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JP2513403B2 - Projection type stereoscopic display device - Google Patents

Projection type stereoscopic display device

Info

Publication number
JP2513403B2
JP2513403B2 JP5136354A JP13635493A JP2513403B2 JP 2513403 B2 JP2513403 B2 JP 2513403B2 JP 5136354 A JP5136354 A JP 5136354A JP 13635493 A JP13635493 A JP 13635493A JP 2513403 B2 JP2513403 B2 JP 2513403B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prism
projection
liquid crystal
observer
image
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP5136354A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06347746A (en
Inventor
雅雄 今井
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP5136354A priority Critical patent/JP2513403B2/en
Publication of JPH06347746A publication Critical patent/JPH06347746A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2513403B2 publication Critical patent/JP2513403B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、観察者が特別な眼鏡を
装着することなく、立体画像を観察することのできる投
射型立体表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type stereoscopic display device which allows an observer to observe a stereoscopic image without wearing special glasses.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、立体画像や三次元画像を表示する
装置として、両眼視差のある画像情報を右眼と左眼にそ
れぞれ呈示する装置や、物体の断面像を移動スクリーン
の移動に同期して順次表示する装置や、ホログラムを用
いる装置等が提案されている。特に、両眼視差画像を投
射表示し大画面で立体画像を観察することのできる投射
型立体表示装置は、画像の立体感のみならず大画面表示
による臨場感が加わり、より現実感のある立体画像を得
ることができる。この投射型立体表示装置には、観察者
が偏光眼鏡や液晶シャッタ眼鏡等の特別な眼鏡を装着し
て立体画像を観察する装置と、レンチキュラスクリーン
のような特別なスクリーンを使用して立体画像を観察す
る装置とがある。後者は観察者が特別な眼鏡を装着する
ことなく立体画像を観察できるという利点がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for displaying a stereoscopic image or a three-dimensional image, a device for presenting image information having binocular parallax to the right eye and the left eye, and a cross-sectional image of an object synchronized with the movement of a moving screen. Then, a device for sequentially displaying and a device using a hologram have been proposed. In particular, a projection-type stereoscopic display device capable of projecting and displaying a binocular parallax image and observing a stereoscopic image on a large screen has a more realistic stereoscopic effect due to the presence of the large-screen display as well as the stereoscopic effect of the image. Images can be obtained. This projection type stereoscopic display device uses a device for an observer to observe a stereoscopic image by wearing special glasses such as polarizing glasses and liquid crystal shutter glasses, and a stereoscopic image using a special screen such as a lenticular screen. There is a device to observe. The latter has an advantage that an observer can observe a stereoscopic image without wearing special glasses.

【0003】図3はレンチキュラスクリーンを用いた従
来の投射型立体表示装置の表示原理を説明するための平
面図である。従来の投射型立体表示装置31は、立体画
像投射系32とレンチキュラスクリーン33とから構成
される。レンチキュラスクリーン33は細長いシリンド
リカルレンズ34を多数並べた構造になっている。各シ
リンドリカルレンズ34の焦点面を投射表示面とし、そ
こに立体画像投射系32により、立体画像35を投射表
示する。立体画像35は両眼視差情報を有する右眼用画
像36と左眼用画像37をシリンドリカルレンズ34の
数に応じて、画面の縦方向に長いストライプ状の画像に
分割、抽出し、それらを交互に再配列させることにより
作成してある。立体画像35を投射表示する際、図3に
示すように右眼用画像36と左眼用画像37が各シリン
ドリカルレンズ34と観察者38の位置によって決まる
場所に表示されるよう立体画像投射系32を調整する。
観察者38がこのような投射型立体表示装置31を観察
すると、観察者38の右眼39と左眼40からの視線が
レンチキュラスクリーン33に対し異なる角度で入射す
るため、観察者38は、右眼39では右眼用画像36の
みを、左眼40では左眼用画像37のみを見ることにな
る。観察者38は、これらの画像を融合させることによ
り立体感のある画像を観察することができる。
FIG. 3 is a plan view for explaining the display principle of a conventional projection type stereoscopic display device using a lenticular screen. The conventional projection type stereoscopic display device 31 includes a stereoscopic image projection system 32 and a lenticular screen 33. The lenticular screen 33 has a structure in which a large number of elongated cylindrical lenses 34 are arranged. The focal plane of each cylindrical lens 34 is used as a projection display surface, and the stereoscopic image projection system 32 projects and displays a stereoscopic image 35 thereon. The stereoscopic image 35 is obtained by dividing and extracting a right-eye image 36 and a left-eye image 37 having binocular disparity information into striped images that are long in the vertical direction of the screen according to the number of cylindrical lenses 34, and alternately extracting them. It has been created by rearranging. When the stereoscopic image 35 is projected and displayed, as shown in FIG. 3, the stereoscopic image projection system 32 is arranged so that the right-eye image 36 and the left-eye image 37 are displayed at positions determined by the positions of the respective cylindrical lenses 34 and the observer 38. Adjust.
When the observer 38 observes such a projection-type stereoscopic display device 31, the eyes of the observer 38 from the right eye 39 and the left eye 40 are incident on the lenticular screen 33 at different angles, so that the observer 38 can see the right eye. The eye 39 sees only the right-eye image 36, and the left eye 40 sees only the left-eye image 37. The observer 38 can observe an image having a stereoscopic effect by fusing these images.

