JP2013068886A6 - Video display device - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光の走査を利用する画像表示装置の改良装置を提供する。特にスクリーンに投影して複数の観察者が裸眼で立体映像を観察できるようにした裸眼立体映像表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ光線を射出するレーザ光発生器11と、射出されたレーザ光線を偏向する光線偏向器12と、光線偏向器12から入射する光線を散乱光に変換して放射する光散乱スクリーン14と、光線偏向器12を制御して光線偏向器に入射するレーザ光線を光散乱スクリーン14の表示面の全面を走査するように偏向させる偏向器制御器と、レーザ光発生器11を制御して光散乱スクリーン14に投影する映像に対応して光散乱スクリーンの画素に投射するレーザ光を順次に発生させるレーザ発生器制御器とを備える。
【選択図】図1An improved image display apparatus using laser beam scanning is provided. In particular, the present invention provides a naked-eye stereoscopic image display device that is projected onto a screen so that a plurality of observers can observe stereoscopic images with the naked eye.
A laser beam generator for emitting a laser beam, a beam deflector for deflecting the emitted laser beam, and a light scattering screen for converting a beam incident from the beam deflector into a scattered beam and emitting it. 14, a deflector controller that controls the beam deflector 12 to deflect the laser beam incident on the beam deflector so as to scan the entire display surface of the light scattering screen 14, and the laser beam generator 11. And a laser generator controller for sequentially generating laser light to be projected onto the pixels of the light scattering screen corresponding to the image projected onto the light scattering screen 14.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、映像信号により変調したレーザ光で走査することによりスクリーンに映像を表示する映像表示装置に関し、特にスクリーンに投影して複数の観察者が裸眼で立体映像を観察できるようにした裸眼立体映像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device that displays an image on a screen by scanning with a laser beam modulated by an image signal, and more particularly to an autostereoscopic image projected onto a screen so that a plurality of observers can observe stereoscopic images with the naked eye. The present invention relates to a video display device.
近年3D映像技術が急速に進展してきて、いろいろな局面で3D映像を利用することができるようになってきた。たとえば学術講演会や手術検討会などでも、実物に対する再現性が高い3D映像を使用する場面が増えてきた。
大きなスクリーンに投影した立体映像をスクリーンに対向した観察者が観察するようにした立体表示装置は、多人数が同時に立体映像を観察することができ、立体映画等のアミューズメント分野や、会議におけるプレゼンテーションなどに使用される。
In recent years, 3D video technology has been rapidly developed, and 3D video can be used in various aspects. For example, even in academic lectures and surgery review meetings, there are an increasing number of scenes where 3D images with high reproducibility to the actual object are used.
A 3D display device that allows an observer facing the screen to view a 3D image projected on a large screen allows multiple people to observe 3D images at the same time, such as amusement fields such as 3D movies, presentations at conferences, etc. Used for.
このため、観察者に左眼の視界と右眼の視界を分離する眼鏡を装着させて、左眼と右眼にそれぞれ異なる画像を見せることにより立体視させる2視差立体表示方式のディスプレイが使用される。さらに、眼鏡装着の不自由を解消するために、レンチキュラーレンズやパララックスバリアを利用して光の方向を制御し左右の眼に視差のある映像を提示するようにした、眼鏡の要らない裸眼立体表示装置も開発されてきた。 For this reason, a display of a two-parallax stereoscopic display system is used in which an observer wears spectacles that separate the left eye field and the right eye field, and the left eye and the right eye display different images, respectively. The In addition, in order to eliminate the inconvenience of wearing glasses, a lenticular lens or a parallax barrier is used to control the direction of light and to display images with parallax to the left and right eyes, and a naked-eye stereoscopic body that does not require glasses Display devices have also been developed.
これらの2視差立体表示方式は、右眼と左眼に異なる映像を表示すれば、人間は立体感を得ることができるという原理を利用する。しかし、この方法では、立体視における調節と輻輳の間に矛盾が生じる。脳がディスプレイのスクリーンと異なる位置に立体を知覚しているのに対して、眼はスクリーン上にピント合わせをしようとする。この矛盾が立体映像観察時の眼精疲労の原因となる。また、観察者が観察位置を変えても同じ方向から見た映像しか観察されないことも、運動視差に対する違和感をもたらし、眼精疲労の原因となっている。 These two-parallax stereoscopic display systems use the principle that humans can obtain a stereoscopic effect if different images are displayed on the right and left eyes. However, this method creates a contradiction between accommodation and convergence in stereoscopic viewing. While the brain perceives a solid at a different position from the display screen, the eye tries to focus on the screen. This contradiction causes eye strain during stereoscopic image observation. In addition, even if the observer changes the observation position, only an image viewed from the same direction is observed, which causes a sense of discomfort with respect to motion parallax and causes eye strain.
視差立体表示方式において、表示する視差画像数を多くし空間に形成される視点の間隔を小さくした多眼視差立体表示方式がある。多眼視差立体表示方式では、観察者はどの位置にいても、左右の異なる映像が入射し従来の2眼式ディスプレイと同様に、両眼視差に基づいた立体視をすることができる。また、観察者が左右に移動しても、複数の映像がオーバーラップしながら隣の映像に切り替わっていくので、観察位置に応じて自然に変化する立体映像を観察することができる。 As the parallax stereoscopic display method, there is a multi-view parallax stereoscopic display method in which the number of parallax images to be displayed is increased and the interval between viewpoints formed in a space is reduced. In the multi-view parallax stereoscopic display method, the observer can perform stereoscopic viewing based on binocular parallax, as in a conventional binocular display, by entering different images on the left and right at any position. Further, even if the observer moves left and right, a plurality of images are switched to the adjacent images while overlapping, so that a stereoscopic image that naturally changes according to the observation position can be observed.
さらに、視点間隔が小さくなって瞳に2つ以上の視差画像が同時に入射するようになると、網膜上の同じ位置に結像させて3次元像にピント合わせができるようになり、調節と輻輳が整合して眼精疲労を和らげることができる。視点間隔が眼の瞳孔径より狭くなる条件を超多眼条件という。
このように、超多眼条件を満たす立体映像表示方法により眼精疲労のない自然な立体表示を可能とする。
Furthermore, when the viewpoint interval is reduced and two or more parallax images are simultaneously incident on the pupil, the image can be focused on the three-dimensional image by focusing on the same position on the retina, and adjustment and convergence can be reduced. The eye strain can be relieved consistently. A condition in which the viewpoint interval is narrower than the pupil diameter of the eye is called a super multi-view condition.
In this way, natural stereoscopic display without eye strain is enabled by a stereoscopic video display method that satisfies the super multi-view condition.
特許文献1は、超多眼条件を満足させて裸眼で観察できる立体像表示を実現するようにした投影光学系扇形配列による立体映像表示装置を開示している。図9は、本文献に開示された立体映像表示装置の原理を説明する基本原理図である。図9(a)は撮像系、図9(b)は投影系を示す図である。 Patent Document 1 discloses a stereoscopic image display device using a projection optical system fan-shaped array that realizes stereoscopic image display that can be observed with the naked eye while satisfying super multi-view conditions. FIG. 9 is a basic principle diagram for explaining the principle of the stereoscopic video display apparatus disclosed in this document. FIG. 9A shows an imaging system, and FIG. 9B shows a projection system.
開示された立体映像表示装置は、図9(a)に示すように、扇形に配置した複数のビデオカメラにより被写体を一定の間隔で撮影し、撮影した視差画像を原画像として投影系で使用する。図9(b)に示すように、投影系である立体映像表示装置は、ビデオカメラと同じ角度間隔で扇形に配列された複数の投影ユニット光学系と、スクリーンの働きをする凹面鏡と、光路変更のためのハーフミラーとを備えている。 As shown in FIG. 9A, the disclosed stereoscopic video display apparatus photographs a subject at a predetermined interval by a plurality of video cameras arranged in a fan shape, and uses the captured parallax image as an original image in a projection system. . As shown in FIG. 9 (b), the stereoscopic image display device that is a projection system includes a plurality of projection unit optical systems arranged in a fan shape at the same angular intervals as a video camera, a concave mirror that functions as a screen, and an optical path change. With a half mirror for.
