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JP2013011675A - Observation optical apparatus - Google Patents

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JP2013011675A
JP2013011675A JP2011143140A JP2011143140A JP2013011675A JP 2013011675 A JP2013011675 A JP 2013011675A JP 2011143140 A JP2011143140 A JP 2011143140A JP 2011143140 A JP2011143140 A JP 2011143140A JP 2013011675 A JP2013011675 A JP 2013011675A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
opening
eye
observer
image
parallax images
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011143140A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Sudo
敏行 須藤
Yoshihiro Saito
義広 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2011143140A priority Critical patent/JP2013011675A/en
Publication of JP2013011675A publication Critical patent/JP2013011675A/en
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  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Abstract

【課題】観察者の単眼内に複数の視差画像を呈示する超多眼表示を行って視覚疲労を低減しつつ、広画角化と、観察者に呈示すべき視差画像数を少なくして表示部に要求されるフレームレートを低く抑えることが可能な観察用光学機器を提供する。
【解決手段】片方の目に複数の視差画像を入射させる観察用光学機器(5)であって、開口が形成される領域を変更可能な開口形成手段(6)と、前記複数の視差画像を時系列で表示する画像表示手段(1)と前記開口形成手段との同期をとる信号同期手段(4,9,7,8)と、前記信号同期手段からの信号に基づいて、前記開口形成手段の開口が形成される領域を制御する制御手段(7)とを有し、前記開口形成手段の片方の目に対応する領域の周辺部に形成される開口の水平方向幅が、中心部に形成される開口の水平方向幅よりも広いことを特徴とする。
【選択図】図1
An object of the present invention is to display images with a wide angle of view and a reduced number of parallax images to be presented to an observer while reducing visual fatigue by performing super multi-view display that presents a plurality of parallax images within an observer's monocular. An optical apparatus for observation capable of keeping down the frame rate required for the section is provided.
An observation optical apparatus (5) for causing a plurality of parallax images to be incident on one eye, an opening forming unit (6) capable of changing a region where an opening is formed, and the plurality of parallax images. Based on the signal from the signal synchronization means (4, 9, 7, 8) for synchronizing the image display means (1) for displaying in time series and the opening formation means, and the signal from the signal synchronization means, the opening formation means And a control means (7) for controlling a region in which the opening is formed, and the horizontal width of the opening formed in the peripheral portion of the region corresponding to one eye of the opening forming means is formed in the central portion. The opening is wider than the horizontal width of the opening.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、観察者の視覚疲労が少ない立体像を提供可能な観察用光学機器に関する発明である。   The present invention relates to an optical device for observation that can provide a stereoscopic image with less visual fatigue of an observer.

両眼視差画像を観察者の左右眼に独立に呈示して立体画像を表示する装置は、様々な方式のものが提案されている。このうち観察者の左右眼の眼前に何らかの画像分離用メガネを装着させて観察者に両眼立体視を行わせる方式のものは、一般的に「メガネ式立体表示装置」と呼ばれる。さらに上記の画像分離用メガネの分離方法によっても方式分別され、色情報を利用して左右眼用画像を分離するものは「アナグリフ方式」、偏光を利用して分離するものは「偏光メガネ方式」と呼ばれる。また、時間交互に左右眼領域の透過と遮蔽を高速に切り替え、これと同期して左右眼用画像表示を行うものは「時分割シャッターメガネ方式」と呼ばれる。   Various systems have been proposed for displaying stereoscopic images by independently displaying binocular parallax images to the left and right eyes of an observer. Of these, a type of system in which some sort of image separation glasses is mounted in front of the left and right eyes of the observer and the observer performs binocular stereoscopic vision is generally called a “glasses-type stereoscopic display device”. Furthermore, it is also classified according to the separation method of the above-mentioned image separation glasses, the “anaglyph method” is used to separate the left and right eye images using color information, and the “polarized glasses method” is used to separate using polarized light. Called. In addition, the method of switching the left and right eye regions at high speeds and switching between the left and right eye regions at high speed and displaying the images for the left and right eyes in synchronism with this is called a “time-division shutter glasses method”.

特許文献1には上記「時分割シャッターメガネ方式」のうち、「超多眼表示」を実現して視覚疲労を低減する新技術を適用した例が開示されている。「超多眼表示」とは例えば非特許文献1に示されている表示方法のことである。非特許文献1では、立体像の視差画像の視差間隔を観察者の単眼内に複数の視差画像が同時に入射するほどに小さくしていくと、通常の両眼視差を用いた立体視では実現しない「立体像観察時の眼の調節と輻輳の一致」という現象が実現されるとされている。また、この現象により、観察者の視覚疲労が低減する可能性があるとされている。特許文献1では、観察者の単眼内に複数の視差画像を同時に入射させるために、複数の視差画像を高速に切り替える表示部と同期して各メガネ枠内にて時系列的に変位可能なスリットを有する画像分離用メガネを構成している。そして、特許文献1では、この画像分離用メガネを用いて、単眼内に複数の視差画像を呈示する「超多眼表示」を行い、観察者に自然な立体視を行わせる技術を開示している。   Patent Document 1 discloses an example in which, among the “time-division shutter glasses method”, a new technique for realizing “super multi-view display” and reducing visual fatigue is applied. “Super multi-view display” is a display method disclosed in Non-Patent Document 1, for example. In Non-Patent Document 1, if the parallax interval of a parallax image of a stereoscopic image is made so small that a plurality of parallax images are simultaneously incident on an observer's monocular, it is not realized in stereoscopic viewing using normal binocular parallax. It is said that the phenomenon of “eye adjustment and convergence during stereoscopic image observation” is realized. Moreover, it is said that this phenomenon may reduce visual fatigue of the observer. In Patent Document 1, in order to simultaneously enter a plurality of parallax images into an observer's monocular, a slit that can be displaced in time series within each spectacle frame in synchronization with a display unit that switches a plurality of parallax images at high speed. The image-separating glasses having the above are configured. Patent Document 1 discloses a technique for performing “super multi-view display” in which a plurality of parallax images are presented in a single eye using the image separation glasses, and allowing a viewer to perform natural stereoscopic vision. Yes.