【0004】このようなレンチキュラスクリーンを用い
た従来の投射型立体表示装置では、立体視が可能な観察
範囲が前後左右方向に離散的に存在し、観察者の位置が
限定されるという欠点がある。ここで前後方向とはレン
チキュラスクリーンと直交する方向であり、左右方向と
はレンチキュラスクリーンに平行な方向である。一般に
この観察範囲は、前後方向で200〜400mm程度で
あり、左右方向では60〜65mm程度の範囲が離散的
に存在する。観察者が前後、または左右にこの観察範囲
を越えて移動した場合、右眼用画像と左眼用画像がそれ
ぞれ独立に右眼、左眼に入射しなくなり、観察者は画像
全体、または一部で逆の眼の画像を観察することにな
り、立体視が不可能になる。左右方向は前後方向と比較
して観察範囲が狭いことから、左右方向の観察範囲の拡
大がレンチキュラスクリーンを用いた投射型立体表示装
置の課題であった。
In the conventional projection type stereoscopic display device using such a lenticular screen, there are drawbacks that the observation range in which stereoscopic vision is possible is discrete in the front, rear, left and right directions, and the position of the observer is limited. . Here, the front-back direction is a direction orthogonal to the lenticular screen, and the left-right direction is a direction parallel to the lenticular screen. Generally, this observation range is about 200 to 400 mm in the front-rear direction, and there are discrete ranges of about 60 to 65 mm in the left-right direction. When the observer moves back and forth or left and right beyond this observation range, the right eye image and the left eye image do not enter the right eye and left eye independently, and the observer sees the whole image or a part of the image. Therefore, the image of the opposite eye is observed, and stereoscopic vision becomes impossible. Since the observation range in the left-right direction is narrower than that in the front-rear direction, enlarging the observation range in the left-right direction has been a problem of the projection type stereoscopic display device using the lenticular screen.

【0005】左右方向の観察範囲の拡大には、観察者の
位置が移動した時に、その移動量を検出し、その移動量
に応じて投射表示する立体画像を左右に移動させること
により、常に左右の眼が対応する画像を観察するように
制御すれば良いことが知られている。例えば特開平1−
107247号公報参照。そこで、立体画像投射系を移
動ステージで左右に移動させ、観察範囲を拡大する投射
型立体表示装置が提案されている。例えば雑誌「199
1年、テレビジョン学会技術報告書 第15巻第56号
7〜12頁」に記載の論文「視点追跡を用いた広帯域
立体表示方式の検討」参照。図4は投射型立体表示装置
の従来例を示す図である。この従来例の投射型立体表示
装置41は、立体画像投射系32とレンチキュラスクリ
ーン33と移動ステージ42とから構成される。ここで
は立体画像投射系32として液晶プロジェクタを用いて
いる。観察者38の移動に応じて立体画像投射系32を
移動ステージ42を用いて移動させ、投射表示する立体
画像35を左右に動かしている。
In order to expand the observation range in the left-right direction, when the position of the observer moves, the amount of movement is detected, and the stereoscopic image projected and displayed is moved to the left or right according to the amount of movement. It is known that it may be controlled so that the eyes of the above observe the corresponding image. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-
See Japanese Patent No. 107247. Therefore, a projection-type stereoscopic display device has been proposed in which the stereoscopic image projection system is moved left and right on a moving stage to expand the observation range. For example, the magazine "199
1 year, Television Society Technical Report Vol. 15, No. 56, pp. 7-12 "," Paper Study on Wide-Band Stereoscopic Display System Using View Tracking ". FIG. 4 is a diagram showing a conventional example of a projection type stereoscopic display device. The projection type stereoscopic display device 41 of this conventional example includes a stereoscopic image projection system 32, a lenticular screen 33, and a moving stage 42. Here, a liquid crystal projector is used as the stereoscopic image projection system 32. The three-dimensional image projection system 32 is moved using the moving stage 42 according to the movement of the observer 38, and the three-dimensional image 35 to be projected and displayed is moved left and right.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来の投
射型立体表示装置41では、移動ステージ42で立体画
像投射系を移動させるため、装置が大型であり、非常に
重くなってしまう。さらに、一般に数十kgの立体画像
投射系32を観察者38の位置に応じて移動させるに
は、応答性能や移動ステージ42への負荷が問題とな
る。
In the conventional projection type stereoscopic display device 41 shown in FIG. 4, since the stereoscopic image projection system is moved by the moving stage 42, the device is large and very heavy. Furthermore, in order to move the stereoscopic image projection system 32 of generally several tens of kg according to the position of the observer 38, the response performance and the load on the moving stage 42 pose a problem.