投影ユニット光学系は、点光源と、コンデンサレンズと、液晶表示パネルと、投影レンズとを順に配置したものである。
液晶表示パネルは、それぞれ対応するビデオカメラで撮影した映像を原画像として表示する。点光源から発散された光はコンデンサレンズによって集光され、液晶表示パネルに表示された原画像を照明する。液晶表示パネルに表示された原画像は、投影レンズにより凹面鏡の面に投影結像され、凹面鏡面に結像した画像は、凹面鏡により再び集光しハーフミラーで反射されて、視域内に位置する観察者の左眼と右眼の瞳孔を通して網膜に結像される。
The projection unit optical system has a point light source, a condenser lens, a liquid crystal display panel, and a projection lens arranged in this order.
The liquid crystal display panel displays an image captured by a corresponding video camera as an original image. The light emitted from the point light source is collected by the condenser lens and illuminates the original image displayed on the liquid crystal display panel. The original image displayed on the liquid crystal display panel is projected and formed on the surface of the concave mirror by the projection lens, and the image formed on the concave mirror surface is condensed again by the concave mirror, reflected by the half mirror, and located in the viewing zone. An image is formed on the retina through the pupils of the left and right eyes of the observer.
観察者は、左眼と右眼に対応する視差画像を観察し、両眼視差と輻輳を用いて立体像を知覚する。さらに、両眼それぞれに複数の視差画像が入射する超多眼条件を満たせば立体像位置に焦点を結んで、輻輳とピント調節に矛盾のない自然な立体像を眼鏡無しの裸眼で観察することができる。
しかし、開示された投影光学系扇形配列による立体映像表示装置は、たとえば、水平方向に400mmの視域を確保するために水平方向に200個の投影ユニット光学系を必要とするとされ、液晶表示パネルを含む投影ユニット光学系を極めて多数設備する必要があり、しかも多数の観察者が同時に観察することが難しく、実用化しにくい。
An observer observes parallax images corresponding to the left eye and right eye, and perceives a stereoscopic image using binocular parallax and convergence. Furthermore, if the super multi-view condition where multiple parallax images are incident on both eyes is satisfied, the stereoscopic image position is focused, and a natural stereoscopic image with no contradiction in convergence and focus adjustment is observed with the naked eye without glasses. Can do.
However, the disclosed three-dimensional image display device using the projection optical system fan-shaped array requires, for example, 200 projection unit optical systems in the horizontal direction in order to secure a viewing area of 400 mm in the horizontal direction. In addition, it is necessary to provide a very large number of projection unit optical systems including the projector, and it is difficult for many observers to observe at the same time, and it is difficult to put it into practical use.
特許文献2は、超多眼条件を満足させて裸眼で観察できる立体像表示を実現した高密度指向性表示方式の立体映像表示装置を開示している。図10は本文献に開示された立体映像表示装置の基本原理を説明するため水平方向1列分のプロジェクタに係る断面を表示した原理図、図11は本文献の立体映像表示装置に使用される投射光学系の作用を説明する平面概念図、図12は本文献の立体映像表示装置に使用される投射光学系アレイの配置を示す概念図である。 Patent Document 2 discloses a high-density directional display type stereoscopic image display apparatus that realizes stereoscopic image display that can be observed with the naked eye while satisfying super multi-view conditions. FIG. 10 is a principle diagram showing a cross section of the projector for one column in the horizontal direction for explaining the basic principle of the stereoscopic video display device disclosed in this document, and FIG. 11 is used in the stereoscopic video display device of this document. FIG. 12 is a conceptual diagram showing the arrangement of a projection optical system array used in the stereoscopic image display apparatus of this document.
開示された立体映像表示装置は、僅かに視角を違えた複数の撮像装置で高密度にオブジェクトを撮影して得た二次元画像群を水平方向に高密度に並べたプロジェクタで表示するものである。開示の装置では、各二次元画像をパララックスバリアでもある投射光学系アレイを介して、プロジェクタ毎に設けられた水平方向に偏心した結像光学系により共通像面と呼ぶ同一領域に拡大像として投影すると、共有レンズが共通像面の拡大像から発散する光線群を拡大像ごとに指向性を持った水平方向の準平行光線となるようする。 The disclosed stereoscopic image display device displays a two-dimensional image group obtained by photographing an object at high density with a plurality of imaging devices having slightly different viewing angles on a projector arranged in high density in the horizontal direction. . In the disclosed apparatus, each two-dimensional image is enlarged as an enlarged image in the same region called a common image plane by a horizontally decentered imaging optical system provided for each projector via a projection optical system array that is also a parallax barrier. When projected, the shared lens causes a group of rays diverging from an enlarged image of the common image plane to be horizontal quasi-parallel rays having directivity for each enlarged image.
プロジェクタは、撮像装置で取得したカラー映像を分解して表示するRGB各色ごとの反射式液晶表示パネルを備えて、光源の光を分配して各液晶表示パネルを照射し、RGB各色の2次元映像を偏光ビームスプリッタで統合してカラー映像として、投射光学系に供給する。
放射光学系は、投影レンズと開口絞りで形成され、統合されたカラー映像をスクリーンの共通像面に投射する。共通像面に投影された画像から放散する光線は、スクリーンの共有レンズにより準平行光線となって後方に放出される。
The projector includes a reflective liquid crystal display panel for each color of RGB that disassembles and displays the color image acquired by the imaging device, distributes light from the light source and irradiates each liquid crystal display panel, and generates a two-dimensional image of each color of RGB. Are integrated with a polarization beam splitter and supplied to the projection optical system as a color image.
The radiation optical system is formed by a projection lens and an aperture stop, and projects an integrated color image onto a common image plane of the screen. Light rays that diverge from the image projected on the common image plane are emitted backward as quasi-parallel rays by the shared lens of the screen.
スクリーンに投射された画像から放出される準平行光線の方向は、放射光学系の光軸に対する映像表示面の位置により変化する。図11(a)は映像表示面の中心が放射光学系の光軸上に位置するときの光線状態を示す平面図、図11(b)は映像表示面の中心が放射光学系の光軸に対して図中で上側に位置するときの光線状態を示す平面図である。 The direction of the quasi-parallel rays emitted from the image projected on the screen varies depending on the position of the image display surface with respect to the optical axis of the radiation optical system. 11A is a plan view showing a light beam state when the center of the image display surface is located on the optical axis of the radiation optical system, and FIG. 11B is a plan view of the center of the image display surface being the optical axis of the radiation optical system. On the other hand, it is a top view which shows a light ray state when located in the upper side in a figure.
開示の形態では、二次元画像表示面の中心軸と、レンズと開口の光軸と、共有レンズの光軸が平行偏心していて、光学系の開口絞り中心を通過する光線が共有レンズの中心を通過する構成になっている。したがって、三次元表示に必要な画像の表示方向は、偏心を持つ個々の光学系により初めから与えられている。
たとえば、放射光学系の光軸上に位置する映像表示面では映像から放出される準平行光線が光軸に平行に指向するが(図11(a))、映像表示面が光軸の上側に位置するものでは準平行光線が図中斜め下方に指向するようになっている(図11(b))。
In the disclosed embodiment, the central axis of the two-dimensional image display surface, the optical axis of the lens and the aperture, and the optical axis of the shared lens are decentered in parallel, and a light beam passing through the aperture stop center of the optical system passes through the center of the shared lens. It is configured to pass. Therefore, the display direction of the image necessary for the three-dimensional display is given from the beginning by the individual optical systems having eccentricity.
For example, on the image display surface located on the optical axis of the radiation optical system, the quasi-parallel light emitted from the image is directed parallel to the optical axis (FIG. 11A), but the image display surface is on the upper side of the optical axis. In the position, the quasi-parallel light beam is directed obliquely downward in the figure (FIG. 11 (b)).
