JP3845060B2 - 反射型立体ディスプレイシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立体ディスプレイシステムに関し、さらに詳しくは、反射型立体ディスプレイシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に３次元画像を実現する技術のうち、レンズアレイを使用するIP（Integral Photography）方式は１９０８年リップマン（Lippmann）によって最初に提案された後、次第に改善されたが、その間に撮影素子やディスプレイ素子技術の限界のために大きい注目を受けず、高分解能撮影素子と高解像度ディスプレイ素子の開発と共に最近研究が活発になっている。
図１にIP方式の基本的な原理が示されている。IP方式は図１のように、全体システムが大別して二つの機能部（撮影/表示）で構成される。まず、撮影部分ではレンズアレイを構成する基礎レンズ群によって生成される３次元物体の多様な方向からの基礎映像が撮影素子に保存される。表示部分では撮影部分の逆過程として、保存された基礎映像群が表示装置によって表示され、再びこの基礎映像群がレンズアレイを通過しながら合わせられて元来３次元物体があった位置において３次元映像として再生される。
図２にIP方式での映像が再生される原理が更に詳しく示されている。図２の（ａ）の表示装置に基礎映像群が表示されれば、その基礎映像群は（ｂ）にある各々の基礎レンズを通じて（ｃ）部分に像として結ばれる。
したがって、基礎映像群の間隔の変化によって表示される像の深さ感覚が調節されて立体映像を作ることができるようになっている。
従来のIPシステムでは撮影装置と表示装置として写真フィルムが利用されてきたので、動映像が不可能であったが、最近はCCDカメラ及びディスプレイ装置を利用して動映像も立体的に表示できるようになった。図３に従来の動映像を立体的にディスプレイするIPシステムの構造が示されており、図３のように撮影装置としてCCDカメラを使用し、ディスプレイ装置としてLCDパネルを使用する方法で３次元動映像の表示を可能にした。
このようなIP方式を利用した立体ディスプレイシステムは特別な眼鏡なしに３次元映像を比較的多様な視点から見られるという長所がある反面、大型に製作するのが難しいレンズアレイを利用しなければならないために、大型化し難いなどの短所がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が目的とする技術的課題は、IP方式で３次元ディスプレイが可能でありながらも、大型化が容易な反射型立体ディスプレイシステムを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような技術的課題を達成するため、本発明の特徴による反射型立体ディスプレイシステムは、
基礎映像を提供する映像提供手段と、前記基礎映像を表示する映像表示手段と、前記映像表示手段と同一軸上に位置している投影レンズ系と、前記投影レンズ系と同一軸上に位置している凹面鏡アレイとを含み、前記投影レンズ系は前記映像表示手段を通して表示される映像を前記凹面鏡アレイに投影させ、前記凹面鏡アレイは前記投影される映像を反射させながら集合させて立体映像として表示する。
ここで、凹面鏡アレイは基礎映像の投射方向及び投射距離に応じて球面または非球面凹面鏡形態に構成され、また、前記凹面鏡アレイのアレイ面は曲面形態に構成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる最も好ましい実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。
一般にIP方式の立体ディスプレイシステムの場合、大型化の最も大きい難点はレンズアレイを大型化するのが難しく、大画面表示が容易なプロジェクション方式のディスプレイシステムとレンズアレイの組み合わせが難しいということである。したがって、レンズアレイを使用して大画面立体ディスプレイを実現するためにはディスプレイ自体の大きさが非常に大きくなる。また、大型レンズアレイを大型ディスプレイ装置の前に完全に平行に位置させる仕事も容易でない。したがって、レンズアレイが表示装置前に位置する方式のIP立体ディスプレイシステムは大型化するのが難しい。
