JP2000131783A

JP2000131783A - 三次元画像記録媒体

Info

Publication number: JP2000131783A
Application number: JP10301036A
Authority: JP
Inventors: Kyojiro Nanbu; 恭二郎南部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、三次元的な画像を記録すると
共に記録画像を三次元的に観察できる三次元画像記録媒
体において、記録再生素子どうしの光学的な分離を実現
することにより、再生像に歪みがないこと、記録再生時
に特殊な光学系を使わなくても偽像が生じないこと、記
録時間を短縮すること、屈折率ｎが２以下であっても視
野角を広くとること、再生像のコントラストを高くする
ことを実現することにある。【解決手段】本発明は、記録層ＥとレンズＭＬＳとから
なる複数の記録再生素子ＥＬＭが配列されてなる三次元
画像記録媒体において、記録層Ｅが略半球形に形成され
ていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元的な画像を
写し取る三次元画像記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元的な画像を記録再生することので
きる手法の代表例としては、ホログラム手法と、ボリュ
ームグラフ手法とが知られている。

【０００３】前者のホログラム手法は、記録時に使った
単色光と同じ波長の単色光を用いて再生をしない限り、
再生像に歪みが生じるという不具合の他に、記録装置及
び再生装置が大がかりになるという難点とがある。

【０００４】一方、ボリュームグラフ手法は、図２９に
示すように、例えば型押しにより形成された表面が半球
レンズのマトリクス構造、いわゆる縄の目レンズの構造
を持つ透明板Ｔと、透明板Ｔの背面に塗布された写真フ
ィルムと同様の感光乳剤の感光層Ｅとからなる三次元画
像記録媒体Ｐを使用するもので、記録及び再生できる画
像の解像度が限られているが、コンピュータグラフィッ
クスで描かれた三次元図形を白黒だけでなくカラーでも
容易に三次元画像記録媒体に記録し且つ再生することが
できる。しかも、再生画像に歪みがないという特徴を有
している。

【０００５】このような特長を利用して、例えば、以下
のようにして手術に応用されている。従来、患者を予め
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ）や磁気共鳴
映像化装置（ＭＲＩ）で撮影して、三次元データを得、
これから体内の関心臓器の構造を表す三次元コンピュー
タグラフィックスを生成して、手術の計画や手術中の参
照用として供することが行われている。

【０００６】さて、三次元画像記録媒体に三次元コンピ
ュータグラフィックスを実物大の三次元画像として予め
記録しておき、手術時に、この三次元画像記録媒体の再
生像と患者の体とが正確に重なるように配置すると、医
師は切開する前に患者の体内構造を三次元画像記録媒体
の再生像であたかも患者の体内を透視しているように見
ることができる。このため、医師は適切な切開部位及び
進入経路を容易に決定することが可能になる。

【０００７】このような三次元画像記録媒体Ｐに三次元
画像を記録する際には、図３０に示すように、仮想的な
三次元画像が存在する空間Ｖ内で点状の光源Ｌを隈無く
移動させながら、その各位置で光源Ｌの放射光の輝度及
びカラーを、三次元画像の対応するボクセルの輝度及び
カラーに従って変える。点光源Ｌから放射する輝度及び
カラー調整された光は、媒体Ｐの表面にある縄の目レン
ズの集光作用によって記録層Ｅに結像する。空間Ｖ内を
点光源Ｌが隈無く移動した後に現像することにより、記
録層Ｅに三次元画像が記録される。

【０００８】観察時には、図３１に示すように、記録層
Ｅの背後から光を照射すると、記録時と全く同じ光路を
光が逆に進むことによって、あたかも点Ｌから発散した
かのような光線群が再生されることになる。従って、観
察者は、これを正面から見れば、点Ｌの三次元画像が空
中に浮かんだように奥行き感をもって立体視することが
できる。このように三次元画像記録媒体Ｐでは、明るく
歪みがないカラー三次元画像を記録し再生することがで
きる。

【０００９】このボリュームグラフ手法を、例えばホロ
グラムと比較すると、任意の白色光源を使ってカラー像
が歪みなくしかも明るく再生される。また大型の三次元
画像記録媒体Ｐが比較的安価に作成できる。コンピュー
タグラフィックスなどで作成された任意の三次元画像を
記録及び再生できる。しかし、解像度は限られており縄
の目レンズの粒の大きさより細かいものは表現できな
い。

【００１０】これに対して、ホログラムでは三次元画像
を歪みなく観察するには、記録時と同じ波長の単色光源
を用いて回析効果を再現する必要がある。また、色が正
確に再現されない。さらに像が一般に暗い。しかし、解
像度は原理上光の波長程度にまで上げることが可能であ
る。

【００１１】しかしながら三次元画像記録媒体Ｐには次
のような問題がある。すなわち、図３２に示すように、
従来の“縄の目レンズ”では、隣り合うレンズを通った
光線ＡとＢとは記録層Ｅの同じ位置Ｉに集光されてしま
い、この結果、隣り合うレンズを通った像が記録層Ｅ上
で部分的に重なり合ってしまい（オーバーラップ）、こ
のため観察時には、オーバーラップした像が偽像として
見えてしまう。これを防止するには、レンズ及び記録層
の微小部分とからなる記録再生素子を、光学的に分離す
ることが必要とされる。