重複表示する二次元画像の数を増大すると共に構成の簡易化を図るため、個々の投射光学系をマトリックス状に配置した投射光学系アレイを利用することができる。投射光学系アレイは、図12に光軸方向から見た配置を示すように、プロジェクタにおける統合されたカラー映像表示面をマトリックス状に配置した二次元画像表示装置アレイと、各カラー映像表示面の後方に投射レンズをマトリックス状に配置したレンズアレイと、さらに投射レンズの後方に開口を配置した開口アレイをこの順に配置したものである。 In order to increase the number of two-dimensional images to be displayed in an overlapping manner and simplify the configuration, it is possible to use a projection optical system array in which individual projection optical systems are arranged in a matrix. As shown in FIG. 12, the projection optical system array includes a two-dimensional image display device array in which integrated color video display surfaces in a projector are arranged in a matrix, and an arrangement of each color video display surface. A lens array in which projection lenses are arranged in a matrix at the rear and an aperture array in which openings are arranged behind the projection lens are arranged in this order.
図12に示す投射光学系アレイは、25個の画像発生源である二次元画像表示装置について構成されている。二次元画像表示装置は、水平方向と垂直方向の両方について互いに斜めにずらすことにより、水平方向の位置が互いに重複しないように配置されている。これにより、スクリーンには25枚の異なる二次元画像を共通像面上に投影することができる。スクリーンを透過した25枚の二次元画像は、それぞれ指向方向が異なる準平行光線により観察者の瞳孔に投影される。 The projection optical system array shown in FIG. 12 is configured for a two-dimensional image display device that is 25 image generation sources. The two-dimensional image display device is arranged so that the horizontal positions do not overlap each other by being obliquely shifted from each other in both the horizontal direction and the vertical direction. Thereby, 25 different two-dimensional images can be projected onto the common image plane on the screen. The 25 two-dimensional images transmitted through the screen are projected onto the pupils of the observer by quasi-parallel rays having different directivity directions.
観察者は、瞳孔に入射する準平行光線をオブジェクトから放出される指向性光線とみなしてピント調整することにより、立体像の空間位置を認識することができる。眼に入射する指向性光線が超多眼条件を満たせば、輻輳とピント調節に矛盾のない自然な立体像を眼鏡無しで観察することができる。
しかし、開示された高密度指向性表示方式の立体映像表示装置は、投影光学系扇形配列による立体映像表示装置と同様に、投射光学系アレイの前に超多眼条件を満たす程度の密度になるように二次元画像表示するプロジェクタを極めて多数配置する必要があり実用化しにくい。
The observer can recognize the spatial position of the stereoscopic image by focusing the quasi-parallel light incident on the pupil as a directional light emitted from the object. If the directional light incident on the eye satisfies the super multi-view condition, a natural stereoscopic image consistent with convergence and focus adjustment can be observed without glasses.
However, the disclosed high-density directional display type stereoscopic image display device has a density that satisfies the super multi-view condition before the projection optical system array, like the stereoscopic image display device by the projection optical system fan array. Thus, it is necessary to arrange a very large number of projectors for displaying a two-dimensional image, and it is difficult to put it into practical use.
これに対して、二次元画像を表示する映像表示面の映像をそれぞれスクリーンに投影する代わりに、多重表示する二次元画像を統合したビデオ信号を形成して、ビデオ信号に従って変調したカラー光線をスクリーンに照射することにより三次元映像化して観察できるようにする光走査方式の立体映像表示装置を考えることができる。
半導体素子を使ったレーザ発生装置は十分高い周波数領域で光変調することが可能である。また、所定のスクリーンをレーザ光で走査して画像化することは従来技術によっても可能である。
On the other hand, instead of projecting the image on the image display surface for displaying the two-dimensional image on the screen, a video signal is formed by integrating the two-dimensional images to be displayed in a multiplexed manner, and the color rays modulated according to the video signal are displayed on the screen. It is possible to consider an optical scanning type stereoscopic image display apparatus that can be observed as a three-dimensional image by irradiating the light.
A laser generator using a semiconductor element can perform optical modulation in a sufficiently high frequency region. Further, it is possible to form an image by scanning a predetermined screen with a laser beam.
さらに、レンチキュラーレンズやパララックスバリアを使って、スクリーン上に表示された画像それぞれに異なる指向性を持たせるようにすれば、瞳孔に複数の指向性の異なる映像からの光線を入射させることにより立体視させるような高密度指向性表示方式の立体映像表示装置は構成することができる。 Furthermore, if a lenticular lens or a parallax barrier is used to give each of the images displayed on the screen different directivities, a light beam from a plurality of images with different directivities is incident on the pupil. A stereoscopic image display device of a high-density directional display system that can be viewed can be configured.
しかし、レーザ光を直視することは眼の安全の観点から避けなければならない。
また、輻輳とピント調節に矛盾のない、より自然な立体像を得るためには、より多数の指向性二次元映像を多重表示できることが好ましい。
However, direct viewing of the laser beam must be avoided from the viewpoint of eye safety.
In order to obtain a more natural three-dimensional image with no contradiction in convergence and focus adjustment, it is preferable that a larger number of directional two-dimensional images can be displayed in a multiplexed manner.
そこで、本願発明の解決しようとする課題は、レーザ光の走査を利用した眼に安全な画像表示装置の改良装置を提供することであり、特にスクリーンに投影して複数の観察者が裸眼で立体映像を観察できるようにした裸眼立体映像表示装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an improved image display device that is safe for the eyes using scanning of laser light. It is an object of the present invention to provide an autostereoscopic image display device that can observe an image.
本発明に係る画像表示装置は、レーザ光線を射出するレーザ光発生器と、射出されたレーザ光線を偏向する光線偏向器と、光線偏向器から入射する光線を散乱光に変換して放射する光散乱スクリーンと、光線偏向器を制御して光線偏向器に入射するレーザ光線を光散乱スクリーンの表示面の全面を走査するように偏向させる偏向器制御器と、レーザ光発生器を制御して光散乱スクリーンに投影する映像に対応して光散乱スクリーンの画素に投射するレーザ光を順次に発生させるレーザ発生器制御器とを備えたことを特徴とする。 An image display device according to the present invention includes a laser beam generator that emits a laser beam, a beam deflector that deflects the emitted laser beam, and light that is converted from the beam deflected from the beam deflector into scattered light and emitted. A scattering screen, a deflector controller that controls the beam deflector to deflect the laser beam incident on the beam deflector so as to scan the entire display surface of the light scattering screen, and a laser beam generator that controls the light And a laser generator controller for sequentially generating laser light to be projected onto the pixels of the light scattering screen corresponding to the image projected onto the scattering screen.
本発明の画像表示装置は、画像情報に従って直接変調したレーザ光線で光散乱スクリーンを走査することにより二次元画像を表示することができる。
レーザ光線を走査してスクリーンに映像を投影した場合は、スクリーンの後方からスクリーンを観察する観察者の眼に、コヒーレント性の高いレーザ光線が入って危険である。しかし、本発明の画像表示装置によれば、光線偏向器から直進するレーザ光線を光散乱スクリーンで散乱光に変換するので、観察者の眼には散乱光が入射して眼の衛生が確保できる。
The image display apparatus of the present invention can display a two-dimensional image by scanning a light scattering screen with a laser beam directly modulated according to image information.
When a laser beam is scanned and an image is projected on the screen, a highly coherent laser beam enters the eyes of an observer who observes the screen from behind the screen, which is dangerous. However, according to the image display device of the present invention, since the laser beam traveling straight from the light deflector is converted into scattered light by the light scattering screen, the scattered light is incident on the eyes of the observer to ensure eye hygiene. .
なお、光散乱スクリーンは、透明の母材に光屈折率の異なる透明の粒子を混合拡散させて形成されたものであることが好ましい。
特に、光散乱スクリーンの母材はアクリル樹脂であって、母材内に混合拡散される粒子が気泡であることが好ましい。
たとえば、液状の樹脂を振動させながら混合することにより小さな気泡(マイクロバブル)を大量に形成させた状態で硬化さる方法や、空気を封入したマイクロバルーンをアクリル樹脂の母材中に混練を混入する方法により、光散乱スクリーンを形成することができる。なお、マイクロバルーンを使って気泡を取り込む方法によれば、気泡の粒度および密度が比較的正確に管理された光散乱スクリーンを形成することができる。
The light scattering screen is preferably formed by mixing and diffusing transparent particles having different light refractive indexes in a transparent base material.
