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JP7557347B2 - 3D image display device - Google Patents

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JP7557347B2
JP7557347B2 JP2020190094A JP2020190094A JP7557347B2 JP 7557347 B2 JP7557347 B2 JP 7557347B2 JP 2020190094 A JP2020190094 A JP 2020190094A JP 2020190094 A JP2020190094 A JP 2020190094A JP 7557347 B2 JP7557347 B2 JP 7557347B2
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Description

本発明は、所定の奥行き表示範囲毎に要素画像群を時分割で表示する3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 a group of elemental images in a time-division manner for each predetermined depth display range.

従来、3Dメガネを用いた二眼方式を筆頭として、多種多様な3次元映像表示方式が知られている。なかでも、光線再生により3次元映像を再生するライトフィールドディスプレイの1つとして、インテグラル方式が提案されている。 A wide variety of 3D image display methods are known, including the twin-eye method using 3D glasses. Among them, the integral method has been proposed as a type of light field display that reproduces 3D images by light reproduction.

このインテグラル方式は、表示デバイスの前面に多数の微小なレンズで構成されたレンズアレイを配置することで、水平・垂直に視差を有する自然な3次元映像を再生できる。また、インテグラル方式では、表示デバイスの画素密度やレンズアレイの設計により、3次元映像の表示特性が定まる。このインテグラル方式の課題として、3次元映像を深い奥行き位置で再生したとき、3次元映像の空間解像度が低下することが知られている。視域角を狭めることなく深い奥行位置で空間解像度を高くするには、レンズアレイのレンズピッチを長くし、焦点距離を長くすればよい。この場合、奥行きが浅い位置における3次元映像の空間解像度が低下するため、全ての奥行き表示範囲において空間解像度が高い3次元映像を再生することは困難である。 This integral method can reproduce natural 3D images with horizontal and vertical parallax by placing a lens array composed of many tiny lenses in front of the display device. Furthermore, with the integral method, the display characteristics of 3D images are determined by the pixel density of the display device and the design of the lens array. One issue with this integral method is that the spatial resolution of 3D images decreases when they are reproduced at deep depth positions. To increase the spatial resolution at deep depth positions without narrowing the viewing angle, the lens pitch of the lens array can be lengthened and the focal length can be increased. In this case, the spatial resolution of 3D images at shallow depth positions decreases, making it difficult to reproduce 3D images with high spatial resolution across the entire depth display range.

そこで、前記した課題を解決するために、時分割表示技術を用いて、深い奥行き位置における3次元映像の空間解像度特性を向上させる従来技術が提案されている(例えば、非特許文献1)。この従来技術では、1枚のレンズアレイと複数台の液晶ディスプレイを使用し、各液晶ディスプレイに要素画像群をフレームシーケンシャルで順次表示する。すなわち、従来技術では、複数台の液晶ディスプレイとレンズアレイとの距離に応じて空間解像度が高くなる奥行き位置がそれぞれ異なることを利用し、各液晶ディスプレイで再生した3次元映像を時分割で表示する。これにより、従来技術では、広い奥行き表示範囲において空間解像度が高い3次元映像を再生できる。 In order to solve the above-mentioned problems, a conventional technology has been proposed that uses a time-division display technique to improve the spatial resolution characteristics of 3D images at deep depth positions (for example, Non-Patent Document 1). This conventional technology uses one lens array and multiple LCD displays, and displays elemental images on each LCD display in frame sequential order. In other words, the conventional technology utilizes the fact that the depth positions at which spatial resolution is high differ depending on the distance between the multiple LCD displays and the lens array, and displays the 3D images played on each LCD display in a time-division manner. As a result, the conventional technology can play 3D images with high spatial resolution over a wide depth display range.

Applied Optics, Vol. 45, No. 18, June 2006Applied Optics, Vol. 45, No. 18, June 2006

しかし、前記した従来技術では、光線が各液晶ディスプレイを通過する際、液晶ディスプレイの画素開口周辺の遮蔽部などにより光線の輝度が大きく低下するために、非常に明るいバックライトを使用しないと表示映像が暗くなるという課題がある。また、従来技術では、液晶ディスプレイごとに映像の再生装置が必要になるため、システムの構成が大規模化し、複雑になるという課題がある。 However, with the above-mentioned conventional technology, as the light passes through each LCD display, the brightness of the light is significantly reduced due to the shielding around the pixel openings of the LCD display, so unless a very bright backlight is used, the displayed image becomes dark. Furthermore, with the conventional technology, a video playback device is required for each LCD display, which causes the system configuration to become large-scale and complex.

そこで、本発明は、空間解像度が高く、輝度の低下を抑制し、構成が簡易な3次元映像表示装置を提供することを課題とする。 Therefore, the objective of the present invention is to provide a three-dimensional image display device that has high spatial resolution, suppresses the decrease in brightness, and is simple in configuration.

前記課題を解決するため、本発明に係る3次元映像表示装置は、所定の奥行き表示範囲に対応する要素画像群を時分割で表示する3次元映像表示装置であって、要素画像で構成された要素画像群を表示する表示手段と、二次元状に配列された要素レンズで構成され、要素レンズが凸レンズとして機能するレンズ状態又は要素画像の光を透過する透過状態を切り替え可能なレンズアレイと、を備える構成とした。 To solve the above problem, the three-dimensional image display device according to the present invention is a three-dimensional image display device that displays a group of element images corresponding to a predetermined depth display range in a time-division manner, and is configured to include a display means that displays the group of element images made up of element images, and a lens array that is made up of element lenses arranged two-dimensionally and can switch between a lens state in which the element lenses function as convex lenses and a transmission state in which the element lenses transmit light from the element images.

かかる構成によれば、レンズアレイは、表示手段からの距離が異なるように、奥行き表示範囲毎に備えられている。そして、表示手段に近いレンズアレイは、表示手段から遠いレンズアレイより、要素レンズ同士の間隔が短く、かつ、要素レンズの焦点距離が短くなっている。すなわち、表示手段に近いレンズアレイは、レンズピッチ及び焦点距離が短いので、浅い奥行き位置において空間解像度が高い3次元映像を再生できる。一方、表示手段から遠いレンズアレイは、レンズピッチ及び焦点距離が長いので、深い奥行き位置において空間解像度が高い3次元映像を再生できる。 According to this configuration, a lens array is provided for each depth display range so that the distance from the display means is different. Furthermore, the lens array closer to the display means has a shorter distance between element lenses and a shorter focal length of the element lenses than the lens array farther from the display means. In other words, the lens array closer to the display means has a short lens pitch and focal length, so it can reproduce 3D images with high spatial resolution at shallow depth positions. On the other hand, the lens array farther from the display means has a long lens pitch and focal length, so it can reproduce 3D images with high spatial resolution at deep depth positions.

