JP2014106330A - Three-dimensional display device and three-dimensional display method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、３次元像を空間に提示する３次元表示装置及び３次元表示方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional display device and a three-dimensional display method for presenting a three-dimensional image in space.
従来、２次元画像表示装置の２次元像を奥行き方向に展開して３次元像を再現する立体表示装置として、奥行き標本化方式の立体表示装置（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）が知られている。また、この奥行き標本化方式の２次元像の数を大幅に削減し、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、かつ、簡便に、立体メガネを用いないで３次元表示が可能な、ＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ−Ｆｕｓｅｄ３−Ｄ）方式の３次元表示装置も知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。 2. Description of the Related Art As a stereoscopic display device that reproduces a three-dimensional image by expanding a two-dimensional image of a two-dimensional image display device in the depth direction, a depth sampling type stereoscopic display device (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). It has been known. In addition, the number of two-dimensional images of this depth sampling method can be greatly reduced, contradiction among physiological factors of stereoscopic vision can be suppressed, and three-dimensional display can be easily performed without using stereoscopic glasses. DFD (Depth-Fused 3-D) type three-dimensional display devices are also known (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).
これらの３次元表示装置は、複数の表示面に２次元像を表示し、この複数の表示面に表示される２次元像の輝度あるいは透過度を各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示するものである。 These three-dimensional display devices display a two-dimensional image on a plurality of display surfaces, and change the luminance or transmittance of the two-dimensional image displayed on the plurality of display surfaces for each display surface to obtain a three-dimensional stereoscopic image. Is displayed.
また、空間に像を結像する光学系として、直角に合わせた微細な鏡を無数に配列させて、ある位置の点光源から発せられた光線を反射させ、面対称に像を結像する結像光学系が提案されている（例えば、特許文献４参照）。 In addition, as an optical system for forming an image in a space, an infinite number of fine mirrors aligned at right angles are arranged to reflect a light beam emitted from a point light source at a certain position and form an image in a plane symmetry. An image optical system has been proposed (see, for example, Patent Document 4).
しかしながら、前述の奥行き標本化方式の３次元表示装置やＤＦＤ方式の３次元表示装置では、表示できる３次元像の表示エリアが、最前面と最後面の表示面の間に限られており、かつ、最前面と最後面の表示面は物理的な表示面であることから、最前面に配置された表示面に阻まれ、観察者が３次元表示された像に対して手をかざしたりすることができないという問題がある。 However, in the above-described depth sampling type three-dimensional display device and DFD type three-dimensional display device, the display area of the three-dimensional image that can be displayed is limited between the frontmost and rearmost display surfaces, and Since the front and rear display surfaces are physical display surfaces, the front display surface is obstructed by the display surface, and the observer holds his / her hand over the image displayed three-dimensionally. There is a problem that can not be.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、空間上に３次元像を結像して表示することができる３次元表示装置及び３次元表示方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a three-dimensional display device and a three-dimensional display method capable of forming and displaying a three-dimensional image in space.
本発明は、観察者から異なった奥行き位置にある複数の表示面にそれぞれ表示した物体を奥行き方向に離散的に標本化した２次元像を重ね合わせて表示することにより３次元像を表示する３次元表示装置であって、観察者と複数の前記表示面との間に、面対称で該観察者側の空間に前記表示面の実像を結像させる結像光学系を具備することを特徴とする。 The present invention displays a three-dimensional image by superimposing and displaying two-dimensional images obtained by discretely sampling objects displayed on a plurality of display surfaces at different depth positions from an observer. A three-dimensional display device comprising: an imaging optical system that forms a real image of the display surface in a space on the viewer side in plane symmetry between the observer and the plurality of display surfaces. To do.
本発明は、複数の前記表示面に表示する前記２次元像の並び順は、表示すべき前記物体の奥行き方向に反転していることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the arrangement order of the two-dimensional images displayed on the plurality of display surfaces is reversed in the depth direction of the object to be displayed.
本発明は、複数の前記表示面は、輝度あるいは透過度をそれぞれ独立に変化させることにより前記３次元像を表示することを特徴とする。 The present invention is characterized in that the plurality of display surfaces display the three-dimensional image by independently changing luminance or transmissivity.