特開平11−194299号公報JP 11-194299 A

梶木善裕:“超多眼領域を用いた3Dディスプレイ”,光技術コンタクト,36, pp.624−631(1998)Yoshihiro Kashiwagi: “3D display using super multi-view area”, Optical Technology Contact, 36, pp. 624-631 (1998)

特許文献1の発明において観察者が広画角で画像観察を行えるようにするためには、上述したスリットの変位範囲が眼球の中心視野から周辺視野までをカバーするように構成する必要がある。しかしながら、そのような構成をとるとスリット数が増大し、ひいてはスリット形成に同期して観察者に呈示すべき視差画像数も増大してしまう。上述した「超多眼表示」を行うためには、上記のスリット形成と視差画像呈示の一連の動作は観察者の残像許容時間内に完了させる必要がある。したがって、観察者に呈示すべき視差画像数が増大すると、その分視差画像を呈示する表示部はより高速フレームレートでの画像切り替え表示が要求されるようになる。例えばスリット数が片眼あたり10、両眼あわせて20となる場合、表示部に要求されるフレームレートは通常ディスプレイの20倍となる。このような高速表示ディスプレイを用意することは容易ではない。   In order to enable an observer to observe an image with a wide angle of view in the invention of Patent Document 1, it is necessary to configure the above-described slit displacement range to cover from the central visual field to the peripheral visual field of the eyeball. However, when such a configuration is adopted, the number of slits increases, and as a result, the number of parallax images to be presented to the observer in synchronization with the formation of the slits also increases. In order to perform the above-mentioned “super multi-view display”, it is necessary to complete the series of operations of slit formation and parallax image presentation within the allowable time for afterimage of the observer. Accordingly, when the number of parallax images to be presented to the observer increases, the display unit that presents the parallax images accordingly requires image switching display at a higher frame rate. For example, when the number of slits is 10 per eye and 20 for both eyes, the frame rate required for the display unit is 20 times that of a normal display. It is not easy to prepare such a high-speed display.

そこで、本発明は、観察者の単眼内に複数の視差画像を呈示する超多眼表示を行って視覚疲労を低減しつつ、広画角化と、観察者に呈示すべき視差画像数を少なくして表示部に要求されるフレームレートを低く抑えることが可能な観察用光学機器を提供する。   Therefore, the present invention performs super multi-view display that presents a plurality of parallax images within a single eye of an observer, reduces visual fatigue, and widens the angle of view and reduces the number of parallax images to be presented to the observer. Thus, an observation optical apparatus capable of keeping down the frame rate required for the display unit is provided.

本発明の一側面としての観察用光学機器は、片方の目に複数の視差画像を入射させる観察用光学機器であって、開口が形成される領域を変更可能な開口形成手段と、前記複数の視差画像を時系列で表示する画像表示手段と前記開口形成手段との同期をとる信号同期手段と、前記信号同期手段からの信号に基づいて、前記開口形成手段の開口が形成される領域を制御する制御手段とを有し、前記開口形成手段の片方の目に対応する領域の周辺部に形成される開口の水平方向幅が、中心部に形成される開口の水平方向幅よりも広いことを特徴とする。   An observation optical apparatus according to one aspect of the present invention is an observation optical apparatus that allows a plurality of parallax images to be incident on one eye, the opening forming means capable of changing a region where an opening is formed, and the plurality of the plurality of parallax images. A signal synchronization unit that synchronizes the image display unit that displays parallax images in time series and the aperture formation unit, and a region in which the aperture of the aperture formation unit is formed is controlled based on a signal from the signal synchronization unit The horizontal width of the opening formed in the peripheral portion of the region corresponding to one eye of the opening forming means is wider than the horizontal width of the opening formed in the central portion. Features.

本発明によれば、観察者の単眼内に複数の視差画像を呈示する超多眼表示を行って視覚疲労を低減しつつ、広画角化と、表示部に要求されるフレームレートを低く抑えることが可能な観察用光学機器を提供することができる。   According to the present invention, a super-multi-view display that presents a plurality of parallax images within a single eye of an observer is performed to reduce visual fatigue, and a wide angle of view and a low frame rate required for a display unit are suppressed. It is possible to provide an observation optical apparatus that can perform the above-described operation.