一方、光学的に見る時、凸レンズと凹面鏡は光軸の変化を除いて類似の特性を持っている。図４に一般的な凸レンズと凹面鏡の特性を示す。
凸レンズが図４（ａ）のように光の進行方向で焦点距離fの点に光を集める反面、凹面鏡は図４（ｂ）のように光が反射される方向で焦点距離、f´の点に光を集める。言い換えれば、凹面鏡は光を反射させる点を除いては凸レンズと光学的に等価な役割を果たすことができる。
この点を利用して本発明の実施例では既存の凸レンズアレイを通じて実現した透過形IP方式のディスプレイシステムを反射型IP方式のディスプレイシステムで実現した。反射型IP方式は凹面鏡アレイと基礎映像再生部分が空間的に離れて位置することができるために、プロジェクション方式として実現でき、したがって、SLM（Spatial Light Modulator、空間光変調器）のように小さいディスプレイ装置でも容易に大画面を実現することができる。
図５にこのような原理に基づいて構成された本発明の実施例による反射型立体ディスプレイシステムの構造が示されている。
本発明の実施例による反射型立体ディスプレイシステムは基礎映像を提供する映像提供部１、映像提供部１で提供される基礎映像を表示する映像表示部（投射型ディスプレイ装置）２、映像表示部２と同一軸上に順次に位置している投影レンズ系３及び凹面鏡アレイ４を含む。
映像提供部１は一般的な撮影システムで、例えば被写体を結像するレンズと、レンズによって結像された被写体の映像に対する電気的な信号を出力する撮影素子、撮影素子から出力される電気的な信号を処理（ノイズ除去、信号増幅など）して基礎映像を形成する信号処理部を含むCCDカメラであってもよく、また、入力された情報に基づいて基礎映像を計算して生成するコンピュータであってもよい。
映像表示部（投射型ディスプレイ装置）２は映像提供部１で生成された基礎映像を表示する装置であって、LCDやDMD（DeformableMirror Device）のような空間光変調器と、映像提供部１で提供する映像によって光変調器を駆動させる駆動ドライバーと、空間光変調器に光を投影させる光源を含む。このような投射型ディスプレイ装置からなる 映像表示部で映像が表示される技術は既に公知であるから詳細な説明は省略する。
投影レンズ系３は表示される基礎映像を集光して凹面鏡アレイ４に投影させ、少なくとも一つ以上の投影レンズからなる。
凹面鏡アレイ４は図５のようにN×M（ここで、N=MまたはN≠M）の行列として構成された複数の凹面鏡からなる。ここで、凹面鏡は基礎映像の投射方向及び投射距離に応じて凸レンズのように一定の距離に像を結ぶ役割を果たすために球面または非球面に製作される。
一般に球面凹面鏡は製作上の便宜により多様な光学的システムに多く用いられているが、球面収差を有しているという短所がある。このような短所を除去するために収差をなくしたものが非球面凹面鏡である。したがって、収差のない非球面凹面鏡で凹面鏡アレイを構成するのが一層好ましいと言えるが、製作がこれより容易な球面凹面鏡で凹面鏡アレイを形成しても本発明の効果を示すのには支障がない。一方、このように球面あるいは非球面凹面鏡で凹面鏡を作る時、凹面鏡アレイ面（各凹面鏡が位置して形成されるアレイ面）を平面あるいは非平面形態にすることができる。
このような構造からなる本発明の実施例による反射型立体ディスプレイシステムの作用について更に具体的に説明する。
映像提供部１は撮影または計算などによって基礎映像を生成して映像表示部２に提供し、投射型ディスプレイ装置からなる映像表示部２は基礎映像を表示する。投影レンズ系３は映像表示部２を通して表示される基礎映像を凹面鏡アレイ４に投影させ、投影された基礎映像群はレンズアレイを通過しながら集合するように凹面鏡アレイ４で反射されながら集合して立体映像を表示する。
図６に本発明の実施例による立体ディスプレイシステムを通じて立体映像が再生される原理が更に詳細に示されている。