本発明は、前記輝度あるいは透過度は、前記物体の奥行き位置に応じて比率が変化することを特徴とする。 The present invention is characterized in that a ratio of the luminance or transparency changes according to a depth position of the object.
本発明は、前記輝度あるいは透過度は、前記物体の奥行き位置に応じて絶対値が変化することを特徴とする。 The present invention is characterized in that an absolute value of the luminance or transparency changes in accordance with a depth position of the object.
本発明は、前記結像光学系は直交する鏡が平面上に複数並んでいることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the imaging optical system includes a plurality of orthogonal mirrors arranged on a plane.
本発明は、観察者から異なった奥行き位置にある複数の表示面にそれぞれ表示した物体を奥行き方向に離散的に標本化した２次元像を重ね合わせて表示することにより３次元像を表示する３次元表示装置が行う３次元表示方法であって、観察者と複数の前記表示面との間に設けた結像光学系によって、面対称で前記観察者側の空間に前記表示面の実像を結像させることによって３次元像を表示することを特徴とする。 The present invention displays a three-dimensional image by superimposing and displaying two-dimensional images obtained by discretely sampling objects displayed on a plurality of display surfaces at different depth positions from an observer. A three-dimensional display method performed by a three-dimensional display device, in which a real image of the display surface is formed in space on the viewer side in a plane-symmetric manner by an imaging optical system provided between the observer and the plurality of display surfaces. A three-dimensional image is displayed by imaging.
本発明によれば、観察者と複数の表示面との間に、面対称で観察者側の空間に表示面の実像を結像させる結像光学系を設け、空間上に３次元像を結像して表示するようにしたため、観察者が３次元表示された像に対して手をかざしたりすることができるという効果が得られる。 According to the present invention, an imaging optical system that forms a real image of a display surface in a space on the viewer side in a plane symmetry is provided between an observer and a plurality of display surfaces, and a three-dimensional image is formed on the space. Since the image is displayed, the effect is obtained that the observer can hold his / her hand over the three-dimensionally displayed image.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による３次元表示装置を説明する。始めに、奥行き標本化型立体表示装置について説明する。奥行き標本化とは物体を奥行き方向に平行な面でかき割に分割したものを空間上に配置したものである。奥行き方向に物理的な表示面を多数重ねて並べることでこのかき割り像を表現することが可能であることは明らかだが、透過率などの問題もあることから、時分割にてかき割り像を表示する方法もある。 Hereinafter, a three-dimensional display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a depth sampling type stereoscopic display device will be described. In depth sampling, an object is divided into planes parallel to the depth direction and arranged in space. It is clear that it is possible to express this cracked image by arranging a number of physical display surfaces in the depth direction, but there are also problems such as transmittance, so the cracked image is time-divided. There is also a way to display.
図４は、奥行き標本化型立体表示装置の一例として時分割表示を行うものを示す図（特開平１１−２７２２０２号公報より引用）である。図５は、３次元物体を奥行き標本化して、２次元像である奥行き標本化像の集合に分解する例を示す図（特開平１１−２７２２０２号公報より引用）である。まず、図５に示すように、３次元物体１２０６を奥行き標本化して、２次元像である奥行き標本化像の集合１２０７に分解する。 FIG. 4 is a diagram (cited from Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-272202) showing an example of a depth sampling type stereoscopic display device that performs time-division display. FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a three-dimensional object is sampled into depths and decomposed into a set of depth sampled images that are two-dimensional images (cited from JP-A-11-272202). First, as shown in FIG. 5, a three-dimensional object 1206 is sampled into depths and decomposed into a set 1207 of depth sampled images that are two-dimensional images.
次に、図４に示すように、この奥行き標本化像１２０７を時分割で画像の位置に応じて同期させて２次元表示装置１１０１に表示し、この表示に同期させて２次元表示装置１１０１を駆動装置１１０２で奥行き方向の標本化位置に応じた位置に高速に移動させる。これを人の眼の残像時間以内に高速に行えば、残像効果により３次元像（立体像）１１０３として観察できる。この奥行き標本化型立体表示装置では、実際に表示像が奥行き方向に変化して表示されるため、人の立体視の生理的要因（両眼視差、輻輳、ピント調節、動的視差など）をほぼ満足できる利点を有している。 Next, as shown in FIG. 4, the depth sampled image 1207 is displayed on the two-dimensional display device 1101 in synchronization with the position of the image in a time division manner, and the two-dimensional display device 1101 is synchronized with this display. The driving device 1102 is moved at high speed to a position corresponding to the sampling position in the depth direction. If this is performed at high speed within the afterimage time of the human eye, it can be observed as a three-dimensional image (three-dimensional image) 1103 due to the afterimage effect. In this depth sampling type stereoscopic display device, since the display image is actually displayed in the depth direction, the physiological factors of human stereoscopic vision (binocular parallax, convergence, focus adjustment, dynamic parallax, etc.) It has almost satisfactory advantages.