本発明の観察用光学機器の平面図である。It is a top view of the optical apparatus for observation of this invention. 本発明の画像分離用メガネの斜視図である。It is a perspective view of the glasses for image separation of the present invention. 本発明の画像分離用メガネの空間変調器上に形成される開口の正面図である。It is a front view of the opening formed on the spatial modulator of the image separation glasses of the present invention. 本発明の画像分離用メガネの空間変調器上に形成される開口の位置が時系列的に変化していく様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the position of the opening formed on the spatial modulator of the glasses for image separation of this invention changes in time series. 図4の各開口の位置における可視光透過率を表すグラフである。It is a graph showing the visible light transmittance | permeability in the position of each opening of FIG. 本発明の画像表示部上の画像表示タイミングを表すグラフである。It is a graph showing the image display timing on the image display part of this invention. 視差画像取得方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the parallax image acquisition method. 本発明の画像分離用メガネを用いて観察者が領域2の開口を通して視差画像2を観察する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that an observer observes the parallax image 2 through the opening of the area | region 2 using the image separation glasses of this invention. 本発明の画像分離用メガネを用いて観察者が領域3の開口を通して視差画像3を観察する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that an observer observes the parallax image 3 through the opening of the area | region 3 using the glasses for image separation of this invention. 画像分離用メガネの空間変調器上に形成される開口の幅がすべて小さい幅に統一された場合の光束指向性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship with the light beam directivity when the width | variety of all the openings formed on the spatial modulator of the image separation glasses is unified into a small width. 画像分離用メガネの空間変調器上に形成される開口の幅がすべて大きい幅に統一された場合の光束指向性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship with the light beam directivity at the time of unifying all the width | variety of the opening formed on the spatial modulator of the spectacles for image separation into a large width | variety. 画像分離用メガネの空間変調器上の開口の幅がすべて小さい幅に統一された場合の正面図である。It is a front view in case all the width | variety of the opening on the spatial modulator of the image separation glasses is unified.

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の実施形態にかかる観察用光学機器の平面図である。本装置は主要な構成として画像表示部1と画像分離用メガネ5とを有している。画像表示部1(画像表示手段)は画像表示部制御手段3に接続され、そこから送信される画像信号を画像情報光に変換して画面上に表示画像Iを表示する。画像表示部1は、後述するように複数の視差画像を時系列で表示することが可能である。画像表示部制御手段3は同期信号発生手段4とも接続されており、同期信号発生手段4が画像表示の同期信号を発生して同期用無線信号発信部9(信号同期手段)から無線の同期信号を発信する。   FIG. 1 is a plan view of an observation optical apparatus according to an embodiment of the present invention. This apparatus has an image display unit 1 and image separation glasses 5 as main components. The image display unit 1 (image display unit) is connected to the image display unit control unit 3, converts an image signal transmitted therefrom to image information light, and displays the display image I on the screen. As will be described later, the image display unit 1 can display a plurality of parallax images in time series. The image display control unit 3 is also connected to the synchronization signal generation unit 4. The synchronization signal generation unit 4 generates a synchronization signal for image display, and a wireless synchronization signal is transmitted from the synchronization wireless signal transmission unit 9 (signal synchronization unit). To send.

一方、画像分離用メガネ5は以下のような構成を有している。メガネ装着者(観察者)の眼前にあたる部分に空間変調器6R,6L(開口形成手段)を有している。ここでは右眼用の空間変調器を6R、左眼用の空間変調器を6Lと記載している(以下、同様にして右眼用の部品には“R”、左眼用の部品には“L”の添字を用いる。)。これらの空間変調器6R,6Lは光を透過する領域(以下、光透過領域、又は、開口とも呼ぶ。)と非透過の領域とを入力される電気信号に応じて制御することが可能で、空間変調器駆動部7R,7L(制御手段)によって駆動される。空間変調器6R,6Lは、この空間変調器駆動部7R,7Lにより駆動されることで、開口が形成される領域を変更可能である。   On the other hand, the image separation glasses 5 have the following configuration. Spatial modulators 6R and 6L (opening forming means) are provided in front of the eyeglass wearer (observer). Here, the spatial modulator for the right eye is described as 6R, and the spatial modulator for the left eye is described as 6L (hereinafter, “R” is similarly used for the right eye component, and "L" subscript is used.) These spatial modulators 6R and 6L can control a light transmitting region (hereinafter also referred to as a light transmitting region or an opening) and a non-transmitting region according to an input electric signal. It is driven by the spatial modulator driving units 7R and 7L (control means). The spatial modulators 6R and 6L are driven by the spatial modulator driving units 7R and 7L, so that the region where the opening is formed can be changed.

また、同期用無線信号受信部8(信号同期手段)を有しているので、前述した同期用無線信号発信部9から発せられる画像表示の同期無線信号を受信することができ、この信号を使用して空間変調器6R,6Lの同期駆動を行うことができる。この同期駆動について、図2〜6を用いて説明する。   Further, since it has a synchronization radio signal receiving unit 8 (signal synchronization means), it can receive the image display synchronization radio signal emitted from the synchronization radio signal transmission unit 9 and use this signal. Thus, the spatial modulators 6R and 6L can be driven synchronously. This synchronous drive will be described with reference to FIGS.