【0007】本発明の目的は、観察者の位置に応じて立
体画像を移動させ、観察者の観察範囲を拡大することが
できる投射型立体表示装置において、簡易な光学系を用
いることにより応答性能に優れ、移動ステージへの負荷
が軽減された投射型立体表示装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to improve the response performance by using a simple optical system in a projection type stereoscopic display device capable of moving a stereoscopic image according to the position of the observer and expanding the observation range of the observer. It is an object of the present invention to provide a projection-type stereoscopic display device which is excellent in lightness and reduces the load on the moving stage.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも光
源と液晶表示素子と投射レンズからなる立体画像投射系
と、レンチキュラスクリーンとから構成され、観察者の
位置を検出し前記立体画像投射系により投射される立体
画像を移動制御する投射型立体表示装置において、前記
立体画像投射系の前記液晶表示素子と前記投射レンズと
の間の光路中に、前記液晶表示素子と前記投射レンズ間
の光路長を一定に保ちながら、観察者の観察位置の移動
に応じて設定された距離だけ移動する少なくとも2個以
上のプリズムを配置したことを特徴とする
The present invention comprises a stereoscopic image projection system including at least a light source, a liquid crystal display element and a projection lens, and a lenticular screen, and detects the position of an observer to detect the position of the observer. in the projection-type stereoscopic display apparatus that controls movement of the three-dimensional image projected in the optical path between the liquid crystal display element and the projection lens of the stereoscopic image projection system, between the liquid crystal display element and the projection lens
And at least two prisms that move by a distance set according to the movement of the observation position of the observer are arranged while keeping the optical path length of

【0009】[0009]

【作用】本発明の上記構成によれば、液晶表示素子と投
射レンズとの間の光路中に、少なくとも2個以上のプリ
ズムを配置すると、プリズムの光の屈折作用により投射
レンズに対する液晶表示素子の光学的位置が平行移動す
る。少なくとも2個以上のプリズムの相対位置を変化さ
せると、スクリーン上の立体画像の焦点を合わせたま
ま、液晶表示素子の平行移動量を変えることができる。
観察者の観察位置の移動に応じて設定された距離だけプ
リズムが移動するように制御すると、投射表示された立
体画像は、常に観察者の左右の眼が、対応する画像を観
察するように左右に移動することになる。したがって、
観察者の左右方向の観察範囲の拡大が可能になる。プリ
ズムの配置にはそれほど大きな空間は必要とせず、装置
が大型化することはない。また、プリズムは軽量である
ので、移動ステージの駆動の負荷も軽く、従来に比較し
て高速な応答が可能となる。
According to the above configuration of the present invention, when at least two prisms are arranged in the optical path between the liquid crystal display element and the projection lens, the refraction of the light of the prism causes the liquid crystal display element of the projection lens to move. The optical position translates. By changing the relative positions of at least two prisms, it is possible to change the amount of parallel movement of the liquid crystal display element while the stereoscopic image on the screen is in focus.
If the prism is controlled to move by a distance set according to the movement of the observer's observation position, the stereoscopic image projected and displayed will be left and right so that the left and right eyes of the observer always observe the corresponding images. Will be moved to. Therefore,
It is possible to expand the observation range in the left-right direction of the observer. The arrangement of the prism does not require a large space and the device does not become large. Further, since the prism is lightweight, the driving load of the moving stage is light and the response can be made faster than in the conventional case.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】図1は、本発明の実施例を示す投射型立体
表示装置の平面図である。この投射型立体表示装置1
は、立体画像投射系2とレンチキュラスクリーン3とか
ら構成される。さらに、立体画像投射系2は、液晶表示
素子5と、液晶表示素子5を照明するための光源4と、
液晶表示素子5の表示画像をレンチキュラスクリーン3
に拡大投影し立体画像9を得るための投射レンズ6と、
立体画像9を平行移動するための2個のプリズム7,8
とからなる。
FIG. 1 is a plan view of a projection type stereoscopic display device showing an embodiment of the present invention. This projection type stereoscopic display device 1
Is composed of a stereoscopic image projection system 2 and a lenticular screen 3. Further, the stereoscopic image projection system 2 includes a liquid crystal display element 5, a light source 4 for illuminating the liquid crystal display element 5,
The image displayed on the liquid crystal display element 5 is displayed on the lenticular screen 3
A projection lens 6 for enlarging and projecting to obtain a stereoscopic image 9;
Two prisms 7 and 8 for translating the stereoscopic image 9
Consists of

【0012】次に図1に示した構成の、本発明に従う投
射型立体表示装置の原理を図1と図2を用いて説明す
る。図2は、本発明の投射型立体表示装置の原理を説明
するための図である。
Next, the principle of the projection type stereoscopic display device according to the present invention having the structure shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the projection type stereoscopic display device of the present invention.

【0013】図2(a)〜(c)は、図1の投射型立体
表示装置の部分平面図であり、液晶表示素子5と投射レ
ンズ6の間の部分を示している。図2(a)〜(c)に
おいて、液晶表示素子5を透過した光束は、プリズム7
とプリズム8で屈折された後、投射レンズ6に入射す
る。プリズム7とプリズム8は直角プリズムであり、同
じものを用いている。プリズム7の光の入射面、および
プリズム8の光の出射面は投射レンズ8の光軸20に対
し垂直な面に配置している。投射レンズ6の光軸20
は、図に示すようにプリズム7とプリズム8によって屈
折され、折れ曲がる。ただし、このような配置の時に
は、プリズム7とプリズム8の前後の光軸は平行であ
る。ここで、プリズム7とプリズム8によって光軸20
が平行移動する距離はプリズム7とプリズム8の屈折
率、頂角、およびそれらの間隔で決まる。
FIGS. 2A to 2C are partial plan views of the projection type stereoscopic display device of FIG. 1, showing a part between the liquid crystal display element 5 and the projection lens 6. 2A to 2C, the light flux transmitted through the liquid crystal display element 5 is reflected by the prism 7
After being refracted by the prism 8, the light enters the projection lens 6. The prism 7 and the prism 8 are right-angle prisms, and the same prism is used. The light entrance surface of the prism 7 and the light exit surface of the prism 8 are arranged on a surface perpendicular to the optical axis 20 of the projection lens 8. Optical axis 20 of projection lens 6
Is refracted and bent by the prisms 7 and 8 as shown in the figure. However, in such an arrangement, the optical axes before and after the prism 7 and the prism 8 are parallel. Here, the optical axis 20 is formed by the prism 7 and the prism 8.
Of the prism 7 and the prism 8 is determined by the refractive indices of the prisms 7 and 8, the apex angle, and the distance between them.

