JP3014919B2 - ３次元情報再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立体情報を入力して、
特殊な眼鏡を必要とせずに立体画像が再生できる３次元
情報再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元空間を行き交う光線の状
態、例えば進行方向を入力し、光線の進行方向を再現す
るインテグラルフォトグラフィ方式の３次元情報再生装
置が知られている。インテグラルフォトグラフィ方式の
３次元情報再生装置は、ピンホールアレイと写真技術と
が組み合わされて、立体写真として応用されている。

【０００３】写真技術における感光フィルムの代わりに
液晶パネル等の動画を表示可能な画像表示装置を用いた
３次元情報再生装置が知られている。この３次元情報再
生装置は、図２０に示すように、画像を表示する液晶パ
ネル１と、液晶パネル１の表面側に配置されたピンホー
ルアレイパネル２と、液晶パネル１の裏面側に配置され
た光を拡散する拡散板３と、拡散板３に光を照射する光
源４とから構成されている。ピンホールアレイパネル２
には、図２１に示すように、ピンホール５が縦横方向に
ピッチｐの間隔で多数穿設されている。液晶パネル１に
は、ピンホールアレイパネル２のそれぞれのピンホール
５に対応して複数の画素６が空間的に規定されて２次元
的に配列されている。液晶パネル１及びピンホールアレ
イパネル２には同期制御回路８が接続されている。

【０００４】次に、図２０に示した従来の３次元情報再
生装置における立体像再生の原理を図２２を用いて説明
する。図２２において、ピンホールアレイパネル２上の
それぞれのピンホール５ａ，５ｂ，５ｃ…に対して液晶
パネル１上の４×４の１６の画素６が割り当てられてい
る。液晶パネル１上のある画素６から放射状に放射され
た光の一部は、その画素６に対応するピンホール５の空
間的な位置で決定される方向に進む。画素６とピンホー
ル５の位置の組み合わせにより、種々の方向の光が再生
されることにより、複数のピンホール５から出射される
光線群によって観察空間に空間像が形成される。図２２
の例では、物体Ｓから発する複数方向の光が再生されて
いる。

【０００５】本来、物体Ｓからは全方向に光が散乱して
いるが、ピンホール５は物体Ｓから全方向に散乱してい
る光を空間的にサンプリングするという役目を担ってい
る。従って、ピンホール５の数は多いほうが光線の再現
性が高くなる。ピンホール５を多数並べて配置すること
により連続した被写体が再生できることはいうまでもな
い。

【０００６】観察者１００がピンホール５から出射され
る光線を目で感知すれば、物体Ｓの３次元情報が認識さ
れ、物体Ｓは立体として認識される。このような、光線
状態を再現する方式の３次元情報再生装置では、特殊な
メガネが不要であり、いわゆるレンチキュラ方式のよう
に観察位置が極端に限定されることがなく、複数の人が
同時に再生画像を観察することが可能である。視点を移
動すると、視点の移動に応じて観察される像も変化する
という利点がある。再生画像が立体として認識される要
因は、両眼視差のみならず、目の焦点調節機能をも含ん
でいるので、観察時の疲労感が少なく、より自然な立体
像観察ができる。

【０００７】上述したように、この方式の３次元情報再
生装置では、ピンホールの数は多いほうが望ましい。こ
れを実現するために、図２１におけるピンホールアレイ
パネル２を液晶パネルのような光シャッタによって構成
する例が特開平５−１９１８３８号公報に開示されてい
る。プラスチック材料等によりピンホールアレイパネル
を構成した場合にはピンホールの位置は固定となるが、
液晶パネルのような光シャッタによってピンホールアレ
イパネルを構成した場合にはピンホールの位置は自由に
変えることが可能である。従って、ピンホールの位置と
それに対応する表示画像を同期させて高速に変化させる
ことにより立体像の時分割表示が行われ、実質的な解像
度を向上させることが可能である。

【０００８】液晶パネルのような光シャッタによってピ
ンホールアレイパネルを構成した例の特徴は、ピンホー
ルアレイの位置を時間的に変化させることにあるが、こ
こでは１周期にピンホールの位置が、水平２ポジション
×垂直２ポジションの４通りに変化する場合を図２３に
基づいて説明する。図中の点線は、ピンホールの位置を
比較し易いように書いたもので、特別な意味を持つもの
ではない。ピンホール５が、図２３（ａ）に示すよう
に、点線で作られた格子の左上に位置しているものとす
ると、次の時刻には、図２３（ｂ）に示すように、ピン
ホール５は点線で作られた格子の右上に来るように位置
が変更される。この時、図２３（ｂ）に示すピンホール
５の位置は、図２３（ａ）におけるピンホール５の配列
の水平方向の中央の位置に位置する。次の時刻には、図
２３（ｃ）に示すように、ピンホール５は点線で作られ
た格子の左下に来るように位置が変更される。この時、
図２３（ｃ）に示すピンホール５の位置は、図２３
（ａ）におけるピンホール５の配列の垂直方向の中央の
位置に位置する。次の時刻には、図２３（ｄ）に示すよ
うに、ピンホール５は点線で作られた格子の右下に来る
ように位置が変更される。このように、図２３（ａ）〜
（ｄ）の状態が繰り返され、それぞれのピンホール位置
に対応するように、液晶表示パネルに表示する画像を同
期して切り換えることにより、立体像の時分割表示が行
われる。