図2は画像分離用メガネ5において空間変調器6R上に形成される光透過領域の様子を示している。開口SL−6Rは水平方向に狭く縦方向に長いスリット形状となっており、開口SL−6R以外の領域は光を遮断する構造となっている。開口SL−6Rは前述の同期無線信号に同期して時系列的にその形成位置を変化させていく。   FIG. 2 shows a state of a light transmission region formed on the spatial modulator 6R in the image separation glasses 5. The opening SL-6R has a slit shape that is narrow in the horizontal direction and long in the vertical direction, and a region other than the opening SL-6R is configured to block light. The opening SL-6R changes its formation position in time series in synchronization with the above-described synchronous radio signal.

図3は開口形成領域を正面から観察した図である。空間変調器6R、6Lは複数の位置にスリット開口を形成することができるが、本実施例においてはそのうち、左右4つずつの開口形成領域を形成しており、時刻tの経過に応じて左右合計8つのうち1つの領域のみが透過状態となるよう制御される。   FIG. 3 is a view of the opening formation region observed from the front. The spatial modulators 6R and 6L can form slit openings at a plurality of positions, but in this embodiment, four left and right opening formation regions are formed, and the left and right openings are formed as time t passes. Control is performed so that only one region out of a total of eight regions is in a transmissive state.

1つの開口形成時間をΔとするとき、図3の領域1〜8が順次透過状態となっていき時間8Δで開口形成が一巡する。この様子をさらに詳しく図4を用いて説明する。図4において時刻t=0〜1Δのとき領域1が透過状態となり、その他の領域は非透過となっている。同様にして時刻t=1〜2Δのときは領域2のみが、時刻t=2〜3Δのときは領域3のみが・・・という要領で開口形成動作が時間8Δ周期で繰り返される。各領域の可視光透過率をグラフで表すと図5のようになる。グラフ横軸の時刻tの変化に伴って、開口形成位置が順次切り替わっていくことが示されている。   When one opening formation time is Δ, the regions 1 to 8 in FIG. 3 are sequentially in the transmission state, and the opening formation is completed at time 8Δ. This will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 4, when the time t = 0 to 1Δ, the region 1 is in a transmissive state, and the other regions are not transmissive. Similarly, the opening forming operation is repeated at a period of time 8Δ in the manner of only region 2 at time t = 1 to 2Δ, and only region 3 at time t = 2 to 3Δ. The visible light transmittance of each region is represented by a graph as shown in FIG. It is shown that the opening formation position is sequentially switched with the change of the time t on the horizontal axis of the graph.

なお、空間変調器6R、6L上に形成される開口の幅は領域によって異なっている。この効果については後ほど詳しく述べる。ここではまず、開口形成と視差画像表示の同期表示について説明する。   The width of the opening formed on the spatial modulators 6R and 6L varies depending on the region. This effect will be described in detail later. Here, first, synchronous display of opening formation and parallax image display will be described.

本発明においては上記空間変調器6R、6L上での開口形成のタイミングと画像表示部1における画像表示のタイミングを同期させる制御を行っている。図6は画像表示部1上の画像表示タイミングのグラフである。領域1に開口が形成されるときは視差画像1が、領域2に開口が形成されるときは視差画像2が、領域3に開口が形成されるときは視差画像3が・・・という要領で開口位置に対応した視差画像表示が行われる。なお、これら一連の開口形成サイクルはすべて観察者の残像許容時間内(一般に、1/60秒以内といわれる。)に行われるため観察者は開口の変位を認識することができず、領域1〜4、領域5〜8がそれぞれ大きな開口として認識される。換言すれば、複数の視差画像の時系列的な順次表示の一周期と、開口の時系列的な順次形成の一周期とは、共に観察者の残像許容時間内で行っている。   In the present invention, control is performed to synchronize the timing of opening formation on the spatial modulators 6R and 6L and the timing of image display on the image display unit 1. FIG. 6 is a graph of image display timing on the image display unit 1. The parallax image 1 when the opening is formed in the region 1, the parallax image 2 when the opening is formed in the region 2, and the parallax image 3 when the opening is formed in the region 3. The parallax image display corresponding to the opening position is performed. In addition, since these series of opening formation cycles are all performed within the observer's afterimage allowable time (generally, within 1/60 seconds), the observer cannot recognize the displacement of the opening, and 4 and regions 5 to 8 are recognized as large openings. In other words, one period of sequential display of a plurality of parallax images and one period of sequential formation of apertures are both performed within the allowable afterimage time of the observer.

次に、上記視差画像1〜8の取得方法について説明する。   Next, a method for acquiring the parallax images 1 to 8 will be described.

