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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に関し、特に立体像と平面画像の表示を両立させる表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
任意の視点から観視可能な立体テレビジョン方式の一つとして、平面上に配列されたマイクロ凸レンズ群あるいはピンホール群を用いたIntegral Photography（ＩＰ法）が知られている。レンズ群を有するＩＰ表示装置は本出願人による特願平７−８５４３７号によって提案され、実現している。
【０００３】
まず、ＩＰ方式について説明する。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、同一平面上に配置された複数のマイクロ凸レンズからなるレンズ群（レンズ板）５の後方に写真フィルム７を置き、レンズ群５の前方においた被写体１を撮像する。写真フィルム７には、マイクロ凸レンズにより結像された被写体の像（要素画像）６が撮像される。矢印３は撮像方向を示す。次に図１（ｂ）に示すように、撮像後に現像された写真フィルム７をレンズ群５に対して撮影したときのフィルムと同じ位置に配置し、写真フィルムに散乱光８を照射して、レンズ群５に対して写真フィルムを配置した位置と反対側から観視すると立体像２′を見ることができる。矢印４は観視方向を示す。
【０００５】
テレビジョンでこのＩＰ法を実現するために、特願平７−８５４３７号に開示されているように、レンズ群による実像を直接撮像し、その画像群をレンズ群を伴った液晶パネルなどの表示装置に表示する手法が発明されている。また、レンズ群の構成として屈折率分布型の光ファイバを用いる発明が、特願平８−３０７７６３号に記載されている。
【０００６】
一般にＩＰ法では、撮像時にレンズ群を構成する各レンズを通常の凸レンズ１枚と等価なものとした場合に、撮像・現像したフィルムを元の位置に配置すること、あるいは撮像した要素画像を表示装置に表示することは、再生像を被写体に対して奥行きと凹凸が逆になった状態（偽の立体像）を与える。つまり、図１（ｂ）の再生立体像２′は偽の立体像となる。この問題を回避するためには、各要素画像をそれぞれ点対称に変換（凹凸変換）すればよいことが知られている。
【０００７】
このようなレンズ群を有するＩＰ表示装置において、同一の表示素子に平面画像を表示し、そのまま平面画像を観視させる方法として、当該レンズ群を取り外すことが当然の方法として考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＩＰ表示装置で平面画像を表示し、観視させるためにレンズ群を取り外すということは以下のような問題を含んでいる。
【０００９】
第１に、平面画像表示時にレンズ群を取り外した場合、平面画像表示後に再び立体画像を観視する際には、取り外したレンズ群を所定の位置に再配置することが必要となり、煩雑である。
【００１０】
第２に、レンズ群を除去、再配置することを自動的に行うことは、装置自体が大規模なものとなることが予想され、簡便さに欠ける。
【００１１】
第３に、簡便のためにレンズ群の再配置を手動で行うことは、位置合わせの正確性に欠ける。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決し、簡単な構成で立体像と平面画像の表示を両立し得る画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系と、前記表示素子面と前記光学系との相対的な位置関係を、前記立体像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた状態にして前記インテグラルフォトグラフィの画像を表示し、前記平面像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた状態にして前記平面像を表示するように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段とを具えている。
【００１５】
さらに、本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、前記立体像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第１の表示素子と、前記平面像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第２の表示素子と、前記第１および第２の表示素子のそれぞれの表示素子面上の被写体画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系とを具え、観視者側から前記光学系と前記第１の表示素子と前記第２の表示素子の順に並設され、前記第１の表示素子を、該第１の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた位置に配置し、前記第２の表示素子を、該第２の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた位置に配置し、さらに、前記立体像の表示時には前記第１の表示素子を不透明状態とし、前記平面像の表示時には前記第１の表示素子を透明状態にする切り換え手段とを具えている。
【００１６】
上述した画像表示装置において、前記第１の表示素子が液晶パネルであること、前記光学系が正立像を結像する光学系であることが好ましい。
【００１７】
