JP2004085965A - 立体撮像装置および立体表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】特殊な眼鏡を用いない立体画像の表示システムにおいて色モアレ発生のない立体画像を表示する立体撮像装置および立体表示装置を提供する。
【解決手段】立体撮像装置１０は、要素凸レンズ（１２１，１２２，…，１２ｎ）各々にＲＧＢのいづれか一色のカラーフィルタ（１４１，１４２，…，１４ｎ）を配置し、被写体１の像を前記撮像用要素凸レンズ１２により結像させ、カラーフィルタ１４の色に対応した単光色の濃淡で表される撮像要素画像（１３１，１３２，…，１３ｎ）として撮像面１６上に形成することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】立体撮像装置１０は、要素凸レンズ（１２１，１２２，…，１２ｎ）各々にＲＧＢのいづれか一色のカラーフィルタ（１４１，１４２，…，１４ｎ）を配置し、被写体１の像を前記撮像用要素凸レンズ１２により結像させ、カラーフィルタ１４の色に対応した単光色の濃淡で表される撮像要素画像（１３１，１３２，…，１３ｎ）として撮像面１６上に形成することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ群もしくはカメラ群を利用した立体映像方式いわゆるＩｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ（ＩＰ）の撮像装置および表示装置に関し、特に、カラー表示を行う場合に適切な立体撮像装置および立体表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、偏光眼鏡等によらない３次元立体表示技術として、レンチキュラー板を用いた装置がすでに商品化されており、さらにレンチキュラー方式では不可能とされた、上下左右からでも回り込んだ３次元立体画像を認識可能とするＩｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ（ＩＰ）方式の実用化が進められている。このＩＰ方式には、平面状に配列されたレンズ群あるいはピンホール群を用いた方式が知られている。
【０００３】
図８および図９を参照してレンズ群を用いた場合を例にして、ＩＰ方式の構成ならびに立体表示の原理について説明する。図８は、従来方法による立体撮像装置１０ｄにおいて被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。図８に示すように、レンズ群８５は、被写体１の像を結像する作用を有する複数の凸レンズ（以下個々の凸レンズを要素凸レンズという）からなる。写真フィルム８６は撮像面として作用し、レンズ群８５により結像された被写体１の複数の平面像（以下個々の平面像を要素画像という）が写真フィルム８６上に撮像される。このレンズ群８５は通常、小さいレンズを縦横数百個以上同一平面上に並べて構成されているが本図では、代表された一列分の要素凸レンズ（８２１，８２２，・・・，８２ｎ）のみを図示している。
【０００４】
また、写真フィルム８６とレンズ群８５は平行に配置されており、両者の間隔はレンズの焦点距離近傍となっている。なお、矢印形状として示されている被写体１はレンズ群８５に対して写真フィルム８６と反対位置にレンズの焦点距離より充分大きい距離をあけて設置されているものとする。ここでレンズ群８５を構成する一つの要素凸レンズ８２１の作用に着目すると、被写体１からの出射光はこのレンズの作用により被写体１の倒立像を結像し、写真フィルム８６上に要素画像８３１として撮像される。
【０００５】
同様に各要素凸レンズ（８２２，・・・，８２ｎ）により被写体１の像が写真フィルム８６上に各々結像され、写真フィルム８６全体に多数の被写体１の要素画像（８３２，・・・，８３ｎ）が撮像される。この被写体１の要素画像（８３１，８３２，・・・，８３ｎ）はそれぞれ、結像を担当した要素凸レンズ８２の各々の位置の違いによって少しずつ異なる画像となっており、この各々の要素画像８３の相違が、後記する被写体の再生された立体画像において奥行きの情報を与えることとなる。
【０００６】
また図９は、従来方法による立体表示装置２０ｄにおいて被写体１の再生画像である立体画像１ａを表示するための構成部分を示す構成図である。なお、ここで本図は、図８における立体撮像装置１０ｄと同様の構成部品で形成されている。立体表示装置２０ｄにおいては、図８で撮影された写真フィルム８６が写真現像後表示面として作用し、レンズ群８５の配置は各要素画像８３と各要素凸レンズ８２とが各々の対応を維持しながら平行にレンズ焦点距離近傍の間隔を有して配置されているものとする。
【０００７】
次に観測者４の位置より立体表示装置２０ｄ上のレンズ群８５を介して写真フィルム８６上の要素画像（８３１，８３２，・・・，８３ｎ）を観察すると、これら要素画像８３から発した光は対応する要素凸レンズ（８２１，８２２，・・・，８２ｎ）の作用により図８に示される光路の逆方向に進みレンズ群８５の正面で立体像を形成する。このように撮像時にレンズ群８５の全領域より観測された光が再現されるため被写体１の再生立体画像１ａは上下左右からでも回り込んだ３次元立体画像として認識される。
【０００８】
ところで、以上のように再生された立体画像１ａにおいて従来以下にあげる二点の問題が指摘されていた。一点目は、レンズ群８５を構成する要素凸レンズ８２間で光が漏れてしまい、例えば複数の被写体が様々な位置に存在する場合、隣接する要素画像８３の周辺部が相互に重なる干渉が発生することである。二点目は、再生立体画像１ａの奥行きが反転（凹状のものが凸状）して見える現象が発生することである。
【０００９】
二点目の現象は、再生された立体画像１ａは、各要素凸レンズ８２によって形成された被写体１の倒立像である各要素画像８３が統合されて形成されたものであるが、観察者４側からこの立体画像１ａを観察すると、立体画像１ａの映像情報（輝度と色の変化）はレンズ群８５および写真フィルム８６側から見たものであるにもかかわらず、奥行きは観察者４側から見たものとして認識されるために発生する。以上の問題により被写体１の再生立体画像は正確に再生されないが、これら問題を同時に解決する方法として、光ファイバを用いる方法（特開平１０−１５０６７５公報）が開示されている。
【００１０】
以上の説明は、立体撮像装置１０ｄ（図８）の撮像面が写真フィルム８６であることを前提としたものであったが、「電子情報通信学会技術研究報告Ｖｏｌ．９５Ｎｏ．５８１ＩＥ９５−１４６」に開示されているように、写真フィルム８６の代わりにレンズと撮像板から構成されるカメラにより映像を取得し、表示にあたっては取得した映像を電子的な表示手段により表示することで、立体再生像を提示することも可能である。
【００１１】
次に図１０は、従来の立体表示装置２０ｄ（図９）を構成する表示面として写真フィルム８６に代わりフラットパネル型ディスプレイとした場合について説明するための説明図である。現在、立体表示装置用フラットパネル型ディスプレイとして、画素構造を有するカラー液晶表示パネル１０３を用いるものが主流となっている。本図では、カラー液晶表示パネル１０３の画素構造として代表的な縦ストライプ構造を示しており、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルの三色の集合体である画素１０４が画像表示の基本単位として表示面全体を構成している。
【００１２】
そして、このカラー液晶表示パネル１０３を立体表示装置２０ｄ（図９）の表示面とし、この表示面上に要素画像（８３１，８３２，・・・，８３ｎ）を表示し、一定の間隔で平面上に配置されたピンホール群もしくはレンズ群を介して観察すると、写真フィルム８６を用いた場合と同様に立体画像を見ることが可能である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画素構造を有するカラー液晶表示パネルを立体表示装置の表示面とする従来技術では、再生された立体画像において縞状の色ムラ（色モアレ）が発生する問題があった。
【００１４】
ここで図１１を参照して、色モアレが発生する原理について説明する。図１１は、カラー液晶パネル１０３を使用した場合の色モアレ発生を説明するための説明図である。ここで、カラー液晶表示パネル１０３は、ＲＧＢのサブピクセルにより形成される画素１０４の集合体により全体が構成されている。カラー液晶表示パネル１０３に対し一定間隔をおいて平行に配置されたピンホール群１１５は、縦横に一定間隔でピンホール（１１２１，１１２２，・・・，１１２ｎ）を配列している。図１１は観測者４よりこのピンホール（１１２１，１１２２，・・・，１１２ｎ）を介してカラー液晶表示パネル１０３上のここでは特に図示されていない要素画像を観察している様子を示す。
【００１５】