【０００９】次に、このときの光線再生の様子を図２４
を用いて説明する。

【００１０】液晶パネル１の表示画素に水平方向に１か
ら１４の番号をつける。図２４（ａ）に示すように、ピ
ンホールＡは表示画素の４から７に対応しており、ピン
ホールＢは表示画素の８から１１に対応している。ピン
ホール位置が図２４（ｂ）に示すように、変化したとす
ると、ピンホール位置の変化に応じて光線再生の様子も
変化し、ピンホールＡは表示画素の２から５に対応し、
ピンホールＢは表示画素の６から９に対応する。

【００１１】次に、図２０に示される３次元情報再生装
置に表示される３次元情報の入力方法を図２５を用いて
説明する。

【００１２】撮影は表示する一画面分の画像を一度に撮
影するのではなく、小部分の画像を順番に撮影していく
という方法をとる。図２３に示したように、１周期にピ
ンホールの位置を水平方向２ポジション×垂直方向２ポ
ジションの４通りに変化させる場合には、ピンホールア
レイパネル２のピンホールピッチｐの１／２の間隔で、
ビデオカメラレンズ７が上下左右に平行移動されて各ピ
ンホール５に対応する位置で撮影される。すなわち、ビ
デオカメラレンズ７の中心が上記直線群の交点と一致す
る位置で撮影することにより、ピンホール５の数の４倍
だけ画像が撮影される。

【００１３】図２２では、ピンホールアレイパネル２上
の一つのピンホール５に対して、液晶パネル１上の４×
４の１６の画素６が割り当てられているので、図２５に
示した方法を用いてそれぞれのピンホール位置にカメラ
を置いて得られる画像については、図２６に示すよう
に、その中心部分の４×４で１６の画素分のみが必要と
なる。なお、破線で示す円は前記レンズ７で撮影される
画像の範囲を示す。

【００１４】撮影して抽出された１６の画素分に、図２
６に示すように、１から１６までの番号を付けるとする
と、これを液晶パネル１に表示する際には、図２７に示
すように、画素を並べ変える必要がある。これは、図２
６に示した画素のままで表示すると、奥行き方向におい
て奥側と手前側とが逆転した像が再生されてしまうため
であり、この並べ変えにより正しい像を再現することが
できる。この並べ変え処理はビデオカメラの撮影位置、
すなわちピンホールに対応する位置毎に行わなければな
らない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した３次元情報再
生装置は、以上のように構成されているので、ピンホー
ルが、液晶パネル１から射出された光の一部だけを透過
し、残りのほどんどの光を遮断するため、光の利用効率
が非常に低く、再生される画像は暗いものとなる。ピン
ホールアレイパネルを使用した場合、再生される画像の
暗さが顕著であり、室内照明光の下では再生画像の観察
は困難である。

【００１６】表示画素及びピンホールが有限の大きさを
持つため、ピンホールからの射出光が広がり、再生像が
ぼける。ピンホールは理想的には無限小の大きさの穴で
あるが、ピンホールを液晶パネル等の光シャッタによっ
て構成する場合、ピンホール５の大きさは液晶パネルの
画素サイズ以下にはできない。そのため、図２８に示す
ように、ピンホール５から出射した光は、ピンホール５
からの距離に比例して広がることにより、再生像がぼけ
てしまう。

【００１７】ピンホールが有限の大きさを持つため、再
生光のクロストークが生ずる。図２８に示したように、
ピンホール５から出射した光は、ピンホールからの距離
に比例して広がっていき、その結果図中に斜線で示した
部分は画素１からの出射光と画素２からの出射光が混じ
ることになり、記録された光線を正確に再現できない。

【００１８】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、ぼけやクロストークが起こらず、
明るい高解像度の立体像を再生できる３次元情報再生装
置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、離散的フーリエ変換像を表示する画像表示手段
と、画像表示手段の後方に配置され、平行光を出射する
照明手段と、前記画像表示手段に表示される離散的フー
リエ変換像及び前記照明手段から出射される平行光の角
度を時分割で切り換える同期制御手段とを具備する３次
元情報再生装置において、前記照明手段が、光を出射す
る一つの光源と、光源を光軸に対して直角方向に移動す
る光源移動手段と、前記光源から出射された光を平行光
にする一つのレンズとを有する請求項１の３次元情報再
生装置によって達成される。

【００２０】本発明によれば、前述の目的は、離散的フ
ーリエ変換像を表示する画像表示手段と、画像表示手段
の後方に配置され、平行光を出射する照明手段と、前記
画像表示手段に表示される離散的フーリエ変換像及び前
記照明手段から出射される平行光の角度を時分割で切り
換える同期制御手段とを具備する３次元情報再生装置に
おいて、前記照明手段が、光を出射する複数の光源から
なる光源アレイと、光源アレイを光軸に対して直角方向
に移動する光源アレイ移動手段と、前記光源アレイのそ
れぞれから出射された光を平行光にする複数のレンズか
らなるレンズアレイとを有する請求項２の３次元情報再
生装置によって達成される。