【0014】図2(a)において、プリズム7とプリズ
ム8は、後述のある設定した位置、および間隔をあけた
状態で配置する。投射レンズ6は、その光軸20が液晶
表示素子の中心25を通るように配置する。液晶表示素
子5に表示された画像が図1のレンチキュラスクリーン
3上に投影されるように投射レンズ6の焦点を合わせ
る。この時、レンチキュラスクリーン3は、その中心と
投射表示された立体画像9の中心が一致し、かつ図3の
投射型立体表示装置の表示原理を満足するように配置し
ている。以上の構成要素の配置を基準位置とする。
In FIG. 2A, the prism 7 and the prism 8 are arranged at a certain set position described later and with a gap therebetween. The projection lens 6 is arranged so that its optical axis 20 passes through the center 25 of the liquid crystal display element. The projection lens 6 is focused so that the image displayed on the liquid crystal display element 5 is projected on the lenticular screen 3 shown in FIG. At this time, the lenticular screen 3 is arranged so that its center coincides with the center of the projected stereoscopic image 9 and the display principle of the projection type stereoscopic display device of FIG. 3 is satisfied. The above arrangement of the constituent elements is set as a reference position.

【0015】図2(b)は、図2(a)の基準位置に比
べてプリズム7とプリズム8とが接近するようにプリズ
ム8を平行に移動した場合を示す。図から明らかなよう
に、プリズム7とプリズム8との間隔が短くなると、光
軸20の平行移動する距離は短くなる。この時、投射レ
ンズ6の光軸20と液晶表示素子の中心25は一致しな
くなる。すなわち、図1におけるレンチキュラスクリー
ン3上に投射表示される立体画像9は平行移動すること
になる。ここで、プリズム8を光軸20に平行な方向に
動かすだけでは、投射レンズ6と液晶表示素子5の間の
光路長が変わり、投射表示される立体画像9がレンチキ
ュラスクリーン3上でデフォーカスになってしまう。そ
こで、プリズム8は光軸20に垂直な方向にも移動し、
常に立体画像9がレンチキュラスクリーン3上でピント
が合う状態を保ちながら移動させる必要がある。レンチ
キュラスクリーン3上の立体画像9の移動量は、液晶表
示素子5上の光軸20の移動量に投射レンズ6による拡
大倍率をかけたものである。
FIG. 2B shows a case where the prism 8 is moved in parallel so that the prism 7 and the prism 8 are closer to each other than the reference position of FIG. 2A. As is clear from the figure, when the distance between the prism 7 and the prism 8 is shortened, the parallel movement distance of the optical axis 20 is shortened. At this time, the optical axis 20 of the projection lens 6 and the center 25 of the liquid crystal display element do not coincide. That is, the stereoscopic image 9 projected and displayed on the lenticular screen 3 in FIG. 1 moves in parallel. Here, only by moving the prism 8 in a direction parallel to the optical axis 20, the optical path length between the projection lens 6 and the liquid crystal display element 5 is changed, and the stereoscopic image 9 projected and displayed is defocused on the lenticular screen 3. turn into. Therefore, the prism 8 also moves in the direction perpendicular to the optical axis 20,
It is necessary to always move the stereoscopic image 9 on the lenticular screen 3 while keeping it in focus. The amount of movement of the stereoscopic image 9 on the lenticular screen 3 is obtained by multiplying the amount of movement of the optical axis 20 on the liquid crystal display element 5 by the magnification of the projection lens 6.

【0016】図2(c)は、図2(a)の基準位置に比
べてプリズム7とプリズム8とが遠ざかるようにプリズ
ム8を平行に移動した場合を示す。図2(b)と同様
に、投射レンズ6の光軸20と液晶表示素子の中心25
は一致しなくなる。ただし、その平行移動する方向は図
2(b)の場合と逆の方向である。つまり、図1におけ
るレンチキュラスクリーン3上に投射表示される立体画
像9は平行移動し、その方向は図2(b)の場合と逆で
ある。プリズム8は、常に立体画像9がレンチキュラス
クリーン3上でピントが合う状態を保ちながら移動させ
る。
FIG. 2 (c) shows a case where the prism 8 is moved in parallel so that the prism 7 and the prism 8 are farther from the reference position of FIG. 2 (a). As in FIG. 2B, the optical axis 20 of the projection lens 6 and the center 25 of the liquid crystal display element 25.
Will not match. However, the direction of the parallel movement is opposite to that in the case of FIG. That is, the stereoscopic image 9 projected and displayed on the lenticular screen 3 in FIG. 1 moves in parallel, and the direction thereof is opposite to that in the case of FIG. 2B. The prism 8 always moves while the stereoscopic image 9 is kept in focus on the lenticular screen 3.

