JP2018007110A - Display device and screen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示装置およびスクリーンに関する。 The present invention relates to a display device and a screen.
画像をスクリーンに投影して立体像を表示する投影装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。従来の投影装置では、立体像に色収差が発生するという問題がある。 A projection apparatus that displays a stereoscopic image by projecting an image on a screen is known (see, for example, Patent Document 1). The conventional projection apparatus has a problem that chromatic aberration occurs in a stereoscopic image.
第1の態様によると、表示装置は、二次元状に配置された複数のレンズ毎に複数配置された受光部で撮影光学系を透過した光を撮像した撮像データを表示する表示部と、前記表示部に表示された前記複数のレンズ毎に複数配置された受光部で受光した像を二次元状に配置された複数の凹面鏡毎に投影する投影部と、を備える。
第2の態様によると、スクリーンは、投影面と、前記投影面に設けられた二次元状に配置された複数の凹面鏡と、を備える。
According to the first aspect, the display device includes a display unit that displays imaging data obtained by imaging light transmitted through the imaging optical system with a plurality of light receiving units arranged for each of a plurality of lenses arranged in a two-dimensional manner, A projection unit that projects images received by a plurality of light receiving units arranged for each of the plurality of lenses displayed on the display unit to a plurality of concave mirrors arranged in a two-dimensional manner.
According to the second aspect, the screen includes a projection surface and a plurality of concave mirrors provided on the projection surface and arranged two-dimensionally.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。立体表示装置(表示装置)1は、プロジェクタ11およびプロジェクションスクリーン(スクリーン)12を有する。プロジェクタ11は、例えば液晶プロジェクタなどであり、後述する二次元画像をプロジェクションスクリーン12に向けて投射する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of the display device according to the first embodiment. The stereoscopic display device (display device) 1 includes a
プロジェクションスクリーン12は、投影面に複数の凹面鏡121を有する。複数の凹面鏡121は、プロジェクションスクリーン12の一方の面に二次元状に配列される。複数の凹面鏡121は、凹面がプロジェクタ11の方向を向くように配列される。複数の凹面鏡121は、全体として平面3を形成するように配列される。プロジェクタ11は、複数の凹面鏡121の凹面に向けて二次元画像を投射する。
The
プロジェクタ11は、所定の投射像面2に二次元画像を結像させる。投射像面2は、複数の凹面鏡121の焦点面近傍に位置する。つまり投射像面2は、複数の凹面鏡121の主平面から、複数の凹面鏡121の焦点距離fだけ手前(プロジェクタ11の方向)に離れた位置に設定される。
The
図2(a)は、複数の凹面鏡121の配列を模式的に示す平面図であり、図2(b)は、複数の凹面鏡121の配列を模式的に示す断面図である。各々の凹面鏡121は、円形の輪郭形状(開口形状)を有する。複数の凹面鏡121は、二次元状に正方配列される。
2A is a plan view schematically showing the arrangement of the plurality of
図3は、プロジェクタ11の構成を模式的に示す図である。プロジェクタ11は、制御部110、記憶部111、投影レンズ112、光源部113、および投影部114を有する。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the