図7は視差画像取得方法の説明図である。良好な立体画像を再生するためには、撮像時の空間と再生時の空間との相対的位置関係を一致させることが望ましい。つまり撮像空間において、再生したい物体、再生時の画像表示部、観察者の視点の3者の相対的位置関係を仮想的に決めておき、観察者視点位置に撮像カメラを配置して物体を撮像する。その後、再生時の画像表示部の画面範囲でトリミングを行えば、適切な視差画像を取得することができる。   FIG. 7 is an explanatory diagram of a parallax image acquisition method. In order to reproduce a good stereoscopic image, it is desirable to match the relative positional relationship between the space at the time of imaging and the space at the time of reproduction. That is, in the imaging space, the relative positional relationship between the object to be reproduced, the image display unit during reproduction, and the observer's viewpoint is virtually determined, and the imaging camera is arranged at the observer viewpoint position to image the object. To do. Thereafter, if trimming is performed within the screen range of the image display unit at the time of reproduction, an appropriate parallax image can be acquired.

図7で示す撮像空間においては仮想的な立体画像表示部位置を図中1’の位置に、仮想的な観察者視点位置をR1、R2、R3、R4、L1、L2、L3、L4に定めている。このとき、観察者視点R1〜4、L1〜4はそれぞれ、画像再生時の空間変調器6R、6Lの開口形成領域1〜8の中心点と対応している。   In the imaging space shown in FIG. 7, the virtual stereoscopic image display unit position is set to the position 1 ′ in the figure, and the virtual observer viewpoint positions are set to R1, R2, R3, R4, L1, L2, L3, and L4. ing. At this time, the observer viewpoints R1 to R4 and L1 to R4 correspond to the center points of the opening formation regions 1 to 8 of the spatial modulators 6R and 6L during image reproduction, respectively.

したがって、前述した視差画像1〜8を取得するには上記観察者視点R1〜4、L1〜4に撮像カメラ31を配置して、それぞれの視点位置から物体32を撮像すればよい。ただし、再生時に画像表示部1の画面上に表示する画像範囲は、撮像時の仮想的な画像表示部1’の画面領域と一致していることが望ましいので、各視差画像を図中のクロスハッチング部で示された空間との共通領域に限定するトリミングをおこなうとよい。   Therefore, in order to acquire the parallax images 1 to 8 described above, the imaging cameras 31 may be arranged at the observer viewpoints R1 to R4 and L1 to 4, and the object 32 may be captured from each viewpoint position. However, since it is desirable that the image range displayed on the screen of the image display unit 1 at the time of reproduction coincides with the screen area of the virtual image display unit 1 ′ at the time of imaging, each parallax image is represented by a cross in the figure. Trimming limited to a common area with the space indicated by the hatched portion may be performed.

このようにして得られた8つの視差画像をそれぞれに対応する視点位置から独立に観察すれば観察者は立体視を行うことができる。図8、9はこの様子を説明する本装置の平面図である。図8は図4〜6における時刻t=1〜2Δのときの状態を示している。空間変調器6R、6Lの各領域のうち領域2のみが光透過状態となっており観察者はこの領域2の開口を通して表示画像Iを観察できるが、このとき表示画像Iには領域2の中心点R2を視点として取得した視差画像2が表示される。同様にして、時刻t=2〜3Δのときには図9に示すように領域3のみが光透過状態となっており、観察者はこの領域3の開口を通して領域3の中心点R3を視点として取得した視差画像3を観察する。上記の所作を繰り返すと、観察者は領域1〜8の開口を通して、視差画像1〜8をそれぞれ独立に観察することができる。   If the eight parallax images obtained in this way are observed independently from the corresponding viewpoint positions, the observer can perform stereoscopic viewing. 8 and 9 are plan views of the present apparatus for explaining this situation. FIG. 8 shows a state at time t = 1 to 2Δ in FIGS. Of the regions of the spatial modulators 6R and 6L, only the region 2 is in a light transmitting state, and the observer can observe the display image I through the opening of the region 2, but at this time, the display image I includes the center of the region 2 A parallax image 2 acquired with the point R2 as a viewpoint is displayed. Similarly, at time t = 2 to 3Δ, only the region 3 is in a light transmission state as shown in FIG. 9, and the observer acquires the center point R3 of the region 3 through the opening of the region 3 as a viewpoint. The parallax image 3 is observed. When the above operation is repeated, the observer can observe the parallax images 1 to 8 independently through the openings in the regions 1 to 8.

このとき例えば視差画像1〜4は右眼に呈示され視差画像5〜8は左眼に呈示されることになるが、このうち右眼用視差画像1枚と左眼用視差画像1枚のペア、例えば視差画像2と視差画像6を観察することで観察者は両眼視差による立体視を行うことができる。   At this time, for example, the parallax images 1 to 4 are presented to the right eye and the parallax images 5 to 8 are presented to the left eye, and of these, a pair of one right eye parallax image and one left eye parallax image For example, by observing the parallax image 2 and the parallax image 6, the observer can perform stereoscopic vision by binocular parallax.

さらに視差画像1〜4はいずれも観察者の右眼のみに、視差画像5〜8はいずれも観察者の左眼のみにほぼ同時に表示されており、先に述べた単眼内視差呈示による「超多眼表示」の状態が達成されることになる。その結果「立体像観察時の眼の調節と輻輳の一致」という現象が実現して観察者の視覚疲労が低減するという効果が生まれる。   Furthermore, the parallax images 1 to 4 are all displayed only on the viewer's right eye, and the parallax images 5 to 8 are all displayed only on the viewer's left eye almost simultaneously. The “multi-view display” state is achieved. As a result, the phenomenon of “matching of eye adjustment and convergence during stereoscopic image observation” is realized, and the visual fatigue of the observer is reduced.