【００２１】本発明によれば、前述の目的は、離散的フ
ーリエ変換像を表示する画像表示手段と、画像表示手段
の後方に配置され、平行光を出射する照明手段と、前記
画像表示手段に表示される離散的フーリエ変換像及び前
記照明手段から出射される平行光の角度を時分割で切り
換える同期制御手段とを具備する３次元情報再生装置に
おいて、前記画像表示手段と前記照明手段とをそれぞれ
複数個備える請求項３の３次元情報再生装置によって達
成される。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【作用】請求項１の３次元情報再生装置においては、画
像表示手段により離散的フーリエ変換像が表示され、照
明手段により平行光が出射され、同期制御手段により前
記画像表示手段に表示される離散的フーリエ変換像及び
前記照明手段から出射される平行光の角度が時分割で切
り換えられる。ここで、照明手段が、光を出射する一つ
の光源と、光源を光軸に対して直角方向に移動する光源
移動手段と、光源から出射された光を平行光にする一つ
のレンズとを有する。これにより、ピンホール等の遮蔽
物を必要としないため、光が有効に利用でき、明るい立
体像を再生することができる。また、照明光として平行
光を用いるため、液晶パネルを透過した光が広がること
なく、再生像がぼけずに鮮明となると共に、隣り合う表
示画素から出射された光が交じり合うことなく、クロス
トークのない立体像を再生することができる。

【００２５】

【００２６】

【００２７】請求項２の３次元情報再生装置によれば、
照明空間を対応する光源とレンズとの組み合わせによっ
て分割することにより、再生できる光線の方向は光源の
移動量によって決定されるので、一つの仮想スリットに
対応する液晶パネル上の画素数を容易に変更することが
でき、光源の移動量の範囲内で無段階に変化させること
ができる。更に、光源の移動量を小さくできると共に、
それぞれのシリンドリカルレンズを小さくできるため、
収差の影響が小さくなる。

【００２８】請求項３の３次元情報再生装置によれば、
表示画像が複数の画像表示手段に振り分けられるので、
表示画像を時分割で切り換える速さが遅くてもよく、液
晶パネルの応答速度が高速でない場合に有効である。こ
れにより、合成画像１枚当たりの表示時間を長くするこ
とができ、再生される立体像がより明るくなる。表示画
像を切り換える速度が同一ならば、高解像度の立体像が
得られる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の３次元情報再生装置の第１の
実施例を図１を参照しながら説明する。

【００３０】本実施例の３次元情報再生装置は、図１に
示すように、離散的フーリエ変換像を時分割にて表示す
る画像表示手段としての液晶パネル１０と、照明手段と
しての液晶パネル１０の後面側に配置された水平方向に
曲率を持ったシリンドリカルレンズ１１及びシリンドリ
カルレンズ１１の後面側にレンズ１１の焦点距離に等し
い距離だけ離間して配置された光を出射する光源アレイ
１２と、前記液晶パネル１０に表示される離散的フーリ
エ変換像及び前記光源アレイ１２から出射され、シリン
ドリカルレンズ１１によって平行光となった光の角度を
時分割で切り換える同期制御手段としての同期制御回路
１３とを具備している。

【００３１】液晶パネル１０は、図２に詳示するよう
に、一つの表示画素１４がＲＧＢのサブピクセル１５に
よって構成されており、ＲＧＢのサブピクセル１５が垂
直方向に配列されている。この表示画素１４をピッチＰ
で２次元的に配列することにより、表示面が形成され
る。なお、水平方向にＲＧＢのカラーフィルタが配列さ
れた一般の液晶パネルを９０度回転させて使用してもよ
い。

【００３２】次に、本実施例の動作について説明する。

【００３３】まず、フーリエ変換像の記録方法を図３を
用いて説明する。焦点距離がｆのレンズ１６から所定距
離ｄ1 だけ前方に離間した位置に物体１０１を置いた
時、レンズ１６の後方の焦点距離ｆの位置にできる像は
フーリエ変換像となる。焦点距離ｆの位置に配置される
３次元情報入力装置の感光フィルム、ＣＣＤ等の撮像素
子は、光の強度のみが記録され、その位相が棄却される
ため、前記撮像素子には位相が棄却されたフーリエ変換
像が記録される。すなわち、レンズ１６に対する光線の
入射角度が、レンズ１６の後方の焦点距離ｆに置かれた
撮像素子の撮像面上において、光軸からの距離に変換さ
れる。なお、焦点距離がｆのレンズ１６から所定距離ｄ
1 だけ前方に離間した位置の物体１０１の実像は、レン
ズ１６の後方の所定距離ｄ2 の位置にでき、光線状態を
再生しない通常のカメラ等の２次元情報入力装置におい
ては、撮像面をレンズ１９の後方の所定距離ｄ2 の位置
に配置する。焦点距離ｆ、所定距離ｄ1 、ｄ2 は次式の
関係にある。

【００３４】１／ｄ1 ＋１／ｄ2 ＝１／ｆ 上述した３次元情報入力装置のフーリエ変換作用は一つ
のレンズについて説明されているが、離散的フーリエ変
換像を得るためには、複数のレンズを２次元状に配置し
た蠅の目状の２次元レンズアレイを用い、各レンズ毎に
フーリエ変換を行う必要がある。２次元レンズアレイを
用いた場合には、水平、垂直両方向にサンプリングさ
れ、１次元のシリンドリカルレンズアレイすなわちレン
チキュラレンズを用いた場合には、水平方向のみにサン
プリングされる。