従って、3次元映像表示装置では、異なる奥行き表示範囲で空間解像度が高くなる要素画像群を時分割表示することで、全ての奥行き表示範囲で空間解像度が高い3次元映像を再生できる。さらに、3次元映像表示装置では、表示手段が1台だけなので構成が簡易になり、表示手段から出射した要素画像群の光が他の表示手段を通過しないため、輝度の低下を抑制できる。 Therefore, in a three-dimensional image display device, by time-divisionally displaying elemental image groups that have high spatial resolution in different depth display ranges, it is possible to reproduce three-dimensional images with high spatial resolution in all depth display ranges. Furthermore, since a three-dimensional image display device has only one display means, the configuration is simplified, and since the light of the elemental image groups emitted from the display means does not pass through other display means, a decrease in brightness can be suppressed.

本発明によれば、空間解像度が高く、輝度の低下を抑制し、構成が簡易な3次元映像表示装置を提供することができる。 The present invention provides a three-dimensional image display device that has high spatial resolution, suppresses brightness degradation, and is simple in configuration.

第1実施形態に係る3次元映像表示装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional image display device according to a first embodiment. 従来の立体表示装置において、(a)はナイキスト周波数を説明する説明図であり、(b)は観視空間周波数を説明する説明図である。FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating a Nyquist frequency in a conventional stereoscopic display device, and FIG. 従来の立体表示装置において、最大空間周波数を説明する説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a maximum spatial frequency in a conventional stereoscopic display device. 従来の立体表示装置において、視域角を説明する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a viewing zone angle in a conventional stereoscopic display device. 図1の3次元映像表示装置において、最大空間周波数を説明する説明図である。2 is an explanatory diagram illustrating a maximum spatial frequency in the three-dimensional image display device of FIG. 1 . 第2実施形態に係る3次元映像表示装置の概略構成図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the configuration of a three-dimensional image display device according to a second embodiment. 第2実施形態において、(a)はレンズ状態を説明する説明図であり、(b)は透過状態を説明する説明図である。In the second embodiment, (a) is an explanatory diagram for explaining a lens state, and (b) is an explanatory diagram for explaining a transmission state. 第3実施形態に係る3次元映像表示装置の概略構成図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the configuration of a three-dimensional image display device according to a third embodiment. 第3実施形態において、(a)は前段のレンズアレイをレンズ状態とする説明図であり、(b)は後段のレンズアレイをレンズ状態とする説明図である。In the third embodiment, (a) is an explanatory diagram in which the front-stage lens array is in the lens state, and (b) is an explanatory diagram in which the rear-stage lens array is in the lens state.

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に説明する各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。 Each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, each embodiment described below is intended to embody the technical concept of the present invention, and unless otherwise specified, the present invention is not limited to the following. In addition, the same means will be given the same reference numerals, and the description may be omitted.

(第1実施形態)
[3次元映像表示装置の構成]
図1を参照し、第1実施形態に係る3次元映像表示装置1の構成を説明する。
3次元映像表示装置1は、所定の奥行き表示範囲に対応する要素画像群を時分割で表示するものである。図1に示すように、3次元映像表示装置1は、表示手段2と、レンズアレイ3(3,3)と、同期制御装置4とを備える。
First Embodiment
[Configuration of 3D image display device]
The configuration of a three-dimensional image display device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The three-dimensional image display device 1 displays a group of elemental images corresponding to a predetermined depth display range in a time-division manner. As shown in Fig. 1, the three-dimensional image display device 1 includes a display unit 2, a lens array 3 ( 31 , 32 ), and a synchronization control device 4.

表示手段2は、要素画像で構成された要素画像群を表示する一般的な表示デバイスである。また、表示手段2は、後記する映像切替手段41からの指令に応じて、後記するレンズ状態のレンズアレイ3に対応した奥行き表示範囲の要素画像群を時分割で表示する。例えば、表示手段2として、液晶ディスプレイ、有機EL(organic Electro Luminescence)ディスプレイなどの直視型表示デバイスを使用できる。本実施形態では、表示手段2は、後記する焦点距離f,fが一致する箇所に配置されている。 The display means 2 is a general display device that displays a group of elemental images composed of elemental images. In addition, the display means 2 displays a group of elemental images in a depth display range corresponding to the lens array 3 in a lens state described later in a time-division manner in response to a command from the image switching means 41 described later. For example, a direct-view display device such as a liquid crystal display or an organic EL (organic electroluminescence) display can be used as the display means 2. In this embodiment, the display means 2 is disposed at a location where focal lengths f1 and f2 described later coincide.

レンズアレイ3は、二次元状に配列された要素レンズ30で構成されたものである。また、レンズアレイ3は、後記する切替制御手段40からの指令に応じて、レンズ状態又は透過状態を切り替え可能なレンズ/透過切替レンズアレイである。
なお、レンズ状態とは、要素画像の光に対して、各要素レンズ30が凸レンズとして機能する状態のことである。また、透過状態とは、各要素レンズ30が要素画像の光を透過する状態のことである。
The lens array 3 is composed of element lenses 30 arranged two-dimensionally. The lens array 3 is a lens/transmission switchable lens array that can switch between a lens state and a transmission state in response to a command from a switching control means 40 described later.
The lens state refers to a state in which each element lens 30 functions as a convex lens with respect to the light of the element image, and the transmission state refers to a state in which each element lens 30 transmits the light of the element image.

例えば、レンズアレイ3は、要素レンズ30としての液晶レンズを二次元アレイ状に配列したものを使用できる。ここで、液晶レンズは、液晶がレンズ状の空間に封入されており、印加した電圧に応じて実効的な屈折率を変化させて、レンズ状態又は透過状態を切り替えることができる。また、液晶レンズは、入射光の偏光状態を変えることで、レンズ状態又は透過状態を切り替えてもよい。 For example, the lens array 3 can be a two-dimensional array of liquid crystal lenses as element lenses 30. Here, the liquid crystal lens is made of liquid crystal sealed in a lens-shaped space, and can change the effective refractive index according to the applied voltage to switch between the lens state and the transmission state. The liquid crystal lens may also switch between the lens state and the transmission state by changing the polarization state of the incident light.

また、レンズアレイ3は、表示手段2からの距離が異なるように、奥行き表示範囲毎に備えられている。本実施形態では、表示手段2に近いレンズアレイ3、及び、表示手段2から遠いレンズアレイ3というように、2つのレンズアレイ3が備えられている。 Further, the lens array 3 is provided for each depth display range so that the distance from the display means 2 is different. In this embodiment, two lens arrays 3 are provided, such as a lens array 3 1 close to the display means 2 and a lens array 3 2 far from the display means 2.

ここで、表示手段2に近いレンズアレイ3は、表示手段2から遠いレンズアレイ3より、レンズピッチ(要素レンズ30同士の間隔)が短く、かつ、要素レンズ30の焦点距離が短くなっている。図1に示すように、レンズアレイ3のレンズピッチpは、レンズアレイ3のレンズピッチpよりも短くなっている。ここでは、レンズピッチpがレンズピッチpの半分なので、レンズアレイ3に対してレンズアレイ3が2倍の個数の要素レンズ30を備える。また、レンズアレイ3を構成する要素レンズ30の焦点距離fは、レンズアレイ3を構成する要素レンズ30の焦点距離fよりも短くなっている。 Here, the lens array 31 closer to the display means 2 has a shorter lens pitch (the distance between the element lenses 30) and a shorter focal length of the element lenses 30 than the lens array 32 farther from the display means 2. As shown in Fig. 1, the lens pitch p1 of the lens array 31 is shorter than the lens pitch p2 of the lens array 32. Here, since the lens pitch p1 is half the lens pitch p2 , the lens array 31 has twice as many element lenses 30 as the lens array 32. Also, the focal length f1 of the element lenses 30 constituting the lens array 31 is shorter than the focal length f2 of the element lenses 30 constituting the lens array 32.