次に、開口幅の違いによる「超多眼表示」の状態変化について説明し、それに基づいて本実施例が採用している工夫についても説明する。図10と図11はそれぞれ本実施例の構成において、空間変調器6上に形成する開口の幅が小さい場合と大きい場合の観察者の単眼に入射する光束の状態を示した図である。   Next, the state change of “super multi-view display” due to the difference in the opening width will be described, and the device adopted by the present embodiment will also be described based on the change. FIGS. 10 and 11 are diagrams showing the state of the light beam incident on the observer's monocular when the width of the opening formed on the spatial modulator 6 is small and large in the configuration of this embodiment.

図10において表示画像I上に画素Aが表示されているときは開口Aが、画素Bが表示されているときは開口Bが形成される。各開口の幅は画素と同程度に小さく設定されているため、開口を通して観察者の単眼に入射する光束(図中、網掛けで表示)はいずれも指向性の高い光束となっている。上記の開口形成と画像表示は観察者の残像許容時間内にすべて完了するので、観察者からは指向性の高い2本の光束が同時に片眼に入射するように見える。このとき、2つの光束は図中の交点(1)の位置で交わっているが、光束の指向性が高いため交点(1)の断面積は画素A、画素Bの面積とほとんど変わらない。つまり観察者はこの光束の光源面がどこであるかを特定しにくい状態となっている。この状態で観察者が眼の水晶体22を調節して眼のピントを変化させると、画像表示面Piに合焦したときは二重像が観察されるのに対し、交点面Pcに合焦したときは1つの点像として認識される。そのため、観察者の眼の調節は光束の交点面Pcに誘導されるといわれている。   In FIG. 10, the opening A is formed when the pixel A is displayed on the display image I, and the opening B is formed when the pixel B is displayed. Since the width of each aperture is set to be as small as that of the pixel, the light flux (indicated by hatching in the figure) that enters the observer's monocular through the aperture is a highly directional light flux. Since the above aperture formation and image display are all completed within the observer's allowable afterimage time, it appears to the observer that two light beams with high directivity are simultaneously incident on one eye. At this time, the two light beams intersect at the position of the intersection (1) in the figure, but the cross-sectional area of the intersection (1) is almost the same as the area of the pixel A and the pixel B because the directivity of the light beam is high. That is, it is difficult for the observer to specify where the light source surface of this light beam is. In this state, when the observer adjusts the eye lens 22 to change the focus of the eye, a double image is observed when focused on the image display surface Pi, but is focused on the intersection plane Pc. Sometimes it is recognized as one point image. For this reason, it is said that the adjustment of the observer's eyes is guided to the intersection plane Pc of the luminous flux.

一方、図11のように開口の幅が画素の数倍程度に大きい場合を図10と比較して見てみると、各開口を通して観察者の単眼に入射する光束(図中、網掛けで表示)は、図10の場合よりもやや指向性の低い、拡散光気味の光束となっている。このとき、2つの光束は図中の交点(2)の位置で交わっているが、光束の指向性が低いため交点(2)の断面積は画素A、画素Bの面積よりも大きくなっている。この状態で観察者が眼の水晶体22を調節して眼のピントを変化させると、画像表示面Piに合焦したときよりも交点面Pcに合焦したときのほうが光束断面積は大きくなったように認識される。そのため、図10の状態と比べて観察者の眼の調節は画像表示面Piに誘導されやすくなると推測できる。   On the other hand, a case where the width of the opening is as large as several times the pixel as shown in FIG. 11 is compared with FIG. 10, and the light flux incident on the observer's monocular through each opening (displayed by shading in the figure) ) Is a diffused light beam having slightly lower directivity than in the case of FIG. At this time, the two light beams intersect at the position of the intersection (2) in the figure, but the cross-sectional area of the intersection (2) is larger than the areas of the pixels A and B because the directivity of the light beams is low. . In this state, when the observer adjusts the lens 22 of the eye to change the focus of the eye, the cross-sectional area of the light beam becomes larger when focused on the intersection plane Pc than when focused on the image display plane Pi. As perceived. Therefore, it can be estimated that the eye adjustment of the observer is more easily guided to the image display surface Pi as compared with the state of FIG.

このように、空間変調器6上に形成する開口の幅が小さい方が、超多眼表示の効果である「立体像観察時の眼の調節と輻輳の一致」状態は、より発生しやすくなると考えられる。   As described above, when the width of the opening formed on the spatial modulator 6 is smaller, the “matching of eye adjustment and convergence during stereoscopic image observation” state, which is an effect of super multi-view display, is more likely to occur. Conceivable.

