点映像の個々の視点映像を背面から照射する複数の点光源で構成された点光源アレイ部と、
前記多視点映像表示部で表示された多視点映像の個々の視点映像を背面から重畳して照射され、前面に拡散することで前記三次元映像を表示する拡散スクリーンと、を備え、
前記多視点映像を構成するそれぞれの視点映像は、前記拡散スクリーンの表示領域全体を照射する映像であって、
前記点光源アレイ部を構成する点光源は、対応する前記視点映像全体を照射するとともに、光軸が偏心し、前記光軸が前記拡散スクリーンの中心を通過する位置に配置されていることを特徴とする三次元映像表示装置。 A three-dimensional image display device for displaying a three-dimensional image,
a rear-transparent multi-viewpoint image display unit that displays a multi-viewpoint image composed of a plurality of viewpoint images from different viewpoint positions;
a point light source array unit arranged on a rear surface of the multi-viewpoint video display unit and configured with a plurality of point light sources that irradiate each viewpoint video of the multi-viewpoint video displayed by the multi-viewpoint video display unit from the rear surface;
a diffusion screen that displays the three-dimensional image by irradiating the individual viewpoint images of the multi-viewpoint image displayed on the multi-viewpoint image display unit from the rear side in a superimposed manner and diffusing the individual viewpoint images to the front side ;
Each of the viewpoint images constituting the multi-viewpoint image is an image that illuminates the entire display area of the diffusion screen,
A three-dimensional image display device characterized in that the point light sources constituting the point light source array section illuminate the entire corresponding viewpoint image, have decentered optical axes, and are positioned at a position where the optical axis passes through the center of the diffusion screen .
前記点光源アレイ部は、前記所定時間で切り替わって表示される多視点映像の個々の視点映像に対応する点光源を点灯し、それ以外の点光源を消灯することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元映像表示装置。 the multi-viewpoint video display unit switches and displays the multi-viewpoint videos having different viewpoint positions in a time direction at a predetermined time;
The three-dimensional image display device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the point light source array unit turns on point light sources corresponding to each viewpoint image of the multi-view image that is switched and displayed at the predetermined time, and turns off other point light sources.
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