なお、図1では、図面を見やすくするため、レンズアレイ3の要素レンズ30が1212個、レンズアレイ3の要素レンズ30が6個になっているが、多数の要素レンズ30を備えてもよい(例えば、数百個以上)。 In FIG. 1, for ease of understanding, the lens array 31 has 1,212 element lenses 30 and the lens array 32 has 6 element lenses 30, but a large number of element lenses 30 (e.g., several hundred or more) may be provided.

同期制御装置4は、要素画像群の表示タイミングと、レンズ状態又は透過状態の切替タイミングをフレーム単位で同期させるものであり、切替制御手段40と、映像切替手段41とを備える。例えば、同期制御装置4は、視聴者Aがフリッカーを知覚しない速度=N×60Hzで切り替えを行う(但し、レンズアレイ3の個数N)。 The synchronization control device 4 synchronizes the display timing of the elemental image group with the switching timing of the lens state or the transparent state on a frame-by-frame basis, and includes a switching control means 40 and an image switching means 41. For example, the synchronization control device 4 performs switching at a speed at which viewer A does not perceive flicker = N x 60 Hz (where N is the number of lens arrays 3).

切替制御手段40は、何れか一つのレンズアレイ3がレンズ状態となり、他のレンズアレイ3が透過状態となるように、レンズアレイ3の状態を時分割で切り替えるものである。本実施形態では、切替制御手段40は、レンズアレイ3がレンズ状態でレンズアレイ3が透過状態の場合と、レンズアレイ3が透過状態でレンズアレイ3がレンズ状態の場合とを交互に切り替える。 The switching control means 40 switches the state of the lens array 3 in a time-division manner so that one of the lens arrays 3 is in the lens state and the other lens array 3 is in the transmission state. In this embodiment, the switching control means 40 alternates between a case where the lens array 31 is in the lens state and the lens array 32 is in the transmission state, and a case where the lens array 31 is in the transmission state and the lens array 32 is in the lens state.

映像切替手段41は、レンズ状態のレンズアレイ3に対応した奥行き表示範囲の要素画像群を表示手段2に同期して表示させるものである。ここで、映像切替手段41は、レンズアレイ3がレンズ状態の場合、レンズアレイ3に対応した奥行き表示範囲の要素画像群を表示手段2に表示させる。また、映像切替手段41は、レンズアレイ3がレンズ状態の場合、レンズアレイ3に対応した奥行き表示範囲の要素画像群を表示手段2に表示させる。なお、レンズアレイ31,に対応した奥行き表示範囲の要素画像群は、予め記憶されていることとする。 The image switching means 41 synchronously displays the elemental image group in the depth display range corresponding to the lens array 3 in the lens state on the display means 2. Here, when the lens array 3-1 is in the lens state, the image switching means 41 displays the elemental image group in the depth display range corresponding to the lens array 3-1 on the display means 2. Also, when the lens array 3-2 is in the lens state, the image switching means 41 displays the elemental image group in the depth display range corresponding to the lens array 3-2 on the display means 2. It is assumed that the elemental image groups in the depth display range corresponding to the lens arrays 3-1 and 3-2 are stored in advance.

[3次元映像表示装置による時分割表示]
以下、3次元映像表示装置1による時分割表示の前提として、インテグラル方式の空間解像度特性について説明する。
最初に、インテグラル方式の空間解像度特性の理解を容易にするために、空間解像度特性を示す指標である最大空間周波数、ナイキスト周波数及び観視空間周波数を説明する。
[Time-division display by 3D image display device]
The spatial resolution characteristics of the integral system will be described below as a premise for time-division display by the three-dimensional image display device 1.
First, in order to facilitate understanding of the spatial resolution characteristics of the integral system, the maximum spatial frequency, the Nyquist frequency, and the visual spatial frequency, which are indices indicating the spatial resolution characteristics, will be described.

最大空間周波数βmax[cycles per radian(cpr)]は、以下の式(1)で表される。但し、βはナイキスト周波数[cpr]、βは観視空間周波数[cpr]である。また、minは、指定されたパラメータのうちの最小値を返す関数である。 The maximum spatial frequency β max [cycles per radian (cpr)] is expressed by the following formula (1), where β n is the Nyquist frequency [cpr], β is the visual spatial frequency [cpr], and min is a function that returns the minimum value of the specified parameters.

Figure 0007557347000001
Figure 0007557347000001

図2には、インテグラル方式を採用した従来の立体表示装置9を図示した。立体表示装置9は、要素画像群を表示する表示デバイス90と、要素レンズ91が二次元状に配列されたレンズアレイ92とを備える。 Figure 2 shows a conventional stereoscopic display device 9 that employs the integral method. The stereoscopic display device 9 includes a display device 90 that displays a group of elemental images, and a lens array 92 in which elemental lenses 91 are arranged two-dimensionally.

ナイキスト周波数βは、図2(a)に示すように、3次元映像Bが要素レンズ91でサンプリングされることによる空間周波数を示し、以下の式(2)で表される。なお、pはレンズアレイ92のレンズピッチ、Lは視聴者Aからレンズアレイ92までの視聴距離である。 2A, the Nyquist frequency βn indicates a spatial frequency resulting from sampling of a three-dimensional image B by element lenses 91, and is expressed by the following formula (2): p is the lens pitch of the lens array 92, and L is the viewing distance from the viewer A to the lens array 92.

Figure 0007557347000002
Figure 0007557347000002

一方、観視空間周波数βは、図2(b)に示すように、3次元映像Bが表示デバイス90の画素でサンプリングされることによる空間周波数を示し、以下の式(3)で表される。なお、fはレンズアレイ92の焦点距離、gは表示デバイス90の画素ピッチ、zは3次元映像Bの奥行き位置である。また、奥行き位置zは、視聴者Aの側が正である。 On the other hand, the perceived spatial frequency β indicates the spatial frequency resulting from sampling of the three-dimensional image B by the pixels of the display device 90, as shown in FIG. 2(b), and is expressed by the following equation (3). Note that f is the focal length of the lens array 92, g is the pixel pitch of the display device 90, and z is the depth position of the three-dimensional image B. Furthermore, the depth position z is positive on the viewer A side.

Figure 0007557347000003
Figure 0007557347000003

図3には、画素ピッチg=50μm、レンズピッチp=0.3mm、焦点距離f=1.5mm、視聴距離L=2000mmのときの空間解像度特性のグラフの一例を図示した。奥行き位置の原点(z=0)は、レンズアレイ92が位置する面(レンズアレイ面)である。但し、図3では、最大空間周波数βmaxの単位を[cycles per radian (cpr)]から[cycles per degree (cpd)]に変換している。 3 shows an example of a graph of spatial resolution characteristics when pixel pitch g=50 μm, lens pitch p=0.3 mm, focal length f=1.5 mm, and viewing distance L=2000 mm. The origin (z=0) of the depth position is the surface (lens array surface) on which the lens array 92 is located. However, in FIG. 3, the unit of the maximum spatial frequency β max is converted from [cycles per radian (cpr)] to [cycles per degree (cpd)].