【００１２】このための第１の方法においては、図３３
に示すように、点線源Ｌと媒体Ｐとの間にマスクＭを配
置し、このマスクＭに開けられたホールｈにより点線源
Ｌから媒体Ｐへの光の入射角ＩＡを制限する。そしてこ
のように記録した媒体Ｐを観察するとき、観察者は入射
角ＩＡと同じ視野角ＶＡ内の範囲Ｑから観察する限りに
おいて、偽像のない三次元画像を観察することができ
る。記録及び観察時においては、仮想の三次元画像が存
在する空間Ｖ内を点線源Ｌが移動するにつれて、マスク
Ｍも適切な位置に移動させなくてはならない。

【００１３】次に、第２の方法は、図３４に示されてい
るように、ピンホール（またはレンズ）ｐｈと、平面デ
ィスプレイＤとを用いる。ピンホールｐｈの位置を範囲
Ｑの平面内を隈無く移動させ、それに応じて平面ディス
プレイＤに表示する画像を変えながら、画像をピンホー
ルｐｈを通して媒体Ｐに投影し、記録させる。この第２
の方法に置いても第１の方法と同様に、媒体Ｐを観察す
るとき、観察者は範囲Ｑから観察する限りにおいて、偽
像のない三次元画像を観察することができる。

【００１４】しかし第１、第２の方法は、いずれも点線
源Ｌやピンホールｐｈを広い範囲を動かす必要があるた
め、記録時間が非常に長くなるという不具合がある。例
えば、三次元画像記録媒体を医療に応用する場合、病院
内で簡便かつ短時間に記録することができなくては実用
性が低い。

【００１５】そこで、記録時間を短縮し、しかも偽像の
ない三次元画像を観察できる方法として、図３５に示す
ように、バックライトＢからの光を、例えばカラー液晶
パネルのような平面ディスプレイＤを通して媒体Ｐに投
影する第３の方法が考えられる。バックライトＢから平
面ディスプレイＤ上のある点、例えば点ｆを通る光は、
媒体Ｐ上の制限された範囲ｉｆだけに到達し、一方、デ
ィスプレイＤ上の他の点、例えば点ｇを通る光は範囲ｉ
ｇだけに到達して、オーバラップしないようになってい
る。そして記録時には、ディスプレイＤを、空間Ｖ内で
矢印の向きに平行移動し、その各位置で表示画像（断層
像）を変えることによって、媒体Ｐに三次元画像を記録
させる。この方法によると、ディスプレイＤを一次元で
動かすだけでよいので、記録時間を大幅に短縮できる。

【００１６】また、図３６に示す第４の方法でも記録時
間の短縮を図ることができる。この方法は、図３５と基
本的に同じ考え方で、空間Ｖ内にディスプレイＤを配置
する代わりに、外部に置いた２次元的表示装置Ｄ’の像
をレンズＬＳとマスクＭのホールにより空間Ｖ内に結像
させるというものである。この図３６の例では、２次元
的表示装置Ｄ’とレンズＬＳとの距離ａと、レンズＬＳ
と実像Ｄとの距離ｂとを等しくすることによって、２次
元的表示装置Ｄ’上の像に対して、空間Ｖ内の実像は倒
立しているが、その大きさは等しくなるようにすること
ができる。記録時には、マスクＭを固定したままで、レ
ンズＬＳと表示装置Ｄ’とを、レンズＬＳを挟んで空間
Ｖに光学的に対称の空間Ｖ’内で矢印の向きに一体とし
て一次元に移動させ、その移動にともなって、表示装置
Ｄ’に表示する倒立画像（断層像）を変えていく。こう
して実像は、空間Ｖ内の三次元画像をその位置の平面で
切ったときの断層像と等しくなり、これを媒体Ｐに三次
元画像として記録させることができる。

【００１７】さらにこの第４の方法は、距離ａとｂを等
しくしないように配置したレンズを用いて、２次元的表
示装置Ｄ’の像を拡大あるいは縮小した実像を空間Ｖ内
に結像させることができる。従って表示装置Ｄ’として
大型のディスプレイ装置、例えばプラズマディスプレイ
装置を使用し、その縮小された実像をＤの位置に結像さ
せるようにしてもよい。また、レンズを交換するかレン
ズの位置を調節することによって、同一の２次元的表示
装置Ｄ’を使って様々な大きさの空間Ｖを占める三次元
画像を媒体Ｐに記録させることができる。

【００１８】上記の第１の方法、すなわち点光源とマス
クを用いる方法で記録を行うと、点光源ＬとマスクＭと
の位置を制御しつつ点光源Ｌが空間Ｖの中を隈無く走査
するようにする機構が必要であり、記録時間が極めて長
くなる上に、特に点光源ＬとマスクＭとを三次元的に正
確な位置に置くための駆動機械装置に高い精度が要求さ
れ、またその制御が複雑である。

【００１９】上記の第２の方法、すなわちピンホールと
平面ディスプレイを用いる方法では、ピンホールｐｈを
２次元で移動させればよいため、点線源を三次元で移動
させる必要のある第１の方法に比べて機構が簡単にな
る。移動が少なくなる分、記録時間は、第１の方法に比
べれば大幅に短縮できる。しかし、ディスプレイ面には
それぞれの方向から見たときの映像を表示しなくてはな
らず、このため２次元平面上でピンホールを精密に動か
す必要があるので、記録に長い時間がかかる。また、コ
ンピュータグラフィックス処理によって、空間Ｖに再生
されるべき像の投影変換、あるいはレンダリング処理を
行った２次元画像を作成し、ディスプレイに表示する必
要がある。一般にこの処理は多大な計算量を必要とする
ため処理時間がかかり、また高速でしかも大容量のコン
ピュータを必要とする。