これらピンホール１１２の機能は、カラー液晶表示パネル１０３上における図示されていない要素画像内の特定の画素１０４を選択提示することである。しかし、実際には各画素１０４はＲＧＢのサブピクセルで構成されており、本来このＲＧＢの３つのサブピクセルが同時に観察されることで正しい色が再現されるべきところ、いずれか一色のサブピクセルが選択的に表示され正しい色が再現されない。ピンホールの位置によってどの色のサブピクセルが選択的に提示されるかは、観察者の位置（図に示したａ，ｂ，ｃ）など複数の条件により変化する為、画面全体を観察した場合に縞状の色ムラ（色モアレ）が観察されることになる。これはカラー立体画像の品質を低下させる要因として問題になる。
【００１６】
本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、カラー立体画像を表示する際にこの色モアレを低減することができる立体撮像装置および立体表示装置を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、まず請求項１に記載の立体撮像装置は、被写体からの出射光を結像させる為、同一平面上に配列された複数の撮像用要素凸レンズから成る撮像レンズ群と、この撮像レンズ群により結像される前記被写体の複数の撮像要素画像を撮像する撮像面とを具備するものであって、前記撮像用要素凸レンズが、色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうちの１つを備え、このカラーフィルタの全体配列は前記色の三原色の配列を基本単位とした基本配列を一定の周期に基づいて配置していることとした。
【００１８】
かかる構成によれば、立体撮像装置を構成する各々の撮像用要素凸レンズにより結像される撮像要素画像は透過したカラーフィルタの色に対応した赤色、青色、緑色いずれかひとつの単光色で形成されることとなる。すなわち一つのカラー画像をＲ（赤）画像、Ｇ（緑）画像、Ｂ（青）画像の３種類に分解し、撮像要素画像はこれら三色中いずれか一色の単光色の輝度分布によるモノクロ画像として記録される。なお、撮像面は、単一の撮像板である以外に、複数の撮像素子を同一平面上に配置したものであってもよい。ただしこの場合、一つの撮像素子に対して一つの撮像用要素凸レンズが対応して配置される、または一つの撮像素子に対して整数個の複数の撮像要素凸レンズが対応して配置されることとする。
【００１９】
また、請求項２に記載の立体撮像装置は、被写体からの出射光を結像させる為の、撮像用要素凸レンズと、この撮像用要素凸レンズにより結像される前記被写体の撮像要素画像を撮像する撮像素子とを有するモノクロカメラを複数備えるものであって、
前記モノクロカメラが、色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうちの１つを備え、このカラーフィルタの全体配列は前記色の三原色の配列を基本単位とした基本配列を一定の周期に基づいて配置していることとした。
【００２０】
かかる構成によれば、立体画像装置は撮像用要素凸レンズと撮像素子が概念的に一体化した複数のモノクロカメラで構成されることになる。これにより各モノクロカメラの撮像面の解像度を向上させることで、再生立体画像の画質が向上し、また立体画像表示に必要な要素画像数は、撮像素子の制約によらずカメラ台数を増すことで増加できる。
【００２１】
さらに、請求項３に記載の立体撮像装置は、請求項１に記載の立体撮像装置において、複数の撮像用要素凸レンズは、周辺部から中心部へ向かって屈折率が大きくなる屈折率分布を持つ光ファイバを所定長さで、それぞれを同一長さに集積させた光ファイバ群であることとした。
【００２２】
かかる構成によれば、立体撮像装置はこれを構成する撮像レンズ群として所定長さの光ファイバの集積体により構成されることとなる。さらにこれら光ファイバに三原色中いずれか一色のカラーフィルタを具備させることにより、各光ファイバは三色中いずれか一色の単光色で形成される撮像要素画像を撮像面に結像する。
【００２３】
そして、請求項４に記載の立体撮像装置は、請求項１または請求項２に記載の立体撮像装置において、複数の撮像用要素凸レンズが、その撮像用要素凸レンズに対応する前記カラーフィルタの色毎に、色収差に基づいて異なるレンズ特性を有することとした。
【００２４】
かかる構成によれば、撮像用要素凸レンズは、同色のカラーフィルタを有するものを単位に、レンズサイズやレンズ屈折率等のレンズ特性が適切に設定され、撮像用要素凸レンズの色収差による被写体の像の結像位置ずれが発生しなくなる。
【００２５】
また請求項５に記載の立体撮像装置は、請求項３に記載の立体撮像装置において、前記光ファイバは、その光ファイバに対応する前記カラーフィルタの色毎に、色収差に基づいて異なるレンズ特性を有することとした。
【００２６】
かかる構成によれば、光ファイバは、同色のカラーフィルタを有するものを単位に、レンズ屈折率等のレンズ特性が適切に設定され、光ファイバの色収差による被写体の像の結像位置ずれが発生しなくなる。
【００２７】
次に請求項６に記載の立体表示装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の立体撮像装置より得た被写体の撮像要素画像を表示要素画像として表示する表示面と、この表示要素画像から前記被写体の再生像を形成するための複数の表示用要素凸レンズからなる表示レンズ群とを具備するものであって、前記表示用要素凸レンズの各々が色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうち１つを備え、このカラーフィルタの全体配列が前記立体撮像装置におけるカラーフィルタの全体配列と同一であることとした。
【００２８】
かかる構成によれば、立体表示装置はその表示面上に立体撮像装置から得た撮像要素画像をその占有領域と輝度分布を同じくして表示する。そして、これら表示面上の撮像要素画像からの出射光は、撮像時と同色のカラーフィルタと、対応する表示用要素凸レンズを経由した後、立体表示装置正面において被写体の立体カラー再生画像を形成する。すなわち、従来のカラー液晶表示パネルのようなＲＧＢのサブピクセル構造を有する表示面を立体表示装置に用いることを廃し、撮像から表示にかけて一枚の要素凸レンズで取り扱う撮像要素画像を三原色中いずれか一色に限定することとした。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（第一の実施の形態）
図１は本実施例における立体撮像装置１０において被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。図２は本実施例における立体表示装置２０において被写体１の再生画像である立体画像１ａを表示するための構成部分を示す構成図である。図１に示すように立体撮像装置１０は、撮像レンズ群１５と撮像面１６とカラーフィルタ群１７とを含む構成とした。この撮像レンズ群１５は、被写体１の像を撮像面１６上に結像する機能を有する複数の撮像用要素凸レンズ１２からなり、この要素凸レンズ１２が縦横数百個以上同じ平面上に整列して構成されている。
【００３０】
またカラーフィルタ群１７は、被写体１からの出射光のうちカラーフィルタの色に対応する波長光のみを選択的に、撮像用要素凸レンズ１２および撮像面１６に入射させるもので、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラーフィルタ１４の集合体より構成されている。さらに、これらカラーフィルタ１４は、要素凸レンズ１２一枚につきＲＧＢのうちいずれか一色が対応するように一定の周期に基づき配列している。
【００３１】
撮像面１６は、光学入力像を電気信号に変換する部分であり、被写体１の出射光の輝度変化のみを記録もしくは検出可能な平面板である。なお、この撮像面１６は、カラー画像を認識できる必要はなくモノクロ画像を認識し電気的に出力できるものであればよい。また、撮像面１６は、単一の撮像板である以外に、複数の撮像素子を同一平面上に配置したものであってもよい。ただしこの場合、一つの撮像素子に対して一つの撮像用要素凸レンズ１２が対応して配置される、または一つの撮像素子に対して整数個の複数の撮像要素凸レンズ１２が対応して配置されることとする。そして、撮像面１６は撮像レンズ群１５に平行に配置されており、両者の間隔はレンズの焦点距離近傍となっている。そしてこの撮像面１６には、撮像用要素凸レンズ１２により結像された被写体１の複数の平面像（以下撮像要素画像という）が表面に撮像される。
【００３２】
次に図２に示す立体表示装置２０の構成について説明する。立体表示装置２０はカラーフィルタ群２７と表示レンズ群２５と表示面２６とを含む構成とした。この表示面２６は、撮像面１６（図１）により出力された被写体１の平面像を表示するものである（以下表示要素画像という）。また、この表示面２６は輝度変化のみのモノクロ画像が表示可能であればよくカラー画像を表示するものである必要はない。
【００３３】
次に、表示レンズ群２５は、表示面２６に表示された被写体の像を立体表示装置２０の正面に投影する機能を有する複数の表示用要素凸レンズ２２からなる。また、この表示レンズ群２５とカラーフィルタ群２７の配置関係は、表示用要素凸レンズ２２一枚につきＲＧＢのうちいずれか一色が対応するように配置している。さらにこのカラーフィルタ２４の配列はカラーフィルタ１４（図１）における配列と同一となっている。