次に、ＤＦＤ型の３次元表示装置について説明する。ＤＦＤ型の３次元表示方式は、前述の奥行き標本化型の標本化数を極端に少なくした構成であり、その標本化の間を埋める方法として、所望の奥行き位置の前後２面に同一の像を表示し、その輝度を変化させて、奥行き標本化方式の３次元像を観察できるようにするものである。図６は、ＤＦＤ型の３次元表示装置の一例を説明するための図（特開２００６-３０１０８８号公報から引用）である。図６に示す３次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の面、例えば、表示面１０１、表示面１０２（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面１０１、表示面１０２に複数の２次元像（２Ｄ化像１０５、１０６）を表示するために、２次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。 Next, a DFD type three-dimensional display device will be described. The DFD type three-dimensional display system has a configuration in which the number of samplings of the above-described depth sampling type is extremely reduced. As a method for filling the space between the samplings, the same image is formed on two front and rear surfaces of a desired depth position. Is displayed, and the brightness is changed so that a three-dimensional image of the depth sampling method can be observed. FIG. 6 is a diagram for explaining an example of a DFD type three-dimensional display device (cited from Japanese Patent Laid-Open No. 2006-301088). The three-dimensional display device shown in FIG. 6 sets a plurality of surfaces, for example, a display surface 101 and a display surface 102 (the display surface 101 is closer to the observer 100 than the display surface 102) on the front surface of the observer 100. In order to display a plurality of two-dimensional images (two-dimensional images 105 and 106) on the display surface 101 and the display surface 102, an optical system 103 is constructed using a two-dimensional display device and various optical elements.
２次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤ、プロジェクション方式ディスプレイ、オシロスコープのような線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。 As a two-dimensional display device, for example, a CRT, a liquid crystal display, an LED display, a plasma display, an EL display, an FED display, a DMD, a projection display, a line drawing type display such as an oscilloscope, etc. are used. , Lenses, total reflection mirrors, partial reflection mirrors, curved mirrors, prisms, polarizing elements, wave plates, and the like are used.
図６に示すように、２Ｄ化像１０５、１０６それぞれを、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。これは、例えば、２Ｄ化像１０５、１０６の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。かかる構成を有する装置上で、２Ｄ化像１０５、１０６の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体の奥行き位置に対応して変えることで、３次元物体の３次元立体像を表示する。 As shown in FIG. 6, the 2D images 105 and 106 are displayed so as to overlap each other on both the display surface 101 and the display surface 102 as viewed from one point on the line connecting the right eye and the left eye of the viewer 100. To do. This can be achieved, for example, by controlling the arrangement of the center position and the center of gravity of each of the 2D images 105 and 106 and the enlargement / reduction of each image. On the apparatus having such a configuration, by changing the luminance of each of the 2D images 105 and 106 according to the depth position of the three-dimensional object while keeping the overall luminance viewed from the observer 100 constant, A three-dimensional stereoscopic image of a three-dimensional object is displayed.
この２Ｄ化像１０５、１０６の各々の輝度の変え方の一例について説明する。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では、輝度の高い方を濃く示してある。図７、図８、図９、図１０は、２Ｄ化像１０５、１０６の各々の輝度の変え方を示す図（特開２００６-３０１０８８号公報から引用）である。例えば、３次元物体が表示面１０１上にある場合には、図７に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を３次元物体の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。 An example of how to change the brightness of each of the 2D images 105 and 106 will be described. Here, since it is a black and white drawing, for the sake of easy understanding, in the following drawings, the higher luminance is shown darker. 7, 8, 9, and 10 are diagrams (cited from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-301088) showing how to change the brightness of each of the 2D images 105 and 106. For example, when a three-dimensional object is on the display surface 101, as shown in FIG. 7, the luminance of the 2D image 105 above is made equal to the luminance of the three-dimensional object, and the 2D image on the display surface 102 is obtained. The luminance of 106 is assumed to be zero.