【００３５】前記入力装置の２次元レンズアレイは、ピ
ンホールアレイパネルあるいはスリットパネルに置き換
えることが可能である。ピンホールには、焦点という概
念はないが、図４に示すように、ピンホール１７に対す
る光線の入射角度を撮像素子１８の撮像面上における光
軸すなわちピンホール１７を通りかつピンホールアレイ
パネル１９に垂直な軸２０からの距離ｄに変化させるフ
ーリエ変換作用を有するため、撮像素子１８の撮像面上
のフーリエ変換像と実像とは同一となる。このとき、撮
像素子１８とパネル１９との間隔は、隣り合うピンホー
ル１７によるフーリエ変換像が撮像素子１８の撮像面上
で重ならないように位置決めし、光線の記録範囲である
入射角度の範囲に応じて自由に位置決めすることが可能
である。離散的フーリエ変換像を得る手段をまとめると
図５のようになる。

【００３６】次に、実際に離散的フーリエ変換像を入力
する方法を図６を用いて説明する。この方法では、撮像
面の前面に仮想的なスリットアレイが想定され、各仮想
スリットの位置毎に、順に撮影していくことにより、水
平方向にのみサンプリングされ、垂直方向には連続的に
記録される。図６の例では、一画面分の画像を一度に撮
影するのではなく、小部分の画像を順番に撮影していく
という方法をとる。図２に示された液晶パネル１０の表
示画素ピッチＰと同じ間隔で、ビデオカメラレンズ７が
左右に平行移動されて撮影が行われる。図６における垂
直の線は液晶パネルの表示画素１列に相当し、水平の線
はその垂直方向の中心線に相当する。液晶パネルの表示
画素がｍ（水平）×ｎ（垂直）であるとすると、ビデオ
カメラレンズ７の中心が直線群の交点と一致する位置で
撮影することにより、ｍ枚の部分画像が撮影される。こ
れらの部分画像は実像であるが、これらの部分画像から
一画面分の表示画像が合成される。この際、レンズの中
心軸近傍の領域しか用いないため、この領域では実像と
フーリエ変換像はほとんど変わらず、合成画像はビデオ
カメラレンズ７の位置によってサンプリングされた離散
的フーリエ変換像となる。

【００３７】次に、上述した方法によって得られた部分
画像の合成方法について説明する。仮想スリットアレイ
上の一つの仮想スリットに対して、液晶パネル１０上の
５×ｎの画素を割り当てる。これは、一つの仮想スリッ
ト当たり５方向の光線角度が再現されることを意味す
る。実際には、本実施例の３次元情報再生装置におい
て、スリットアレイは用いないが、説明を容易とするた
め、スリットアレイが液晶パネル１０の前面にあると仮
定する。図６に示した方法を用いて、それぞれの仮想ス
リット位置にカメラを置いて得られる画像については、
図７に示すように、その中心部分の５×ｎ画素分のみが
必要となる。

【００３８】仮想スリットＡの位置で得られた画像の中
央部の５×ｎ画素を抽出したものを抽出画像Ａ、仮想ス
リットＢの位置で得られた画像の中央部の５×ｎ画素を
抽出したものを抽出画像Ｂと名付ける。仮想スリットＡ
と仮想スリットＢとの間隔は液晶パネル１０の画素ピッ
チＰに一致している。図６の方法によってｍ枚の部分画
像を記録したので、抽出画像もｍ枚となる。このｍ枚の
抽出画像から、図８に示すように、最も左の列だけを集
めて１枚の画像が合成され、これを合成画像１とする。
同様に、左から２列目だけを集めて合成画像２が合成さ
れ、順次ｍ枚の抽出画像から同じ列の抽出画像だけが集
められて合成画像が５枚合成される。合成の仕方から明
らかなように、１枚の合成画像は、ｍ×ｎ画素からなる
画像となる。この合成画像は離散的フーリエ変換像を光
線の入射角度の違いによって、５枚に分割して表現した
ものといえる。

【００３９】次に、上述した方法によって得られた合成
画像の再生動作について説明する。上述した方法によっ
て得られた離散的フーリエ変換像は、仮想スリットに対
する光線の水平方向の入射角度が撮像面上におけるスリ
ットを通りスリットアレイパネルに垂直な光軸からの距
離に変換されたものである。従って、これを再生するに
は、光軸からの距離に応じて、入射角度と同じ角度で光
線を出射させればよい。本実施例では、表示パネルの照
明光の角度を変化させることにより達成している。

【００４０】上述したように、一つの仮想スリット当た
り５方向の光線角度を再現する場合には、液晶パネル１
０を照射する光線の角度が５方向に変化すればよい。本
実施例の３次元情報再生装置においては、図９に示すよ
うに、五つの光源１２ａ〜１２ｅからなる光源アレイ１
２と、シリンドリカルレンズ１１を組み合わせることに
より、液晶パネル１０を照射する光線の角度が５方向に
変化される。光源アレイ１２はシリンドリカルレンズ１
１からレンズ１１の焦点距離ｆだけ離れた位置に置かれ
ている。この位置にある光源から出た光は、レンズ１１
を通った後は平行光となる。光源の位置がレンズ１１か
ら光軸に対して直角方向にずれている場合、そのずれ量
Δｄに応じて、レンズ１１から出ていく平行光の角度が
異なる。従って、五つの光源を水平方向に配置し、点灯
する光源を順次切り換えることにより、照明光の角度を
変化させることができる。