【００３４】
ここで、表示用要素凸レンズ２２のレンズサイズならびに配置間隔はレンズ間ピッチが、観察位置４からみて１視角度あたりのカラーフィルタ空間周波数が数サイクル以上となるように設定されている。これにより観察位置４から立体表示装置２０を見た時、カラーフィルタは色分離せずに混色（各原色が加色混合された色）して認識され、レンズ構造またはそのパターンが認識されることなく画像劣化抑制の効果が得られる。
【００３５】
次に、図１および図２に基づいて立体撮像装置１０ならびに立体表示装置２０の動作について説明する。まず図１において、ｎ＝１の系列に着目した場合、被写体１からの出射光はカラーフィルタ１４１のＢ（青）フィルタを透過することにより被写体１の像はＢ（青）色成分のみが撮像用要素凸レンズ１２１により結像され、撮像面１６上に撮像要素画像１３１として撮像される。
【００３６】
同様にして他のカラーフィルタ１４と撮像用要素凸レンズ１２の作用により撮像面１６上に複数の被写体１の撮像要素画像（１３２，・・・，１３ｎ）が形成される。これら撮像要素画像（１３２，・・・，１３ｎ）も、対応するカラーフィルタ１４の色成分による赤色、緑色、青色いずれかひとつの単光色の輝度分布による被写体１のモノクロ画像として撮像面１６上に形成されている。
【００３７】
次に、前記した立体撮像装置１０の動作により形成された撮像要素画像（１３１，１３２，・・・，１３ｎ）（図１）は、占有領域と輝度分布を同じくして、今度は立体表示装置２０（図２）の表示面２６上に表示要素画像（２３１，２３２，・・・，２３ｎ）として画像表示される。ここで再びｎ＝１の系列に着目すると撮像要素画像２３１を出射した光は、対応する表示用要素凸レンズ２２１とカラーフィルタ２４１を経由して立体表示装置２０の手前で結像する。
【００３８】
同様にして他の表示要素画像（２３２，・・・，２３ｎ）から出射した光もそれぞれ対応する表示用要素凸レンズ２２とカラーフィルタ２４を経由して立体表示装置２０の手前で結像し、これらが合成されカラー立体画像１ａとして再生されることになる。
【００３９】
ここで表示要素画像２３と、これに対応する撮像要素画像１３（図１）とはともに被写体１の像として同一で、Ｒ（赤）画像、Ｇ（緑）画像、Ｂ（青）画像のうちいずれか一つの単光色の輝度分布が等しいモノクロ画像となっている。そして、表示要素画像２３からの出射光は立体撮像装置１０側の対応する撮像要素画像１３のカラーフィルタ１４と同色のカラーフィルタ２４を経由することになる。
【００４０】
以上述べた動作により、カラー再生された立体画像１ａを得るまで、撮像から表示までのプロセスにおいて取扱う要素画像はＲＧＢのうちいずれか一色の単光色となる。これにより従来の色モアレの原因となっていた、撮像面の検出色と表示面の再生色との観測位置に依存した不整合の問題は生じず、色モアレの発生を抑える効果が得られる。
【００４１】
以上、立体撮像装置１０の説明において、撮像要素画像１３を形成する手段として撮像レンズ群１５を用いることを例示しているが、これをピンホールが多数あいたピンホール板を用いた場合に置き換えてもよい。また図１および図２において、カラーフィルタ１４および２４の位置は、レンズ群１５および２５の図中左側に設置されているが、反対側（撮像面１６および表示面２６側）、または撮像面１６および表示面２６上、もしくはレンズ群１５および２５と撮像面１６および表示面２６の間に備えてもよい。
【００４２】
（第二の実施の形態）
次に図３乃至図５を参照して本発明における第二の実施の形態について説明する。図３は本実施例における立体撮像装置１０ｂにおいて被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。図４は本実施例における立体撮像装置１０ｂ（図３）において、光ファイバ３２の動作を説明するための説明図である。図５は、本実施例における立体撮像装置１０ｂ（図３）において、装置を構成する光ファイバ３２にカラーフィルタを付した構成を示す構成図である。なお、本実施例における立体表示装置は図２の構成がそのまま適応されるので説明は省略する。
【００４３】
また、図３において光ファイバ群３５以外の構成は図１と同じであるのでこれらについては図１と同じ符号を付しその説明は省略する。ここで図３中、光ファイバ群３５を構成するのは光ファイバ（３２１，３２２，・・・，３２ｎ）であり、これらの材質はガラスでもプラスチックでもよい。また、これら光ファイバの側面に黒色の塗料など、光の反射の極力少ない材料を塗布することで、光ファイバの光軸に対して大きな角度で入射した不要な光をカットする効果が得られる。また図５は、カラーフィルタ群１７（図３）の光ファイバ群３５への配置を部分拡大して示しており、ＲＧＢのうちいずれか一色のカラーフィルタが各ファイバに設置され、一定の周期に基づいて配列されている。
【００４４】
ここで、光ファイバ３２に要求されるレンズ特性について以下に記す。またここで、光ファイバの長さをＺｍ１またはＺｍ２、光ファイバの半径をｒ、光ファイバの半径ｒにおける屈折率をｎｒ、光ファイバ中心における屈折率をｎ０、ｒに対するｎｒの変化の大きさを決める定数をＡとする。
【００４５】
ｎｒ＝ｎ０（１−Ａｒ２／２）
Ｚｍ１＝Ａ−１／２×３π／２（正立像の場合）
Ｚｍ２＝Ａ−１／２×π／２ （倒立像の場合）
以上の関係を光ファイバ３２は有するものとする。
【００４６】
以下図３および図４に基づいて光ファイバ３２の動作について説明する。ここで、被写体１（図３）は光ファイバ群３５より遠方に存在することとし、さらに光ファイバ３２の長さは正立像を結像するＺｍ１であるとする。なお、図４において横軸はＡ−１／２で正規化したファイバの長さθを示すこととする。ここでファイバ端面から入射した平行光はθ＝π／２の位置であるＰＴｌで一旦倒立像を結像し、θ＝３π／２の位置であるＰＴ２のファイバ端面にて再度結像して正立像をなす。そして、撮像面１６上に被写体１の複数の像が撮像要素画像１３として撮像される。ここでこれら撮像要素画像１３は、結像を担当した光ファイバ３２に装着されたカラーフィルタ１４の色に対応した単光色で形成されたモノクロ画像である。
【００４７】
以上述べた動作により、レンズとして光ファイバ３２を用いた場合においても、光ファイバ３２にＲＧＢのうちいずれか一色のカラーフィルタを設置することで、撮像から表示にかけて取扱う要素画像はＲＧＢのうちいずれか一色で構成されることとなる。これにより撮像面の検出色と表示面の再生色との観測位置に依存した不整合の問題は生じず色モアレの発生を抑える効果が得られる。
【００４８】
なお、以上の説明において立体撮像装置１０ｂにおけるカラーフィルタ１４の配置は、光ファイバ３２の被写体１側の端面に備える場合について説明しているが、光ファイバ３２の反対側（撮像面１６側）、もしくは撮像面１６上、または光ファイバ３２と撮像面１６の間に備えてもよい。
【００４９】
（第三の実施の形態）
次に図６は本実施例における立体撮像装置１０ｃにおいて被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。ここで図６の立体撮像装置１０ｃと第一実施例の立体撮像装置１０（図１）の相違は、内部構成としてモノクロカメラ６８を用いた点にある。このモノクロカメラは、撮像用要素凸レンズ６２および撮像素子６６が概念的に一体化したもので、図１における撮像レンズ群１５および撮像面１６に替わり、このモノクロカメラが平面上に規則的に多数配列した構成をとる。
【００５０】
また、カラーフィルタ１４は、モノクロカメラ６８一つにつきＲＧＢのうちいずれか一色が対応するように配置され、全体として一定の周期に基づき配列している。なお、図６においてカラーフィルタ１４の位置は、カメラレンズの被写体１側に備える場合について示されているが、レンズの反対側（撮像素子６６側）、撮像素子６６の表面上、もしくは表示用要素凸レンズ６２と撮像素子６６の間に備えてもよい。
【００５１】
以下図６に基づいて本実施例における立体撮像装置１０ｃの動作について説明する。被写体１からの出射光は、カラーフィルタ１４を透過することにより、その色に対応する波長光のみがモノクロカメラ６８に入射される。そして、モノクロカメラ６８内の撮像用要素凸レンズ６２により、被写体１の撮像要素画像６３が、同じくモノクロカメラ内の撮像素子６６上に結像される。この撮像要素画像６３は、透過したカラーフィルタ１４の色成分に対応した赤色、緑色、青色いずれかひとつの単光色の輝度分布による被写体１のモノクロ画像である。
【００５２】
以上述べた構成および動作により、立体撮像装置１０ｃが得る撮像要素画像（６３１，６３２，・・・，６３ｎ）において、隣接する撮像要素画像６３の周辺部相互間で画像の重なりが発生せず、要素画像間の干渉を阻止する効果が得られる。さらに単一の撮像面を用いないので、各カメラの撮像面の解像度を向上させることで、再生立体画像の画質が向上する。また、立体画像表示に必要な要素画像数は、撮像素子の制約によらずカメラの台数を増すことで増加できる。