次に、３次元物体が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図８に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。次に、例えば、３次元物体が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図９に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。さらに、３次元物体が表示面１０２上にある場合には、図１０に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を３次元物体の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。 Next, when the three-dimensional object is located slightly away from the viewer 100 and slightly closer to the display surface 102 than the display surface 101, the brightness of the 2D image 105 is slightly reduced as shown in FIG. The brightness of the 2D image 106 is slightly increased. Next, for example, when the three-dimensional object is further away from the observer 100 and is closer to the display surface 102 than the display surface 101, the brightness of the 2D image 105 is further increased as shown in FIG. The brightness of the 2D image 106 is further increased. Further, when the three-dimensional object is on the display surface 102, as shown in FIG. 10, the luminance of the above 2D image 106 is made equal to the luminance of the three-dimensional object, and the 2D image on the display surface 101 is obtained. The luminance of 105 is assumed to be zero.
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像１０５、１０６であっても、観察者１００にはあたかも表示面１０１、１０２の中間に３次元物体が位置しているように感じられる。例えば、表示面１０１、１０２にほぼ等輝度の２Ｄ化像１０５、１０６を表示した場合には、表示面１０１、１０２の奥行き位置の中間付近に３次元物体があるように感じられる。この場合に、この３次元物体は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。 By displaying in this way, even if the 2D images 105 and 106 are displayed due to the physiological or psychological factors or illusions of the observer (person) 100, the observer 100 is as if the display surface is displayed. It feels as if a three-dimensional object is located between 101 and 102. For example, when the 2D images 105 and 106 having substantially equal luminance are displayed on the display surfaces 101 and 102, it is felt that there is a three-dimensional object near the middle of the depth position of the display surfaces 101 and 102. In this case, the three-dimensional object is perceived by the observer 100 with a stereoscopic effect.
なお、前述した説明においては、３次元物体全体の奥行き位置を、表示面１０１、１０２に表示した２次元像を用いて表現する方法について説明したが、図６に示す３次元表示装置は、３次元物体自体が有する奥行きを表現する方法としても使用できることは明らかである。 In the above description, the method of expressing the depth position of the entire three-dimensional object using the two-dimensional images displayed on the display surfaces 101 and 102 has been described. However, the three-dimensional display device shown in FIG. Obviously, it can also be used as a method of expressing the depth of the dimensional object itself.
３次元物体自体が有する奥行きを表現する場合における重要な要点は、図６に示す構成を有する装置上で、２Ｄ化像１０５、１０６の各々の部位の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体の各部位が有する奥行き位置に対応して変えることである。 An important point in expressing the depth of the three-dimensional object itself is an overall view of the luminance of each part of the 2D images 105 and 106 viewed from the observer 100 on the apparatus having the configuration shown in FIG. It is to change corresponding to the depth position that each part of the three-dimensional object has while maintaining a constant luminance.
＜第１の実施形態＞
次に、本発明の第１の実施形態による３次元表示装置を説明する。図１は、第１の実施形態の構成を示す模式図である。この図において、符号１、２、３、４は、奥行き標本化型３次元表示方式による書き割りにした複数の２次元像を表示する表示面である。通常の奥行き標本化型３次元表示方式による複数の２次元像とは異なり、観察者が観察する側（観察者に近い側）に配置される手前側の像を、表示面１に表示し、観察者が観察する側から遠い奥側の像は表示面４に表示する。通常の奥行き標本化方式との違いは、奥行きが反転した順番となることである。
<First Embodiment>
Next, the three-dimensional display device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the first embodiment. In this figure, reference numerals 1, 2, 3, and 4 are display surfaces for displaying a plurality of two-dimensional images that are divided by the depth sampling type three-dimensional display method. Unlike a plurality of two-dimensional images by a normal depth sampling type three-dimensional display method, an image on the near side arranged on the side observed by the observer (side closer to the observer) is displayed on the display surface 1, An image on the far side far from the side observed by the observer is displayed on the display surface 4. The difference from the normal depth sampling method is that the depth is reversed.