In particular, the base material of the light scattering screen is preferably an acrylic resin, and the particles mixed and diffused in the base material are preferably bubbles.
For example, a liquid resin is mixed while being vibrated and mixed in a state where a large amount of small bubbles (microbubbles) are formed, or a microballoon filled with air is mixed into an acrylic resin base material. A light scattering screen can be formed by the method. In addition, according to the method of taking in air bubbles using a microballoon, it is possible to form a light scattering screen in which the particle size and density of the air bubbles are managed relatively accurately.
光散乱スクリーンを透明の母材に光屈折率の異なる透明の粒子を拡散させて形成することにより、光散乱スクリーンに当たった光線の強度や色を適宜に維持しながらスクリーンの後方からコヒーレント性を失った光線を放射するようにできる。したがって、光散乱スクリーン後方の観察者は、スクリーンに投影された映像を裸眼で観察することができる。 By forming the light scattering screen by diffusing transparent particles with different light refractive indexes in a transparent base material, coherency is maintained from the rear of the screen while maintaining the intensity and color of the light hitting the light scattering screen appropriately. Can emit lost light. Therefore, an observer behind the light scattering screen can observe the image projected on the screen with the naked eye.
また、光散乱スクリーンは、画素に対応するセルを仕切る遮光壁を備えたものであることが好ましい。遮光壁は、透明粒子が混合された透明母材の板の表面に金属膜を貼付して金属膜にフォトエッチングで必要なパターンを持つ孔を鑽孔することにより形成することができる。また、遮光壁はハニカム構造の薄い金属板であって、開口部分に透明粒子が混合された母材を埋め込んで光散乱スクリーンを形成してもよい。 Moreover, it is preferable that the light scattering screen includes a light shielding wall that partitions cells corresponding to pixels. The light shielding wall can be formed by attaching a metal film to the surface of a transparent base material plate mixed with transparent particles and punching holes having a necessary pattern by photoetching in the metal film. The light shielding wall may be a thin metal plate having a honeycomb structure, and a light scattering screen may be formed by embedding a base material mixed with transparent particles in the opening.
光散乱スクリーンに、画素に対応するセルを仕切る遮光壁を備えるようにすると、隣接した画素に入射する光線との混合を防止して、鮮明な画像を得ることができる。
遮光壁は、光散乱板の表面に開口を設けた遮光板を当てることにより形成することもできる。
When the light scattering screen is provided with a light-shielding wall that partitions the cells corresponding to the pixels, mixing with light rays incident on adjacent pixels can be prevented and a clear image can be obtained.
The light shielding wall can also be formed by applying a light shielding plate having an opening on the surface of the light scattering plate.
さらに、光線偏向器と光散乱スクリーンの間に、光線偏向器から入射する光線の方向を光軸に平行に変換して光散乱スクリーンに入射させるレンズ機構を備えることにより、光散乱スクリーンのセルの軸に沿ってより効率的に光散乱現象が生じるので、スクリーンの厚みが薄い場合にも鮮明な映像を得ることができる。 Further, by providing a lens mechanism between the light deflector and the light scattering screen, the direction of the light incident from the light deflector is converted to be parallel to the optical axis and incident on the light scattering screen. Since light scattering occurs more efficiently along the axis, a clear image can be obtained even when the screen is thin.
半導体素子を使ったレーザ発生装置は十分高い周波数領域で光変調することが可能である。このため、二次元画像を表示する映像表示面の映像をプロジェクタなどによりそれぞれスクリーンに投影する代わりに、複数の二次元画像を統合したビデオ信号を使いレーザ発生器を直接変調して得たレーザ光線を走査することにより1枚のスクリーンに画像を多重表示することができる。 A laser generator using a semiconductor element can perform optical modulation in a sufficiently high frequency region. For this reason, the laser beam obtained by directly modulating the laser generator using a video signal obtained by integrating a plurality of two-dimensional images, instead of projecting the image on the video display surface for displaying the two-dimensional image on a screen by a projector or the like. By scanning the image, multiple images can be displayed on one screen.
連続する複数の視差画像を提示すれば、いわゆる両眼視差による立体像観察が可能となる。さらに多数の視差画像を使って視点間隔を小さくすれば、顔を動かしたときに、より円滑に視線変換をすることができる。
さらに、光散乱スクリーンの光放射面の後ろに、複数の視点位置を形成させるレンチキュラーシートまたはパララックスバリアを備えて、対応する画素に多眼表示用映像を投影することにより、眼鏡無しの裸眼で観察できる立体映像表示とすることができる。
If a plurality of continuous parallax images are presented, stereoscopic image observation by so-called binocular parallax becomes possible. Furthermore, if the viewpoint interval is reduced using a large number of parallax images, the line of sight can be converted more smoothly when the face is moved.
Furthermore, a lenticular sheet or a parallax barrier that forms a plurality of viewpoint positions is provided behind the light emitting surface of the light scattering screen, and a multi-view display image is projected onto the corresponding pixels, so that the naked eye without glasses can be used. A stereoscopic video display that can be observed can be obtained.
さらに、視点間隔を人の瞳の径より小さくして超多眼条件を満たすようにすると、瞳に2つ以上の視差画像が同時に入射して網膜上の同じ位置に結像させることにより、立体像の位置にピント合わせするので、左右眼視差における輻輳とピント調節の間に矛盾がなくなり、眼精疲労の少ない超多眼立体映像観察が裸眼で可能になる。
超多眼条件を満たすためには、多数の映像を多重に投影する必要がある。レーザ光発生装置は、高周波映像信号に対応するレーザ光線発生が可能であり、これに光線偏向器による水平走査および垂直走査を適用することにより、大型のスクリーンに多数の映像を投影させることができる。
Furthermore, if the viewpoint interval is made smaller than the diameter of the human pupil to satisfy the super multi-view condition, two or more parallax images are simultaneously incident on the pupil and formed at the same position on the retina. Since focusing is performed on the position of the image, there is no contradiction between convergence and focus adjustment in the parallax between the left and right eyes, and super multi-view stereoscopic image observation with little eye strain is possible with the naked eye.
In order to satisfy the super multi-view condition, it is necessary to project a large number of images in multiple. The laser beam generator can generate a laser beam corresponding to a high-frequency image signal, and by applying horizontal scanning and vertical scanning by a beam deflector to this, a large number of images can be projected on a large screen. .
RGB3波を混合したカラーレーザ光線を発生するレーザ光発生器を使うと、光散乱スクリーンの各セルは、入射するカラーレーザ光線の色に染められて、スクリーンの裏側から同色の光線を放射するので、画像表示装置はカラー映像を表示することができる。
したがって、複数の画像情報を統合して1個のビデオ信号に変換し、このビデオ信号によりレーザ発生装置から放射されるレーザ光線を変調して任意のカラー光線を生成して、このカラーレーザ光線でスクリーン面を走査して映像を表示することにより、複数のカラー映像を同時にスクリーン上に表示させることができる。
Using a laser light generator that generates a color laser beam mixed with RGB 3 waves, each cell of the light scattering screen is dyed by the color of the incident color laser beam and emits the same color beam from the back side of the screen. The image display device can display a color image.
Therefore, a plurality of pieces of image information are integrated and converted into one video signal, and a laser beam emitted from the laser generator is modulated by the video signal to generate an arbitrary color beam. By scanning the screen surface and displaying an image, a plurality of color images can be simultaneously displayed on the screen.