【００４１】この時、同期制御回路１３によって、光源
１２ａを点灯する際には液晶パネル１０に図８の合成画
像１が表示され、光源１２ｂを点灯する際には液晶パネ
ル１０に図８の合成画像２が表示されるように、液晶パ
ネル１０に表示する合成画像を点灯する光源に同期して
変化させる。液晶パネル１０を透過することによって、
光の角度は変化しないので、光源１２ａが点灯している
ときには、光線の再生状態は、図１０（ａ）に示すよう
になり、光源１２ｂが点灯しているときには、光線の再
生状態は、図１０（ｂ）に示すようになる。この時分割
表示は、光源１２ａ点灯から光源１２ｅ点灯までの５ス
テップで１周期が構成され、そのとき入射光の角度は、
図１０（ｃ）に示すように変化するので、液晶パネル１
０から出射する光の角度も同様に変化する。本実施例で
は、液晶パネル１０への入射光線の角度を変化させる際
に機械的な移動を必要としないので、高速な応答が可能
である。

【００４２】光線の再生状態の１周期分をまとめると、
図１１（ａ）のようになる。仮想スリットパネル２１の
一つの仮想スリットに対して液晶パネル１０上の五つの
表示画素が割り当てられ、それぞれの表示画素を異なる
光源からの平行光によって照明することにより、異なる
角度に光線が出射される。なお、上述のように考えた場
合の仮想スリットパネル２１における仮想スリットの間
隔は、液晶パネル１０の表示画素ピッチＰと同一であ
る。図８で説明した抽出画像を図１１（ａ）に対応させ
て考えると、図１１（ｂ）に示すようになる。撮像面２
２に記録される画像は図８に示した抽出画像の一枚、例
えば抽出画像Ａそのものである。図１１（ａ）と図１１
（ｂ）とを比較して分かるように、図１１（ｂ）の記録
画素１に入射する光線角度と図１１（ａ）の表示画素１
から出射する光線角度は、仮想スリットに関して対称と
なっている。これは、液晶パネルを介して物体を観察す
る際には、物体を記録した面の反対側から物体を観察す
るため、奥行き方向に関して奥と手前とが逆転するから
である。本実施例では、表示する合成画像と点灯する光
源の組み合わせにより表示画素から出射する光線の角度
は、仮想スリットに関して対称となっている。

【００４３】図１１（ａ）に示したように、種々の方向
の光を再生することにより、観察空間に立体像が形成さ
れる。本来、物体からは全方向に光が散乱しているのだ
が、仮想スリットアレイによってそれを水平方向にサン
プリングしていることになる。観察者は、再生された光
線を目で感知することにより、物体の３次元情報を認識
することができる。このような、光線状態を再現する方
式の３次元情報再生装置では、特殊なメガネが不要であ
り、いわゆるレンチキュラ方式のように観察位置が極端
に限定されることがない。複数の人が同時に再生画像を
観察することが可能であると共に、視点を移動すると、
視点の移動に応じて観察される像も変化するという利点
がある。両眼視差のみならず、目の焦点調節機能により
再生画像の遠近感すなわち立体感が認識されるため、観
察時の疲労感が少なく、より自然な立体像観察ができ
る。

【００４４】本実施例では、再生される立体像は水平方
向にのみ視差を持ち、垂直方向に視点を移動しても観察
される像は変化しない。しかしながら、垂直解像度が高
いために視覚的に鮮明な像が得られる。さらに、ピンホ
ール等の遮蔽物を必要としないため、光が有効に利用で
き、明るい立体像を再生することができる。また、照明
光として平行光を用いるため、液晶パネルを透過した光
が広がることがなく、再生像がぼけずに鮮明となると共
に、隣り合う表示画素から出射された光が交じり合うこ
とがなく、クロストークのない立体像を再生することが
できる。

【００４５】上述実施例においては、１次元サンプリン
グによって離散的フーリエ変換像を得る方法について説
明したが、水平方向にのみサンプリングし、垂直方法に
は連続的に記録する場合には、図１２に示すようなスリ
ットアレイパネルを用いてもよい。スリットアレイパネ
ル２３は、ピッチｐの間隔で垂直方向に細長いスリット
２４が穿設されている。図１３（ａ）に示すように、撮
像面２５の前面にスリットアレイパネル２３が配置さ
れ、パネル２３の前面に垂直方向に曲率を持つシリンド
リカルレンズ２６が配置される。図１３（ａ）に示すよ
うに、物体２７からの光がスリットアレイ２３によって
水平方向に離散的なフーリエ変換像として撮像面２５上
に記録される。水平方向に関してはレンズ２６はなにも
作用しない。レンズ２６は、垂直方向に関して結像させ
るために用いられる。レンズ２６と撮像面２５との間隔
は、レンズ２６の結像条件を満たすように設定される。