【0017】以上の説明から明らかなように、プリズム
8をプリズム7に対して移動させるとレンチキュラスク
リーン3上に投射表示される立体画像9を平行に移動す
ることができ、その移動量は、プリズム8の移動量によ
り制御できる。したがって、観察者の観察位置の移動に
応じて設定された距離だけプリズム8を移動させると、
投射表示された立体画像9は、常に観察者の左右の眼
が、対応する画像を観察するように左右に移動すること
になり、観察者の左右方向の観察範囲の拡大が可能にな
る。ここで、前述の図2(a)におけるプリズム7とプ
リズム8の位置と間隔は、想定した観察者の左右方向の
移動量に対応できるように、プリズム7とプリズム8の
最大移動時に構成要素が接触しないように設定される。
図2(b)のようにプリズム7とプリズム8が接近する
場合には、プリズム同士が接触しないように、また図2
(c)のように離れる場合には、プリズム8と投射レン
ズ6が接触しないようにする。プリズム7を移動させる
場合には液晶表示素子5とも接触しないようにする。す
なわち、図2(a)の基準位置とは、プリズム7とプリ
ズム8の最大移動時の中間位置になる。
As is clear from the above description, when the prism 8 is moved with respect to the prism 7, the three-dimensional image 9 projected and displayed on the lenticular screen 3 can be moved in parallel. It can be controlled by a moving amount of 8. Therefore, if the prism 8 is moved by a distance set according to the movement of the observation position of the observer,
The stereoscopic image 9 projected and displayed always moves to the left and right so that the left and right eyes of the observer observe the corresponding image, and the observation range in the left and right direction of the observer can be expanded. Here, the positions and intervals of the prism 7 and the prism 8 in FIG. 2A described above are determined by the constituent elements when the prism 7 and the prism 8 are maximally moved so as to correspond to the assumed lateral movement amount of the observer. It is set not to contact.
When the prism 7 and the prism 8 come close to each other as shown in FIG. 2B, the prisms should not come into contact with each other.
When they are separated as shown in (c), the prism 8 and the projection lens 6 are prevented from contacting each other. When moving the prism 7, the liquid crystal display element 5 is not contacted. That is, the reference position shown in FIG. 2A is an intermediate position when the prism 7 and the prism 8 are maximally moved.

【0018】プリズム7とプリズム8に関しさらに詳し
く説明すると、それらの大きさは、液晶表示素子5と投
射レンズ6を透過し、レンチキュラスクリーン3上に投
影される全ての光束に対し屈折作用を与えるのに必要な
大きさであり、かつプリズム7とプリズム8の最大移動
時にもこの条件を満足する必要がある。プリズム7,8
の材質については、それらの屈折率が大きいものを用い
ると、少ない移動量でレンチキュラスクリーン3上の立
体画像9を大きく移動させることができる。ただし、屈
折率の波長分散が大きいと、投射画面に色収差が生じて
しまい立体視が困難になるので、屈折率の波長分散は小
さいものを用いる。プリズム7とプリズム8の頂角につ
いては、それらの頂角が大きいものを用いると、少ない
移動量でレンチキュラスクリーン3上の立体画像9を大
きく移動させることができる。しかし、プリズム7,8
の頂角を極端に大きくすると非点収差が発生し、レンチ
キュラスクリーン3上で立体画像9の解像力が低下す
る。この場合、右眼用画像と左眼用画像にそれぞれクロ
ストークが生じ立体視が困難になるので、プリズム7と
プリズム8の頂角は極端に大きくしない。ただし、わず
かな非点収差量であれば、レンチキュラスクリーン3の
シリンドリカルレンズが並んでいる方向(プリズムを透
過するメリディオナル光線が結像する方向)の解像度が
確保できるように投射レンズ6のフォーカスを合わせる
と、その影響は小さくなり立体視が可能になる。
The prisms 7 and 8 will be described in more detail. Their sizes give a refraction effect to all the light beams which are transmitted through the liquid crystal display element 5 and the projection lens 6 and are projected on the lenticular screen 3. It is necessary to satisfy this condition even when the prism 7 and the prism 8 are maximally moved. Prism 7, 8
As for the material, if a material having a large refractive index is used, the stereoscopic image 9 on the lenticular screen 3 can be largely moved with a small amount of movement. However, if the wavelength dispersion of the refractive index is large, chromatic aberration occurs on the projection screen and stereoscopic vision becomes difficult, so that the wavelength dispersion of the refractive index is small. Regarding the apex angles of the prisms 7 and 8, if the apex angles of the prisms 7 and 8 are large, the stereoscopic image 9 on the lenticular screen 3 can be largely moved with a small amount of movement. However, the prisms 7 and 8
If the apex angle of is extremely large, astigmatism occurs, and the resolution of the stereoscopic image 9 on the lenticular screen 3 decreases. In this case, crosstalk occurs between the right-eye image and the left-eye image, which makes stereoscopic viewing difficult, so the apex angles of the prisms 7 and 8 are not extremely large. However, if the amount of astigmatism is small, the projection lens 6 is focused so as to ensure the resolution in the direction in which the cylindrical lenses of the lenticular screen 3 are arranged (the direction in which the meridional ray that passes through the prism is imaged). Then, the influence becomes small and stereoscopic vision becomes possible.