【００５３】
このモノクロカメラ６８において要求される画素数は通常（例えば現行ＮＴＳＣ方式）必要とされるレベルより遥かに少ない数万画素程度で充分な上、さらに色分解光学系が不要なモノクロであるため構成が簡素となる。この為、一例として簾価、小型、低消費電力という特徴を有しているＣＭＯＳカメラをもちいることで、高密度高集積化させたカメラ群構成を実現させることが可能である。
【００５４】
なお、第３実施例による立体撮像装置１０ｃから得た撮像要素画像６３を再生表示する場合、立体表示装置は図２の構成をそのまま適用することができる。ただし、表示要素画像２３（図２）を形成するに当たり、モノクロカメラ６８各々から得られた撮像要素画像６３を、表示面２６（図２）上にカメラ群配列と同一配列となるように合成処理する必要がある。またこの場合も、図２で示される表示に用いられるカラーフィルタ２４の配置は、モノクロカメラ６８に対して設置されているカラーフィルタ１４の配置と一致する必要がある。
【００５５】
（レンズ特性について）
次に、立体撮像装置（図１、図３、図６）において、第１、第２および第３原色のカラーフィルタを備えた撮像用要素凸レンズ１２（図１）、撮像用要素凸レンズ６２（図６）および光ファイバー３２（図３）のレンズ特性について説明する。ここで、これら撮像用要素凸レンズ等は、カラーフィルタの色の相違に基づく被写体１の像の結像位置ずれが生じないように、同色カラーフィルタが配置されているものを単位に、レンズサイズやレンズ屈折率等のレンズ特性が適宜設計されたものであるとする。
【００５６】
一般に、光の屈折率は波長ごとに異なる値を有するため、同一のレンズ特性を有する撮像用要素凸レンズ等で被写体１を結像した場合、色収差により画像の結像位置が色毎に相違する現象を示す。このため本発明のように、個々の撮像用凸レンズ等が扱う画像の波長成分が特定の単一波長もしくは近接した狭領域の波長成分に限定されている場合、各撮像用凸レンズ等が結像する被写体１の像の位置は、設置されたカラーフィルタ色に対応して異なるものとなる。
【００５７】
そこで、各撮像用凸レンズ等において、レンズサイズもしくはレンズ屈折率等のレンズ特性を配置されたカラーフィルタの色単位で適宜変更することにより、各原色間の結像位置などの光学特性が同一となるようにし、立体撮像装置として色収差のない高品質の映像取得を可能とした。
【００５８】
（カラーフィルタの配列について）
図７は立体撮像装置（図１、図３、図６）および立体表示装置（図２）において使用されるカラーフィルタの具体的な配列を示す構成図である。本図において（ａ）（ｂ）（ｃ）は正方格子状の配列を有するもので（ａ）は同色のカラーフィルタが縦方向に配列され，縦ストライプ状の配色をしたもので一般的な配列である。また（ｂ）は（ａ）に対し、同色のカラーフィルタを斜め４５°に配列し、斜めストライプ状の配色をしたものである。これにより（ａ）と比較してカラーフィルタの色配列パターンが視認されにくい特徴を有する。
【００５９】
次に（ｃ）はＲとＢに対しＧのカラーフィルタに２倍の密度を与えた配列である。これらは一般に、人間の目は主にＧを輝度情報として認識する（視感度が高い）性質により、ＲＧＢのうちＧの配列を他と変化させたり密度を高くさせたりすることで明るくコントラストの良い画像として認識される効果を発生する。また（ｄ）は、カラーフィルタを千鳥配列としたもので稠密度の高い配列で、高画質の立体画像が得られる効果が発生する。
【００６０】
（他の方式への適用）
前記した説明において、撮像レンズ群についてはＩＰ方式に適用される２次元的な配列であることを前提に説明したが、視差画像が得られる方向を１方向だけに限定した、レンチキュラースクリーンやパララックスバリアを用いた場合も適用することが可能である。すなわちレンズごとにＲＧＢのカラーフィルタを配列することにより、同様にして色モアレの問題を回避することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係る立体撮像装置および立体表示装置により以下に示す優れた効果を奏する。
【００６２】
請求項１または請求項６記載の発明によれば、立体撮像装置および立体表示装置の間で扱う要素画像が三原色中いづれか一つの単光色で形成される為、観察位置と表示用要素凸レンズ間の位置関係に依存した表示用要素凸レンズの選択的な発色が解消され色モアレの発生の無いカラー再生立体画像が得られる。
【００６３】
請求項２記載の発明によれば、立体撮像装置の内部構造を平面上に多数規則的に配置したモノクロカメラで構成することで、隣接する撮像要素画像周辺における干渉を防止する。さらに各モノクロカメラの解像度を上げることで撮像要素画像が必要とする解像度レベルを確保でき、さらにモノクロカメラの台数を増やすことで解像度を落とすことなく要素画像数を増やすことができ、さらなる高画質化を追求できる。そして、モノクロカメラ単位で三原色中いづれか一つのカラーフィルタを装着することで、要素画像が単光色で形成され、これを立体表示装置で再生させた際、高画質で色モアレの発生ないカラー立体再生画像が得られる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、レンズ群が光ファイバーで構成された立体撮像装置において、各光ファイバ単位で三原色中いづれか一つのカラーフィルタを装着することで、要素画像が単光色で形成され、これを立体表示装置で再生させた際、高画質で色モアレの発生ないカラー立体再生画像が得られる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、レンズ群または複数のモノクロカメラからなる立体撮像装置において、撮像用要素凸レンズにカラーフィルタの色の相違に基づく被写体の像の結像位置ずれを発生させないレンズ特性を持たせることで、立体撮像装置として色収差のない高品質の映像取得を可能とした。
請求項５記載の発明によれば、レンズ群が光ファイバーで構成された立体撮像装置において、光ファイバーにカラーフィルタの色の相違に基づく被写体の像の結像位置ずれを発生させないレンズ特性を持たせることで、立体撮像装置として色収差のない高品質の映像取得を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第一の実施の形態である立体撮像装置の構成図である。
【図２】本発明における立体表示装置の構成図である。
【図３】本発明における第二の実施の形態である立体撮像装置の構成図である。
【図４】第二の実施の形態である立体撮像装置を構成する光ファイバの動作を説明するための説明図である。
【図５】第二の実施の形態である立体撮像装置を構成する光ファイバにカラーフィルタを付した構成を示す構成図である。
【図６】本発明における第三の実施の形態である立体撮像装置の構成図である。
【図７】本発明における立体撮像装置または立体表示装置におけるカラーフィルタ配列を示す構成図である。
【図８】従来方法における立体撮像装置の構成図である。
【図９】従来方法における立体表示装置の構成図である。
【図１０】従来の立体表示装置における表示面として例示するカラー液晶表示パネルの代表的な画素構造を説明するための説明図である。
【図１１】従来方法における色モアレ発生を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 被写体
１ａ 立体画像
１０，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 立体撮像装置
１２１，１２２，・・・，１２ｎ 撮像用要素凸レンズ
１３１，１３２，・・・，１３ｎ 撮像要素画像
１４１，１４２，・・・，１４ｎ カラーフィルタ
１５ 撮像レンズ群
１６ 撮像面
１７，２７ カラーフィルタ群
２０，２０ｄ，２０ｅ 立体表示装置
２２１，２２２，・・・，２２ｎ 表示用要素凸レンズ
２３１，２３２，・・・，２３ｎ 表示要素画像
２４１，２４２，・・・，２４ｎ カラーフィルタ
２５ 表示レンズ群
２６ 表示面
３２１，３２２，・・・，３２ｎ 光ファイバ
３５ 光ファイバ群
６２１，６２２，・・・，６２ｎ 要素凸レンズ
６３１，６３２，・・・，６３ｎ 撮像要素画像
１４１，１４２，・・・，１４ｎ カラーフィルタ
６６１，６６２，・・・，６６ｎ 撮像素子
６８ モノクロカメラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ群もしくはカメラ群を利用した立体映像方式いわゆるＩｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ（ＩＰ）の撮像装置および表示装置に関し、特に、カラー表示を行う場合に適切な立体撮像装置および立体表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、偏光眼鏡等によらない３次元立体表示技術として、レンチキュラー板を用いた装置がすでに商品化されており、さらにレンチキュラー方式では不可能とされた、上下左右からでも回り込んだ３次元立体画像を認識可能とするＩｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ（ＩＰ）方式の実用化が進められている。このＩＰ方式には、平面状に配列されたレンズ群あるいはピンホール群を用いた方式が知られている。