【００４６】離散的フーリエ像の記録は、このスリット
の位置を時間的に変化させることによって行われる。一
つのスリットに対して液晶パネル１０上の５×ｎの画素
を対応させる場合には、スリットの位置を５通りに変化
させる。スリットの位置を変化させるには、機械的に移
動してもよいし、スリットアレイパネルが液晶パネルの
ような光シャッタによって構成され、光シャッタを電気
的に変化させてもよい。最初のスリット位置が図１４
（ａ）に示す位置であるとすると、スリットの位置は図
１４（ａ）に示す位置へ水平方向に移動される。図中の
点線は、スリットの位置を比較しやすいように、図１４
（ａ）、（ｂ）に共通の位置に書いたものであり、特別
な意味を持つものではない。スリットの移動量は液晶パ
ネルの画素ピッチＰに等しい。この水平方向のスリット
移動を順次行うことにより、５枚の記録画像を得る。な
お、１枚の記録画像はｍ×ｎ画素からなる。

【００４７】次に、上述した方法によって得られた記録
画像の合成方法について図１５を参照しながら説明す
る。

【００４８】記録画像は、一つのスリットに対応する５
列を一つのユニットとし、それが繰り返し配列されたも
のである。まず、それぞれの記録画像についてユニット
毎に最も左の列だけを抽出する。このとき、１枚の記録
画像からは５列おきに合計ｍ／５列が抽出される。５枚
の記録画像からこのようにして抽出された画像を集めて
１枚の画像が合成され、これを合成画像１とする。同様
に、ユニット毎に左から２列目だけを抽出し集めること
により合成画像２が合成され、順次に５枚の記録画像か
ら同じ列の抽出画像だけが集められて合成画像が５枚合
成される。合成の仕方から明らかなように、１枚の合成
画像は、ｍ×ｎ画素からなる画像となる。この合成画像
は離散的フーリエ変換像を光線の入射角度の違いによっ
て、５枚に分割して表現したものであり、図８の合成画
像と同じである。

【００４９】上述実施例においては、一つのスリットに
対して５列の画素を割り当てる場合について説明した
が、本発明は割り当てる画素の列数は５列に限定される
ものではない。

【００５０】また、上述実施例においては、シリンドリ
カルレンズ１１、２６は、それと等価なフレネルレンズ
に置き換えてもよい。本実施例では、表示パネルあるい
は撮像面と同じ大きさのシリンドリカルレンズが必要と
なるが、フレネルシリンドリカルレンズとすることによ
って薄型化、軽量化を図ることができる。

【００５１】次に、本発明の３次元情報再生装置の第２
の実施例を図１６を参照しながら説明する。

【００５２】本実施例の３次元情報再生装置は、図１６
に示すように、離散的フーリエ変換像を時分割にて表示
する画像表示手段としての液晶パネル１０と、照明手段
としての液晶パネル１０の後面側に配置された水平方向
に曲率を持ったシリンドリカルレンズ１１及びシリンド
リカルレンズ１１の後面側にレンズ１１の焦点距離ｆに
等しい距離だけ離間して配置された光を出射する光源１
２ａと、光源１２ａを光軸に対して直角方向に移動する
光源移動手段としての光源移動装置２８と、前記液晶パ
ネル１０に表示される離散的フーリエ変換像及び光源移
動装置２８による光源１２ａの位置を制御する同期制御
手段としての同期制御回路１３とを具備している。離散
的フーリエ変換像の表示、再生により空間像を形成する
原理については第１の実施例と同様であり、液晶パネル
への照明光の入射角度を変化させて光線再生が行われ
る。シリンドリカルレンズ１１を透過した光は、上述図
９の説明と同様に平行光となり、光源１２ａの移動に応
じてその出射角度が変化する。この光源１２ａの移動量
に応じて液晶パネル１０の表示画像を同期制御回路１３
によって切り換える。例えば、光源１２ａが第１の位置
にあるときに、図８に示した合成画像１が表示され、光
源１２ａが第２の位置にあるときに合成画像２が表示さ
れる。

【００５３】本実施例の３次元情報再生装置では、再生
できる光線の方向は光源の移動量によって決定されるの
で、一つの仮想スリットに対応する液晶パネル上の画素
数を容易に変更することができ、光源の可動範囲内で無
段階に変化させることができる。

【００５４】なお、本実施例においても、シリンドリカ
ルレンズ１１は、それと等価なフレネルレンズに置き換
えてもよい。本実施例では、表示パネルあるいは撮像面
と同じ大きさのシリンドリカルレンズが必要となるが、
フレネルシリンドリカルレンズとすることによって薄型
化、軽量化を図ることができる。また、光源１２ａを移
動する代わりにシリンドリカルレンズを移動するように
してもよい。

【００５５】次に、本発明の３次元情報再生装置の第３
の実施例を図１７を参照しながら説明する。

【００５６】本実施例の３次元情報再生装置の基本構成
は図１６に示した第２の実施例と同様であるが、シリン
ドリカルレンズ１１はシリンドリカルレンズアレイ２９
に、光源１２ａは光源アレイ３０に、光源移動装置２８
は光源アレイ移動装置３１に起き代わっている。離散的
フーリエ変換像の表示、再生により空間像を形成する原
理については第１の実施例と同様であり、液晶パネルへ
の照明光の入射角度を変化させて光線再生が行われる。
光源をアレイとするのは、第１の実施例で説明したよう
に光源を時分割で点灯させるためではなく、照明光を空
間的に分割するためであり、全ての光源は常時点灯して
いる。図１７においては、一つの光源と一つのシリンド
リカルレンズの組み合わせごとに、シリンドリカルレン
ズを透過した光は平行光となり、光源の移動に応じてそ
の出射角度が変化する。これを水平方向に並べると図１
７に示すようになる。図１７では光源アレイ３０を４つ
の光源で構成しているが、それぞれの光源の光軸からの
ずれ量は同じであり、シリンドリカルレンズから出射さ
れる光線の方向は全て同じである。また、平行光である
から、光線の重なりは生じない。光源アレイ移動装置３
１によって、光源間の間隔を保ったまま各光源を連動さ
せて移動することにより、照明全体の角度が変化させら
れる。この時、同期制御回路１３によって光源の移動量
に応じて液晶パネル１０の表示画像を切り換える。