【0019】図1に示した構成は、プリズム7とプリズ
ム8として、それぞれ等しい直角プリズムを用い、プリ
ズム7の光の入射面、およびプリズム8の光の出射面を
投射レンズ6の光軸に対し垂直な面に配置し、プリズム
8を移動可能とした場合の態様の一例を示したものであ
り、以下、これについてさらに具体的に説明する。
In the structure shown in FIG. 1, the prisms 7 and 8 are equal right-angle prisms, and the light entrance surface of the prism 7 and the light exit surface of the prism 8 are arranged with respect to the optical axis of the projection lens 6. This is an example of a mode in which the prism 8 is arranged on a vertical surface and is movable, and this will be described more specifically below.

【0020】図1の構成において使用した光源4、液晶
表示素子5、投射レンズ6、レンチキュラスクリーン
3、プリズム7,8は、それぞれ具体的には次のような
ものである。
The light source 4, the liquid crystal display element 5, the projection lens 6, the lenticular screen 3, and the prisms 7 and 8 used in the configuration of FIG. 1 are specifically as follows.

【0021】光源4は、250Wのメタルハライドラン
プを用いた。その出射光は、放物面鏡により平行光束化
され、液晶表示素子5を照明する。照明光は、図には明
示していないが、コールドミラー、紫外線カットフィル
タ等で可視光以外の光の成分を除去している。
As the light source 4, a 250 W metal halide lamp was used. The emitted light is collimated by a parabolic mirror and illuminates the liquid crystal display element 5. Although not shown in the figure, the illumination light is obtained by removing the components of light other than visible light with a cold mirror, an ultraviolet cut filter, or the like.

【0022】液晶表示素子5は、画素を形成する透明電
極膜を施した二枚のガラス基板に液晶を封入したもの
で、図には明示していないが、液晶表示素子の光の入出
射面には偏光板が配置しており、さらに映像信号処理回
路、並びに液晶駆動回路からの映像信号により、各画素
ごとに印加する電圧が制御される。液晶は、ツイステッ
ド・ネマティック液晶を用いており、各画素の印加電圧
による液晶の状態変化は、照明光の偏光状態を変化さ
せ、照明光は偏光板により強度変調される。液晶の駆動
方式には、各画素ごとにスイッチング素子である薄膜ト
ランジスタを形成し液晶を駆動するアクティブマトリク
ス方式を用いた。画素の左右方向のピッチは、0.14
mmのものを用いた。
The liquid crystal display element 5 is one in which liquid crystal is enclosed in two glass substrates provided with transparent electrode films for forming pixels, and although not shown in the drawing, the light input / output surface of the liquid crystal display element is not shown. A polarizing plate is arranged in the pixel, and the voltage applied to each pixel is controlled by the video signal from the video signal processing circuit and the liquid crystal driving circuit. As the liquid crystal, twisted nematic liquid crystal is used, and the change in the state of the liquid crystal due to the voltage applied to each pixel changes the polarization state of the illumination light, and the illumination light is intensity-modulated by the polarizing plate. As a liquid crystal driving method, an active matrix method in which a thin film transistor which is a switching element is formed for each pixel and the liquid crystal is driven is used. The pixel pitch in the horizontal direction is 0.14
The thing of mm was used.

【0023】投射レンズ6は、液晶表示素子5の表示画
像をレンチキュラスクリーン3上に立体画像9として拡
大投影するもので、投影画像のピントを調節できるよう
にフォーカス調整機構と、画面の大きさを変化させるた
めのズーム機構が付いたものを用いた。特に、投射画像
の歪曲収差が小さいものを使用した。
The projection lens 6 magnifies and projects the display image of the liquid crystal display element 5 on the lenticular screen 3 as a stereoscopic image 9. The focus lens and the size of the screen are adjusted so that the focus of the projected image can be adjusted. The one with a zoom mechanism for changing was used. In particular, a projection image with a small distortion is used.

【0024】レンチキュラスクリーン3は、アクリル板
を射出成形により、シリンドリカルレンズが多数並んだ
構造になるように表面を加工したものと、シリンドリカ
ルレンズの焦点面に配置した拡散スクリーンとから構成
した。立体画像9が拡散スクリーン面に結像するように
立体画像投射系2を配置、調整した。レンチキュラスク
リーン3の表示面の大きさは、対角40インチである。
シリンドリカルレンズのピッチ、および焦点距離は、観
察者がレンチキュラスクリーン3から2m離れた位置に
おいて立体画像が観察できるように設計した。
The lenticular screen 3 is composed of an acrylic plate having its surface processed by injection molding so as to have a structure in which a large number of cylindrical lenses are arranged, and a diffusion screen arranged on the focal plane of the cylindrical lenses. The stereoscopic image projection system 2 was arranged and adjusted so that the stereoscopic image 9 was formed on the surface of the diffusion screen. The display surface of the lenticular screen 3 has a diagonal size of 40 inches.
The pitch of the cylindrical lens and the focal length are designed so that the observer can observe a stereoscopic image at a position 2 m away from the lenticular screen 3.