【０００３】
図８および図９を参照してレンズ群を用いた場合を例にして、ＩＰ方式の構成ならびに立体表示の原理について説明する。図８は、従来方法による立体撮像装置１０ｄにおいて被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。図８に示すように、レンズ群８５は、被写体１の像を結像する作用を有する複数の凸レンズ（以下個々の凸レンズを要素凸レンズという）からなる。写真フィルム８６は撮像面として作用し、レンズ群８５により結像された被写体１の複数の平面像（以下個々の平面像を要素画像という）が写真フィルム８６上に撮像される。このレンズ群８５は通常、小さいレンズを縦横数百個以上同一平面上に並べて構成されているが本図では、代表された一列分の要素凸レンズ（８２１，８２２，・・・，８２ｎ）のみを図示している。
【０００４】
また、写真フィルム８６とレンズ群８５は平行に配置されており、両者の間隔はレンズの焦点距離近傍となっている。なお、矢印形状として示されている被写体１はレンズ群８５に対して写真フィルム８６と反対位置にレンズの焦点距離より充分大きい距離をあけて設置されているものとする。ここでレンズ群８５を構成する一つの要素凸レンズ８２１の作用に着目すると、被写体１からの出射光はこのレンズの作用により被写体１の倒立像を結像し、写真フィルム８６上に要素画像８３１として撮像される。
【０００５】
同様に各要素凸レンズ（８２２，・・・，８２ｎ）により被写体１の像が写真フィルム８６上に各々結像され、写真フィルム８６全体に多数の被写体１の要素画像（８３２，・・・，８３ｎ）が撮像される。この被写体１の要素画像（８３１，８３２，・・・，８３ｎ）はそれぞれ、結像を担当した要素凸レンズ８２の各々の位置の違いによって少しずつ異なる画像となっており、この各々の要素画像８３の相違が、後記する被写体の再生された立体画像において奥行きの情報を与えることとなる。
【０００６】
また図９は、従来方法による立体表示装置２０ｄにおいて被写体１の再生画像である立体画像１ａを表示するための構成部分を示す構成図である。なお、ここで本図は、図８における立体撮像装置１０ｄと同様の構成部品で形成されている。立体表示装置２０ｄにおいては、図８で撮影された写真フィルム８６が写真現像後表示面として作用し、レンズ群８５の配置は各要素画像８３と各要素凸レンズ８２とが各々の対応を維持しながら平行にレンズ焦点距離近傍の間隔を有して配置されているものとする。
【０００７】
次に観測者４の位置より立体表示装置２０ｄ上のレンズ群８５を介して写真フィルム８６上の要素画像（８３１，８３２，・・・，８３ｎ）を観察すると、これら要素画像８３から発した光は対応する要素凸レンズ（８２１，８２２，・・・，８２ｎ）の作用により図８に示される光路の逆方向に進みレンズ群８５の正面で立体像を形成する。このように撮像時にレンズ群８５の全領域より観測された光が再現されるため被写体１の再生立体画像１ａは上下左右からでも回り込んだ３次元立体画像として認識される。
【０００８】
ところで、以上のように再生された立体画像１ａにおいて従来以下にあげる二点の問題が指摘されていた。一点目は、レンズ群８５を構成する要素凸レンズ８２間で光が漏れてしまい、例えば複数の被写体が様々な位置に存在する場合、隣接する要素画像８３の周辺部が相互に重なる干渉が発生することである。二点目は、再生立体画像１ａの奥行きが反転（凹状のものが凸状）して見える現象が発生することである。
【０００９】
二点目の現象は、再生された立体画像１ａは、各要素凸レンズ８２によって形成された被写体１の倒立像である各要素画像８３が統合されて形成されたものであるが、観察者４側からこの立体画像１ａを観察すると、立体画像１ａの映像情報（輝度と色の変化）はレンズ群８５および写真フィルム８６側から見たものであるにもかかわらず、奥行きは観察者４側から見たものとして認識されるために発生する。以上の問題により被写体１の再生立体画像は正確に再生されないが、これら問題を同時に解決する方法として、光ファイバを用いる方法（特開平１０−１５０６７５公報）が開示されている。
【００１０】
以上の説明は、立体撮像装置１０ｄ（図８）の撮像面が写真フィルム８６であることを前提としたものであったが、「電子情報通信学会技術研究報告Ｖｏｌ．９５Ｎｏ．５８１ＩＥ９５−１４６」に開示されているように、写真フィルム８６の代わりにレンズと撮像板から構成されるカメラにより映像を取得し、表示にあたっては取得した映像を電子的な表示手段により表示することで、立体再生像を提示することも可能である。
【００１１】
次に図１０は、従来の立体表示装置２０ｄ（図９）を構成する表示面として写真フィルム８６に代わりフラットパネル型ディスプレイとした場合について説明するための説明図である。現在、立体表示装置用フラットパネル型ディスプレイとして、画素構造を有するカラー液晶表示パネル１０３を用いるものが主流となっている。本図では、カラー液晶表示パネル１０３の画素構造として代表的な縦ストライプ構造を示しており、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルの三色の集合体である画素１０４が画像表示の基本単位として表示面全体を構成している。
【００１２】
そして、このカラー液晶表示パネル１０３を立体表示装置２０ｄ（図９）の表示面とし、この表示面上に要素画像（８３１，８３２，・・・，８３ｎ）を表示し、一定の間隔で平面上に配置されたピンホール群もしくはレンズ群を介して観察すると、写真フィルム８６を用いた場合と同様に立体画像を見ることが可能である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画素構造を有するカラー液晶表示パネルを立体表示装置の表示面とする従来技術では、再生された立体画像において縞状の色ムラ（色モアレ）が発生する問題があった。
【００１４】
ここで図１１を参照して、色モアレが発生する原理について説明する。図１１は、カラー液晶パネル１０３を使用した場合の色モアレ発生を説明するための説明図である。ここで、カラー液晶表示パネル１０３は、ＲＧＢのサブピクセルにより形成される画素１０４の集合体により全体が構成されている。カラー液晶表示パネル１０３に対し一定間隔をおいて平行に配置されたピンホール群１１５は、縦横に一定間隔でピンホール（１１２１，１１２２，・・・，１１２ｎ）を配列している。図１１は観測者４よりこのピンホール（１１２１，１１２２，・・・，１１２ｎ）を介してカラー液晶表示パネル１０３上のここでは特に図示されていない要素画像を観察している様子を示す。
【００１５】
これらピンホール１１２の機能は、カラー液晶表示パネル１０３上における図示されていない要素画像内の特定の画素１０４を選択提示することである。しかし、実際には各画素１０４はＲＧＢのサブピクセルで構成されており、本来このＲＧＢの３つのサブピクセルが同時に観察されることで正しい色が再現されるべきところ、いずれか一色のサブピクセルが選択的に表示され正しい色が再現されない。ピンホールの位置によってどの色のサブピクセルが選択的に提示されるかは、観察者の位置（図に示したａ，ｂ，ｃ）など複数の条件により変化する為、画面全体を観察した場合に縞状の色ムラ（色モアレ）が観察されることになる。これはカラー立体画像の品質を低下させる要因として問題になる。
【００１６】
本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、カラー立体画像を表示する際にこの色モアレを低減することができる立体撮像装置および立体表示装置を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、まず請求項１に記載の立体撮像装置は、被写体からの出射光を結像させる為、同一平面上に配列された複数の撮像用要素凸レンズから成る撮像レンズ群と、この撮像レンズ群により結像される前記被写体の複数の撮像要素画像を撮像する撮像面とを具備するものであって、前記撮像用要素凸レンズが、色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうちの１つを備え、このカラーフィルタの全体配列は前記色の三原色の配列を基本単位とした基本配列を一定の周期に基づいて配置していることとした。
【００１８】
かかる構成によれば、立体撮像装置を構成する各々の撮像用要素凸レンズにより結像される撮像要素画像は透過したカラーフィルタの色に対応した赤色、青色、緑色いずれかひとつの単光色で形成されることとなる。すなわち一つのカラー画像をＲ（赤）画像、Ｇ（緑）画像、Ｂ（青）画像の３種類に分解し、撮像要素画像はこれら三色中いずれか一色の単光色の輝度分布によるモノクロ画像として記録される。なお、撮像面は、単一の撮像板である以外に、複数の撮像素子を同一平面上に配置したものであってもよい。ただしこの場合、一つの撮像素子に対して一つの撮像用要素凸レンズが対応して配置される、または一つの撮像素子に対して整数個の複数の撮像要素凸レンズが対応して配置されることとする。