【００２０】第３の方法は装置が小規模で、第２の方法
に比べて圧倒的に短時間で記録が可能である。但し、使
用する透過型表示装置に黒を表示した場合にその遮光効
果が万全でないと媒体Ｐの再生する像にカブリを生じさ
せる場合がある。

【００２１】第４の方法は第３の方法と同等の時間で記
録ができる。第３の方法に比べると装置が大型化する
が、非常に明るくコントラストの高い表示装置、例えば
ブラウン管を用いることによってカブリを生じさせずに
短時間に精細な三次元画像を記録させることができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように三次元
画像記録媒体の第１の問題点としては、偽像を避けるた
めには、非常に長い記録時間を必要とするので、実用性
を著しく損なうことである。

【００２３】また、第２の問題点としては、偽像を伴わ
ずに観察可能な視野角が狭く限定されてしまうことであ
り、これは上述した第１〜第４のいずれの方法でも解決
できないでいる。図３７の２点鎖線は、１つのレンズと
それに対応する記録層部分とからなる記録再生素子どう
しを隔絶する仮想的な境界線を示し、Ｑ１，Ｑ２はそれ
ぞれ隣り合うレンズ１，２の曲率中心である。記録時
に、入射する光線の方向が、ＶＡの視野角内に限定され
ていれば、各々のレンズによって像ができる範囲が互い
に重ならないようにできる。太い線で表した光線ＬＢ
は、レンズ２の端を通る光線を示している。

【００２４】一方、破線で示す光線ＫＢは、制限された
視野角ＶＡ以外の方向に作られる偽像を作る光線を示し
ており、ここではレンズ１を通して記録された像が、レ
ンズ２を通して再生されてしまう偽像を作る光線として
示されている。記録時に光線の方向が限定されていて
も、なお、このように観察時に制限された視野角ＶＡ以
外の方向から観察すると、偽像が見えてしまう。

【００２５】第３の問題点は、第２の問題点を緩和する
ために視野角ＶＡを大きくしようとすれば、屈折率が大
きい材料を用いなくてはならないことである。図３７は
屈折率が約２．２の材料を用いた縄の目レンズを示して
いる。偽像を伴わずに記録及び再生が可能な視野角ＶＡ
は屈折率ｎに依存し、屈折率ｎが大きい材料を使えば視
野角ＶＡを拡大できる。しかし合成樹脂やガラス等、透
明度が高くて安価かつ加工しやすい大抵の材料では、屈
折率ｎは２以下であるため、大きな視野角ＶＡを得るに
は適さない。

【００２６】第４の問題点は、第２の問題点を緩和する
ために視野角ＶＡを大きくすると、、光線が特定の角度
で入射する場合以外には、レンズが記録層に鮮明な像を
結ぶことができないので、再生される像のコントラスト
が低下することである。

【００２７】このような様々な問題は、全て記録再生素
子が隣の記録再生素子と光学的に分離していないことに
起因するものである。

【００２８】本発明の目的は、三次元的な画像を記録す
ると共に記録画像を三次元的に観察できる三次元画像記
録媒体において、記録再生素子どうしの光学的な分離を
実現することにより、再生像に歪みがないこと、記録再
生時に特殊な光学系を使わなくても偽像が生じないこ
と、記録時間を短縮すること、屈折率ｎが２以下であっ
ても視野角を広くとること、再生像のコントラストを高
くすることを実現することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は、記録層
とレンズとからなる複数の記録再生素子が配列されてな
る三次元画像記録媒体において、隣り合う記録再生素子
が互いに光学的に分離されていることを特徴とする。

【００３０】（２）本発明は、レンズと記録層とからな
る複数の記録再生素子が配列されてなる三次元画像記録
媒体において、前記記録層が略半球形に形成されている
ことを特徴とする。

【００３１】（３）本発明は、（２）の媒体において、
前記レンズは透明板表面に形成された略半球形の凸部で
あり、前記記録層は前記透明板裏面に形成された略半球
形の凸部表面に形成されていることを特徴とする。

【００３２】（４）本発明は、（３）の媒体において、
前記レンズの曲率中心と、前記記録層の曲率中心とは一
致していることを特徴とする。

【００３３】（５）本発明は、（３）の媒体において、
前記記録層の曲率半径は、前記レンズの曲率半径よりも
大きいことを特徴とする。

【００３４】（６）本発明は、（５）の媒体において、
前記略球体のレンズの屈折率は２未満であることを特徴
とする。

【００３５】（７）本発明は、（３）の媒体において、
前記レンズ以外の透明板表面部分には遮光材が設けられ
ていることを特徴とする。

【００３６】（８）本発明は、（３）の媒体において、
前記レンズは透明な略球体をなし、この略球体の背面に
前記記録層が形成されていることを特徴とする。

【００３７】（９）本発明は、（８）の媒体において、
前記略球体のレンズの屈折率は略２であることを特徴と
する。

【００３８】（１０）本発明は、（８）の媒体におい
て、前記複数の略球体は、遮光材を兼ねる接着剤で接合
されることを特徴とする。

【００３９】（１１）本発明は、（２）の媒体におい
て、前記レンズは透明な柱体の曲面に形成された先端部
分であり、前記記録層は前記略円柱体の曲面に形成され
た後端部分の表面に形成されていることを特徴とする。