【0025】プリズム7,8は、材質がBK−7で頂角
が10度の直角プリズムを用いた。それらの入射面、並
びに出射面には誘電体多層膜からなる反射防止膜を施し
た。図には明示していないが、プリズム8には、パルス
モータで駆動される移動ステージが取り付けられてお
り、投射レンズ6の光軸に平行な方向、および垂直な方
向に移動可能とした。
The prisms 7 and 8 are right angle prisms made of BK-7 and having an apex angle of 10 degrees. An antireflection film made of a dielectric multilayer film was applied to the incident surface and the output surface thereof. Although not shown in the drawing, a moving stage driven by a pulse motor is attached to the prism 8 so that the prism 8 can move in a direction parallel to the optical axis of the projection lens 6 and a direction perpendicular thereto.

【0026】以上の構成部品からなる、本発明に従う投
射型立体表示装置1の観察者の左右方向の観察範囲は以
下に示す通りである。プリズム8とプリズム7の光軸方
向の間隔が0mmから20mmになるようにプリズム8
を移動したとき、投射レンズ6の光軸の平行移動量は、
1.88mmとなる。液晶表示素子5の画素ピッチは
0.14mmのものを使用しており、光軸の平行移動量
は、13.4画素分に相当する。液晶表示素子5の画素
ピッチは、観察者の位置において左右の眼の間隔65m
mに対応するので、観察者の左右方向の観察範囲は約8
70mmとなる。従って、観察者は中心から左右にそれ
ぞれ435mmに対して連続的に立体視が可能になる。
ここで、観察者の位置検出や移動ステージの制御方法は
従来例と同様であり、図には明示していないが磁気セン
サや赤外線センサ、またはビデオカメラを用いた画像処
理等により観察者の位置を検出し、コンピュータで移動
量を計算した後、移動ステージでプリズム8を移動する
ように制御されている。プリズム8の移動量は小さく、
また軽量であるため高速な移動が可能であり、さらに計
算も瞬時に行われるので、実時間の制御が可能である。
The observation range in the left-right direction of the observer of the projection type stereoscopic display device 1 according to the present invention, which comprises the above-mentioned components, is as shown below. The distance between the prism 8 and the prism 7 in the optical axis direction should be 0 mm to 20 mm.
When is moved, the amount of parallel movement of the optical axis of the projection lens 6 is
It becomes 1.88 mm. The liquid crystal display element 5 having a pixel pitch of 0.14 mm is used, and the parallel movement amount of the optical axis corresponds to 13.4 pixels. The pixel pitch of the liquid crystal display element 5 is 65 m between the left and right eyes at the observer's position.
Since it corresponds to m, the observation range in the left-right direction of the observer is about 8
It becomes 70 mm. Therefore, the observer can continuously stereoscopically view 435 mm from the center to the left and right.
Here, the method of detecting the position of the observer and controlling the moving stage is the same as in the conventional example, and although not shown in the figure, the position of the observer is determined by image processing using a magnetic sensor, an infrared sensor, or a video camera. Is detected and the amount of movement is calculated by the computer, and then the prism 8 is controlled to move by the moving stage. The amount of movement of the prism 8 is small,
Moreover, since it is lightweight, it can be moved at high speed, and since calculation is also performed instantaneously, real-time control is possible.

【0027】以上、本発明の実施例において、各プリズ
ムは必ずしも直角プリズムに限らない。また、各プリズ
ムは一個のプリズムで構成する必要はなく、異なる材質
のプリズムを貼り合わせたものでも良い。さらに、ガラ
スに限らず、くさび型容器に液体を充填したものを用い
ても良い。
As described above, in the embodiments of the present invention, each prism is not necessarily a right angle prism. Further, each prism does not have to be configured by one prism, and prisms made of different materials may be bonded together. Further, not limited to glass, a wedge type container filled with a liquid may be used.

【0028】光源は、メタルハライドランプの他に、キ
セノンランプ、ハロゲンランプ等の高輝度白色光源が使
用できる。
As the light source, a high brightness white light source such as a xenon lamp or a halogen lamp can be used in addition to the metal halide lamp.

【0029】液晶はツイステッド・ネマティック液晶以
外にも、スーパーツイストネマティック液晶、強誘電性
液晶、高分子分散型液晶等の画像を形成するタイプの液
晶を用いることができる。また、液晶の駆動方式は、ア
クティブマトリクス方式に限らず、時分割駆動の単純マ
トリクス方式でも良い。
As the liquid crystal, in addition to the twisted nematic liquid crystal, super twisted nematic liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, polymer-dispersed liquid crystal and other liquid crystal of a type capable of forming an image can be used. Further, the liquid crystal drive system is not limited to the active matrix system, and may be a time-division drive simple matrix system.

【0030】液晶表示素子は、モノクロ表示の場合や、
カラーフィルタを内蔵したカラー表示、さらには、赤、
緑、青色の画像を時分割表示してカラー表示を行ういず
れにも適用できる。ただし、カラーフィルタを内蔵した
カラー表示の場合、赤、緑、青色の画素で構成される画
像の1画素における赤、緑、青色のカラーフィルタを画
像の縦方向に並ぶように配置する必要がある。
The liquid crystal display element is used for monochrome display,
Color display with a built-in color filter, plus red,
The present invention can be applied to any of the color display by displaying the green and blue images in a time division manner. However, in the case of color display with a built-in color filter, it is necessary to arrange the red, green, and blue color filters in one pixel of an image composed of red, green, and blue pixels so as to be aligned in the vertical direction of the image. .