【００１９】
また、請求項２に記載の立体撮像装置は、被写体からの出射光を結像させる為の、撮像用要素凸レンズと、この撮像用要素凸レンズにより結像される前記被写体の撮像要素画像を撮像する撮像素子とを有するモノクロカメラを複数備えるものであって、
前記モノクロカメラが、色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうちの１つを備え、このカラーフィルタの全体配列は前記色の三原色の配列を基本単位とした基本配列を一定の周期に基づいて配置していることとした。
【００２０】
かかる構成によれば、立体画像装置は撮像用要素凸レンズと撮像素子が概念的に一体化した複数のモノクロカメラで構成されることになる。これにより各モノクロカメラの撮像面の解像度を向上させることで、再生立体画像の画質が向上し、また立体画像表示に必要な要素画像数は、撮像素子の制約によらずカメラ台数を増すことで増加できる。
【００２１】
さらに、請求項３に記載の立体撮像装置は、請求項１に記載の立体撮像装置において、複数の撮像用要素凸レンズは、周辺部から中心部へ向かって屈折率が大きくなる屈折率分布を持つ光ファイバを所定長さで、それぞれを同一長さに集積させた光ファイバ群であることとした。
【００２２】
かかる構成によれば、立体撮像装置はこれを構成する撮像レンズ群として所定長さの光ファイバの集積体により構成されることとなる。さらにこれら光ファイバに三原色中いずれか一色のカラーフィルタを具備させることにより、各光ファイバは三色中いずれか一色の単光色で形成される撮像要素画像を撮像面に結像する。
【００２３】
そして、請求項４に記載の立体撮像装置は、請求項１または請求項２に記載の立体撮像装置において、複数の撮像用要素凸レンズが、その撮像用要素凸レンズに対応する前記カラーフィルタの色毎に、色収差に基づいて異なるレンズ特性を有することとした。
【００２４】
かかる構成によれば、撮像用要素凸レンズは、同色のカラーフィルタを有するものを単位に、レンズサイズやレンズ屈折率等のレンズ特性が適切に設定され、撮像用要素凸レンズの色収差による被写体の像の結像位置ずれが発生しなくなる。
【００２５】
また請求項５に記載の立体撮像装置は、請求項３に記載の立体撮像装置において、前記光ファイバは、その光ファイバに対応する前記カラーフィルタの色毎に、色収差に基づいて異なるレンズ特性を有することとした。
【００２６】
かかる構成によれば、光ファイバは、同色のカラーフィルタを有するものを単位に、レンズ屈折率等のレンズ特性が適切に設定され、光ファイバの色収差による被写体の像の結像位置ずれが発生しなくなる。
【００２７】
次に請求項６に記載の立体表示装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の立体撮像装置より得た被写体の撮像要素画像を表示要素画像として表示する表示面と、この表示要素画像から前記被写体の再生像を形成するための複数の表示用要素凸レンズからなる表示レンズ群とを具備するものであって、前記表示用要素凸レンズの各々が色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうち１つを備え、このカラーフィルタの全体配列が前記立体撮像装置におけるカラーフィルタの全体配列と同一であることとした。
【００２８】
かかる構成によれば、立体表示装置はその表示面上に立体撮像装置から得た撮像要素画像をその占有領域と輝度分布を同じくして表示する。そして、これら表示面上の撮像要素画像からの出射光は、撮像時と同色のカラーフィルタと、対応する表示用要素凸レンズを経由した後、立体表示装置正面において被写体の立体カラー再生画像を形成する。すなわち、従来のカラー液晶表示パネルのようなＲＧＢのサブピクセル構造を有する表示面を立体表示装置に用いることを廃し、撮像から表示にかけて一枚の要素凸レンズで取り扱う撮像要素画像を三原色中いずれか一色に限定することとした。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（第一の実施の形態）
図１は本実施例における立体撮像装置１０において被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。図２は本実施例における立体表示装置２０において被写体１の再生画像である立体画像１ａを表示するための構成部分を示す構成図である。図１に示すように立体撮像装置１０は、撮像レンズ群１５と撮像面１６とカラーフィルタ群１７とを含む構成とした。この撮像レンズ群１５は、被写体１の像を撮像面１６上に結像する機能を有する複数の撮像用要素凸レンズ１２からなり、この要素凸レンズ１２が縦横数百個以上同じ平面上に整列して構成されている。
【００３０】
またカラーフィルタ群１７は、被写体１からの出射光のうちカラーフィルタの色に対応する波長光のみを選択的に、撮像用要素凸レンズ１２および撮像面１６に入射させるもので、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラーフィルタ１４の集合体より構成されている。さらに、これらカラーフィルタ１４は、要素凸レンズ１２一枚につきＲＧＢのうちいずれか一色が対応するように一定の周期に基づき配列している。
【００３１】
撮像面１６は、光学入力像を電気信号に変換する部分であり、被写体１の出射光の輝度変化のみを記録もしくは検出可能な平面板である。なお、この撮像面１６は、カラー画像を認識できる必要はなくモノクロ画像を認識し電気的に出力できるものであればよい。また、撮像面１６は、単一の撮像板である以外に、複数の撮像素子を同一平面上に配置したものであってもよい。ただしこの場合、一つの撮像素子に対して一つの撮像用要素凸レンズ１２が対応して配置される、または一つの撮像素子に対して整数個の複数の撮像要素凸レンズ１２が対応して配置されることとする。そして、撮像面１６は撮像レンズ群１５に平行に配置されており、両者の間隔はレンズの焦点距離近傍となっている。そしてこの撮像面１６には、撮像用要素凸レンズ１２により結像された被写体１の複数の平面像（以下撮像要素画像という）が表面に撮像される。
【００３２】
次に図２に示す立体表示装置２０の構成について説明する。立体表示装置２０はカラーフィルタ群２７と表示レンズ群２５と表示面２６とを含む構成とした。この表示面２６は、撮像面１６（図１）により出力された被写体１の平面像を表示するものである（以下表示要素画像という）。また、この表示面２６は輝度変化のみのモノクロ画像が表示可能であればよくカラー画像を表示するものである必要はない。
【００３３】
次に、表示レンズ群２５は、表示面２６に表示された被写体の像を立体表示装置２０の正面に投影する機能を有する複数の表示用要素凸レンズ２２からなる。また、この表示レンズ群２５とカラーフィルタ群２７の配置関係は、表示用要素凸レンズ２２一枚につきＲＧＢのうちいずれか一色が対応するように配置している。さらにこのカラーフィルタ２４の配列はカラーフィルタ１４（図１）における配列と同一となっている。
【００３４】
ここで、表示用要素凸レンズ２２のレンズサイズならびに配置間隔はレンズ間ピッチが、観察位置４からみて１視角度あたりのカラーフィルタ空間周波数が数サイクル以上となるように設定されている。これにより観察位置４から立体表示装置２０を見た時、カラーフィルタは色分離せずに混色（各原色が加色混合された色）して認識され、レンズ構造またはそのパターンが認識されることなく画像劣化抑制の効果が得られる。
【００３５】
次に、図１および図２に基づいて立体撮像装置１０ならびに立体表示装置２０の動作について説明する。まず図１において、ｎ＝１の系列に着目した場合、被写体１からの出射光はカラーフィルタ１４１のＢ（青）フィルタを透過することにより被写体１の像はＢ（青）色成分のみが撮像用要素凸レンズ１２１により結像され、撮像面１６上に撮像要素画像１３１として撮像される。
【００３６】
同様にして他のカラーフィルタ１４と撮像用要素凸レンズ１２の作用により撮像面１６上に複数の被写体１の撮像要素画像（１３２，・・・，１３ｎ）が形成される。これら撮像要素画像（１３２，・・・，１３ｎ）も、対応するカラーフィルタ１４の色成分による赤色、緑色、青色いずれかひとつの単光色の輝度分布による被写体１のモノクロ画像として撮像面１６上に形成されている。
【００３７】
次に、前記した立体撮像装置１０の動作により形成された撮像要素画像（１３１，１３２，・・・，１３ｎ）（図１）は、占有領域と輝度分布を同じくして、今度は立体表示装置２０（図２）の表示面２６上に表示要素画像（２３１，２３２，・・・，２３ｎ）として画像表示される。ここで再びｎ＝１の系列に着目すると撮像要素画像２３１を出射した光は、対応する表示用要素凸レンズ２２１とカラーフィルタ２４１を経由して立体表示装置２０の手前で結像する。