【００５７】本実施例の３次元情報再生装置では、第２
の実施例の利点に加えて、光源の移動量を小さくできる
という利点がある。またそれぞれのシリンドリカルレン
ズを小さくできるため、収差の影響を受けにくくなる。
なお、光源アレイ３０を移動する代わりにシリンドリカ
ルレンズアレイ２９を移動してもよい。

【００５８】次に、本発明の３次元情報再生装置の第４
の実施例を図１８を参照しながら説明する。

【００５９】本実施例の３次元情報再生装置は、離散的
フーリエ変換像を時分割にて表示する第１の画像表示手
段としての液晶パネル１０と、第１の照明手段としての
液晶パネル１０の後面側に配置された水平方向に曲率を
持ったシリンドリカルレンズ１１及びシリンドリカルレ
ンズ１１の後面側のレンズ１１の焦点距離に等しい距離
だけ離間して配置された光を出射する光源１２ａと、光
源１２ａを光軸に対して直角方向に移動する第１の光源
移動手段としての光源移動装置２８と、液晶パネル１０
の前面側に配置された光の一部を反射し、残りを透過す
るビームコンバイナー３２と、ビームコンバイナー３２
の前面側に臨んで配置された第２の画像表示手段として
の液晶パネル３３と、第２の照明手段としての液晶パネ
ル３３の後面側に配置された水平方向に曲率を持ったシ
リンドリカルレンズ３４及びシリンドリカルレンズ３４
の後面側のレンズ３４の焦点距離に等しい距離だけ離間
して配置された光を出射する光源３５と、光源３５を光
軸に対して直角方向に移動する第２の光源移動手段とし
ての光源移動装置３６と、前記液晶パネル１０、３３に
表示される離散的フーリエ変換像及び前記光源１２、３
５の移動量を時分割で切り換え制御する同期制御手段と
しての同期制御回路３７とを具備している。２枚の液晶
パネル１０、３３から出た光は、ビームコンバイナー３
２によって合成される。離散的フーリエ変換像の表示、
再生により空間像を形成する原理については第１の実施
例と同様であり、液晶パネルへの照明光の入射角度を変
化させて光線再生が行われる。また、ビームコンバイナ
ー３２によって反射されると像の左右が反転してしまう
ので、光が反射される側の液晶パネル３３に表示される
画像の左右を予め反転しておく。照明光として平行光を
用いるため、図１９に示すように、液晶パネルを透過し
た光が広がることがなく、再生像がぼけることがなく鮮
明にすることができる。

【００６０】本実施例における光線再生は、上述した実
施例において１枚の表示パネルを用いたものを、２枚に
振り分けたものと考えることができ、光源１２ａから出
た光と、光源３５から出た光が、ビームコンバイナー３
２を通った後に異なる角度で出射するように二つの光源
の位置が制御される。もちろん、それぞれの光線の出射
方向は、記録された光線方向を再現する方向でなければ
ならない。本実施例においては、ビームコンバイナー３
２によって結合される２組の３次元情報再生装置は、第
１から第３の実施例のどのタイプであってもよい。ま
た、結合する３次元情報再生装置は２組に限定されるも
のではなく、３組以上であってもよい。

【００６１】本実施例の３次元情報再生装置では、表示
画像を時分割で切り換える速さが遅くてもよく、例えば
２組の３次元情報再生装置を結合する場合には、結合し
ない場合の１／２の切り換え速度でよい。これは、液晶
パネルの応答速度が高速でない場合に有効である。切り
換え速度が遅いということは、合成画像１枚当たりの表
示時間が長くなり、再生される立体像はより明るいもの
となる。

【００６２】本実施例において、結合しない場合と同じ
速度で表示画像を切り換える場合には、結合しない場合
よりも高解像度の立体像が得られる。例えば、２組の３
次元情報再生装置を結合する場合には、結合しない場合
の２倍の解像度が得られる。３次元情報を入力する場
合、上述実施例においては、全て離散的フーリエ変換像
を１次元サンプリングする場合について説明してきた
が、これは容易に２次元サンプリングに拡張することが
できる。その場合、スリットをピンホールに、スリット
アレイパネルをピンホールアレイパネルに、シリンドリ
カルレンズを普通の凸レンズに、シリンドリカルレンズ
アレイを２次元レンズアレイに、１次元光源アレイを２
次元光源アレイにそれぞれ置き換えればよい。図１３に
示した撮影方法におけるシリンドリカルレンズは不要と
なる。