制御部110は、不図示のCPUおよびその周辺回路を有する。制御部110は、不図示の記憶媒体から所定の制御プログラムを読み込んで実行することにより、プロジェクタ11全体を制御する。記憶部111は、例えばメモリカード等の可搬性の記憶媒体である。記憶部111には、1つ以上の画像データが記憶されている。
The
制御部110は、記憶部111から画像データを読み出し、その画像データを投影部114に出力する。光源部113は、例えばLED等の光源である。光源部113からの光は、投影部114に入射する。投影部114は、例えば液晶パネルやマイクロミラーデバイス等を有し、制御部110により入力された画像データに基づく二次元画像を、光源部113からの光によって投影部である投影レンズ112に投射する。投影レンズ112は、制御部110により読み出された画像データに基づく二次元画像を、プロジェクションスクリーン12に向けて投影する。投影レンズ112は、凹面鏡121のF値の2倍よりも大きなF値を有している。この点については後に詳述する。
The
なお、プロジェクタ11が記憶部111とは異なる場所から画像データを取得するようにしてもよい。例えば、プロジェクタ11の外部から所定のインタフェースにより画像データが入力されるようにしてもよい。
Note that the
プロジェクタ11により投影される二次元画像は、ライトフィールドカメラにより撮像されたライトフィールド画像である。観察者がプロジェクタ11によりライトフィールド画像が投影されているプロジェクションスクリーン12を観察すると、ライトフィールド画像に基づく立体像が観察される。つまりプロジェクションスクリーン12は、ライトフィールド画像に基づき立体像を再生する。
The two-dimensional image projected by the
以下、ライトフィールド画像を撮像するライトフィールドカメラ、および、ライトフィールド画像を再生可能な再生装置について順に説明する。その後、プロジェクションスクリーン12について説明する。
Hereinafter, a light field camera that captures a light field image and a playback apparatus that can play back the light field image will be described in order. Thereafter, the
図4は、ライトフィールドカメラが有する撮像素子50を模式的に示した断面図である。なお撮像素子50は、マイクロレンズアレイ51および受光素子アレイ52を有する。マイクロレンズアレイ51は、二次元状に正方配列された複数のマイクロレンズ53を有する。受光素子アレイ52は、二次元状に正方配列された複数の受光素子54を有する。1つのマイクロレンズ53に対して、複数の受光素子54が対応する。つまり受光素子54の数はマイクロレンズ53の数よりも多い。なお図4では、便宜上、マイクロレンズ53および受光素子54を一部だけ、実際よりも大きく図示している。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the
受光素子アレイ52の受光面は、複数のマイクロレンズ53の焦点面57近傍に設けられる。ライトフィールドカメラの撮像光学系55を通過した被写体光は、複数のマイクロレンズ53を通過して複数の受光素子54に入射する。マイクロレンズアレイ51は、撮像光学系55の予定焦点面56近傍に配置される。なお、マイクロレンズ53のF値は、撮像光学系55のF値と同じであることが望ましい。
The light receiving surface of the light receiving
撮像光学系55によりマイクロレンズアレイ51の近傍に結像された被写体像は、マイクロレンズアレイ51が備える複数のマイクロレンズ53により奥行き方向に圧縮され、受光素子アレイ52に畳み込まれる。例えば、撮像光学系55の像倍率が50分の1、すなわち撮像光学系55が被写体像を実際の50分の1の大きさで予定焦点面56に結像させる場合、奥行き方向で見ると被写体像はその二乗である2500分の1の倍率で結像される。つまり、撮像光学系55は、三次元空間にある被写体を奥行き方向に圧縮した立体像を、予定焦点面56に結像させる。
The subject image formed in the vicinity of the
以上のように構成された撮像素子50により撮像される撮像データである二次元画像が、ライトフィールド画像である。ライトフィールド画像は、マイクロレンズアレイ51の働きにより、通常のカメラにより撮像される画像とは異なる見映えの画像となる。
A two-dimensional image that is image data captured by the
図5(a)は、図5(b)に示す「A」という文字を撮像して得られたライトフィールド画像を例示する図である。図5(a)に示すように、ライトフィールド画像は、元の被写体とは大きく異なる見映えの画像となる。 FIG. 5A is a diagram illustrating a light field image obtained by imaging the character “A” shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the light field image is an image that looks much different from the original subject.