図3に示すように、最大空間周波数βmaxは、3次元映像Bの奥行き位置zが浅いとき、ナイキスト周波数βとなる。一方、3次元映像Bの奥行き位置zが深くなると、ナイキスト周波数βよりも観視空間周波数βの影響が支配的になり、最大空間周波数βmaxが低下する。 3, the maximum spatial frequency βmax is the Nyquist frequency βn when the depth position z of the three-dimensional image B is shallow. On the other hand, when the depth position z of the three-dimensional image B becomes deep, the influence of the visual spatial frequency β becomes more dominant than the Nyquist frequency βn , and the maximum spatial frequency βmax decreases.

インテグラル3D映像の視域角について説明する。図4に示すように、インテグラル3D映像の視域角θは、レンズアレイ92のレンズピッチpと焦点距離fとによって決まり、以下の式(4)で表される。 The viewing angle of an integral 3D image will now be described. As shown in FIG. 4, the viewing angle θ of an integral 3D image is determined by the lens pitch p and focal length f of the lens array 92, and is expressed by the following equation (4).

Figure 0007557347000004
Figure 0007557347000004

次に、3次元映像表示装置1による要素画像群の時分割表示について説明する。
ここで、表示手段2に近いレンズアレイ3をレンズ状態にした場合を考える。この場合、式(2)のナイキスト周波数βが高くなるため、浅い奥行き位置zでは、3次元映像Bの空間解像度が高くなる。一方、式(3)の観視空間周波数βが低くなるため、深い奥行き位置zでは、3次元映像Bの空間解像度が低くなる。
Next, the time-division display of the elemental images by the three-dimensional image display device 1 will be described.
Here, consider the case where the lens array 31 closer to the display means 2 is in the lens state. In this case, the Nyquist frequency βn in equation (2) becomes high, so the spatial resolution of the three-dimensional image B becomes high at a shallow depth position z. On the other hand, the observed spatial frequency β in equation (3) becomes low, so the spatial resolution of the three-dimensional image B becomes low at a deep depth position z.

また、レンズアレイ3をレンズ状態にした場合と比べて、表示手段2から遠いレンズアレイ3をレンズ状態にした場合を考える。浅い奥行き位置zで3次元映像Bの空間解像度が低くなる代わりに、深い奥行き位置zで3次元映像Bの空間解像度が高くなる。 Also, consider a case where the lens array 32 , which is farther from the display means 2, is in the lens state, compared to a case where the lens array 31 is in the lens state. The spatial resolution of the three-dimensional image B becomes lower at a shallow depth position z, but the spatial resolution of the three-dimensional image B becomes higher at a deep depth position z.

以上より、3次元映像表示装置1は、あるフレームにおいて、レンズアレイ3をレンズ状態にして、浅い奥行き位置zの3次元映像Bのみを再生する。そして、3次元映像表示装置1は、次のフレームにおいて、レンズアレイ3をレンズ状態にして、深い奥行き位置zの3次元映像Bのみを再生する。このようにして、3次元映像表示装置1では、要素画像群を時分割表示することで、全ての奥行き位置zにおいて、高い最大空間解像度で3次元映像Bを再生できる。 As described above, in a certain frame, the three-dimensional image display device 1 sets the lens array 31 to the lens state and plays back only the three-dimensional image B at the shallow depth position z. Then, in the next frame, the three-dimensional image display device 1 sets the lens array 32 to the lens state and plays back only the three-dimensional image B at the deep depth position z. In this way, the three-dimensional image display device 1 can play back the three-dimensional image B at a high maximum spatial resolution at all depth positions z by displaying the elemental image group in a time-division manner.

なお、各レンズアレイ3で再生する3次元映像Bの視域角θは、同一にする必要がある。3次元映像Bの視域角θが異なる場合、最も視域角θが狭いレンズアレイ3と同一の視域角θになってしまい、光線再生が非効率的になる。図1の3次元映像表示装置1では、前記した式(4)に基づいて、以下の式(5)となるように、各レンズアレイ3,3のレンズピッチPと焦点距離fを設定する必要がある。 It is necessary to set the same viewing zone angle θ of the 3D image B reproduced by each lens array 3. If the viewing zone angle θ of the 3D image B is different, the viewing zone angle θ will be the same as that of the lens array 3 having the narrowest viewing zone angle θ, resulting in inefficient light reproduction. In the 3D image display device 1 of Figure 1, it is necessary to set the lens pitch P and focal length f of each lens array 3-1 , 3-2 so as to satisfy the following formula (5) based on the above formula (4).

Figure 0007557347000005
Figure 0007557347000005

3次元映像表示装置1が再生する3次元映像Bの空間解像度特性と各レンズアレイ3の奥行き表示範囲とのグラフを図5に図示した。図5の例では、レンズアレイ3のレンズピッチpが0.3mmで焦点距離fが1.5mm、レンズアレイ3のレンズピッチpが0.6mmで焦点距離fが3.0mmである。両レンズアレイ3で再生される3次元映像Bの視域角θは、式(4)より、約11度である。また、表示手段2の画素ピッチgが50μm、視聴距離Lが2000mmである。 A graph showing the spatial resolution characteristics of the three-dimensional image B reproduced by the three-dimensional image display device 1 and the depth display range of each lens array 3 is shown in Fig. 5. In the example of Fig. 5, the lens pitch p1 of the lens array 31 is 0.3 mm and the focal length f1 is 1.5 mm, and the lens pitch p2 of the lens array 32 is 0.6 mm and the focal length f2 is 3.0 mm. The viewing angle θ of the three- dimensional image B reproduced by both lens arrays 3 is about 11 degrees according to formula (4). In addition, the pixel pitch g of the display means 2 is 50 μm, and the viewing distance L is 2000 mm.

前記した式(1)~式(3)より、レンズアレイ3の最大空間解像度βmax1とレンズアレイ3の最大空間解像度βmax2とを算出すると、最大空間解像度βmax1,βmax2の交点の奥行き位置zが-16mmと19mmとになる。このため、レンズアレイ3は、-16~19mmの奥行き表示範囲Rで3次元映像Bを再生する。また、レンズアレイ3は、奥行き表示範囲Rより深い奥行き表示範囲Rで3次元映像Bを再生する。 When the maximum spatial resolution β max1 of the lens array 3 1 and the maximum spatial resolution β max2 of the lens array 3 2 are calculated from the above formulas (1) to (3), the depth positions z of the intersections of the maximum spatial resolutions β max1 and β max2 are -16 mm and 19 mm. Therefore, the lens array 3 1 plays back the 3D image B in a depth display range R 1 of -16 to 19 mm. Moreover, the lens array 3 2 plays back the 3D image B in a depth display range R 2 that is deeper than the depth display range R 1 .