表示装置である投射型ディスプレイ装置、つまり、映像表示部２に基礎映像が表示されれば、図６のように、その基礎映像群は投影レンズ系３によって凹面鏡アレイ４から一定の距離であるAに投射される。投射された基礎映像群は凹面鏡アレイ４によってB位置近辺で深さ感覚を有して結像され観察者はC位置から立体映像を見ることができる。
また、凹面鏡アレイのアレイ面は必ず平面である必要はなく、曲面形態に製作することもできる。図７（ａ）及び図７（ｂ）に凹面鏡アレイ面が平面形態である場合と曲面形態である場合の例が示されている。
図７（ａ）のように、凹面鏡アレイ面が平面形態である場合には図６（ｃ）の位置から観測者が直接的に立体映像を観測できるためには基礎映像が位置する平面で基礎映像が一層広く分布されていなければならず、このために映像表示部の大きさ（つまり、映像表示部の広さ）が凹面鏡アレイ面が曲面形態である場合より大きくなければならない。
凹面鏡アレイ面が図７（ｂ）のように曲面形態に製作された場合には曲面形のアレイ面が拡散する光を集める役割をするので、凹面鏡アレイ面が平面形態である場合より映像表示部の大きさが小さくてもよく、投射される光の拡散のために直接的な観察が困難な問題を解決できる。
ここで、アレイ面の曲率と大きさは映像表示部に表示された基礎映像群が投影レンズ系によって拡散する程度及び大きさによって決められる。したがって、このような構造は大画面立体ディスプレイシステムを構成しようとする場合、全体凹面鏡アレイの大きさ程度の大型ディスプレイ装置が必要でなく、ビームプロジェクターを使用すれば十分なのでより有利である。
本発明は請求範囲を逸脱しない範囲で様々な変更及び実施が可能である。
【０００６】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の実施例による立体ディスプレイシステムでは凹面鏡アレイを使用することによって、反射型IP方式の３次元ディスプレイシステムを提供し、また、凹面鏡アレイの製作が容易であり、大画面実現が容易なプロジェクションディスプレイシステムに適用しやすいので、既存のレンズアレイでは実現しがたい大画面の３次元映像を容易に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的な立体ディスプレイのためのIPの基本概念図である。
【図２】 IPの再生原理を示した図面である。
【図３】 従来の動映像を立体的に表示するIPシステムの構造を示した図面である。
【図４】 （ａ）一般的な凸レンズの特性を示した図面である。
（ｂ）一般的な凹面鏡の特性を示した図面である。
【図５】 本発明の実施例による反射型立体ディスプレイシステムの構造を示した図面である。
【図６】 本発明の実施例による反射型立体ディスプレイシステムでの映像再生原理を示した図面である。
【図７】 （ａ）本発明の実施例による凹面鏡アレイの一例を示した図面である。
（ｂ）本発明の実施例による凹面鏡アレイの一例を示した図面である。
【符号の説明】
１：映像提供部
２：映像表示部
３：投影レンズ系
４：凹面鏡アレイ

Claims (2)

1. ＩＰ方式を用いて３次元ディスプレイが可能な立体ディスプレイシステムであって、
   基礎映像を提供する映像提供部と、
   前記基礎映像を表示する映像表示部と、
   前記映像表示手段と同一軸上に位置している投影レンズ系と、
   前記投影レンズ系と同一軸上に位置しており、N×M（ただし、N=MまたはN≠M）の行列として構成された複数の凹面鏡からなる凹面鏡アレイとを含み、
   前記投影レンズ系は前記映像表示部を通じて表示される映像を前記凹面鏡アレイに投影させ、前記凹面鏡アレイは前記投影される映像を反射させながら集合させて立体映像として表示し、
   前記凹面鏡アレイのアレイ面が曲面形態であることを特徴とする立体ディスプレイシステム。
2. 前記凹面鏡アレイの各凹面鏡は基礎映像の投射方向及び投射距離に応じて球面または非球面凹面鏡形態に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の立体ディスプレイシステム。

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