JP2018010055A - 画像表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の投射部と、光制御レンズと、レンズアレイとを備える。複数の投射部は、投射面上に要素画像をそれぞれ投射する。光制御レンズは、投射面と平行に配置され、複数の投射部から入射する投射光を収束する。レンズアレイは、光制御レンズから入射する投射光を収束する複数の要素レンズを配列してなる。投射面と光制御レンズとの距離は、光制御レンズの焦点距離と等しいことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
[1]の構成によれば、光制御レンズを透過する複数の投射部からの投射光は、平行光となって要素レンズに入射する。各要素レンズの焦点が分布する面には、要素レンズを透過した複数の投射部からの投射光の一部をなす光線がそれぞれ収束して輝点が形成される。立体像を表す画素として作用する輝点は、要素レンズの焦点よりも空間的に密に形成され、各輝点からの投射光が互いに重畳して放射される。そのため、投射部の投射素子や要素レンズの径を微細にしなくても、立体像の解像度を向上することができる。
[2]の構成によれば、レンズアレイからの投射光が進行する方向の距離が焦点距離となる前焦点面において、投射部が配置される方向の各等分点に輝点が形成される。複数の投射部で形成された輝点位置が均等になるため、立体像の解像度が向上するとともに、複数の投射部で異なる投射方向から投射して輝点を形成するため、立体像が観察される視域を拡大することができる。
[3]の構成によれば、各投射部からの要素画像を表す投射光は、各要素レンズの光軸方向に入射する。そのため、レンズアレイから投射光が受光される方向の距離が焦点距離となる後焦点面において、各投射部からの要素画像の全体が結像する。各輝点から到来する光線を統合して得られる要素画像の全体が互いに重畳して観察されるので、確実に立体像が視認される。
[4]の構成によれば、後焦点面に形成される輝点が、各視点から観察される共通の被写体を表す要素画像の画素として生成される。各輝点の位置は、投射部の位置に基づいて一意に定まるため、その投射部に投射させる要素画像を容易に制作することができる。
図1は、本実施形態に係る画像表示システム1の構成例を示すブロック図である。
画像表示システム1は、立体映像生成部10と、映像記録再生部11と、プロジェクタアレイ12と、光制御レンズ13と、レンズアレイ14と、を含んで構成される。プロジェクタアレイ12は、複数のプロジェクタユニットを含み、それらを所定の方向に配列して形成される。レンズアレイ14は、複数の要素レンズを含み、それらを共通の平面内に配列して形成される。
次に、本実施形態に係る画像表示システム1の光学配置の一例について説明する。
図2は、本実施形態に係る画像表示システム1の光学配置の一例を示す図である。
図2に示す例では、プロジェクタアレイ12は、N台のプロジェクタユニット121〜12Nを含んで構成される。Nは、2以上の整数である。また、図2において、立体映像生成部10と映像記録再生部11の図示が省略されている。
また、レンズピッチp内で、プロジェクタユニット121〜123のそれぞれの投射光に基づく輝点を3等分、すなわち均等にm=p/3と設定する場合には、距離Lをp・F/(3・f)と設定すればよい。
従って、レンズピッチpのM等分の位置、即ち、Δs=p/Mとなる位置に輝点を形成するには、M+1台またはM台のプロジェクタユニットを間隔ΔLで均等に配列すればよい。Mは、2以上の整数である。このとき、間隔ΔLは、式(6)で与えられるように、レンズピッチpに、要素レンズの焦点距離fに対する光制御レンズ13の焦点距離Fの比F/fを乗じて得られる距離p・F/fをM等分した値となる。
次に、前焦点面15内に等間隔に形成される輝点の配置パターンの例について説明する。図5(a)に示す例では、輝点の配置パターンは正方配列である。つまり、輝点は、正方格子の各格子点上にx、y方向それぞれに等間隔に配列されている。破線で示す正方形の領域は、その中心が各1個の要素レンズの焦点f0となる領域である。正方形は、周期的に繰り返して形成される正方格子の単位図形に相当する。各領域は、それぞれの要素レンズに対応する。1つの領域には、4個の輝点が含まれる。図5(a)において、a、b、c、dは、それぞれプロジェクタユニットの投射光に基づく輝点を示す。x方向の輝点間隔Δxは、x方向のレンズピッチpxの1/2に相当する。y方向の輝点間隔Δyは、y方向のレンズピッチpyの1/2に相当する。なお、図5(a)に示す例では、x方向の輝点間隔Δxは、y方向の輝点間隔Δyと等しい。
次に、プロジェクタユニットの配置例について説明する。
図6(a)は、プロジェクタユニット12a〜12dの配置例を示す。プロジェクタユニット12a〜12dの光学中心の位置は、投射面上の単位図形に相当する正方形の各頂点に配置される。輝点a〜dのx−y平面内の配列方向は、それぞれ対応するプロジェクタユニット12a〜12dのx−y平面内の配列方向と逆方向である。より具体的には、プロジェクタユニット12a〜12dは、下方から上方、右方から左方の順に配列されているのに対し、輝点a〜dは、上方から下方、左方から右方の順に配列されている。輝点a〜dの中心点F0は、要素レンズの焦点f0に対応する点である。また、x、y方向に隣接するプロジェクタユニット間の間隔ΔLx、ΔLyは、それぞれΔx・F/f、Δy・F/fである。レンズピッチpx、pyを用いて表すと、間隔ΔLx、ΔLyは、それぞれpx・F/(2・f)、py・F/(2・f)となる。従って、中心点F0を中心とするx方向の幅がpx・F/f、y方向の幅がpy・F/fとなる正方形の領域内にプロジェクタユニット12a〜12dが配置されることで、クロストークが回避される。