【0031】また、光源からの投射光をダイクロイック
ミラーやダイクロイックプリズムで、赤、緑、青色の三
色に分離し、それぞれの光路に液晶表示素子を配置し、
それらを合成してカラー表示を行う場合でも同様の投射
型立体表示装置が得られる。
Further, the projection light from the light source is separated into three colors of red, green and blue by a dichroic mirror or a dichroic prism, and a liquid crystal display element is arranged in each optical path.
The same projection type stereoscopic display device can be obtained even when they are combined to perform color display.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶表示素子と投射レンズとの間の光路中に、少なくと
も2個以上のプリズムを配置し、観察者の観察位置の移
動に応じて設定された距離だけプリズムが移動するよう
に制御すると、投射表示された立体画像は、常に観察者
の左右の眼が、対応する画像を観察するように左右に移
動し、観察者の左右方向の観察範囲の拡大が可能にな
る。プリズムの配置にはそれほど大きな空間は必要とせ
ず、装置が大型化することはなく、またプリズムは軽量
であるので、移動ステージの駆動の負荷も軽く、従来に
比較して高速な応答が可能な投射型立体表示装置を得る
ことができた。
As described above, according to the present invention,
If at least two prisms are arranged in the optical path between the liquid crystal display element and the projection lens, and the prisms are controlled to move by a distance set according to the movement of the observation position of the observer, the projection display is performed. The left and right eyes of the observer always move to the left and right so as to observe the corresponding image, and the observer's left-right direction observation range can be expanded. The prism does not require a large space, the device does not increase in size, and the prism is light in weight, so the driving load of the moving stage is light and a faster response than before is possible. A projection type stereoscopic display device could be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す投射型立体表示装置の平
面図である。
FIG. 1 is a plan view of a projection type stereoscopic display device showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の投射型立体表示装置の原理を説明する
ための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the projection type stereoscopic display device of the present invention.

【図3】レンチキュラスクリーンを用いた従来の投射型
立体表示装置の表示原理を説明するための平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view for explaining a display principle of a conventional projection type stereoscopic display device using a lenticular screen.

【図4】投射型立体表示装置の従来例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conventional example of a projection type stereoscopic display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,41 投射型立体表示装置 2,32 立体画像投射系 3,33 レンチキュラスクリーン 4 光源 5 液晶表示素子 6 投射レンズ 7,8 プリズム 9,35 立体画像 20 光軸 25 液晶表示素子の中心 34 シリンドリカルレンズ 36 右眼用画像 37 左眼用画像 38 観察者 39 右眼 40 左眼 42 移動ステージ 1, 31, 41 Projection-type stereoscopic display device 2,32 Stereoscopic image projection system 3,33 Lenticular screen 4 Light source 5 Liquid crystal display element 6 Projection lens 7,8 Prism 9,35 Stereoscopic image 20 Optical axis 25 Center of liquid crystal display element 34 Cylindrical lens 36 Right eye image 37 Left eye image 38 Observer 39 Right eye 40 Left eye 42 Moving stage

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも光源と液晶表示素子と投射レ
ンズからなる立体画像投射系と、レンチキュラスクリー
ンとから構成され、観察者の位置を検出し前記立体画像
投射系により投射される立体画像を移動制御する投射型
立体表示装置において、前記立体画像投射系の前記液晶
表示素子と前記投射レンズとの間の光路中に、前記液晶
表示素子と前記投射レンズ間の光路長を一定に保ちなが
ら、観察者の観察位置の移動に応じて設定された距離だ
け移動する少なくとも2個以上のプリズムを配置したこ
とを特徴とする投写型立体表示装置。
1. A stereoscopic image projection system including at least a light source, a liquid crystal display element, and a projection lens, and a lenticular screen, which detects a position of an observer and controls movement of a stereoscopic image projected by the stereoscopic image projection system. in the projection-type stereoscopic display apparatus, the optical path between the liquid crystal display element and the projection lens of the stereoscopic image projection system, the liquid crystal
Keep the optical path length between the display element and the projection lens constant.
The projection type stereoscopic display device is characterized in that at least two prisms that move by a set distance according to the movement of the observation position of the observer are arranged.
【請求項2】前記プリズムは、前記投射レンズの光軸に
平行な方向に、かつ、前記投射レンズの光軸に垂直な方
向に移動することを特徴とする請求項1記載の投射型立
体表示装置。
2. The projection type stereoscopic display according to claim 1, wherein the prism moves in a direction parallel to the optical axis of the projection lens and in a direction perpendicular to the optical axis of the projection lens. apparatus.
【請求項3】観察者の位置を検出する位置検出手段と、 この位置検出手段からの検出位置に基づいて観察者の移
動量を演算する演算手段とを備え、 前記演算された移動量に基づいて前記プリズムの移動を
制御することを特徴とする請求項2記載の投射型立体表
示装置。
3. A position detecting means for detecting the position of the observer, and a calculating means for calculating the amount of movement of the observer based on the detected position from the position detecting means, based on the calculated amount of movement. 3. The projection type stereoscopic display device according to claim 2, wherein the movement of the prism is controlled by a lever.
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