【００４０】（１２）本発明は、（１１）の媒体におい
て、前記レンズをなす先端部分の表面の曲率中心と、前
記記録層の曲率中心とは一致していることを特徴とす
る。

【００４１】（１３）本発明は、（１１）の媒体におい
て、前記記録層の曲率半径は、前記レンズの曲率半径よ
りも大きいことを特徴とする。

【００４２】（１４）本発明は、（１１）の媒体におい
て、前記複数の略円柱体は、遮光材を兼ねる接着剤で接
合されることを特徴とする。

【００４３】（１５）本発明は、（２）の媒体におい
て、前記複数の記録再生素子は、平板状に配列されてい
ることを特徴とする。

【００４４】（１６）本発明は、（２）の媒体におい
て、前記複数の記録再生素子は、略半円筒又は略円筒形
状に配列されていることを特徴とする。

【００４５】（１７）本発明は、（２）の媒体におい
て、前記複数の記録再生素子は、蜂の巣格子状に配列さ
れていることを特徴とする。

【００４６】（１８）本発明は、（２）の媒体におい
て、前記複数の記録再生素子は、正方格子状に配列され
ていることを特徴とする。

【００４７】（１９）本発明は、（２）の媒体におい
て、前記複数の記録再生素子は、大きさの異なる少なく
とも２種類の記録再生素子を有していることを特徴とす
る。

【００４８】（２０）本発明は、（１９）の媒体におい
て、中心付近の記録再生素子は比較的小型で、辺縁付近
の記録再生素子は比較的大型であることを特徴とする。

【００４９】（作用）上述したように記録層が略半球形
に形成されているので、隣り合う記録再生素子を互いに
光学的に分離することができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の三次元画像記録媒体を好ましい実施形態により詳細
に説明する。本実施形態の三次元画像記録媒体は、平板
状又は任意形状に配列された複数の記録再生素子から構
成される。

【００５１】図１には、１個の記録再生素子ＥＬＭの断
面構造を示している。記録再生素子ＥＬＭは、凸状の微
小レンズＭＬＳと、このレンズＭＬＳを通して結像され
る画像を記録するための記録層Ｅとから構成されてい
る。

【００５２】例えば、ガラスやプラスチック等の透明板
ＴＰの表面が略半球形状の複数の凸部の配列構造に型押
し等により成形されていて、凸部１個１個がそれぞれ１
つのレンズＭＬＳをなしている。また、透明板ＴＰの裏
面が略半球形状の複数の凸部の配列構造に型押し等によ
り形成されていて、この凸部表面に例えばカラー乾板と
同様の感光乳剤が塗布されていて、これが記録層Ｅをな
している。

【００５３】そして、隣り合う透明板ＴＰの表面上のレ
ンズＭＬＳの無い部分には、黒色の塗料やプラスチック
製の遮光材Ｓが形成されている。なお、この遮光材Ｓ
は、透明板ＴＰの全面に黒色の塗料を塗布し、十分乾燥
後、レンズＭＬＳ上の塗料だけを研磨して除去すること
により形成してもよい。

【００５４】なお、図１は、微小レンズＭＬＳが屈折率
ｎが２よりも小さい材料で形成されている場合の例であ
り、隣り合う記録再生素子ＥＬＭどうしの光学的な分離
を確実にするために、つまり、ある記録再生素子ＥＬＭ
のレンズＭＬＳを通って入射した光線がその隣の記録再
生素子ＥＬＭの記録層Ｅに決して到達しないように、記
録層Ｅの曲率半径が微小レンズＭＬＳの曲率半径よりも
大きなるように設計されている。また、レンズＭＬＳの
曲率中心と記録層Ｅの曲率中心とが略一致している。

【００５５】次に、レンズＭＬＳを屈折率ｎが略２であ
るような材料で構成する場合、記録再生素子ＥＬＭを図
２に示すように、レンズＭＬＳを例えば光学ガラス製の
略球体、つまり記録層Ｅの曲率半径が微小レンズＭＬＳ
の曲率半径と等しく、且つレンズＭＬＳの曲率中心と記
録層Ｅの曲率中心とが略一致するように構成することが
できる。

【００５６】この場合、略球体に構成された複数のレン
ズＭＬＳは、遮光材Ｓを兼ねた接着材で所望の形状、例
えば略平板状に結合されている。このような略球体の複
数のレンズＭＬＳを多数並べて遮光材Ｓを兼ねた接着材
で相互に接着し、球体の裏面に記録層Ｅを塗布形成する
ことによって、三次元画像記録媒体を安価に製作でき、
かつ隣り合う記録再生素子ＥＬＭどうしの光学的な分離
を確実に確保して、再生時の偽像を防止することができ
る。なお、略球体の複数のレンズＭＬＳの接着には、接
着剤を使う他、熱や溶剤によって融着させるようにして
もよい。