ライトフィールドカメラで撮像されたライトフィールド画像を、撮像素子50と同様の構成を有する表示装置により表示すると、立体像を観察することができる。具体的には、図4に図示した撮像素子50の受光素子アレイ52を、複数の表示画素を有する表示画素アレイ(例えば液晶パネルなど)で置き換えた表示装置を用意する。表示画素アレイによりライトフィールド画像を表示すれば、各々の表示画素から発せられる表示光は、撮像時とは逆向きにマイクロレンズアレイ51を通過して観察者に向かう。その結果、観察者は、基となる立体像を観察することができる。
When a light field image captured by a light field camera is displayed on a display device having the same configuration as that of the
なお、ライトフィールド画像をそのまま表示画素アレイに表示すると、観察される立体像の奥行きは基となる被写体像から逆転してしまう。そこで、ライトフィールド画像に対し、奥行き方向が逆転するように前処理を施しておくことが望ましい。例えば、制御部110が、ライトフィールド画像を構成する微小領域60ごとに、微小領域60内の画像を180度回転(反転)させる前処理を施す。もしくは、予めそのような前処理を施した画像データを、記憶部111に記憶する。このようにすることで、観察者から正しい向きで観察される立体像を再生することができる。ここで言う微小領域60とは、1つのマイクロレンズ53により被覆される領域である。つまり、微小領域60は、それぞれ1つのマイクロレンズ53に対応する。
Note that if the light field image is displayed as it is on the display pixel array, the depth of the stereoscopic image to be observed is reversed from the underlying subject image. Therefore, it is desirable to pre-process the light field image so that the depth direction is reversed. For example, the
プロジェクションスクリーン12における複数の凹面鏡121は、反射型であるという点を除き、上述した表示装置における複数のマイクロレンズ53と同様に機能する。すなわち、上述した表示装置において、表示画素からの表示光が複数のマイクロレンズ53を介して観察者に向かうのと同様に、プロジェクタ11からの投影光が複数の凹面鏡121を介して(複数の凹面鏡121により反射されて)観察者に向かう。このように、プロジェクションスクリーン12は、投射像面2に三次元のライトフィールド像を結像させ、観察者に三次元のライトフィールド像を観察させる。
The plurality of
例えば、プロジェクタ11の横方向の分解能が4096、プロジェクションスクリーン12の横幅が2mとすると、投影されるライトフィールド画像の1つの画素は0.49mmのサイズである。凹面鏡121の直径が4.9mm、焦点距離が50mm、曲率半径が100mmであれば、凹面鏡121のF値は10であり、サグ量(すなわち周辺からの中心の凹み量)は31μmである。プロジェクタ11の投影レンズ112のF値を3とすると、投射像面2に結像した光線は、投射像面2の一点から約3.3個分の凹面鏡121に広がる(凹面鏡121のF値/投影レンズ112のF値)。このとき、凹面鏡121の焦点距離と凹面鏡121の直径(画素単位)の積が、再現可能な奥行きとなる。凹面鏡121の焦点距離が50mm、凹面鏡121の直径が4.9mm、1つの画素は0.49mmのサイズであるので、画素単位の凹面鏡121の直径は10、従って再現可能な奥行きは500mmとなる。つまり、プロジェクションスクリーン12の前後に500mmの奥行きを有する立体像を再現することが可能である。
For example, assuming that the horizontal resolution of the
なお、プロジェクタ11の投影レンズ112のF値が、凹面鏡121のF値の2倍よりも大きければ、プロジェクタ11により投影されるライトフィールド画像の微小領域60と凹面鏡121との位置合わせは不要である。
なお、図5(a)は、図5(b)に示す「A」という文字を撮像して得られたライトフィールド画像であるとしたが、コンピュータグラフィックにより作成した「A」という文字の画像データを公知の信号処理方法により信号処理することにより、「A」という文字に対応するライトフィールド画像データを生成して、生成された画像を上述したように表示装置により表示させて投影してもよい。
If the F value of the
5A is a light field image obtained by imaging the character “A” shown in FIG. 5B, the image data of the character “A” created by computer graphics is used. May be processed by a known signal processing method to generate light field image data corresponding to the character “A”, and the generated image may be displayed on the display device and projected as described above. .