なお、3次元映像表示装置1の奥行き表示範囲は、図5の例に限定されないことは言うまでもない。
また、3次元映像表示装置1は、奥行き表示範囲を3つ以上設定してもよい。この場合、3次元映像表示装置1では、奥行き表示範囲と同数のレンズアレイ3を備えると共に、各奥行き表示範囲に対応した要素画像群を表示手段2で時分割表示すればよい。
It goes without saying that the depth display range of the three-dimensional image display device 1 is not limited to the example shown in FIG.
Furthermore, the three-dimensional image display device 1 may set three or more depth display ranges. In this case, the three-dimensional image display device 1 may be provided with the same number of lens arrays 3 as the depth display ranges, and the elemental images corresponding to each depth display range may be displayed on the display means 2 in a time-division manner.

[作用・効果]
以上のように、3次元映像表示装置1では、異なる奥行き表示範囲で空間解像度が高くなる要素画像群を時分割することで、全ての奥行き表示範囲で空間解像度が高い3次元映像Bを再生できる。さらに、3次元映像表示装置1では、表示手段2が1台だけなので構成が簡易になり、表示手段2から出射した要素画像群の光が他の表示手段を通過しないため、輝度の低下を抑制できる。
[Action and Effects]
As described above, in the three-dimensional image display device 1, the elemental image group having high spatial resolution in different depth display ranges is time-divided, thereby making it possible to reproduce a three-dimensional image B having high spatial resolution in all depth display ranges. Furthermore, in the three-dimensional image display device 1, since there is only one display means 2, the configuration is simplified, and since the light of the elemental image group emitted from the display means 2 does not pass through other display means, a decrease in brightness can be suppressed.

(第2実施形態)
[3次元映像表示装置の構成]
図6を参照し、第2実施形態に係る3次元映像表示装置1Bの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。
3次元映像表示装置1Bは、偏光方向に応じて時分割で表示する点が、第1実施形態と異なる。図6に示すように、3次元映像表示装置1Bは、表示手段2と、レンズアレイ3B(3B,3B)と、同期制御装置4Bと、偏光切替素子5(5,5)とを備える。なお、表示手段2は、第1実施形態と同様のため、説明を省略する。
Second Embodiment
[Configuration of 3D image display device]
With reference to FIG. 6, the configuration of a three-dimensional image display device 1B according to the second embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment.
The three-dimensional image display device 1B differs from the first embodiment in that it displays images in a time-division manner according to the polarization direction. As shown in Fig. 6, the three-dimensional image display device 1B includes a display means 2, a lens array 3B ( 3B1 , 3B2 ), a synchronization control device 4B, and a polarization switching element 5 ( 51 , 52 ). Note that the display means 2 is the same as in the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.

まず、偏光切替素子5を説明する。
偏光切替素子5は、それぞれのレンズアレイ3の前段に配置され、表示手段2からの光の偏光方向を切り替えるものである。ここで、偏光切替素子5がレンズアレイ3Bの前段に配置され、偏光切替素子5がレンズアレイ3Bの前段に配置されている。また、偏光切替素子5は、後記する切替制御手段40Bからの同期信号に応じて、偏光方向を水平偏光又は垂直偏光に切り替える。
First, the polarization switching element 5 will be described.
The polarization switching elements 5 are disposed in front of each lens array 3, and switch the polarization direction of light from the display means 2. Here, the polarization switching element 51 is disposed in front of the lens array 3B1 , and the polarization switching element 52 is disposed in front of the lens array 3B2 . Furthermore, the polarization switching element 5 switches the polarization direction to horizontal polarization or vertical polarization in response to a synchronization signal from a switching control means 40B, which will be described later.

レンズアレイ3Bは、表示手段2からの距離が異なるように、奥行き表示範囲毎に備えられたものである。本実施形態では、表示手段2に近いレンズアレイ3B、及び、表示手段2から遠いレンズアレイ3Bというように、2つのレンズアレイ3Bが備えられている。 The lens array 3B is provided for each depth display range so that the distance from the display means 2 is different. In this embodiment, two lens arrays 3B are provided, such as a lens array 3B 1 close to the display means 2 and a lens array 3B 2 far from the display means 2.

また、レンズアレイ3Bは、要素レンズ30Bが、偏光回折レンズ31と、凸レンズ32とで構成されている。つまり、レンズアレイ3Bは、要素レンズ30Bとしての偏光回折レンズ31及び凸レンズ32が二次元状に配列されている。ここで、表示手段2に近いレンズアレイ3Bは、表示手段2から遠いレンズアレイ3Bより、レンズピッチが短く、かつ、要素レンズ30Bの焦点距離が短くなっている。例えば、レンズアレイ3Bに対して、レンズアレイ3Bは、2倍の個数の要素レンズ30Bを備える。 In addition, in the lens array 3B, the element lenses 30B are composed of a polarizing diffractive lens 31 and a convex lens 32. That is, in the lens array 3B, the polarizing diffractive lenses 31 and the convex lenses 32 as the element lenses 30B are two-dimensionally arranged. Here, the lens array 3B1 closer to the display means 2 has a shorter lens pitch and the focal length of the element lenses 30B is shorter than that of the lens array 3B2 farther from the display means 2. For example, the lens array 3B1 has twice the number of element lenses 30B as the lens array 3B2.

偏光回折レンズ31は、偏光方向に応じて焦点距離の正負が変化するレンズである。例えば、偏光回折レンズ31は、周期的に配向された液晶ポリマーで構成できる(Optica, Vol. 2, No. 11, pp. 958-964, November 2015)。また、偏光回折レンズ31として、直線偏光の代わりに円偏光の方向に応じて焦点距離の正負が切り替わる偏光回折レンズを用いてもよい。このとき、偏光切替素子5は、表示手段2からの光を右円偏光または左円偏光に切替える。
凸レンズ32は、偏光回折レンズ31毎に配置されたものであり、例えば、一般的な凸レンズである。
The polarized diffractive lens 31 is a lens whose focal length changes between positive and negative depending on the polarization direction. For example, the polarized diffractive lens 31 can be made of a periodically oriented liquid crystal polymer (Optica, Vol. 2, No. 11, pp. 958-964, November 2015). In addition, a polarized diffractive lens whose focal length changes between positive and negative depending on the direction of circular polarization instead of linear polarization may be used as the polarized diffractive lens 31. In this case, the polarization switching element 5 switches the light from the display unit 2 to right-handed circular polarization or left-handed circular polarization.
The convex lens 32 is disposed for each polarizing diffractive lens 31, and is, for example, a general convex lens.

なお、レンズアレイ3Bは、前段に配置された偏光切替素子5と組み合わせることで、第1実施形態と同様にレンズ状態又は透過状態の切り替えが可能となっており、その詳細を後記する。 The lens array 3B can be combined with a polarization switching element 5 arranged in front of it to switch between the lens state and the transmission state in the same way as in the first embodiment, as will be described in detail later.