符号５は、鏡を用いた結像光学系である。結像光学系５は、２枚の鏡を直角に配置したものを多数並べたものを利用する。一般的には、コーナーミラー、コーナーリフレクタ、あるいはコーナーキューブと言われる光学系が多数並んだコーナーミラーアレイ、コーナーリフリクタアレイ、あるいはコーナーキューブアレイと言われるものである。図２は、２面の鏡を直角に配置したものを多数並べた結像光学系５の構成を示す図である。 Reference numeral 5 denotes an imaging optical system using a mirror. The imaging optical system 5 uses a plurality of two mirrors arranged at right angles. In general, it is called a corner mirror array, corner reflector array, or corner cube array in which a large number of optical systems called corner mirrors, corner reflectors, or corner cubes are arranged. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical system 5 in which a large number of two mirrors arranged at right angles are arranged.
２面のコーナーミラーの特性として、各鏡の垂線で作る平面内においては光を再帰的に反射するという特性がある。この特性を持つ２面のコーナーミラーを同一平面内にアレイ構造で配置させると、ある位置の点光源から発せられた光線は、その平面内の全ての２面コーナーミラーで反射されるため、その位置の面対称位置を必ず通ることとなり、像が結像することとなる。鏡と正対する方向の斜め上から観察者１００が観察すると、結像光学系の観察者１００とは反対側にある物体（表示面１、２、３、４）が、観察者１００側の空中に結像し、結像した表示面１’、２’、３’、４’が浮かんで見える。これにより、各表示面１、２、３、４に表示した２次元像が３次元物体としてが空中に浮かんで見えることになる。ただし、物体の像の奥行きは逆転することとなる。 As a characteristic of the two-sided corner mirror, there is a characteristic that light is recursively reflected in a plane formed by a perpendicular line of each mirror. If two corner mirrors with this characteristic are arranged in an array structure in the same plane, the light emitted from a point light source at a certain position is reflected by all the two corner mirrors in the plane. The image always passes through a plane-symmetrical position, and an image is formed. When the observer 100 observes from diagonally above in the direction facing the mirror, the object (display surfaces 1, 2, 3, 4) on the opposite side of the image forming optical system from the observer 100 is in the air on the observer 100 side. The imaged display surfaces 1 ′, 2 ′, 3 ′, and 4 ′ appear to float. As a result, the two-dimensional images displayed on the display surfaces 1, 2, 3, and 4 appear to float in the air as three-dimensional objects. However, the depth of the object image is reversed.
なお、図１に示す構成では、表示面の数を４としているが、表示面の数は２以上であればよい。 In the configuration shown in FIG. 1, the number of display surfaces is four, but the number of display surfaces may be two or more.
このように、観察者１００と結像光学系５の間に、奥行き標本化型３次元表示による３次元像が正しい奥行きで物理的な装置の無い空間上に結像されることで、観察者１００は物理的な表示面に阻まれることなく、空間に浮いている３次元像に直接に手をかざしたり、触れたりすることができるようになる。 As described above, the three-dimensional image by the depth sampling type three-dimensional display is formed between the observer 100 and the imaging optical system 5 in the correct depth on a space without a physical device, thereby allowing the observer. The hand 100 can directly touch or touch a three-dimensional image floating in the space without being obstructed by a physical display surface.
また、通常、３次元物体の奥行きを反転させるためにはあらかじめ奥行きを反転させた特殊な映像を生成する処理が必要となるが、奥行き標本化型３次元表示方式の場合では、映像を入力する物理的な表示面を入れ替える、あるいは入力する映像信号の接続の順番を入れ替えるだけでよく、特別な画像処理をすることなく、簡便な構成で正しい奥行きを実現できる。 In general, in order to invert the depth of a three-dimensional object, it is necessary to generate a special image in which the depth is inverted in advance. In the case of a depth sampling type three-dimensional display method, an image is input. It is only necessary to replace the physical display surface or the order of connection of the input video signals, and the correct depth can be realized with a simple configuration without performing special image processing.