たとえば、ビデオ信号生成装置が、ビデオカメラごとに供給される視差画像情報からRGBごとに強度変調したビデオ信号を生成し、生成されたRGBごとのビデオ信号を表示しようとする視差画像の数だけ時系列的に配列することにより統合したビデオ信号としてレーザ発生器制御器と偏向器制御器に供給する。
レーザ発生器制御器と偏向器制御器は、供給されたビデオ信号にしたがって、混色したカラーレーザ光でスクリーン面を走査して多数のカラー映像を重畳表示させることができる。
For example, the video signal generation device generates a video signal that is intensity-modulated for each RGB from the parallax image information supplied for each video camera, and the number of parallax images for which the generated video signal for each RGB is to be displayed. By arranging them in sequence, they are supplied to the laser generator controller and the deflector controller as an integrated video signal.
The laser generator controller and the deflector controller can superimpose and display a large number of color images by scanning the screen surface with mixed color laser light according to the supplied video signal.
本発明の映像表示装置に使用する光散乱スクリーンは、液晶ディスプレイなどと比較すると、極めて容易に形成することができるので、本発明に係るカラー映像表示装置は経済上にも大きな利点を有する。
なお、表示スクリーンの映像表示領域の外にレーザ光センサを配置して、水平走査周期を超える時間を経過してもレーザ光を検出しないときに警報を発するようにして、レーザ光の漏れによる眼の危険を回避させるようにすることができる。
Since the light scattering screen used in the video display device of the present invention can be formed very easily as compared with a liquid crystal display or the like, the color video display device according to the present invention has a great economic advantage.
It is to be noted that a laser light sensor is arranged outside the image display area of the display screen so that an alarm is issued when no laser light is detected even after a time exceeding the horizontal scanning period has elapsed, and an eye caused by leakage of the laser light. Can be made to avoid the dangers.
本発明の画像表示装置は、レーザ光線を光散乱スクリーン面に直接高速走査する方式を使って、より簡単な構成で経済的に、大型のスクリーンに画像表示することができるようになった。特に、本発明に係る、眼鏡無しの裸眼で立体映像を得るための立体画像表示装置では、多数の映像を多重に投影して超多眼条件を満たすようになり、従来問題となった調節と輻輳の矛盾を低減して、眼精疲労の少ない立体映像観察をすることができる。 The image display apparatus according to the present invention can display an image on a large screen economically with a simpler configuration by using a method in which a laser beam is directly scanned on a light scattering screen. In particular, in the stereoscopic image display apparatus for obtaining a stereoscopic image with the naked eye without glasses according to the present invention, a large number of images are projected in multiple to satisfy the super multi-view condition, It is possible to reduce the contradiction of convergence and observe stereoscopic images with little eye strain.
以下、実施例に基づき、本発明に係る映像表示装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。本実施例は、本発明を眼鏡無し(裸眼)立体カラー映像表示装置に適用したものである。なお、図面においては、同じ機能を有する構成部材については同じ参照番号を付して説明を簡約にし、説明の重複を避けた。 Hereinafter, based on an example, an image display device concerning the present invention is explained in detail, referring to drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a 3D color image display apparatus without glasses (naked eye). In the drawings, constituent members having the same function are denoted by the same reference numerals to simplify the description and avoid duplication of description.
図1は本発明の1実施例に係る映像表示装置の原理を示す構成図である。
本実施例の映像表示装置は、レーザ光発生器11と、光線偏向器12と、映像表示スクリーン20で形成される。映像表示スクリーン20は、レーザ光線をコヒーレント性を失った光線に変換するために光散乱スクリーン14を必須の構成とし、裸眼立体映像表示のためにレンチキュラーシート15を備えることが好ましい。さらに、より優れた映像表示をさせるために光散乱スクリーン14の全面を覆うフレネルレンズ13を付加しても良い。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of a video display apparatus according to one embodiment of the present invention.
The image display device of this embodiment is formed by a
図2は、適宜の色相と光強度を有するカラーレーザ光を用いるために必要なレーザ光発生器11と光線偏向器12の構成例を示す概念図である。レーザ光発生器11は、赤色レーザ発生器22、緑色レーザ発生器23、青色レーザ発生器24を備え、それぞれのレーザ発生器から出力されたレーザ光線は、反射鏡25、ハーフミラー26,27を介して混合され、1本のカラーレーザ光線28として出力される。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration example of the
レーザ光発生器11には、レーザ発生器制御器21が付帯している。レーザ発生器制御器21は、図外の信号供給装置から供給されるカラー映像信号からRGB各色の強度信号を抽出して各色のレーザ発生器22,23,24を制御し、表示しようとする映像の画素に表示する色に対応して、走査線に沿って変化するカラーレーザ光線を出力させる。
なお、RGB三色のレーザ光を混色する方法として、光ファイバにRGBを入力して混色する光ガイドチューブを用いた方法や、3色LEDを登載した発光ダイオードチップを直接利用する方法など、適宜な周知方法を適用することができる。
A
In addition, as a method of mixing RGB three-color laser beams, a method using a light guide tube that mixes colors by inputting RGB into an optical fiber, a method of directly using a light emitting diode chip on which three-color LEDs are mounted, and the like are used as appropriate. Various known methods can be applied.
光線偏向器12は、たとえば水平方向と垂直方向にそれぞれ揺動する1対の反射鏡や両方向のそれぞれに回転する1対のポリゴンミラー、あるいは両方向に揺動する1個の反射鏡など周知の構成を有する。光線偏向器12は、偏向器制御器29を付帯する。偏向器制御器29は、光線偏向器12に入射するカラーレーザ光線28の射出方向を水平方向と垂直方向に偏向して、映像表示スクリーン20の全面に配置される画素を順次走査させることができる。
The
人は映像表示スクリーン20の裏側から映像を観察する。画像を観察するときにレーザ光線を直接に眼球16に入れると眼の衛生に問題が生ずるので、映像表示スクリーン20を構成する光散乱スクリーン14により、レーザ光線を安全な光に変換したものを観察するようにする。光散乱スクリーン14は、直進性のコヒーレント光であるレーザ光線を微細構造で散乱させて、コヒーレント性を失った光線として射出させる。
A person observes an image from the back side of the
図3は、本実施例において使用される光散乱スクリーンの1例を説明する断面図である。図3に示した光散乱スクリーン14は、光散乱材31で構成される板材である。光散乱材31は、透明な母材32に母材と屈折率の異なる微細な透明粒子33を多量に混入して分布させて形成される。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a light scattering screen used in this embodiment. The
コヒーレント性を有し指向性の高いレーザ光線34が光散乱スクリーン14に入射すると、レーザ光線34が光散乱材31を透過する間に激しく乱反射するので、光散乱スクリーン14の裏面から出射する光はコヒーレント性を失った散乱光35となる。また、レーザ光線34の有する偏光面も透過中に乱れて、偏光を解消した散乱光35となる。
なお、RGBのレーザ光線34の光路が一体化せず色ごとに分離している場合でも、光散乱スクリーン14の同じ領域に入射すれば、光散乱材31を透過する間にRGBの色が混合して、合成色となった安全な散乱光35として射出する。
When a
Even if the optical paths of the
光散乱スクリーン14の母材32にはアクリル樹脂など透明性の高い材料を使うことが好ましい。また、透明粒子33は気泡であっても良い。
アクリル樹脂を母材として形成された光散乱スクリーン14では、材料の透明性が高いので光強度の減衰が小さく、強い透過光が得られる。また、透明母材32の屈折率が1.49であるのに対して気泡である透明粒子33の屈折率が1.0003と屈折率が大きく異なるので、入射したレーザ光線34が光散乱スクリーン14を透過する間に、多数の透明粒子33に衝突して反射や屈折を繰り返し光線の向きを大きく変化させて指向性を減少させ、広い角度に拡散する散乱光35となって出射する。
It is preferable to use a highly transparent material such as acrylic resin for the
In the
アクリル樹脂中に気泡を取り込むためには、空気を内包したマイクロバルーンを混入して樹脂を硬化させる方法がある。この方法によれば比較的容易に、透明樹脂中に適宜の密度で均質な気泡を形成することができる。
たとえば、直径1μmの気泡を最密充填状態に対して50%の密度で発生させたアクリル樹脂では、厚さ約1.5mmで初めのレーザ光線がそのまま透過する率が0.01%程度となり、十分コヒーレントなレーザ光線を安全な散乱光に変成することができる。また、気泡の密度を最密充填の30%程度にすると、厚さ約2.2mmで透過率が0.01%程度になり、ほぼ安全になる。
In order to entrap air bubbles in the acrylic resin, there is a method in which a microballoon containing air is mixed to cure the resin. According to this method, uniform bubbles can be formed in the transparent resin with an appropriate density relatively easily.