同期制御装置4Bは、要素画像群の表示タイミングと、レンズ状態又は透過状態の切替タイミングとをフレーム単位で同期させるものであり、切替制御手段40Bと、映像切替手段41とを備える。なお、映像切替手段41は、第1実施形態と同様のため、説明を省略する。 The synchronization control device 4B synchronizes the display timing of the elemental image group with the switching timing of the lens state or the transparent state on a frame-by-frame basis, and includes a switching control means 40B and an image switching means 41. Note that the image switching means 41 is the same as in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

切替制御手段40Bは、何れか一つのレンズアレイ3Bがレンズ状態となり、他のレンズアレイ3Bが透過状態となるように、レンズアレイ3Bの状態を時分割で切り替えるものである。本実施形態では、切替制御手段40Bは、映像切替手段41と同期するように、レンズ状態又は透過状態の切替タイミングを示す同期信号を偏光切替素子5,5に出力する。これにより、切替制御手段40Bは、レンズアレイ3Bがレンズ状態でレンズアレイ3Bが透過状態の場合と、レンズアレイ3Bが透過状態でレンズアレイ3Bがレンズ状態の場合とを切り替えることができる。 The switching control means 40B switches the state of the lens array 3B in a time-division manner so that one of the lens arrays 3B is in the lens state and the other lens array 3B is in the transmission state. In this embodiment, the switching control means 40B outputs a synchronization signal indicating the switching timing of the lens state or the transmission state to the polarization switching elements 5-1 , 5-2 so as to be synchronized with the image switching means 41. This allows the switching control means 40B to switch between a case where the lens array 3B- 1 is in the lens state and the lens array 3B- 2 is in the transmission state, and a case where the lens array 3B- 1 is in the transmission state and the lens array 3B- 2 is in the lens state.

[レンズ状態又は透過状態の切り替え]
図7を参照し、レンズアレイ3Bにおけるレンズ状態又は透過状態の切り替えを詳細に説明する。
[Switching between lens state and transmissive state]
The switching of the lens state or the transmission state in the lens array 3B will be described in detail with reference to FIG.

偏光回折レンズ31は、入射する光線の偏光方向に応じて、焦点距離の正負が切り替わるという特徴がある。ここで、凸レンズ32の焦点距離をfとする。また、水平偏光の光線が入射したときの偏光回折レンズ31の焦点距離を+fとし、垂直偏光の光線が入射したときの偏光回折レンズ31の焦点距離を-fとする。 The polarizing diffraction lens 31 has the characteristic that its focal length switches between positive and negative depending on the polarization direction of the incident light beam. Here, the focal length of the convex lens 32 is f. Furthermore, the focal length of the polarizing diffraction lens 31 when a horizontally polarized light beam is incident is +f, and the focal length of the polarizing diffraction lens 31 when a vertically polarized light beam is incident is -f.

図7(a)に示すように、偏光切替素子5が入射光の偏光方向を水平偏光に切り替えた場合、入射光は、偏光回折レンズ31及び凸レンズ32で構成された要素レンズ30Bの焦点距離f/2に集光する。つまり、レンズアレイ3Bはレンズ状態となり、レンズアレイとして機能する。 As shown in FIG. 7(a), when the polarization switching element 5 switches the polarization direction of the incident light to horizontal polarization, the incident light is focused at the focal length f/2 of the element lens 30B composed of the polarizing diffraction lens 31 and the convex lens 32. In other words, the lens array 3B is in a lens state and functions as a lens array.

一方、図7(b)に示すように、偏光切替素子5が入射光の偏光方向を垂直偏光に切り替えた場合、偏光回折レンズ31の焦点距離が負のため、後段の凸レンズ32との間でレンズ作用が相殺される。つまり、レンズアレイ3Bは透過状態となり、入射光が屈折することなく通過する。 On the other hand, as shown in FIG. 7(b), when the polarization switching element 5 switches the polarization direction of the incident light to vertical polarization, the focal length of the polarizing diffraction lens 31 is negative, so the lens action is cancelled out between the rear convex lens 32. In other words, the lens array 3B is in a transmissive state, and the incident light passes through without being refracted.

なお、3次元映像表示装置1Bでは、水平偏光の光線が入射したときの偏光回折レンズ31の焦点距離を-fとし、垂直偏光の光線が入射したときの偏光回折レンズ31の焦点距離を+fとしてもよい。この場合、偏光切替素子5が入射光の偏光方向を水平偏光に切り替えた場合、レンズアレイ3Bは透過状態となり、入射光が屈折することなく通過する。一方、偏光切替素子5が入射光の偏光方向を垂直偏光に切り替えた場合、レンズアレイ3Bはレンズ状態となり、レンズアレイとして機能する。 In the three-dimensional image display device 1B, the focal length of the polarizing diffraction lens 31 when a horizontally polarized light ray is incident may be -f, and the focal length of the polarizing diffraction lens 31 when a vertically polarized light ray is incident may be +f. In this case, when the polarization switching element 5 switches the polarization direction of the incident light to horizontal polarization, the lens array 3B is in a transmissive state, and the incident light passes through without being refracted. On the other hand, when the polarization switching element 5 switches the polarization direction of the incident light to vertical polarization, the lens array 3B is in a lens state and functions as a lens array.

[作用・効果]
以上のように、3次元映像表示装置1Bは、偏光回折レンズ31及び凸レンズ32で構成されたレンズアレイ3Bと偏光切替素子5とを一組として、これらを複数組備えることで、多層のレンズ/透過切替レンズアレイを実現できる。その結果、3次元映像表示装置1Bは、第1実施形態と同様、全ての奥行き表示範囲で空間解像度が高い3次元映像Bを再生できる。さらに、3次元映像表示装置1Bでは、表示手段2が1台だけなので構成が簡易になり、表示手段2から出射した要素画像群の光が他の表示手段を通過しないため、輝度の低下を抑制できる。
[Action and Effects]
As described above, the three-dimensional image display device 1B can realize a multi-layer lens/transmission switching lens array by including a plurality of pairs of the lens array 3B, which is composed of the polarizing diffractive lens 31 and the convex lens 32, and the polarization switching element 5. As a result, the three-dimensional image display device 1B can reproduce a three-dimensional image B with high spatial resolution in the entire depth display range, as in the first embodiment. Furthermore, the three-dimensional image display device 1B has a simple configuration since it has only one display means 2, and the light of the elemental image group emitted from the display means 2 does not pass through other display means, so that a decrease in brightness can be suppressed.

(第3実施形態)
[3次元映像表示装置の構成]
図8を参照し、第3実施形態に係る3次元映像表示装置1Cの構成について、第2実施形態と異なる点を説明する。
3次元映像表示装置1Cは、偏光切替素子5Cを1つのみ備える点が、第2実施形態と異なる。図8に示すように、3次元映像表示装置1Cは、表示手段2と、レンズアレイ3C(3C,3C)と、同期制御装置4Cと、偏光切替素子5Cとを備える。なお、表示手段2は、第2実施形態と同様のため、説明を省略する。
Third Embodiment
[Configuration of 3D image display device]
With reference to FIG. 8, the configuration of a three-dimensional image display device 1C according to the third embodiment will be described with respect to differences from the second embodiment.
The three-dimensional image display device 1C differs from the second embodiment in that it has only one polarization switching element 5C. As shown in Fig. 8, the three-dimensional image display device 1C has a display means 2, a lens array 3C ( 3C1 , 3C2 ), a synchronization control device 4C, and a polarization switching element 5C. Note that the display means 2 is the same as in the second embodiment, so a description thereof will be omitted.