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態による３次元表示装置を説明する。図３は、第２の実施形態の構成を示す模式図である。図３に示す鏡を用いた結像光学系５は、第１の実施形態のもの（図１に示す結像光学系５）と同様である。図３に示す表示面６、７は、ＤＦＤ型３次元表示方式による前後２面の表示面である。観察者１００が観察する側（観察者１００に近い側）に配置される手前側の像を、表示面６に表示し、観察者１００が観察する側から遠い奥側の像は表示面７に表示する。これによって、表示面６、７が、観察者１００側の空中に結像し、結像した表示面６’、７’が浮かんで見えることになる。
<Second Embodiment>
Next, a 3D display device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the second embodiment. The imaging optical system 5 using the mirror shown in FIG. 3 is the same as that of the first embodiment (imaging optical system 5 shown in FIG. 1). The display surfaces 6 and 7 shown in FIG. 3 are front and rear two display surfaces according to the DFD type three-dimensional display method. The near-side image arranged on the side observed by the observer 100 (the side close to the observer 100) is displayed on the display surface 6, and the far-side image far from the side observed by the observer 100 is displayed on the display surface 7. indicate. As a result, the display surfaces 6 and 7 are imaged in the air on the viewer 100 side, and the imaged display surfaces 6 ′ and 7 ′ appear to float.
ＤＦＤ型３次元表示方式では、前後２面に表示される像の形状や柄は同一であり、その表示される映像の部分あるいは画素の輝度のみが異なっている。結像光学系５を用いるため、通常のＤＦＤ型３次元表示方式による前後２面の映像との違いは、映像自体は同一であるが、前後２面の輝度による表現のみが入れ替わることである。 In the DFD type three-dimensional display method, the shapes and patterns of images displayed on the front and rear surfaces are the same, and only the luminance of the displayed video portion or pixel is different. Since the imaging optical system 5 is used, the difference from the front and rear two-surface images by the normal DFD type three-dimensional display method is that the image itself is the same, but only the expression by the luminance of the two front and rear surfaces is replaced.
例えば、本来のＤＦＤ型３次元表示方式であれば、前後２面に同一の像が表示され、その一部分の輝度が、前面３０％、後面７０％での輝度表現である場合、第２の実施形態では、その輝度を、前面７０％、後面３０％というように、輝度の情報のみを前後で入れ替えることになる。ここでは前後の輝度を比率で表したが、絶対的な輝度（明るさの強度）の情報を入れ替えても同様である。 For example, in the case of the original DFD type three-dimensional display method, the same image is displayed on the front and rear two surfaces, and the luminance of a part thereof is the luminance expression on the front 30% and the rear 70%. In the embodiment, only the luminance information is exchanged before and after such that the luminance is 70% on the front surface and 30% on the rear surface. Here, the luminance before and after is expressed as a ratio, but the same applies if information on absolute luminance (brightness intensity) is replaced.
また、図３では、例として表示面を２面としているが、ＤＦＤ型３次元表示方式の前後２面の組を奥行き方向に多数組積層した構成であっても同様に、全ての表示面の輝度表現が奥行き方向に入れ替えればよい。 In FIG. 3, two display surfaces are shown as an example. However, even in a configuration in which a large number of sets of two front and rear surfaces in the DFD type three-dimensional display method are stacked in the depth direction, The luminance expression may be replaced in the depth direction.
これより、観察者１００と結像光学系５の間に、奥行き標本化型３次元表示による３次元像が正しい奥行きで物理的な装置の無い空間上に結像されることで、観察者１００は物理的な表示面に阻まれることなく、空間に浮いている３次元像に直接に手をかざしたり、触れたりすることができるようになる。 As a result, a three-dimensional image by depth sampling type three-dimensional display is formed between the observer 100 and the imaging optical system 5 at a correct depth in a space without a physical device, so that the observer 100 Can directly touch and touch a three-dimensional image floating in the space without being blocked by a physical display surface.
また、通常、３次元物体の奥行きを反転させるためにはあらかじめ奥行きを反転させた特殊な物体の映像を生成する処理が必要となるが、ＤＦＤ型３次元表示方式の場合では、物理的な前後面に表示する像は同一であり表示輝度の情報のみを入れ替えて制御するだけでよく、簡便な構成で正しい奥行きを実現できる。また、輝度の情報だけを入れ替える方法としては、一般的なアナログのビデオ信号として使われている「輝度信号」「色度信号」「同期信号」を送る伝送方式においては、この中の「輝度信号」のみを入れ替えるだけでよく、より簡便な構成が可能である。 In general, in order to invert the depth of a three-dimensional object, it is necessary to generate a special object image in which the depth is inverted in advance. The images displayed on the screen are the same, and only the information of the display luminance needs to be replaced and controlled, and the correct depth can be realized with a simple configuration. In addition, as a method of replacing only the luminance information, in the transmission method for transmitting “luminance signal”, “chromaticity signal”, and “synchronization signal” used as a general analog video signal, It is only necessary to replace “”, and a simpler configuration is possible.