【００５７】図３には、図１の記録再生素子ＥＬＭをそ
の辺縁部を均等に切り詰めてより小さくしたもの、つま
り透明な略円柱体の先端面を球面に形成し、これをレン
ズＭＬＳとなし、その後端面をレンズＭＬＳよりも曲率
半径の大きな球面に形成し、この後端面に感光乳剤を塗
布して記録層Ｅをなしている。図１と同様に、レンズＭ
ＬＳの曲率半径は記録層Ｅの曲率半径よりも小さく、且
つレンズＭＬＳの曲率中心と記録層Ｅの曲率中心とは一
致されている。

【００５８】このような複数の記録再生素子ＥＬＭを図
２の例と同様に遮光材Ｓを兼ねた接着剤で所望の形状、
例えば略平板状に結合されている。この場合も、図２の
例と同様に、隣り合う記録再生素子ＥＬＭどうしの光学
的な分離を確実にして、再生時の偽像を防止することが
できる。

【００５９】このような構造の複数の記録再生素子ＥＬ
Ｍは、例えば図４、図５に示すように、一列毎に素子直
径の半分の長さ（半ピッチ）ずつずらして全体として蜂
の巣格子状に配列されている。

【００６０】これらの記録再生素子ＥＬＭに三次元画像
を記録する時には、図６に示すように、略平行な光線群
ＬＢがレンズＭＬＳによって集光され記録層Ｅに像Ｉが
結像される。観察時には、その裏側から図示しないバッ
クライトにより照らされ、記録層Ｅを透過してその像Ｉ
の色及び輝度をもった光がレンズＭＬＳによって略平行
な光線群ＬＢとして出力される。この光線群ＬＢを観る
ことで、観察者は三次元画像を認識することができる。

【００６１】なお、複数の記録再生素子ＥＬＭは、図４
に示した蜂の巣格子状でなくても、例えば図７に示すよ
うに列間で素子中心位置を揃えて正方格子状に配列する
ようにしてもよい。また、図２や図３の記録再生素子Ｅ
ＬＭであれば、図４や図７に示したように三次元画像記
録媒体を平板状に構成するだけでなく、例えば図８や図
９に示すように、半筒形状や円筒形状といった形状に構
成することもできる。この場合、観察時には、円筒内部
に光源を入れて、１８０゜又は全方位から三次元画像を
観察できる。もちろん、三次元画像記録媒体を半球形又
は球形に構成してもよいし、その他、任意の形状に構成
するようにしてもよい。

【００６２】また、三次元画像記録媒体を構成する記録
再生素子ＥＬＭが全て同じ大きさ、同じ構造である必要
はなく、例えば比較的大きな記録再生素子ＥＬＭの間に
比較的小型の記録再生素子ＥＬＭを充填するような構造
をとってもよいし、また特に解像度を高くしたい中心部
分に小型の記録再生素子ＥＬＭを配置して、辺縁部には
比較的大きな記録再生素子ＥＬＭを配置するようにして
もよい。

【００６３】上述した図１の記録再生素子ＥＬＭでは、
図１０に示すように、入射角ＶＡを広くすることができ
るので、入射光量に対する記録できる光量の割合が高く
なり、従って記録層に鮮明な像を結像させて記録するこ
とができ、このため再生する像のコントラストを高くす
ることができる。

【００６４】図１１には、図１の記録再生素子ＥＬＭの
遮光材Ｓの働きを示している。もし遮光材Ｓがないと、
記録時には、本来記録すべき光線Ａだけでなく、同じ位
置Ｉに光線Ｂも記録されてしまい、観察時には、位置Ｉ
から出た光線は本来あるべきＡの方向のみならず、Ｂの
方向にも放射されてしまう。この結果、本来のもの以外
の光線が記録されることによる像のコントラストの低下
が生じ、また観察時に本来は像が見えないはずの方向か
ら観察したときに、かすかではあるが偽像が見えてしま
う。

【００６５】図２や図３のように、個々の記録再生素子
ＥＬＭが遮光材Ｓによって完全に分離されていても図１
の場合と同じ効果が得られる。すなわち、個々の記録再
生素子ＥＬＭが光学的に分離していて、偽像が生じない
ことが本発明の本質である。

【００６６】次に、図１２に示すように、図３に示した
記録再生素子ＥＬＭでは、図１や図２の記録再生素子Ｅ
ＬＭに比べて、記録再生が有効に行われる視野角ＶＡが
狭い。また、図３に示した記録再生素子ＥＬＭでは、遮
光材Ｓの反射に関わる不具合が生じる可能性がある。図
１２に破線で示す光線Ｘは、視野角ＶＡの外から入射す
る光線の一例であるが、遮光材Ｓの表面で反射して、偽
像Ｉ’を作る。この偽像Ｉ’の場所は光線ＬＢが作る像
とオーバラップする。特に界面が滑らかだと、界面に浅
い角度（平行に近い角度）で入射した光は非常に反射さ
れやすい。

【００６７】ただし、界面が平面でないならば、つまり
記録再生素子が図３のように略円柱形状で界面が円筒形
であれば、界面で反射した反射光は明瞭な像を作ること
ができないので、はっきりとした偽像Ｉ’を作らない。
また界面が平面であっても、界面が粗く、あるいは遮光
材Ｓが光を散乱する場合、散乱した光は記録層全体にカ
ブリを生じるが像を作らないのではっきりした偽像が生
じることはない。

【００６８】なお、図２の構成においても遮光材Ｓによ
る反射は生じるが、図３の構造に比べて視野角ＶＡが大
きい上に、遮光材への光の入射角度が深く、さらに界面
が曲面であるので実用上全く問題にならない。