しかしながら、1個の開口の幅をより小さくすると形成すべき開口の数の増加を招く。なぜなら、空間変調器6上の開口形成領域は観察者が表示画像Iを観察する画角をカバーするものでなくてはならないため、開口形成可能範囲の面積は不変のまま開口幅が小さくなる分、分割割数が増加することを意味するからである。また、前述したように開口形成サイクル(=視差画像表示サイクル)は観察者の残像許容時間内に行われるべきなので、もし形成すべき開口の数が増加すると画像表示部1はより高いフレームレートで画像を表示しなくてはならなくなる。   However, if the width of one opening is made smaller, the number of openings to be formed increases. This is because the opening forming area on the spatial modulator 6 must cover the angle of view through which the observer observes the display image I, so that the area of the opening forming range remains unchanged and the opening width becomes small. This is because it means that the number of divisions increases. Further, as described above, since the aperture formation cycle (= parallax image display cycle) should be performed within the allowable time for the afterimage of the observer, if the number of apertures to be formed increases, the image display unit 1 has a higher frame rate. The image must be displayed.

そこで本実施例では形成される開口の幅を観察者の眼の「中心視野」では小さく「周辺視野」では大きくなるよう設定して呈示する視差画像数を抑制し、画像表示部1に要求される表示フレームレートを低く抑えている。なぜなら、一般に眼の中心視野ほど空間分解能は高く、眼の視線方向から2度ずれると視力は1/3ほどに低下するといわれているので、「超多眼表示」を行う対象範囲を「中心視野」優先としても問題ないと考えたからである。つまり、立体像の奥行き知覚に最も寄与すると思われる「中心視野」のみ指向性の高い光束を入射させ、「周辺視野」では入射する光束の指向性を低下させるという方法を本実施例では採用している。この方法は既に図3、4でも示している。観察者左右眼の直前位置に相当する領域2、3、6、7の開口幅は小さく、その周辺部の領域1、4、5、8の開口幅は大きく設定されている。このように、本発明は、空間変調器6の片方の目に対応する領域2、3(6、7)の周辺部の領域1、4(5、8)に形成される開口の水平方向幅が、中心部の領域2、3(6、7)に形成される開口の水平方向幅よりも広い幅を持っていればよい。したがって、本発明の空間変調器6は、図3に示されるように領域1、4(5、8)に形成される開口の水平方向幅が領域2、3(6、7)に形成される開口の水平方向幅よりも物理的に広い幅を持つように作製されるものであってもよい。もしくは、図12に示されるように領域1〜6(7〜12)に形成される各開口の水平方向幅が物理的に等しい幅を有する場合であっても、空間変調器駆動部7によって上記広い幅を持つように制御されるものであってもよい。つまり、空間変調器駆動部7は、図12の領域1、2、5、6(7、8、11、12)に形成される開口の水平方向幅が領域3、4(9、10)に形成される開口の水平方向幅よりも広い幅を持つように制御するものであればよい。   Therefore, in the present embodiment, the width of the formed opening is set to be small in the “center visual field” of the observer's eye and large in the “peripheral visual field” to suppress the number of parallax images to be presented, and is required for the image display unit 1. The display frame rate is kept low. This is because, generally, the spatial resolution of the central visual field of the eye is higher, and it is said that the visual acuity is reduced to about 1/3 when the eye is shifted by 2 degrees from the eye gaze direction. “I thought it would be fine to give priority. In other words, in this example, a method is adopted in which a highly directional light beam is incident only on the “center visual field”, which is thought to contribute most to the depth perception of a stereoscopic image, and the directivity of the incident light beam is reduced in the “peripheral visual field”. ing. This method has already been shown in FIGS. The opening widths of the regions 2, 3, 6, and 7 corresponding to the positions immediately before the observer's left and right eyes are small, and the opening widths of the peripheral regions 1, 4, 5, and 8 are set large. As described above, the present invention provides the horizontal width of the opening formed in the regions 1 and 4 (5 and 8) in the peripheral portion of the regions 2 and 3 (6 and 7) corresponding to one eye of the spatial modulator 6. However, what is necessary is just to have a width | variety wider than the horizontal direction width | variety of the opening formed in the area | regions 2 and 3 (6, 7) of center part. Therefore, in the spatial modulator 6 of the present invention, as shown in FIG. 3, the horizontal width of the openings formed in the regions 1, 4 (5, 8) is formed in the regions 2, 3 (6, 7). It may be produced so as to have a physically wider width than the horizontal width of the opening. Alternatively, even when the horizontal widths of the openings formed in the regions 1 to 6 (7 to 12) have physically equal widths as shown in FIG. It may be controlled to have a wide width. That is, in the spatial modulator driving unit 7, the horizontal width of the openings formed in the regions 1, 2, 5, 6 (7, 8, 11, 12) in FIG. 12 is the regions 3, 4 (9, 10). What is necessary is just to control so that it may have a width | variety wider than the horizontal direction width | variety of the opening formed.