For example, in an acrylic resin in which bubbles having a diameter of 1 μm are generated at a density of 50% with respect to the close-packed state, the rate at which the first laser beam is transmitted with a thickness of about 1.5 mm is about 0.01%. A sufficiently coherent laser beam can be transformed into safe scattered light. If the density of the bubbles is about 30% of the closest packing, the transmittance is about 0.01% at a thickness of about 2.2 mm, which is almost safe.
図4は、光散乱スクリーン14の別例を示す説明図である。
光散乱スクリーン14に入射するレーザ光線34は、光散乱材31を透過する間に屈折を繰り返して安全な散乱光35として射出されるが、光散乱材31の厚さによっては、隣接する画素の光と混合する可能性がある。図4に示した各種の光散乱スクリーン14は、開口の間に光遮蔽領域を設けて画素間の干渉を防ぐことにより、鮮明な画像を観察することができるようになる。
FIG. 4 is an explanatory view showing another example of the
The
図4(a)は、図3で説明した光散乱材31で形成された板の表面の画素に対応する部分に開口30を有するマスク36を貼付して形成した光散乱スクリーン14である。マスク36は、光散乱材31で形成された板の表面に光を遮蔽する金属膜を形成した後に、シャドウマスクと同様に、フォトエッチングにより金属膜の画素に当たる部分に開口30を設ける方法により、微細なパターンを精密に形成することができる。
開口30の径は、レーザ光線34の径より小さく形成することが好ましい。
FIG. 4A shows a
The diameter of the
図4(b)は、図4(a)に表示したマスクと同じく精密に鑽孔した開口30を備えた遮蔽板37の開口部分に光散乱材31を充填して形成した光散乱スクリーン14である。開口30の部分に入射したレーザ光線34は、隣の開口30に照射されたレーザ光線と混合することなく、光散乱材31を透過する間に偏光性や直進性を解消しコヒーレント性を失って眼に安全な散乱光35に変化する。
FIG. 4B shows a
図4(c)は、ハニカム板38の壁で仕切ったハニカム窓の開口30に光散乱材31を充填して形成した光散乱スクリーン14である。ハニカム板38のハニカム窓1個ずつが光散乱スクリーン14の1画像の画素に対応し、ハニカム窓に入射したレーザ光線34は、光散乱材31を透過する間にコヒーレント性を失い散乱光35として射出する。
FIG. 4C shows the
仕切り壁を有する光散乱スクリーン14において、開口30に入射するレーザ光線の入射角が大きい場合は、入射する方向と反対の壁に近い部分に光が偏在し、射出開口では強度分布が偏った光になる傾向が生じる。これを防いで開口30の全体に均質な光度分布をするようにするためには、光散乱材31の厚さを大きくする方法があるが、光散乱材31が厚くなると透過光の強度が減衰する可能性がある。
In the
光散乱材31の厚さを抑えつつ散乱光35の強度偏在を抑制するためには、光散乱材31に入射するレーザ光の入射角を小さくして開口30の中心部分に入射させるようにすることが好ましい。
本実施例では、図1に示すように、光散乱スクリーン14の前にフレネルレンズ13を配置している。
In order to suppress the uneven distribution of the intensity of the scattered
In this embodiment, as shown in FIG. 1, a
フレネルレンズ13は、光散乱スクリーン14とほぼ同じ大きさに形成された凸レンズのフレネルレンズで、焦点が光線偏向器12の位置になるように配置されている。光線偏向器12で偏向されたレーザ光線は、走査にしたがってフレネルレンズ13への入射角を変化させる。フレネルレンズ13は、入射角に拘わらずレーザ光線の向きを光軸に平行に偏向させて、光散乱スクリーン14の面にほぼ垂直に入射させる。光散乱材31が充填された画素のほぼ中央に垂直に入射したレーザ光線は、開口30の射出面全体に亘ってより均質な強度分布を有する散乱光35となる。
The
図5は、複数の映像を重ねて投影するようにした映像表示装置における光散乱スクリーン14とレンチキュラーシート15の関係を説明する図面である。レンチキュラーシート15は、半円筒型のシリンドリカルレンズ41を垂直に並べたもので、1つのシリンドリカルレンズ41の幅は、表示する映像の1画素に対応する。すなわち、幾つかの映像を重ねて投影する場合に、1個のシリンドリカルレンズ41の幅に、重ねて投影する映像における同じ画素に対応する輝点が全て含まれるように形成される。1個の画素に対応する輝点は複数の水平段からなるマトリックス状に配置されていてもよい。
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the
光散乱スクリーン14には、レーザ光線により照射されて散乱光を放射する光散乱材31の充填された開口30が形成されている。
図5は、1つのシリンドリカルレンズ41に対応する光散乱スクリーン開口アレイ39を表示している。図5に表した構成例では、36枚の画像の同じ位置に対応する画素として、シリンドリカルレンズ41の幅に上下2列に配置された長方形の開口30が水平方向に少しずつ偏倚して36個並べられているが、他の適宜な数であってもよいことは言うまでもない。
レーザ光線は、同じ高さに配置された光散乱材31を充填した開口を水平方向に順次に照射しながら走査する。
The
FIG. 5 displays a light scattering
The laser beam is scanned while sequentially irradiating the openings filled with the
図6は、光散乱スクリーン14とシリンドリカルレンズ41を透過する光線の光路を概念的に示す水平断面図である。図6に示すように、光散乱スクリーン14の光散乱材を充填した開口30から射出された散乱光35の光線は、シリンドリカルレンズ41により、開口の位置にしたがって異なる一定の方向に放出される。1つの画像の画素はシリンドリカルレンズ41に対して同じ配置関係にある開口30に対応し、1つの画像に係る光線は画像全面に亘って同じ方向に放出される。したがって、1つの画像の映像は光拡散スクリーン14の全面から同じ方向に投射される画素の集合として観察される。
FIG. 6 is a horizontal sectional view conceptually showing the optical path of the light beam that passes through the
たとえば、画像中の画素に対応する光線Aで表すレーザ光線34は光散乱スクリーン14の開口内で散乱光35となってから放出され、シリンドリカルレンズ41で屈折して所定の方向に指向性光線18として放射される。同じ画像からの光線Aはそれぞれ対応する開口30から同じaの方向に放射され、この画像はaの方向から観察することができる。一方、Bで表すレーザ光線は、シリンドリカルレンズ41の対応する開口30からbの方向に放出され、画像はbの方向から観察することができる。
このように、映像表示スクリーン20には、指向方向の異なる複数の画像を表示することができる。図5のような配置を有する光散乱スクリーン14とレンチキュラーシート15では、36枚の映像を同時投影することができる。
For example, a
Thus, a plurality of images having different directivity directions can be displayed on the
図7は、映像表示スクリーン42を用いてカラー画像を多重表示する方式を説明する図面である。図7(a)は、映像表示スクリーンの構成を示す概念図、図7(b)は走査するレーザ光線を生成する映像信号を説明する概念図である。
図7(a)において、映像表示スクリーン42は、フレネルレンズ13、光散乱スクリーン14、レンチキュラーシート15で構成される。フレネルレンズ13は、レーザ光線を光散乱スクリーン14の面にほぼ垂直に入射させる機能を有する。
FIG. 7 is a view for explaining a method of displaying multiple color images using the
In FIG. 7A, the
レーザ光発生器11で生成されたカラーレーザ光線は、図1,2に示した光線偏向器12により垂直走査46にしたがって水平走査45を繰り返すことにより、映像表示スクリーン42の映像表示領域43の全面を走査する。たとえば、高精細度テレビジョン水準の表示には、たとえば、水平方向画素列の画素数1920個、垂直方向画素列の画素数1080個の映像表示スクリーンが使われる。
映像表示スクリーン42の映像表示領域43の右端にはレーザ光検出センサ44が配置されている。
The color laser beam generated by the
A laser
カラーレーザ光線が光散乱スクリーン14の画素に対応する開口を照射すると、カラーレーザ光線と同じ色を有する光線が、レンチキュラーシート15のシリンドリカルレンズに対する開口の位置から放出される。
1枚の画像を光散乱スクリーン14の画素に対応するように分解して、画素に当たるシリンドリカルレンズに対して同じ位置にある開口ごとに画素に対応するカラー光線を投影しながら走査することにより、映像表示スクリーン42に画像全体を表示することができる。別の画像について、シリンドリカルレンズに対してその画素に対応する別の所定位置にある開口ごとに光を投影するようにして走査すれば、同様に別の画像全体を表示することができる。
When the color laser beam irradiates the aperture corresponding to the pixel of the
By disassembling one image so as to correspond to the pixels of the
図5に示した構成では、シリンドリカルレンズの画素に対応する領域に36個の開口が設けられているので、映像表示スクリーン42に最大36枚の異なる画像を表示することができる。1画素中の開口数はスクリーンの大きさや開口の大きさ・形状や開口マトリックスの構成などに従って、さらに増加させることができる。なお、視差画像の数(視差数)が50〜100個あれば、全く自然な立体映像として観察できるとされている。劇場に設置するような300〜400インチの大型スクリーンでは、90〜120の視差数を設けることも困難でない。
このようにして、多重表示する映像の映像毎に、画素を覆うシリンドリカルレンズに対して同じ位置にある開口にその画素に表示すべき光を投影することにより、指向性の異なる多数の映像を生成させることができる。
In the configuration shown in FIG. 5, since 36 openings are provided in the area corresponding to the pixels of the cylindrical lens, a maximum of 36 different images can be displayed on the
In this way, for each video image to be multiplexed and displayed, a large number of images with different directivities are generated by projecting the light to be displayed on the pixel at the same position with respect to the cylindrical lens covering the pixel. Can be made.