【００６９】図３に示した構成においても、屈折率の高
い透明体でレンズＭＬＳを構成することで、例えば屈折
率が略２．０の透明体でレンズＭＬＳを構成すること
で、図１３に示すように、レンズＭＬＳと記録層Ｅの曲
率半径を同じにして、視野角ＶＡを拡大することがで
き、また、屈折率が略２．５の透明体でレンズＭＬＳを
構成することで、図１４に示すように、レンズＭＬＳの
曲率半径よりも記録層Ｅの曲率半径を小さくして、さら
に視野角ＶＡを拡大することができる。

【００７０】このように略２．０とか略２．５といった
非常に高い屈折率を持つ透明体でレンズＭＬＳを構成す
ることで、遮光材Ｓはなくても、記録再生素子ＥＬＭの
光学的な分離を実現できる。すなわち遮光材Ｓがなくて
も、記録時に記録再生素子ＥＬＭのレンズＭＬＳに入射
した光が、隣接する記録再生素子ＥＬＭの記録層Ｅに結
像することない。その結果、遮光材Ｓが不要で、しか
も、透明板ＴＰに型押し成形加工することにより三次元
画像記録媒体を容易に製作することができる。

【００７１】以上のような構成を用いて、三次元画像の
記録再生を行うことができる。その原理は従来の三次元
画像記録媒体のボリュームグラフ手法の場合と同様であ
る。ただし、従来のそれと著しく異なる特長がある。す
なわち個々の記録再生素子ＥＬＭは光学的に分離してお
り、ある記録再生素子ＥＬＭのレンズＭＬＳに入射した
光が、他の記録再生素子ＥＬＭの記録層Ｅに像を作るこ
とはないので、記録時、再生時において、偽像抑制のた
めに必要な様々な制限が緩和されることである。

【００７２】図１６に示すように、記録時には、各記録
再生素子ＥＬＭの記録層Ｅに、光源Ｌからの像Ｉが記録
される。そして、図１７に示すように、観察時には、光
源であるバックライトＢからの光が、記録層Ｅで散乱さ
れ、各記録再生素子ＥＬＭから出る光線が記録時の光源
Ｌに対応する仮想の交点Ｃを通る。このため、観察者
は、その目の位置によらず、当該交点Ｃ上に再生像（輝
点）を見ることができる。記録時の光源Ｌの位置を変え
ながら記録された各々の輝点の像は、対応する交点Ｃを
通して観察者に再生される。これらの位置の異なる複数
の輝点を同時に観察することで、観察者は三次元画像を
知覚することができる。

【００７３】また、図１８に示すように、記録時にレン
ズＬＭを通して画像を記録してもよい。再生時にはレン
ズＬＭは取り外す。すると、三次元像が観察者は記録媒
体の後方のＳ’の位置で再生されるようにすることがで
きる。

【００７４】なお、図１５に示すように、記録層Ｅを平
面的に形成したとすると、レンズＭＬＳの焦点位置（破
線で示す）のなす球面の半径が小さいので、周縁におい
て焦点と記録層Ｅとが著しく離れてしまうため、記録時
に入射した光線ＬＢは記録層Ｅに明瞭な像を結ばない。
その結果、再生される像の角度分解能とコントラストが
低下する。これを回避するためには結局、視野角ＶＡを
狭くしなくてはならないのである。

【００７５】次に、記録再生素子ＥＬＭの設計法につい
て説明する。図１９に示すように、レンズＭＬＳのレン
ズ面と記録層Ｅは球面であって、両者の曲率中心は位置
Ｏで一致している。ここで、レンズＭＬＳの曲率半径を
ｒ、記録層Ｅの曲率半径をＲとする。また、レンズＭＬ
Ｓの材料の空気に対する屈折率をｎとする。記録時に光
ＬＢがＰＥ点に入射したとき、入射点ＰＥの位置を角度
ａで表し、その光線ＬＢが記録層Ｅに当たる点Ｉの位置
を角度ｇで表すと、Ｒ・ sin（ａ−ｂ−ｇ）＝ sin（ｂ）が成り立ち、従って、ｇ＝ａ−asin（ sin（ａ）／ｎ）−asin（ sin（ａ）／
ｎ／Ｒ）が与えられる。

【００７６】これは、このような球面レンズでは像が完
全な一点にはならないことを示している。しかし、屈折
率ｎに合わせて記録層Ｅの曲率半径Ｒを適切に設計し、
あるいは曲率半径Ｒに合わせて適切な屈折率ｎを選ぶこ
とによって、実質的に非常に小さい範囲に多くの光が集
まり、他の光は広く散るようにデザインすることができ
ることを表している。

【００７７】例えば、図２０に示すように、記録層Ｅの
曲率半径Ｒ＝１に対して、レンズＭＬＳの材料の空気に
対する屈折率ｎ＝１．９８とすることによって、入射す
る光の１０％を、｜ｇ｜＜0.001(radian) の範囲に集め
ることができる。これは、５０ｃｍの距離にある物体の
像を、ボケが１ｍｍ以下という精度で再生できることを
意味している。