【００３８】
同様にして他の表示要素画像（２３２，・・・，２３ｎ）から出射した光もそれぞれ対応する表示用要素凸レンズ２２とカラーフィルタ２４を経由して立体表示装置２０の手前で結像し、これらが合成されカラー立体画像１ａとして再生されることになる。
【００３９】
ここで表示要素画像２３と、これに対応する撮像要素画像１３（図１）とはともに被写体１の像として同一で、Ｒ（赤）画像、Ｇ（緑）画像、Ｂ（青）画像のうちいずれか一つの単光色の輝度分布が等しいモノクロ画像となっている。そして、表示要素画像２３からの出射光は立体撮像装置１０側の対応する撮像要素画像１３のカラーフィルタ１４と同色のカラーフィルタ２４を経由することになる。
【００４０】
以上述べた動作により、カラー再生された立体画像１ａを得るまで、撮像から表示までのプロセスにおいて取扱う要素画像はＲＧＢのうちいずれか一色の単光色となる。これにより従来の色モアレの原因となっていた、撮像面の検出色と表示面の再生色との観測位置に依存した不整合の問題は生じず、色モアレの発生を抑える効果が得られる。
【００４１】
以上、立体撮像装置１０の説明において、撮像要素画像１３を形成する手段として撮像レンズ群１５を用いることを例示しているが、これをピンホールが多数あいたピンホール板を用いた場合に置き換えてもよい。また図１および図２において、カラーフィルタ１４および２４の位置は、レンズ群１５および２５の図中左側に設置されているが、反対側（撮像面１６および表示面２６側）、または撮像面１６および表示面２６上、もしくはレンズ群１５および２５と撮像面１６および表示面２６の間に備えてもよい。
【００４２】
（第二の実施の形態）
次に図３乃至図５を参照して本発明における第二の実施の形態について説明する。図３は本実施例における立体撮像装置１０ｂにおいて被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。図４は本実施例における立体撮像装置１０ｂ（図３）において、光ファイバ３２の動作を説明するための説明図である。図５は、本実施例における立体撮像装置１０ｂ（図３）において、装置を構成する光ファイバ３２にカラーフィルタを付した構成を示す構成図である。なお、本実施例における立体表示装置は図２の構成がそのまま適応されるので説明は省略する。
【００４３】
また、図３において光ファイバ群３５以外の構成は図１と同じであるのでこれらについては図１と同じ符号を付しその説明は省略する。ここで図３中、光ファイバ群３５を構成するのは光ファイバ（３２１，３２２，・・・，３２ｎ）であり、これらの材質はガラスでもプラスチックでもよい。また、これら光ファイバの側面に黒色の塗料など、光の反射の極力少ない材料を塗布することで、光ファイバの光軸に対して大きな角度で入射した不要な光をカットする効果が得られる。また図５は、カラーフィルタ群１７（図３）の光ファイバ群３５への配置を部分拡大して示しており、ＲＧＢのうちいずれか一色のカラーフィルタが各ファイバに設置され、一定の周期に基づいて配列されている。
【００４４】
ここで、光ファイバ３２に要求されるレンズ特性について以下に記す。またここで、光ファイバの長さをＺｍ１またはＺｍ２、光ファイバの半径をｒ、光ファイバの半径ｒにおける屈折率をｎｒ、光ファイバ中心における屈折率をｎ０、ｒに対するｎｒの変化の大きさを決める定数をＡとする。
【００４５】
ｎｒ＝ｎ０（１−Ａｒ２／２）
Ｚｍ１＝Ａ−１／２×３π／２（正立像の場合）
Ｚｍ２＝Ａ−１／２×π／２ （倒立像の場合）
以上の関係を光ファイバ３２は有するものとする。
【００４６】
以下図３および図４に基づいて光ファイバ３２の動作について説明する。ここで、被写体１（図３）は光ファイバ群３５より遠方に存在することとし、さらに光ファイバ３２の長さは正立像を結像するＺｍ１であるとする。なお、図４において横軸はＡ−１／２で正規化したファイバの長さθを示すこととする。ここでファイバ端面から入射した平行光はθ＝π／２の位置であるＰＴｌで一旦倒立像を結像し、θ＝３π／２の位置であるＰＴ２のファイバ端面にて再度結像して正立像をなす。そして、撮像面１６上に被写体１の複数の像が撮像要素画像１３として撮像される。ここでこれら撮像要素画像１３は、結像を担当した光ファイバ３２に装着されたカラーフィルタ１４の色に対応した単光色で形成されたモノクロ画像である。
【００４７】
以上述べた動作により、レンズとして光ファイバ３２を用いた場合においても、光ファイバ３２にＲＧＢのうちいずれか一色のカラーフィルタを設置することで、撮像から表示にかけて取扱う要素画像はＲＧＢのうちいずれか一色で構成されることとなる。これにより撮像面の検出色と表示面の再生色との観測位置に依存した不整合の問題は生じず色モアレの発生を抑える効果が得られる。
【００４８】
なお、以上の説明において立体撮像装置１０ｂにおけるカラーフィルタ１４の配置は、光ファイバ３２の被写体１側の端面に備える場合について説明しているが、光ファイバ３２の反対側（撮像面１６側）、もしくは撮像面１６上、または光ファイバ３２と撮像面１６の間に備えてもよい。
【００４９】
（第三の実施の形態）
次に図６は本実施例における立体撮像装置１０ｃにおいて被写体１の像を撮像するための基本構成を示す構成図である。ここで図６の立体撮像装置１０ｃと第一実施例の立体撮像装置１０（図１）の相違は、内部構成としてモノクロカメラ６８を用いた点にある。このモノクロカメラは、撮像用要素凸レンズ６２および撮像素子６６が概念的に一体化したもので、図１における撮像レンズ群１５および撮像面１６に替わり、このモノクロカメラが平面上に規則的に多数配列した構成をとる。
【００５０】
また、カラーフィルタ１４は、モノクロカメラ６８一つにつきＲＧＢのうちいずれか一色が対応するように配置され、全体として一定の周期に基づき配列している。なお、図６においてカラーフィルタ１４の位置は、カメラレンズの被写体１側に備える場合について示されているが、レンズの反対側（撮像素子６６側）、撮像素子６６の表面上、もしくは表示用要素凸レンズ６２と撮像素子６６の間に備えてもよい。
【００５１】
以下図６に基づいて本実施例における立体撮像装置１０ｃの動作について説明する。被写体１からの出射光は、カラーフィルタ１４を透過することにより、その色に対応する波長光のみがモノクロカメラ６８に入射される。そして、モノクロカメラ６８内の撮像用要素凸レンズ６２により、被写体１の撮像要素画像６３が、同じくモノクロカメラ内の撮像素子６６上に結像される。この撮像要素画像６３は、透過したカラーフィルタ１４の色成分に対応した赤色、緑色、青色いずれかひとつの単光色の輝度分布による被写体１のモノクロ画像である。
【００５２】
以上述べた構成および動作により、立体撮像装置１０ｃが得る撮像要素画像（６３１，６３２，・・・，６３ｎ）において、隣接する撮像要素画像６３の周辺部相互間で画像の重なりが発生せず、要素画像間の干渉を阻止する効果が得られる。さらに単一の撮像面を用いないので、各カメラの撮像面の解像度を向上させることで、再生立体画像の画質が向上する。また、立体画像表示に必要な要素画像数は、撮像素子の制約によらずカメラの台数を増すことで増加できる。
【００５３】
このモノクロカメラ６８において要求される画素数は通常（例えば現行ＮＴＳＣ方式）必要とされるレベルより遥かに少ない数万画素程度で充分な上、さらに色分解光学系が不要なモノクロであるため構成が簡素となる。この為、一例として簾価、小型、低消費電力という特徴を有しているＣＭＯＳカメラをもちいることで、高密度高集積化させたカメラ群構成を実現させることが可能である。
【００５４】
なお、第３実施例による立体撮像装置１０ｃから得た撮像要素画像６３を再生表示する場合、立体表示装置は図２の構成をそのまま適用することができる。ただし、表示要素画像２３（図２）を形成するに当たり、モノクロカメラ６８各々から得られた撮像要素画像６３を、表示面２６（図２）上にカメラ群配列と同一配列となるように合成処理する必要がある。またこの場合も、図２で示される表示に用いられるカラーフィルタ２４の配置は、モノクロカメラ６８に対して設置されているカラーフィルタ１４の配置と一致する必要がある。
【００５５】
（レンズ特性について）
次に、立体撮像装置（図１、図３、図６）において、第１、第２および第３原色のカラーフィルタを備えた撮像用要素凸レンズ１２（図１）、撮像用要素凸レンズ６２（図６）および光ファイバー３２（図３）のレンズ特性について説明する。ここで、これら撮像用要素凸レンズ等は、カラーフィルタの色の相違に基づく被写体１の像の結像位置ずれが生じないように、同色カラーフィルタが配置されているものを単位に、レンズサイズやレンズ屈折率等のレンズ特性が適宜設計されたものであるとする。
【００５６】
一般に、光の屈折率は波長ごとに異なる値を有するため、同一のレンズ特性を有する撮像用要素凸レンズ等で被写体１を結像した場合、色収差により画像の結像位置が色毎に相違する現象を示す。このため本発明のように、個々の撮像用凸レンズ等が扱う画像の波長成分が特定の単一波長もしくは近接した狭領域の波長成分に限定されている場合、各撮像用凸レンズ等が結像する被写体１の像の位置は、設置されたカラーフィルタ色に対応して異なるものとなる。