まず、偏光切替素子5Cを説明する。
偏光切替素子5Cは、表示手段2と表示手段2に最も近いレンズアレイ3Cとの間に配置され、表示手段2からの光の偏光方向を切り替えるものである。なお、偏光切替素子5Cの構成自体は、第2実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。
First, the polarization switching element 5C will be described.
The polarization switching element 5C is disposed between the display means 2 and the lens array 3C1 closest to the display means 2, and switches the polarization direction of the light from the display means 2. Note that the configuration of the polarization switching element 5C itself is similar to that of the second embodiment, so further description will be omitted.

レンズアレイ3Cは、2つ備えられている。ここで、表示手段2から遠いレンズアレイ3Cは、表示手段2に近いレンズアレイ3Cの後段に配置されている。また、第2実施形態と異なり、レンズアレイ3C,3Cの間には、偏光切替素子が配置されていない。 Two lens arrays 3C are provided. Here, the lens array 3C2 , which is farther from the display means 2, is disposed after the lens array 3C1 , which is closer to the display means 2. Also, unlike the second embodiment, no polarization switching element is disposed between the lens arrays 3C1 and 3C2 .

また、レンズアレイ3Cは、要素レンズ30Cが、偏光回折レンズ31と、凸レンズ32とで構成されたものである。つまり、レンズアレイ3Cは、要素レンズ30Cとしての偏光回折レンズ31及び凸レンズ32が二次元状に配列されている。ここで、表示手段2に近いレンズアレイ3Cは、表示手段2から遠いレンズアレイ3Cより、レンズピッチが短く、かつ、要素レンズ30Cの焦点距離が短くなっている。なお、レンズアレイ3Cの構成自体は、第2実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。 In addition, the lens array 3C has element lenses 30C each composed of a polarizing diffractive lens 31 and a convex lens 32. That is, the lens array 3C has the polarizing diffractive lenses 31 and the convex lenses 32 arranged two-dimensionally as the element lenses 30C. Here, the lens array 3C1 closer to the display means 2 has a shorter lens pitch and a shorter focal length of the element lenses 30C than the lens array 3C2 farther from the display means 2. Note that the configuration of the lens array 3C itself is the same as that of the second embodiment, and therefore further description will be omitted.

同期制御装置4Cは、要素画像群の表示タイミングと、レンズ状態又は透過状態の切替タイミングとをフレーム単位で同期させるものであり、切替制御手段40Cと、映像切替手段41とを備える。なお、映像切替手段41は、第1実施形態と同様のため、説明を省略する。 The synchronization control device 4C synchronizes the display timing of the elemental image group with the switching timing of the lens state or the transparent state on a frame-by-frame basis, and includes a switching control means 40C and an image switching means 41. Note that the image switching means 41 is the same as in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

切替制御手段40Cは、一方のレンズアレイ3Cがレンズ状態となり、他方のレンズアレイ3Cが透過状態となるように、レンズアレイ3Cの状態を時分割で切り替えるものである。本実施形態では、切替制御手段40Cは、映像切替手段41と同期するように、レンズ状態又は透過状態の切替タイミングを示す同期信号を偏光切替素子5Cに出力する。これにより、切替制御手段40Cは、レンズアレイ3Cがレンズ状態でレンズアレイ3Cが透過状態の場合と、レンズアレイ3Cが透過状態でレンズアレイ3Cがレンズ状態の場合とを切り替えることができる。 The switching control means 40C switches the state of the lens array 3C in a time-division manner so that one lens array 3C is in the lens state and the other lens array 3C is in the transmission state. In this embodiment, the switching control means 40C outputs a synchronization signal indicating the switching timing of the lens state or the transmission state to the polarization switching element 5C so as to be synchronized with the image switching means 41. This allows the switching control means 40C to switch between a case where the lens array 3C1 is in the lens state and the lens array 3C2 is in the transmission state, and a case where the lens array 3C1 is in the transmission state and the lens array 3C2 is in the lens state.

[レンズ状態又は透過状態の切り替え]
図9を参照し、レンズアレイ3Cにおけるレンズ状態又は透過状態の切り替えを詳細に説明する。
図9の例ではレンズアレイ3Cへの入射光と射出光が同一となるように、レンズアレイ3C,3Cの偏光回折レンズ31が設計されていることとする。また、要素レンズ30Cがレンズ状態又は透過状態に切り替わる原理は、第2実施形態と同様である。
[Switching between lens state and transmissive state]
The switching of the lens state or the transmission state in the lens array 3C will be described in detail with reference to FIG.
9, the polarizing diffractive lenses 31 of the lens arrays 3C1 and 3C2 are designed so that the incident light and the emerging light to the lens array 3C are the same. The principle by which the element lens 30C is switched between the lens state and the transmitting state is the same as in the second embodiment.

図9(a)に示すように、偏光切替素子5Cが入射光の偏光方向を水平偏光に切り替えた場合、前段のレンズアレイ3Cがレンズ状態になり、後段のレンズアレイ3Cが透過状態になることとする。つまり、3次元映像表示装置1Cでは、水平偏光の入射光に対して、前段のレンズアレイ3Cがレンズアレイとして機能する。 9A, when the polarization switching element 5C switches the polarization direction of the incident light to horizontal polarization, the front lens array 3C1 is in a lens state and the rear lens array 3C2 is in a transmission state. That is, in the three-dimensional image display device 1C, the front lens array 3C1 functions as a lens array for horizontally polarized incident light.

一方、図9(b)に示すように、偏光切替素子5Cが入射光の偏光方向を垂直偏光に切り替えた場合、前段のレンズアレイ3Cが透過状態になり、後段のレンズアレイ3Cがレンズ状態になることとする。つまり、3次元映像表示装置1Cでは、垂直偏光の入射光に対して、後段のレンズアレイ3Cがレンズアレイとして機能する。 9B, when the polarization switching element 5C switches the polarization direction of the incident light to vertical polarization, the front lens array 3C1 is in a transmitting state and the rear lens array 3C2 is in a lens state. In other words, in the three-dimensional image display device 1C, the rear lens array 3C2 functions as a lens array for vertically polarized incident light.

[作用・効果]
このように、3次元映像表示装置1Cは、2つのレンズアレイ3C,3Cと、1つの偏光切替素子5Cとを備えることで、2層のレンズ/透過切替レンズアレイを実現できる。その結果、3次元映像表示装置1Cは、第2実施形態と同様、全ての奥行き表示範囲で空間解像度が高い3次元映像Bを再生できる。さらに、3次元映像表示装置1Cでは、表示手段2から出射した要素画像群の光が他の表示手段を通過しないため、輝度の低下を抑制できる。
[Action and Effects]
In this way, the three-dimensional image display device 1C can realize a two-layer lens/transmission switching lens array by including two lens arrays 3C1 and 3C2 and one polarization switching element 5C. As a result, the three-dimensional image display device 1C can reproduce a three-dimensional image B with high spatial resolution in the entire depth display range, as in the second embodiment. Furthermore, in the three-dimensional image display device 1C, the light of the elemental image group emitted from the display means 2 does not pass through other display means, so that a decrease in brightness can be suppressed.