図7(b)は、水平走査45に関して概念的に表した映像信号を示すものである。本実施例における映像信号は、ビデオ信号に準じるもので、水平走査45の開始を指示する水平同期信号51とカラーバースト信号52と映像信号53に加えて、レーザ光検出センサ用信号55が含まれる。たとえば1920×1080のインターレース式高精細度テレビジョンに準ずる場合は、水平走査の時間がほぼ30μsになる。さらに画素に対応する開口が多段のマトリックス状に配置された場合は、水平走査の数が段数だけ増倍し、1段の水平走査に対応する走査時間が段数にしたがって短縮することになる。
なお、カラープロジェクタを複数設けて、同時に画面を走査するレーザ光線を複数化し、開口マトリックスの段ごとに分担して走査するようにしてもよい。プロジェクタを複数化すると、水平走査時間を長く取ることができ信号処理が簡単化する。
FIG. 7B shows a video signal conceptually represented with respect to the
Note that a plurality of color projectors may be provided, and a plurality of laser beams may be scanned at the same time, and scanning may be performed for each stage of the aperture matrix. If a plurality of projectors are used, the horizontal scanning time can be increased and signal processing is simplified.
映像信号53は、水平走査線上に並んだ開口に対応して、表示しようとする映像の画素における色相と明るさを表す信号を順に並べた波形である。水平走査線が通る軌跡上には1つのシリンドリカルレンズ41に対して異なる画像を表示する複数の開口(図5では18個)が設けられている。ある1つの画像は、シリンドリカルレンズに対して同じ位置にある開口における画素を総合することで形成されるため、その画像を表示するための映像信号54は、多重表示する複数の画像(視差画像、図5では36個)のうち同じ水平走査線上に配置された数(図5では18個)ごとに、周期的に現れるように水平走査の映像信号53に組み込まれている。なお、シリンドリカルレンズが隣同士で接合する部分には、ダミーの開口を配置して、強度0のあるいはダミーの映像信号を対応させて、光線が照射されないようにすることが好ましい。
The
映像信号53は、RGBに分解し各色毎の強度信号に変換して、レーザ発生器制御器21を介して赤色レーザ発生器22と緑色レーザ発生器と青色レーザ発生器24のそれぞれに分配され、この信号に従って所望の色相と明度を有するRGB各色のレーザ光線を発生させる。
また、偏向器制御器29は、ビデオ信号に組み込まれる水平同期信号と垂直同期信号に基づき、光線偏向器12を制御してレーザ光線で映像表示スクリーン42の水平走査45、垂直走査46を行わせる。
The
Further, the
映像信号53は、水平走査線上の開口全てに対して照射するカラーレーザ光線の変調信号を与える必要があるので、たとえば、図5に表された視差画像36個の例では、1画素に当たるシリンドリカルレンズの領域内に36個の開口を2列に分けて配置している。したがって、1水平走査の15μsの間に18開口×1920画素=34,560個のカラー信号を含ませる必要がある。多重表示する画像数が大きくなればさらに高周波の画像信号を使う必要があるが、半導体レーザの直接変調速度は現状でも40GHz程度で、レーザ発生器の応答速度は極めて速いため、容易に多数の画像を多重表示することができる。
Since the
レーザ光線は、径が細く拡散しないので、1つの開口部に入射させる場合に隣の開口に光がはみ出さないようにして、混合表示を防止することは容易である。また、GRBの各色レーザ光が分離している場合でも、RGB全てのレーザ光が1つの開口部に入射するようにすれば、その開口部がRGB合成した後の色相と明度を有する光を射出し、隣接の開口からの光線に影響を及ぼすことがない。
特に、開口ごとにセルを仕切る遮光壁を備えたものは、隣接セルとの干渉を防止して開口を高密度に配置することができる。
Since the laser beam has a small diameter and does not diffuse, it is easy to prevent mixed display by preventing light from protruding into the adjacent aperture when entering the laser beam into one aperture. Even when the GRB laser beams are separated, if all the RGB laser beams are incident on one opening, light having the hue and brightness after the RGB combination of RGB is emitted. In addition, the light beam from the adjacent aperture is not affected.
In particular, those provided with light-shielding walls that partition the cells for each opening can prevent the interference with adjacent cells and can arrange the openings with high density.
なお、レーザ光線が直接眼に入ると危険であるため、走査するレーザ光線の異常を常に監視しておいて、異常が発生したらレーザ光線を止めるように構成することが好ましい。このため、映像表示スクリーン42の水平方向の一端にレーザ光検出センサ44を配置して、レーザ光検出センサ44で水平走査ごとにレーザ光線を検出させることにより正常状態を確認するようにしている。映像信号に含まれるレーザ光検出センサ用信号55は、レーザ光検出センサ44を照射することで検出されるようなレーザ光線を発生させる映像信号である。
レーザ光線の走査中に、水平走査時間以上の時間が経過してもレーザ光検出センサ44がレーザ光線を検出しないときは、異常発生のおそれがあるので、安全のためにレーザ発生装置を停止することができる。
Since it is dangerous if the laser beam directly enters the eye, it is preferable to always monitor the abnormality of the laser beam to be scanned and stop the laser beam when the abnormality occurs. For this reason, a laser
If the laser
図8は、本実施例の映像表示装置により眼鏡無しで立体映像を観察する原理を説明する概念図である。
映像表示スクリーン42には、光線偏向器12から放射されるカラーレーザ光線で構成する二次元画像が形成される。二次元画像は、1画素に対応するシリンドリカルレンズの領域内に形成された開口の数だけ表示することができる。映像表示スクリーン42に表示された二次元画像からは画像毎に水平方向の所定の角度に指向する光線が高密度に放散され、映像表示スクリーン42を後面から見る観察者には、目に入った光線から幾つかの画像が観察される。
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the principle of observing a stereoscopic image without glasses with the image display device of the present embodiment.