本発明を適用した場合とそうでない場合とで、画像表示部1に要求される性能が大きく異なることを確認しておく。例えば図12のように形成する開口の幅がすべて等しく、片眼あたり6、両眼あわせて12の開口を形成する場合、画像表示部1に要求されるフレームレートは通常ディスプレイの12倍となる。通常ディスプレイの表示フレームレートは60Hz程度なので、特許文献1の発明を実施するには表示フレームレート720Hzのディスプレイデバイスが必要となる。一方、本実施例の場合図3に示したように、観察者の画角は図10の場合と同じであるにもかかわらず、形成する開口数が片眼あたり4、両眼あわせて8となっている。したがって、画像表示部1に要求されるフレームレートは通常ディスプレイの8倍で済み、表示フレームレートが480Hz程度のディスプレイデバイスで実現可能となる。つまり本発明を適用した場合、そうでない場合と比べて約33%も要求フレームレートを低減化することが出来た。   It is confirmed that the performance required for the image display unit 1 is greatly different between when the present invention is applied and when it is not. For example, as shown in FIG. 12, when all the openings to be formed have the same width and 6 openings per eye and 12 openings for both eyes are formed, the frame rate required for the image display unit 1 is 12 times that of a normal display. . Since the display frame rate of a normal display is about 60 Hz, a display device with a display frame rate of 720 Hz is required to implement the invention of Patent Document 1. On the other hand, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 3, although the angle of view of the observer is the same as in FIG. 10, the numerical aperture to be formed is 4 per eye and 8 for both eyes. It has become. Therefore, the frame rate required for the image display unit 1 may be eight times that of a normal display, and can be realized with a display device having a display frame rate of about 480 Hz. That is, when the present invention is applied, the required frame rate can be reduced by about 33% as compared with the case where it is not.

上記実施例の構成によれば、観察者の画角を広く保ちつつも画像表示部に要求される表示フレームレートを従来技術よりも低い値に抑制することができる。   According to the structure of the said Example, the display frame rate requested | required of an image display part can be suppressed to a value lower than a prior art, keeping an observer's angle of view wide.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

本発明は立体画像を扱うすべての産業分野において利用可能であり、特に立体テレビ、立体映画、医療分野やデザイン分野などの産業用立体画像表示装置、イベントや教育現場での立体コンテンツ上映などへの応用が考えられる。   The present invention can be used in all industrial fields that deal with stereoscopic images, especially for stereoscopic televisions, stereoscopic movies, industrial stereoscopic image display devices such as medical and design fields, and stereoscopic content screening at events and educational sites. Application is conceivable.

1 画像表示部
4 同期信号発生手段
5 画像分離用メガネ
6 空間変調器
7 空間変調器駆動部
8 同期用無線信号受信部
9 同期用無線信号発信部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display part 4 Synchronization signal generation means 5 Glasses for image separation 6 Spatial modulator 7 Spatial modulator drive part 8 Synchronization radio signal receiving part 9 Synchronization radio signal transmission part

Claims (4)

片方の目に複数の視差画像を入射させる観察用光学機器であって、
開口が形成される領域を変更可能な開口形成手段と、
前記複数の視差画像を時系列で表示する画像表示手段と前記開口形成手段との同期をとる信号同期手段と、
前記信号同期手段からの信号に基づいて、前記開口形成手段の開口が形成される領域を制御する制御手段とを有し、
前記開口形成手段の片方の目に対応する領域の周辺部に形成される開口の水平方向幅が、中心部に形成される開口の水平方向幅よりも広いことを特徴とする観察用光学機器。
An optical device for observation in which a plurality of parallax images are incident on one eye,
An opening forming means capable of changing a region in which the opening is formed;
A signal synchronization means for synchronizing the image display means for displaying the plurality of parallax images in time series and the opening forming means;
Control means for controlling a region in which the opening of the opening forming means is formed based on a signal from the signal synchronizing means;
An observation optical apparatus, wherein a horizontal width of an opening formed in a peripheral portion of a region corresponding to one eye of the opening forming means is wider than a horizontal width of an opening formed in a central portion.
前記制御手段は、前記信号同期手段からの信号に基づいて、前記開口形成手段の開口が形成される領域と該開口の水平方向幅を制御し、前記開口形成手段の片方の目に対応する領域の周辺部に形成される開口の水平方向幅が、中心部に形成される開口の水平方向幅よりも広くなるように制御することを特徴とする請求項1に記載の観察用光学機器。   The control means controls an area where the opening of the opening forming means is formed and a horizontal width of the opening based on a signal from the signal synchronization means, and corresponds to one eye of the opening forming means. The observation optical apparatus according to claim 1, wherein the horizontal width of the opening formed in the peripheral portion of the optical fiber is controlled to be wider than the horizontal width of the opening formed in the central portion. 前記制御手段は、前記開口形成手段に形成する開口の水平方向幅のうち、前記開口形成手段の片方の目に対応する領域の中心部に形成される開口の水平方向幅を前記複数の視差画像の画素の水平方向幅と同じ幅に設定していることを特徴とする請求項2に記載の観察用光学機器。   The control means determines the horizontal width of the opening formed at the center of the area corresponding to one eye of the opening forming means among the horizontal widths of the openings formed in the opening forming means. The observation optical apparatus according to claim 2, wherein the width is set to be the same as a horizontal width of the pixel. 前記複数の視差画像の時系列的な順次表示の一周期と、前記開口の時系列的な順次形成の一周期とは、共に1/60秒以内であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の観察用光学機器。


4. One cycle of the time-sequential sequential display of the plurality of parallax images and one cycle of the time-sequential sequential formation of the apertures are both within 1/60 seconds. The observation optical instrument according to any one of the above.


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