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)プロジェクションスクリーン12は、二次元状に配列された複数の凹面鏡121を備える。プロジェクションスクリーン12にライトフィールドカメラにより撮像されたライトフィールド画像が投影されると、プロジェクションスクリーン12は所定の投射像面2に三次元のライトフィールド像を結像させる。このようにしたので、スクリーンにおいて色収差が生じず、高品質な三次元像を観察することができる。
According to the embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The
(2)複数の凹面鏡121は、全体として平面3を形成するように配列される。このようにしたので、プロジェクションスクリーン12の製造が容易になる。
(2) The plurality of
(3)立体表示装置1は、プロジェクションスクリーン12と、複数の凹面鏡121の反射面に向けてライトフィールド画像を投影するプロジェクタ11とを備える。このようにしたので、スクリーンにおいて色収差が生じず、高品質な三次元像を観察することができる。
(3) The
(4)プロジェクタ11は、ライトフィールドカメラが有する複数のマイクロレンズ53に対応する複数の微小領域60ごとに微小領域60内の画像を180度反転させた前記ライトフィールド画像を投影する。このようにしたので、奥行き方向の向きが正しい立体像を観察者に観察させることができる。
(4) The
(5)プロジェクタ11は、凹面鏡121の反射面よりもプロジェクタ11側の位置に設けられた投射像面2にライトフィールド画像を結像させる。より具体的には、プロジェクタ11は、凹面鏡121の反射面からプロジェクタ11側に複数の凹面鏡121の焦点距離だけ離れた位置の投射像面2にライトフィールド画像を結像させる。このようにしたので、高品質な三次元像を観察することができる。
(5) The
(7)プロジェクタ11は、凹面鏡121のF値の2倍よりも大きいF値を有する投影レンズ112を介してライトフィールド画像を投影する。このようにしたので、プロジェクタ11により投影されるライトフィールド画像の微小領域60と凹面鏡121との位置合わせが不要になる。
(7) The
(変形例1)
凹面鏡121は円形でなくてもよく、その配列は正方配列でなくてもよい。例えば図6に示すように、六角形の外形形状(開口形状)を有する凹面鏡121を稠密に配列(いわゆるハニカム配列)してもよい。
(Modification 1)
The
(変形例2)
図7に例示するように、複数の凹面鏡121が全体として凹面70を形成するように、凹面鏡121を配列してもよい。このようにすることで、特にプロジェクションスクリーン12の末端近傍における立体像の見映えが改善される。
(Modification 2)
As illustrated in FIG. 7, the
(変形例3)
図8に例示するように、投射像面2の周辺にフィールドレンズ80を設けてもよい。このようにすることで、特にプロジェクションスクリーン12の末端近傍における立体像の見映えが改善される。
(Modification 3)
As illustrated in FIG. 8, a
1…立体表示装置、11…プロジェクタ、12…プロジェクションスクリーン、121…凹面鏡
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記表示部に表示された前記複数のレンズ毎に複数配置された受光部で受光した像を二次元状に配置された複数の凹面鏡毎に投影する投影部と、
を備える表示装置。 A display unit for displaying imaging data obtained by imaging light transmitted through the imaging optical system by a plurality of light receiving units arranged for each of a plurality of lenses arranged two-dimensionally;
A projection unit for projecting an image received by a plurality of light receiving units arranged for each of the plurality of lenses displayed on the display unit to a plurality of concave mirrors arranged two-dimensionally;
A display device comprising:
前記投影部は、前記凹面鏡の反射面よりも前記投影部側の位置に前記像を結像させる表示装置。 The display device according to claim 1,
The projection unit is a display device that forms the image at a position closer to the projection unit than a reflection surface of the concave mirror.