【００５７】
そこで、各撮像用凸レンズ等において、レンズサイズもしくはレンズ屈折率等のレンズ特性を配置されたカラーフィルタの色単位で適宜変更することにより、各原色間の結像位置などの光学特性が同一となるようにし、立体撮像装置として色収差のない高品質の映像取得を可能とした。
【００５８】
（カラーフィルタの配列について）
図７は立体撮像装置（図１、図３、図６）および立体表示装置（図２）において使用されるカラーフィルタの具体的な配列を示す構成図である。本図において（ａ）（ｂ）（ｃ）は正方格子状の配列を有するもので（ａ）は同色のカラーフィルタが縦方向に配列され，縦ストライプ状の配色をしたもので一般的な配列である。また（ｂ）は（ａ）に対し、同色のカラーフィルタを斜め４５°に配列し、斜めストライプ状の配色をしたものである。これにより（ａ）と比較してカラーフィルタの色配列パターンが視認されにくい特徴を有する。
【００５９】
次に（ｃ）はＲとＢに対しＧのカラーフィルタに２倍の密度を与えた配列である。これらは一般に、人間の目は主にＧを輝度情報として認識する（視感度が高い）性質により、ＲＧＢのうちＧの配列を他と変化させたり密度を高くさせたりすることで明るくコントラストの良い画像として認識される効果を発生する。また（ｄ）は、カラーフィルタを千鳥配列としたもので稠密度の高い配列で、高画質の立体画像が得られる効果が発生する。
【００６０】
（他の方式への適用）
前記した説明において、撮像レンズ群についてはＩＰ方式に適用される２次元的な配列であることを前提に説明したが、視差画像が得られる方向を１方向だけに限定した、レンチキュラースクリーンやパララックスバリアを用いた場合も適用することが可能である。すなわちレンズごとにＲＧＢのカラーフィルタを配列することにより、同様にして色モアレの問題を回避することが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係る立体撮像装置および立体表示装置により以下に示す優れた効果を奏する。
【００６２】
請求項１または請求項６記載の発明によれば、立体撮像装置および立体表示装置の間で扱う要素画像が三原色中いづれか一つの単光色で形成される為、観察位置と表示用要素凸レンズ間の位置関係に依存した表示用要素凸レンズの選択的な発色が解消され色モアレの発生の無いカラー再生立体画像が得られる。
【００６３】
請求項２記載の発明によれば、立体撮像装置の内部構造を平面上に多数規則的に配置したモノクロカメラで構成することで、隣接する撮像要素画像周辺における干渉を防止する。さらに各モノクロカメラの解像度を上げることで撮像要素画像が必要とする解像度レベルを確保でき、さらにモノクロカメラの台数を増やすことで解像度を落とすことなく要素画像数を増やすことができ、さらなる高画質化を追求できる。そして、モノクロカメラ単位で三原色中いづれか一つのカラーフィルタを装着することで、要素画像が単光色で形成され、これを立体表示装置で再生させた際、高画質で色モアレの発生ないカラー立体再生画像が得られる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、レンズ群が光ファイバーで構成された立体撮像装置において、各光ファイバ単位で三原色中いづれか一つのカラーフィルタを装着することで、要素画像が単光色で形成され、これを立体表示装置で再生させた際、高画質で色モアレの発生ないカラー立体再生画像が得られる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、レンズ群または複数のモノクロカメラからなる立体撮像装置において、撮像用要素凸レンズにカラーフィルタの色の相違に基づく被写体の像の結像位置ずれを発生させないレンズ特性を持たせることで、立体撮像装置として色収差のない高品質の映像取得を可能とした。
請求項５記載の発明によれば、レンズ群が光ファイバーで構成された立体撮像装置において、光ファイバーにカラーフィルタの色の相違に基づく被写体の像の結像位置ずれを発生させないレンズ特性を持たせることで、立体撮像装置として色収差のない高品質の映像取得を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第一の実施の形態である立体撮像装置の構成図である。
【図２】本発明における立体表示装置の構成図である。
【図３】本発明における第二の実施の形態である立体撮像装置の構成図である。
【図４】第二の実施の形態である立体撮像装置を構成する光ファイバの動作を説明するための説明図である。
【図５】第二の実施の形態である立体撮像装置を構成する光ファイバにカラーフィルタを付した構成を示す構成図である。
【図６】本発明における第三の実施の形態である立体撮像装置の構成図である。
【図７】本発明における立体撮像装置または立体表示装置におけるカラーフィルタ配列を示す構成図である。
【図８】従来方法における立体撮像装置の構成図である。
【図９】従来方法における立体表示装置の構成図である。
【図１０】従来の立体表示装置における表示面として例示するカラー液晶表示パネルの代表的な画素構造を説明するための説明図である。
【図１１】従来方法における色モアレ発生を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 被写体
１ａ 立体画像
１０，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 立体撮像装置
１２１，１２２，・・・，１２ｎ 撮像用要素凸レンズ
１３１，１３２，・・・，１３ｎ 撮像要素画像
１４１，１４２，・・・，１４ｎ カラーフィルタ
１５ 撮像レンズ群
１６ 撮像面
１７，２７ カラーフィルタ群
２０，２０ｄ，２０ｅ 立体表示装置
２２１，２２２，・・・，２２ｎ 表示用要素凸レンズ
２３１，２３２，・・・，２３ｎ 表示要素画像
２４１，２４２，・・・，２４ｎ カラーフィルタ
２５ 表示レンズ群
２６ 表示面
３２１，３２２，・・・，３２ｎ 光ファイバ
３５ 光ファイバ群
６２１，６２２，・・・，６２ｎ 要素凸レンズ
６３１，６３２，・・・，６３ｎ 撮像要素画像
１４１，１４２，・・・，１４ｎ カラーフィルタ
６６１，６６２，・・・，６６ｎ 撮像素子
６８ モノクロカメラ
Claims (6)
- 被写体からの出射光を結像させる為、同一平面上に配列された複数の撮像用要素凸レンズから成る撮像レンズ群と、この撮像レンズ群により結像される前記被写体の複数の撮像要素画像を撮像する撮像面とを具備する立体撮像装置において、
前記撮像用要素凸レンズが、色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうちの１つを備え、このカラーフィルタの全体配列は前記色の三原色の配列を基本単位とした基本配列を一定の周期に基づいて配置していることを特徴とする立体撮像装置。 - 被写体からの出射光を結像させる為の、撮像用要素凸レンズと、この撮像用要素凸レンズにより結像される前記被写体の撮像要素画像を撮像する撮像素子とを有するモノクロカメラを複数備えた立体撮像装置において、
前記モノクロカメラが、色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうちの１つを備え、このカラーフィルタの全体配列は前記色の三原色の配列を基本単位とした基本配列を一定の周期に基づいて配置していることを特徴とする立体撮像装置。 - 前記複数の撮像用要素凸レンズは、
周辺部から中心部へ向かって屈折率が大きくなる屈折率分布を持つ光ファイバを所定長さで、それぞれを同一長さに集積させた光ファイバ群であることを特徴とする請求項１に記載の立体撮像装置。 - 前記複数の撮像用要素凸レンズは、
その撮像用要素凸レンズに対応する前記カラーフィルタの色毎に、色収差に基づいて異なるレンズ特性を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体撮像装置。 - 前記光ファイバは、
その光ファイバに対応する前記カラーフィルタの色毎に、色収差に基づいて異なるレンズ特性を有することを特徴とする請求項３に記載の立体撮像装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の立体撮像装置より得た被写体の撮像要素画像を表示要素画像として表示する表示面と、この表示要素画像から前記被写体の再生像を形成するための複数の表示用要素凸レンズからなる表示レンズ群とを具備する立体表示装置であって、
前記表示用要素凸レンズの各々が色の三原色である第１、第２および第３原色のカラーフィルタのうち１つを備え、このカラーフィルタの全体配列が前記立体撮像装置におけるカラーフィルタの全体配列と同一であることを特徴とする立体表示装置。
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