次に、図3に例示される画像表示システム1を例にして、視認される立体像の視域について説明する。図8は、視域の一例を示す図である。プロジェクタユニット121〜123のそれぞれからの投射光は、レンズアレイ14を構成する要素レンズにより収束され、前焦点面15内に輝点l1、l2、l3が形成される。輝点l2は、その要素レンズの焦点に相当する。視聴者は、輝点l1、l2、l3からそれぞれ放射される光線が表す像を視認する。θ1は、プロジェクタユニット122からの投射光に基づく像が視認される視域1の視域角を示す。視域角θ1は、輝点l2に対向する要素レンズの見込み角、つまり、輝点l2から端点e2の方向と、輝点l2から端点e3とのなす角度に相当する。従って、視域角θ1は、2・arctan(p/(2・f))となる。θ2は、プロジェクタユニット121、123のそれぞれからの投射光に基づく像が視認される視域2の視域角を示す。視域角θ2は、輝点l1から端点e1の方向と、輝点l3から端点e4の方向とのなす角度に相当する。端点e1は、輝点l1に対向する要素レンズに対して、輝点l2から輝点l1の方向に隣接する要素レンズの端点である。端点e4は、輝点l3に対向する要素レンズに対して、輝点l2から輝点l3の方向に隣接する要素レンズの端点である。従って、視域角θ2は、2・arctan(p/f)と、視域角θ1よりも大きい。網掛けで塗りつぶされた領域は、領域1、2が重なり合う領域3である。領域3は、3つの輝点l1、l2、l3の全てから放射される投射光に基づく像が観察され領域である。言い換えれば、レンズアレイ14の正面となる領域3から解像度が高い立体像が観察される。
この構成によれば、レンズアレイ14からの投射光が進行する方向の距離が焦点距離fである前焦点面15において、プロジェクタユニットが配置される方向の各等分点に輝点が形成される。複数の投射部で形成された輝点位置が均等になるため、立体像の解像度が向上するとともに、複数の投射部で異なる投射方向から投射し、輝点を形成するため立体像が観察される視域を拡大することができる。例えば非特許文献2に記載の方式では、レンズアレイに投射される投射光は平行光ではないため、インテグラル立体像が観察される視域が必ずしも所望の方向や角度に形成されない。これに対して、本実施形態に係る画像表示システム1では、立体像の解像度の向上と立体像が視認される視域の拡大とを両立することができる。
この構成によれば、各プロジェクタユニットからの要素画像を表す投射光は、各要素レンズの光軸方向に入射する。そのため、レンズアレイ14から投射光が受光される方向の距離が焦点距離fである後焦点面17において、各プロジェクタユニットからの要素画像の全体が偏らずに結像する。各輝点から放射される各プロジェクタユニットから到来する光線を統合して得られる要素画像の全体が互いに重畳して観察されるので、確実に立体像が視認される。例えば、非特許文献2に記載の方式では、複数のプロジェクタは、レンズアレイの表面に対してそれぞれ異なる角度で傾斜して配置されるので、多方向から投射光が投射される。そのため、レンズアレイから各要素レンズの焦点距離だけ離れた平面に各投射画像の焦点が結像されないことがある。従って、投射される投射光の一部が、対応する要素レンズに隣接する隣接レンズに投射されるクロストークが発生し、不要な立体像が形成されることがある。これに対し、本実施形態に係る画像表示システム1によれば、要素画像間におけるクロストークが回避されるので、不要な立体像の形成を防止することができる。
この構成によれば、各視点から観察される共通の被写体を表す要素画像を、形成される輝点を画素として生成することができる。各輝点の位置は、投射部、光制御レンズ、ならびに要素レンズの位置、および、光制御レンズならびに要素レンズの焦点距離に基づいて一意に定まる。例えば、非特許文献2に記載の方式では、輝点の位置が不均一であるため、実際の表示装置の表示特性を予め実測しておき、その特性に応じて要素画像を生成する必要があった。これに対し、本実施形態に係る画像表示システム1では、表示特性を予め実測することなく各投射部に投射させる要素画像を容易に制作することができる。そのため、立体像を表示する画像表示システム1の実用性が向上する。
また、上述した実施形態における立体映像生成部10および映像記録再生部11の一部、または全部をLSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。立体映像生成部10および映像記録再生部11の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
Claims (4)
- 投射面上に要素画像をそれぞれ投射する複数の投射部と、
前記投射面と平行に配置され、前記複数の投射部から入射する投射光を収束する光制御レンズと、
前記光制御レンズから入射する投射光を収束する複数の要素レンズを配列してなるレンズアレイと、
を備え、
前記投射面と前記光制御レンズとの距離は、前記光制御レンズの焦点距離と等しいこと
を特徴とする画像表示システム。 - 前記複数の投射部は、前記投射面上の少なくとも一方向に一定の間隔で配置され、または
前記複数の投射部は、前記投射面上の一方向と前記一方向に交差する他の方向に、方向毎に一定の間隔で配置され、
前記間隔は、隣接する要素レンズの間隔に、前記要素レンズの焦点距離に対する前記光制御レンズの焦点距離の比を乗じて得られる距離の1/N(但し、Nは、2以上の整数)であること
を特徴とする請求項1に記載の画像表示システム。 - 前記複数の投射部の光軸方向は、それぞれ前記複数の要素レンズの光軸方向に平行であること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像表示システム。 - 前記複数の投射部から入射する投射光が前記複数の要素レンズを通過して形成される輝点の位置に基づいて、前記複数の投射部に共通の被写体をそれぞれ異なる視点から観察される画像を前記要素画像として取得する画像取得部を備える
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の画像表示システム。
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