さらに、3次元映像表示装置1Cは、3層以上のレンズ/透過切替レンズアレイを実現できない代わりに、偏光切替素子5Cが1つだけでよいので、構成をより簡易にすることができる。 Furthermore, although the 3D image display device 1C cannot realize a lens/transmission switching lens array with three or more layers, it requires only one polarization switching element 5C, making the configuration simpler.

以上、本発明の各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
レンズアレイにおいては、凸レンズの代わりに、より薄型な回折レンズを用いてもよい。
偏光切替素子としては、OCB方式などの応答速度が高い液晶パネルを用いることができる。
Although each embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and also includes design modifications and the like within the scope of the gist of the present invention.
In the lens array, thinner diffractive lenses may be used instead of convex lenses.
As the polarization switching element, a liquid crystal panel having a high response speed such as an OCB type can be used.

第1,2実施形態では、2つのレンズアレイを備え、各レンズアレイの奥行き表示範囲に対応した2つの要素画像群を時分割で表示すると説明したが、これに限定されない。例えば、3次元映像表示装置は、3つ以上のレンズアレイを備え、各レンズアレイの奥行き表示範囲に対応した3つ以上の要素画像群を時分割で表示してもよい。 In the first and second embodiments, it has been described that two lens arrays are provided, and two groups of elemental images corresponding to the depth display range of each lens array are displayed in a time-division manner, but this is not limited to the above. For example, the three-dimensional image display device may be provided with three or more lens arrays, and three or more groups of elemental images corresponding to the depth display range of each lens array may be displayed in a time-division manner.

第1~3実施形態では、表示手段から遠いレンズアレイに対して、表示手段に近いレンズアレイが2倍の個数の要素レンズを備えることとして説明したが、これに限定されない。例えば、表示手段から遠いレンズアレイに対して、表示手段に近いレンズアレイは、3以上の整数倍の個数、又は、小数倍の個数の要素レンズを備えてもよい。 In the first to third embodiments, the lens array closer to the display means has twice as many element lenses as the lens array farther from the display means, but this is not limited to this. For example, the lens array closer to the display means may have element lenses that are an integer multiple of 3 or more, or a decimal multiple, of the lens array farther from the display means.

1,1B,1C 3次元映像表示装置
2 表示手段
3,3,3 レンズアレイ
3B,3B,3B レンズアレイ
3C,3C,3C レンズアレイ
4,4B,4C 同期制御装置
5,5,5 偏光切替素子
5C 偏光切替素子
9 立体表示装置
30 要素レンズ
40,40B,40C 切替制御手段
41 映像切替手段
90 表示デバイス
91 要素レンズ
92 レンズアレイ
Reference Signs List 1, 1B, 1C 3D image display device 2 Display means 3 , 3 1, 3 2 Lens array 3B, 3B 1 , 3B 2 Lens array 3C, 3C 1 , 3C 2 Lens array 4, 4B, 4C Synchronization control device 5, 5 1 , 5 2 Polarization switching element 5C Polarization switching element 9 Stereoscopic display device 30 Element lens 40, 40B, 40C Switching control means 41 Image switching means 90 Display device 91 Element lens 92 Lens array

Claims (5)

所定の奥行き表示範囲に対応する要素画像群を時分割で表示する3次元映像表示装置であって、
要素画像で構成された前記要素画像群を表示する表示手段と、
二次元状に配列された要素レンズで構成され、前記要素レンズが凸レンズとして機能するレンズ状態又は前記要素画像の光を透過する透過状態を切り替え可能なレンズアレイと、を備え、
前記レンズアレイは、前記表示手段からの距離が異なるように、前記奥行き表示範囲毎に備えられ、
前記表示手段に近い前記レンズアレイは、前記表示手段から遠い前記レンズアレイより、前記要素レンズ同士の間隔が短く、かつ、前記要素レンズの焦点距離が短いことを特徴とする3次元映像表示装置。
A three-dimensional image display device that displays a group of elemental images corresponding to a predetermined depth display range in a time-division manner,
a display means for displaying the element image group composed of element images;
a lens array that is configured by element lenses that are arranged two-dimensionally, and that can switch between a lens state in which the element lenses function as convex lenses and a transmission state in which the element lenses transmit light of the element images;
the lens array is provided for each of the depth display ranges so that the distance from the display means is different;
A three-dimensional image display device, characterized in that the lens array closer to the display means has a shorter distance between the element lenses and a shorter focal length of the element lenses than the lens array farther from the display means.
前記レンズアレイは、前記要素レンズとしての液晶レンズで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の3次元映像表示装置。 The three-dimensional image display device according to claim 1, characterized in that the lens array is composed of liquid crystal lenses as the element lenses. それぞれの前記レンズアレイの前段に配置され、前記表示手段からの光の偏光方向を切り替える偏光切替素子、をさらに備え、
前記レンズアレイは、
前記要素レンズが、前記偏光方向に応じて焦点距離の正負が変化する偏光回折レンズと、前記偏光回折レンズ毎に配置された凸レンズとで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の3次元映像表示装置。
Further, a polarization switching element is disposed in front of each of the lens arrays and switches the polarization direction of the light from the display means,
The lens array includes:
The three-dimensional image display device according to claim 1, characterized in that the element lenses are composed of polarizing diffractive lenses whose focal length changes positive and negative depending on the polarization direction, and convex lenses arranged for each of the polarizing diffractive lenses.
前記表示手段と前記表示手段に最も近いレンズアレイとの間に配置され、前記表示手段からの光の偏光方向を切り替える偏光切替素子、をさらに備え、
前記レンズアレイは、2つ備えられ、
前記要素レンズが、前記偏光方向に応じて焦点距離の正負が変化する偏光回折レンズと、前記偏光回折レンズ毎に配置された凸レンズとで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の3次元映像表示装置。
a polarization switching element disposed between the display means and the lens array closest to the display means, for switching a polarization direction of light from the display means;
The lens array is provided in two pieces,
The three-dimensional image display device according to claim 1, characterized in that the element lenses are composed of polarizing diffractive lenses whose focal length changes positive and negative depending on the polarization direction, and convex lenses arranged for each of the polarizing diffractive lenses.
何れか一つの前記レンズアレイがレンズ状態となり、他の前記レンズアレイが透過状態となるように、前記レンズアレイの状態を時分割で切り替える切替制御手段と、
レンズ状態の前記レンズアレイに対応した奥行き表示範囲の前記要素画像群を前記表示手段に同期して表示させる映像切替手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の3次元映像表示装置。
a switching control means for switching the states of the lens arrays in a time division manner so that one of the lens arrays is in a lens state and the other lens array is in a transmission state;
a video switching means for displaying, in synchronization with the display means, the group of element images in a depth display range corresponding to the lens array in a lens state;
5. The three-dimensional image display device according to claim 1, further comprising:
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