A two-dimensional image composed of color laser beams emitted from the
観察者が幾つかの画像に共存するある特徴点を見る場合に、異なる画像で特徴点の位置が異なるときには、スクリーン上に現れた特徴点57,58の位置に焦点を合わせればそれぞれの特徴点の像は網膜上離れた位置に結像する。ところが、1つの瞳孔に複数の画像から同じ特徴点を表す複数の光線が投入されて、いわゆる超多眼条件を満たす場合には、これらの像が網膜上の1点に結像するようにピント調節をすることができ、ピントは物体点59の位置に合わされる。左右両眼について同じ物体点59の位置にピント調節ができれば、左右視線の輻輳位置とピント調節の間に矛盾のない立体像観察が可能になる。
When an observer sees a certain feature point coexisting in several images, if the feature point position is different in different images, each feature point can be obtained by focusing on the feature points 57 and 58 appearing on the screen. The image is formed at a position distant from the retina. However, when a plurality of light rays representing the same feature point are input from a plurality of images into one pupil, and so-called super multi-view conditions are satisfied, these images are focused on one point on the retina. Adjustment can be made and the focus is adjusted to the position of the
画像を表示する映像表示スクリーン20の大きさは、卓上に設置する小さい画面から劇場におけるシネマのような大きい画面まで、適宜に選択することができる。ただし、レーザ光線の直径とレーザ光線の入射する開口の大きさと、レーザ光の直接強度変調速度などにより制約を受ける。また、画面に含まれるレンチキュラーレンズの水平方向の数により画像の精細度が決まる。一方、1つの画素に対応するレンチキュラーレンズの背面に配置される開口の数により多重表示する画面数すなわち視差数が決まる。
The size of the
映像表示スクリーン20の画面が大きいほど、視差数を増加させることができる。シネマに相当する300〜400インチの画面では、容易に90〜120の視差が実現できる。多眼式立体表示方式では水平方向に多重表示する画像数が50〜100程度にできれば自然な立体画像が表示できるとされ、自由視点での立体映像を楽しむことができる。なお、100個のカメラを使った撮影は現実的でないので、撮影が可能な数のカメラで撮影して得られた適宜な数の映像から、必要数の映像を補間により生成する方法を利用することができる。
The larger the screen of the
大型の映像表示スクリーン20を設置して、カラーレーザ光線で走査して多数の視差像を形成し、その裏面にいる観察者が映像を観察するときは、観察する位置が観察者により異なるにも拘わらず、観察者それぞれがその裸眼の瞳孔に複数の視差像を入射させることにより立体映像として観察することができる。
このように、本実施例の映像表示装置は、1つまたは複数のカラーレーザ走査装置を用いた簡単な装置で、高密度指向性表示方法を実施する裸眼立体映像表示装置となっている。なお、大きなスクリーンを分割した複数の画面を統合して1つの立体画像を表示するときは、画面毎にカラーレーザ走査装置を備えればよい。
When a large
As described above, the video display apparatus according to the present embodiment is a simple apparatus using one or a plurality of color laser scanning apparatuses and is an autostereoscopic video display apparatus that performs a high-density directional display method. When a plurality of screens obtained by dividing a large screen are integrated to display one stereoscopic image, a color laser scanning device may be provided for each screen.
本実施例の映像表示装置は、表示色を有するカラーレーザ光線で画面を走査して画素位置の光散乱材を表示色にすることにより、映像表示スクリーンに多数の指向性カラー映像を表示させるものである。したがって、RGBの各色に発色する画素で構成されるカラー液晶表示面を備える多数の画像表示装置を用いて、カラー液晶表示面に表示した多数の視差画像を指向性光線に載せて立体画像として観察する、インテグラルイメージング方式の裸眼立体表示装置などの従来方法とは、構成及び作動原理が大きく異なる。 The image display apparatus of this embodiment displays a large number of directional color images on the image display screen by scanning the screen with a color laser beam having a display color to change the light scattering material at the pixel position to the display color. It is. Therefore, a large number of parallax images displayed on a color liquid crystal display surface are mounted on a directional light beam and observed as a three-dimensional image using a large number of image display devices each having a color liquid crystal display surface composed of pixels that generate RGB colors. The configuration and the operating principle are greatly different from conventional methods such as an integral imaging autostereoscopic display device.
特に、従来の超多眼立体映像表示装置や高密度指向性立体映像表示装置では、多重表示する映像の数だけの映像表示装置をスクリーンの後ろに配置する必要があり、複雑な構造を持つ大型な装置となっていたが、本実施例の映像表示装置では、高周波信号で高速作動が容易なレーザ発生器を用いて同時に多数の映像を投影するので、構成が単純化し装置も小型化する。
なお、本実施例の映像表示装置は、映像表示スクリーンの画素に対応する領域に設けられる光散乱材を充填した開口の数だけの画像を独立に表示することができる。
In particular, in conventional super multi-view stereoscopic video display devices and high-density directional stereoscopic video display devices, it is necessary to arrange as many video display devices as the number of images to be multiplexed behind the screen, and the large size has a complicated structure. However, since the image display apparatus of this embodiment projects a large number of images at the same time using a laser generator that can easily operate at high speed with a high-frequency signal, the configuration is simplified and the apparatus is downsized.
Note that the video display apparatus according to the present embodiment can independently display as many images as the number of openings filled with a light scattering material provided in a region corresponding to a pixel of the video display screen.
なお、本発明の技術的思想は、パララックスバリア方式やレンチキュラー方式の裸眼立体表示装置に適用することで、従来装置と比較してより自然な立体表示を実現することができる。なお、本発明の技術的思想は、2次元画像を観察する従来の平面映像表示装置や、単色のレーザ光線を使って単色映像を表示する映像表示装置にも適用できることは言うまでもない。 The technical idea of the present invention can be applied to a parallax barrier type or lenticular type autostereoscopic display device, thereby realizing a more natural three-dimensional display compared to a conventional device. Needless to say, the technical idea of the present invention can also be applied to a conventional flat image display device for observing a two-dimensional image or a video display device for displaying a monochromatic image using a monochromatic laser beam.
本発明は、より簡単な構成を有する映像表示装置を提供し、さらに、より簡単な構成により、裸眼で観察できる立体映像表示装置を提供するものである。 The present invention provides a video display device having a simpler configuration, and further provides a stereoscopic video display device that can be observed with the naked eye with a simpler configuration.
11 レーザ光発生器
12 光線偏向器
13 フレネルレンズ
14 光散乱スクリーン
15 レンチキュラーシート
16 眼球
17 レーザ光線
18 指向性光線
19 レーザ走査
20 映像表示スクリーン
21 レーザ発生器制御器
22 赤色レーザ発生器
23 緑色レーザ発生器
24 青色レーザ発生器
25 反射鏡
26 ハーフミラー
27 ハーフミラー
28 カラーレーザ光線
29 偏向器制御器
30 開口
31 光散乱材
32 透明母材
33 透明粒子
34 レーザ光線
35 散乱光
36 マスク
37 穴あき基板
38 ハニカム板
39 光散乱スクリーン開口アレイ
41 シリンドリカルレンズ
42 映像表示スクリーン
43 映像表示領域
44 レーザ光検出センサ
45 水平走査
46 垂直走査
51 水平同期信号
52 カラーバースト信号
53 映像信号
54 注目する画像の映像信号
55 レーザ光検出センサ用信号
56 瞳
57,58 スクリーン上の画像
59 物***置
63 光散乱スクリーン開口
64 レンズ
65 開口アレイの開口
66 水平走査
67 垂直走査
68 パララックスバリア
70−1〜n ビデオカメラ
71 被写体
72 表示像
80−1〜n 投影ユニット光学系
81 光源
82 コンデンサレンズ
83 LCD
84 投影レンズ
85 凹面鏡
86 ハーフミラー
87 眼球
88 瞳孔
91 二次元画像表示装置アレイ
92 二次元画像表示装置
93 レンズアレイ
94 レンズ
95 開口アレイ
96 開口
97 三次元スクリーン
DESCRIPTION OF
84 projection lens 85 concave mirror 86 half mirror 87 eyeball 88 pupil 91 two-dimensional image display device array 92 two-dimensional image display device 93 lens array 94 lens 95 aperture array 96 aperture 97 three-dimensional screen
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