【００７８】ここで、レンズＭＬＳの略半球形のレンズ
面全体に入射する光の総量を“１”とし、記録層Ｅにお
いて、｜ｇ｜＜Ｇである範囲に入る光の量を“Ｅ
（Ｇ）”と表す。つまり、Ｅ（Ｇ）は、入射光量に対す
る記録光量の割合（記録効率）に相当する。この記録効
率Ｅ（Ｇ）の範囲Ｇに対する関係を、図２１のグラフに
示している。図２２は、図２１中の範囲Ｇが小さい部分
を拡大したグラフである。これから分かるように、記録
層Ｅの曲率半径Ｒが１．０で、レンズＭＬＳの材料の空
気に対する屈折率ｎが１．９８の場合、入射光の８％
は、｜ｇ｜＜0.001(radian) の範囲に集まる。この範囲
の面積は、記録層Ｅ全体の面積の２百万分の１しか過ぎ
ない。

【００７９】これを図２３の記録層Ｅの拡大図を参照し
て具体的に説明すると、記録層Ｅの中央の半径0.0011(r
adian)の円の中に、入射光の１０％が集中する。半径0.
0033(radian)の円内には入射光の１４％が入る。

【００８０】これは観察の方向が、わずか、0.0022(rad
ian)ずれただけで（これは、５０ｃｍ離れたところでの
１ｍｍの動きに相当する）、像の明るさは、１／２０倍
以下に減少することを表している。さらに、0.0044(rad
ian)動けば、１／８０倍程度に減少する。

【００８１】この記録層Ｅにおける像の明るさを、像の
中心からの距離（ｄ(radian)で表す）を横軸にとって表
したものを図２４に示している。記録層Ｅの中心から、
0.011(radian) 以上離れると、その像は実質的に無視で
きるほど暗く、像のカブリが実効的に生じないことを表
している。

【００８２】なお、図２３の記録層Ｅにおいて半径0.00
11(radian)の円内に入る光は、図２５に示すように、｜
a ｜＜0.32(radian)（約１８°）の範囲からの入射光で
ある。

【００８３】以上のようにして、明瞭な像が実質的に記
録層Ｅの一点に形成されるように、材料の屈折率に応じ
て曲率半径を決定し、あるは曲率半径に応じて材料を選
択することが可能である。

【００８４】次に、記録方式については、点光源を用い
るよりも、三次元画像の記録時間を短縮するために、図
２６のように２次元的表示装置Ｄ（例えばカラーブラウ
ン管やカラー液晶表示装置）を用い、空間Ｖに再生され
るべき三次元画像を表示装置Ｄの位置を通る平面で切っ
たときの断面像を表示装置Ｄに表示させつつ、表示装置
Ｄを平行移動させながら空間Ｖを埋め尽くす方式が考え
られる。この方式は２次元断面像を一度に三次元画像記
録媒体Ｐに記録させるので短時間で記録でき、機構も簡
単である。なお、従来では、この記録方式は偽像を生じ
るため適用できなかった。

【００８５】また、図２７、図２８は、表示装置に表示
した画像ではなく、実物をそのまま媒体に撮影する最も
簡単な方法を示している。まず、媒体Ｐ１の近くに撮影
対象物体を置き、これに図示しない照明装置で短時間光
を当てる（図２７）。こうして得られる三次元写真で
は、再生像は奥行き感が逆になってしまう。

【００８６】次に、媒体Ｐ１の再生像Ｙを別の媒体Ｐ２
で撮影する。このようにして作った媒体Ｐ２は元の物体
の三次元画像を再現することができる。

【００８７】以上のように、本実施形態によれば、記録
層Ｅを略半球形に形成しているので、隣り合う記録再生
素子ＥＬＭを互いに光学的に分離することができる。こ
れにより、記録再生時に特殊な光学系を使わなくても偽
像が生じないで、また記録時に２次元表示装置を使える
ので、記録時間を短縮でき、さらに原理的に偽像や歪み
がないので、視野角を広くとることができ、しかも記録
層のどの位置でも均一に微小範囲に光を集められるの
で、再生像のコントラストを高くすることができるよう
になる。

【００８８】本発明は、上述した実施形態に限定される
ことなく、種々変形して実施可能である。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、記録層が略半球形に形
成されているので、隣り合う記録再生素子を互いに光学
的に分離することができる。これにより、記録再生時に
特殊な光学系を使わなくても偽像が生じない。また、記
録時に２次元表示装置を使えるので、記録時間を短縮で
きる。また、原理的に偽像や歪みがないので、視野角を
広くとることができる。しかも、記録層のどの位置でも
均一に微小範囲に光を集められるので、再生像のコント
ラストを高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による三次元画像記録媒体を
構成する記録再生素子の断面図。