【００６３】２次元サンプリングを行う場合には、水平
方向のみならず垂直方向にも視差を持つ立体像が再現さ
れるため、垂直方向に視線を移動した場合にも観察され
る像が変化し、より自然な立体視が可能となる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１の３次元情報再生装置において
は、ピンホール等の遮蔽物を必要としないため、光が有
効に利用でき、明るい立体像を再生することができる。
また、照明光として平行光を用いるため、液晶パネルを
透過した光が広がることがなく、再生像がぼけずに鮮明
となると共に、隣り合う表示画素から出射された光が交
じり合うことがなく、クロストークのない立体像を再生
することができる。

【００６５】

【００６６】

【００６７】請求項２の３次元情報再生装置によれば、
一つの仮想スリットに対応する液晶パネル上の画素数を
容易に変更することができ、光源の可動範囲内で無段階
に変化させることができる。更に、光源の移動量を小さ
くできると共に、それぞれのシリンドリカルレンズを小
さくできるため、収差の影響が小さくなる。

【００６８】請求項３の３次元情報再生装置によれば、
合成画像１枚当たりの表示時間を長くすることができ、
再生される立体像がより明るくなる。表示画像を切り換
える速度が同一ならば、高解像度の立体像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例の３次元情報再生装
置の概略構成図である。

【図２】本発明の３次元情報再生装置において用いられ
る液晶パネルの構造図である。

【図３】レンズのフーリエ変換作用の説明図である。

【図４】ピンホールによるフーリエ変換作用の説明図で
ある。

【図５】フーリエ変換像を得るための手段をまとめた図
である。

【図６】離散的フーリエ変換像を１次元サンプリングし
て記録する方法の説明図である。

【図７】図６の方法において抽出する画素範囲を示した
図である。

【図８】抽出された画像の合成方法を示す図である。

【図９】図１の装置の光源位置と光線の出射方向の関係
の説明図である。

【図１０】液晶パネルへの入射光の方向と出射光の方向
の関係を示す図である。

【図１１】記録時の光線方向と再生時の光線方向の説明
図である。

【図１２】スリットアレイパネルの構造を示す図であ
る。

【図１３】スリットアレイパネルを用いて離散的フーリ
エ変換像を１次元サンプリングして記録する方法の説明
図である。

【図１４】図１３に示した方法のスリット位置の変化を
示す図である。

【図１５】図１３に示した方法によってえられた記録画
像の合成方法を示す図である。

【図１６】本発明による第２の実施例の３次元情報再生
装置の概略構成図である。

【図１７】本発明による第３の実施例の３次元情報再生
装置の概略構成図である。

【図１８】本発明による第４の実施例の３次元情報再生
装置の概略構成図である。

【図１９】本発明による光線再生の様子を示す図であ
る。

【図２０】従来の３次元情報再生装置の概略構成図であ
る。

【図２１】ピンホールアレイパネルの構造を示す図であ
る。

【図２２】従来の３次元情報再生装置において空間像を
形成する原理の説明図である。

【図２３】ピンホールアレイの位置の変化を示す図であ
る。

【図２４】ピンホールアレイの位置の変化に伴う光線再
生の変化を示す図である。

【図２５】離散的フーリエ変換像を２次元サンプリング
して記録する方法の説明図である。

【図２６】離散的フーリエ変換像の記録方法において抽
出する画素範囲を示した図である。

【図２７】画素を並べ変えて表示する際の画素配列を示
す図である。

【図２８】従来例における光線再生の様子を示す図であ
る。

【符号の説明】

10,33 液晶パネル 11,34 シリンドリカルレンズ 12,30 光源アレイ 12a 〜12e,35 光源 13,37 同期制御回路 28,36 光源移動手段 29 シリンドリカルレンズアレイ 31 光源アレイ移動装置

フロントページの続き (56)参考文献 米国特許5132839（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 離散的フーリエ変換像を表示する画像表
   示手段と、 画像表示手段の後方に配置され、平行光を出射する照明
   手段と、 前記画像表示手段に表示される離散的フーリエ変換像及
   び前記照明手段から出射される平行光の角度を時分割で
   切り換える同期制御手段とを具備する３次元情報再生装
   置において、 前記照明手段が、光を出射する一つの光源と、 光源を光軸に対して直角方向に移動する光源移動手段
   と、 前記光源から出射された光を平行光にする一つのレンズ
   とを有することを特徴とする３次元情報再生装置 。
2. 【請求項２】 離散的フーリエ変換像を表示する画像表
   示手段と、 画像表示手段の後方に配置され、平行光を出射する照明
   手段と、 前記画像表示手段に表示される離散的フーリエ変換像及
   び前記照明手段から出射される平行光の角度を時分割で
   切り換える同期制御手段とを具備する３次元情報再生装
   置において、 前記照明手段が、光を出射する複数の光源からなる光源
   アレイと、 光源アレイを光軸に対して直角方向に移動する光源アレ
   イ移動手段と、 前記光源アレイのそれぞれから出射された光を平行光に
   する複数のレンズからなるレンズアレイとを有すること
   を特徴とする ３次元情報再生装置。
3. 【請求項３】 離散的フーリエ変換像を表示する画像表
   示手段と、 画像表示手段の後方に配置され、平行光を出射する照明
   手段と、 前記画像表示手段に表示される離散的フーリエ変換像及
   び前記照明手段から出射される平行光の角度を時分割で
   切り換える同期制御手段とを具備する３次元情報再生装
   置において、 前記画像表示手段と前記照明手段とをそれぞれ複数個備
   えることを特徴とする ３次元情報再生装置。