以上説明したように、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に２次元像をそれぞれ表示する３次元表示方法において、その複数の２次元像の奥行き方向の順番を反転させ、かつ鏡を用いた結像光学系により反射させることで物理的な表示面と異なった空間位置に所望の像を結像させることができる。 As described above, in the three-dimensional display method for displaying two-dimensional images on a plurality of display surfaces at different depth positions as viewed from the observer, the order in the depth direction of the plurality of two-dimensional images is reversed, Moreover, a desired image can be formed at a spatial position different from the physical display surface by reflecting the image with an imaging optical system using a mirror.
これにより、奥行き標本化方式による３次元表示装置において、鏡を用いた結像光学系を用いることで、物理的な表示面に阻まれることなく観察者が３次元像に触れたり、手をかざしたりすることができる３次元表示空間を作り出すことができる。また、鏡を用いた結像光学系を用いることで、複数の像の奥行き方向の順番が入れ替わり、像の奥行きが反転するが、奥行き標本化方式では物理的な表示面に表示する順番を入れ替えるだけで簡単に正しい３次元像を表示することができる。また、特にＤＦＤ表示方式を用いる場合には、物理的な前後面に表示する像は同一であり表示輝度のみを制御していることから、前後面の表示輝度のみを反転させるたけで簡単に正しい３次元像を表示することができる。 Thus, in a three-dimensional display device using a depth sampling method, an imaging optical system using a mirror is used, so that an observer can touch a three-dimensional image or hold his hand without being obstructed by a physical display surface. 3D display space can be created. In addition, by using an imaging optical system that uses a mirror, the order of the depth direction of a plurality of images is switched and the depth of the image is reversed, but in the depth sampling method, the order of display on the physical display surface is switched. A simple three-dimensional image can be displayed simply. In particular, when the DFD display method is used, the images displayed on the physical front and rear surfaces are the same, and only the display luminance is controlled. A three-dimensional image can be displayed.
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行っても良い。 As mentioned above, although embodiment of this invention has been described with reference to drawings, the said embodiment is only the illustration of this invention, and it is clear that this invention is not limited to the said embodiment. is there. Accordingly, additions, omissions, substitutions, and other changes of the components may be made without departing from the technical idea and scope of the present invention.
観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示装置を備える３次元表示装置において、３次元映像を空間に提示することが不可欠な用途に適用できる。 In a three-dimensional display device including a plurality of display devices arranged at different depth positions as viewed from the observer, the present invention can be applied to applications where it is essential to present a three-dimensional image in space.
１、２、３、４、６、７・・・表示面、５・・・結像光学系 1, 2, 3, 4, 6, 7 ... display surface, 5 ... imaging optical system
Claims (7)
観察者と複数の前記表示面との間に、面対称で該観察者側の空間に前記表示面の実像を結像させる結像光学系を具備することを特徴とする３次元表示装置。 A three-dimensional display device that displays a three-dimensional image by superimposing and displaying two-dimensional images obtained by discretely sampling objects displayed on a plurality of display surfaces at different depth positions from an observer. There,
A three-dimensional display device comprising an imaging optical system that forms a real image of the display surface in a space on the viewer side symmetrically between the observer and the plurality of display surfaces.
観察者と複数の前記表示面との間に設けた結像光学系によって、面対称で前記観察者側の空間に前記表示面の実像を結像させることによって３次元像を表示することを特徴とする３次元表示方法。 A three-dimensional display device that displays a three-dimensional image by superimposing and displaying two-dimensional images obtained by discretely sampling objects displayed on a plurality of display surfaces at different depth positions from an observer. A three-dimensional display method to be performed,
A three-dimensional image is displayed by forming a real image of the display surface in a space on the observer side in a plane symmetry with an imaging optical system provided between the observer and the plurality of display surfaces. 3D display method.
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