【図２】他の構造の記録再生素子の断面図。

【図３】さらに他の構造の記録再生素子の断面図。

【図４】本発明の実施形態による三次元画像記録媒体の
平面図。

【図５】図４の一部拡大図。

【図６】図４の一部の俯瞰図。

【図７】図４とは異なるパターンで配列された記録再生
素子を示す図。

【図８】図２又は図３の記憶再生素子が略半円筒形状に
結合された三次元画像記録媒体の斜視図。

【図９】図２又は図３の記憶再生素子が略円筒形状に結
合された三次元画像記録媒体の斜視図。

【図１０】図１の記録再生素子の入射角を示す図。

【図１１】図１の記録再生素子の遮光材の働きを示す
図。

【図１２】図３の記録再生素子の入射角を示す図。

【図１３】レンズを屈折率２．０の透明板で形成する場
合の図１の記録再生素子の断面図。

【図１４】レンズを屈折率２．５の透明板で形成する場
合の図１の記録再生素子の断面図。

【図１５】記録層を平面的に形成した場合の不具合を示
す図。

【図１６】本実施形態による三次元画像記録媒体の記録
原理図。

【図１７】本実施形態による三次元画像記録媒体の再生
原理図。

【図１８】レンズを用いた場合の記録原理図。

【図１９】図１の記録再生素子の設計原理図。

【図２０】図１９に関連する入射点の位置（角度ａ）と
記録層への到達点の位置（角度ｇ）との関係図。

【図２１】集光角度Ｇと入射光量に対する記録光量の割
合Ｅ（Ｇ）との相関図。

【図２２】図２１の一部拡大図。

【図２３】記録層の位置と再生光量との相関図。

【図２４】記録層中心からの距離と再生光量との相関
図。

【図２５】図２３の記録層において半径0.0011 radian
の円内に入る光の入射角を示す図。

【図２６】記録時間の短縮を図る記録方法の原理図。

【図２７】実物を記録する記録方法の第１ステップを示
す図。

【図２８】実物を記録する記録方法の第２ステップを示
す図。

【図２９】従来の三次元画像記録媒体の断面図。

【図３０】従来の三次元画像記録媒体の記録原理図。

【図３１】従来の三次元画像記録媒体の再生原理図。

【図３２】従来の三次元画像記録媒体の問題点として偽
像が発生する原理図。

【図３３】偽像を防止する従来の記録再生手法を示す
図。

【図３４】偽像を防止する従来の他の記録再生手法を示
す図。

【図３５】記録時間を短縮する従来の記録手法を示す
図。

【図３６】記録時間を短縮する従来の他の記録手法を示
す図。

【図３７】図３３〜図３６に示す従来の手法に共通する
問題である視野角が狭いという現象の説明図。

【符号の説明】

ＭＬＳ…微小レンズ、Ｓ…遮光材、Ｅ…略半球形記録層、ＴＰ…透明板、ＬＢ…光線、ＥＬＭ…記録再生素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録層とレンズとからなる複数の記録再
生素子が配列されてなる三次元画像記録媒体において、
隣り合う記録再生素子が互いに光学的に分離されている
ことを特徴とする三次元画像記録媒体。
【請求項２】レンズと記録層とからなる複数の記録再
生素子が配列されてなる三次元画像記録媒体において、
前記記録層が略半球形に形成されていることを特徴とす
る三次元画像記録媒体。
【請求項３】前記レンズは透明板表面に形成された略半
球形の凸部であり、前記記録層は前記透明板裏面に形成
された略半球形の凸部表面に形成されていることを特徴
とする請求項２記載の三次元画像記録媒体。
【請求項４】前記レンズの曲率中心と、前記記録層の
曲率中心とは一致していることを特徴とする請求項３記
載の三次元画像記録媒体。
【請求項５】前記記録層の曲率半径は、前記レンズの
曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の
三次元画像記録媒体。
【請求項６】前記略球体のレンズの屈折率は２未満で
あることを特徴とする請求項５記載の三次元画像記録媒
体。
【請求項７】前記レンズ以外の透明板表面部分には遮
光材が設けられていることを特徴とする請求項３記載の
三次元画像記録媒体。
【請求項８】前記レンズは透明な略球体をなし、この略
球体の背面に前記記録層が形成されていることを特徴と
する請求項２記載の三次元画像記録媒体。
【請求項９】前記略球体のレンズの屈折率は略２であ
ることを特徴とする請求項８記載の三次元画像記録媒
体。
【請求項１０】前記複数の略球体は、遮光材を兼ねる
接着剤で接合されることを特徴とする請求項８記載の三
次元画像記録媒体。
【請求項１１】前記レンズは透明な柱体の曲面に形成さ
れた先端部分であり、前記記録層は前記略円柱体の曲面
に形成された後端部分の表面に形成されていることを特
徴とする請求項２記載の三次元画像記録媒体。
【請求項１２】前記レンズをなす先端部分の表面の曲
率中心と、前記記録層の曲率中心とは一致していること
を特徴とする請求項１１記載の三次元画像記録媒体。
【請求項１３】前記記録層の曲率半径は、前記レンズ
の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１１記
載の三次元画像記録媒体。
【請求項１４】前記複数の略円柱体は、遮光材を兼ね
る接着剤で接合されることを特徴とする請求項１１記載
の三次元画像記録媒体。
【請求項１５】前記複数の記録再生素子は、平板状に
配列されていることを特徴とする請求項２記載の三次元
画像記録媒体。
【請求項１６】前記複数の記録再生素子は、略半円筒
又は略円筒形状に配列されていることを特徴とする請求
項２記載の三次元画像記録媒体。
【請求項１７】前記複数の記録再生素子は、蜂の巣格
子状に配列されていることを特徴とする請求項２記載の
三次元画像記録媒体。
【請求項１８】前記複数の記録再生素子は、正方格子
状に配列されていることを特徴とする請求項２記載の三
次元画像記録媒体。
【請求項１９】前記複数の記録再生素子は、大きさの
異なる少なくとも２種類の記録再生素子を有しているこ
とを特徴とする請求項２記載の三次元画像記録媒体。
【請求項２０】中心付近の記録再生素子は比較的小型
で、辺縁付近の記録再生素子は比較的大型であることを
特徴とする請求項１９記載の三次元画像記録媒体。