前記投影部は、投影レンズにより前記像を結像させ、
前記投影レンズは、前記凹面鏡の反射面よりも前記投影部側の前記投影レンズの略焦点距離離れた位置に前記像を結像させる表示装置。 The display device according to claim 2,
The projection unit forms the image with a projection lens,
The projection lens is a display device that forms the image at a position substantially away from the reflecting surface of the concave mirror at a substantially focal length of the projection lens on the projection unit side.
前記投影部は、投影レンズにより前記像を結像させ、
前記投影レンズのF値は、前記凹面鏡のF値の2倍以上である表示装置。 The display device according to claim 2 or claim 3,
The projection unit forms the image with a projection lens,
The display device wherein the F value of the projection lens is twice or more the F value of the concave mirror.
前記投影部は、投影レンズにより前記像を結像させ、
前記投影レンズと前記複数の凹面鏡との間にフィールドレンズを備える表示装置。 In the display device according to any one of claims 2 to 4,
The projection unit forms the image with a projection lens,
A display device comprising a field lens between the projection lens and the plurality of concave mirrors.
前記複数の凹面鏡は、形状が平面である投影面に設けられている表示装置。 In the display device according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of concave mirrors are display devices provided on a projection surface having a flat shape.
前記複数の凹面鏡は、形状の少なくとも一部が曲面である投影面に設けられている表示装置。 In the display device according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of concave mirrors is a display device provided on a projection surface having at least a part of a curved surface.
前記曲面は、凹面である表示装置。 The display device according to claim 7,
The display device, wherein the curved surface is a concave surface.
前記撮像データを前記レンズ毎に前記レンズの光軸に対して180度回転させたデータを前記表示部に表示するように制御する制御部を備える表示装置。 In the display device according to any one of claims 1 to 8,
A display device comprising a control unit that controls the display unit to display data obtained by rotating the imaging data for each lens by 180 degrees with respect to the optical axis of the lens.
前記複数の受光部で撮像された撮影光学系を透過した被写体からの光による像の代わりにデータ処理により生成された被写体の像の画像データを、二次元状に配置された複数のレンズ毎に複数配置された受光部で撮影光学系を透過した前記被写体からの光を撮像した撮像データに対応するデータに画像処理により変換したデータを前記表示部に表示する表示装置。 In the display device according to any one of claims 1 to 8,
For each of a plurality of lenses arranged in a two-dimensional manner, image data of a subject image generated by data processing instead of an image by light from a subject that has passed through a photographing optical system picked up by the plurality of light receiving units. A display device that displays, on the display unit, data converted by image processing into data corresponding to imaging data obtained by imaging light from the subject that has passed through the imaging optical system with a plurality of light receiving units.
前記二次元状に配置された複数の凹面鏡が設けられた投影面を有するスクリーンを備えた表示装置。 In the display device according to any one of claims 1 to 10,
A display device comprising a screen having a projection surface provided with a plurality of concave mirrors arranged two-dimensionally.
前記投影面に設けられた二次元状に配置された複数の凹面鏡と、
を備えたスクリーン。 A projection plane;
A plurality of concave mirrors arranged in a two-dimensional shape provided on the projection surface;
With screen.
前記投影面の形状は、平面であるスクリーン。 The screen of claim 12,
The projection surface has a plane shape.
前記投影面の形状は、少なくとも一部が曲面であるスクリーン。 The screen of claim 13.
The projection surface has a shape in which at least a part is a curved surface.
前記曲面は凹面であるスクリーン。 The screen of claim 14,
The screen is a concave surface.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016133495A JP2018007110A (en) | 2016-07-05 | 2016-07-05 | Display device and screen |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021524052A (en) * | 2018-03-22 | 2021-09-09 | アリゾナ ボード オブ リージェンツ オン ビハーフ オブ ザ ユニバーシティ オブ アリゾナ | How to Render a Lightfield Image for an Integral Imaging Lightfield Display |
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2016
- 2016-07-05 JP JP2016133495A patent/JP2018007110A/en active Pending
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