上述した画像表示装置において、前記光学系は倒立像を結像する光学系であってもよく、この場合には、前記倒立像を結像する光学系がマイクロ凸レンズを２次元状に配置したマイクロ凸レンズ板であることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、マイクロ凸レンズを２次元状に配置した第１及び第２のマイクロ凸レンズ群からなる光学系と、前記第１のマイクロ凸レンズ群と第２のマイクロ凸レンズ群の相対的な位置関係を、前記表示素子面と前記第１のマイクロ凸レンズ群の距離を該第１のマイクロ凸レンズ群の焦点距離の２倍として、前記立体像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の３倍にし、前記平面像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の４倍にするように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段とを具えている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態においては、画像を観視せしめるための光学系を、屈折率が半径方向において変化している屈折率分布レンズ（光ファイバ）を２次元的に配置した屈折率分布レンズ群で構成する。立体像表示時には、屈折率分布レンズ群を機械的に駆動して、立体像表示用の要素画像が表示されている表示素子面が屈折率分布レンズの物体側焦点面と一致するように、屈折率分布レンズ群と表示素子面の位置を制御する。平面画像表示時には、屈折率分布レンズの位置を、平面画像表示のための要素画像が表示されている表示素子面が屈折率分布レンズの物体側主平面と一致する位置に切り換える。屈折率分布レンズ群と表示素子面の位置の切り換えには、表示素子を駆動してもよい。
【００２１】
または、屈折率分布レンズ群と、立体像表示用の表示素子と、平面画像表示用の表示素子とを、立体像表示用の表示素子をその表示素子面が屈折率分布レンズの物体側焦点面と一致する位置に、平面画像表示用の表示素子をその表示素子面が屈折率分布レンズの物体側主平面と一致する位置に配置し、立体像表示時には立体像表示素子を不透明状態にして立体像表示用の表示素子面に立体像表示用の要素画像を再生表示し、平面画像表示時には立体像表示用の表示素子を透明状態にした上で平面画像表示用の表示素子面に平面画像を再生表示してもよい。
【００２２】
【実施例】
実施例１
本発明の第１の実施例について説明する。
【００２３】
本実施例では、表示装置のレンズ群を構成するレンズを図２に示す屈折率分布レンズ（光ファイバ）１０で構成する。図２においてＺは屈折率分布レンズの長さ、１１はその光軸を示す。屈折率分布レンズ１０を図３（ａ）に示すように１列おきに各レンズが半径分だけずれるように２次元的に配置し、あるいは図３（ｂ）に示すように全ての列においてレンズの高さが揃うように２次元的に配置してレンズ群１２を構成する。この場合、屈折率分布レンズ長Ｚは、特願平８−３０７７６３号に記載されているように、
【００２４】
【数１】
とする。ここで、Ａは屈折率分布レンズの屈折率分布定数を示すものとする。各屈折率分布レンズの屈折率分布およびレンズ長は実質的に等しい。また、それらの配置は生成すべき画像の要素画像の配置に対応している。
【００２６】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図４に示す。液晶パネルその他の表示素子１３の表示素子面１３Ａには、前述したＩＰ法によって被写体の像（要素画像）６が形成されている。立体像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた状態にすることで立体像２の観察が可能になる。なお、この場合、表示素子面１３Ａに形成された要素画像から再生像を得るので、表示素子面側が物体側である。この状態で屈折率分布レンズ群１２を構成する各屈折率分布レンズ１０は、前述した凹凸変換の作用を持つ。
【００２７】
次に、本実施例における平面像表示時の表示装置の断面図を図５に示す。平面像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた状態にする。ここで、表示素子面１３Ａに形成されている平面画像は、通常の撮像手段で撮像された一般的な平面画像である。
【００２８】
【数２】
の領域では、図６に示すように、物体側主平面１５が屈折率分布レンズ１０の入射端面の物体側、像側主平面１６が屈折率分布レンズ１０の出射端面の像側に存在し、この状態で屈折率分布レンズは、物体側主平面１５に置かれた物体１５Ａの正立等倍像１６Ａを像側主平面１６に結像する。従って、図５に示すように、屈折率分布レンズ群全体としての物体側主平面１５に表示素子面１３Ａを配置すれば、屈折率分布レンズ群全体としての像側主平面１６上に表示素子面１３Ａに表示された平面画像が平面画像１４として再現される。なお、図５、図６において、Ｌ1 およびＬ2 はそれぞれ屈折率分布レンズ１０の物体側主点距離および像側主点距離を表す。
【００３０】
上述した二つの状態を切り換えることによって、立体像表示と平面画像表示とを単一の装置で実現することができる。まず、屈折率分布レンズ群１２と表示素子１３との位置を機械的に変化させる方法について、その断面図を図７（ａ）、（ｂ）に示す。図７（ａ）では、屈折率分布レンズ群１２は台２０に固定され、表示素子１３は台２１に固定されて、それぞれステージ１９上に設置され、台２０は水平方向に駆動可能である。立体像表示時と平面画像表示時で台２０を駆動し、前者の場合は表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた状態に、後者の場合は表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた状態に切り換える。図７（ｂ）では、屈折率分布レンズ群１２の台２０を固定にし、表示素子１３の台２１を水平方向に駆動可能とし、立体像表示時と、平面画像表示時とで、表示素子の位置を移動して、上記と同様に屈折率分布レンズ群１２と表示素子面１３Ａの相対的位置を実効的に切り換える。そして、台２１上に固定する表示素子に表示する要素画像として立体像と平面画像を電気的に切り換えればよい。
【００３１】
次に選択する表示素子面を切り換える方法について、その断面図を図８に示す。ここでは、立体像用の表示素子２２と平面画像用の表示素子２３を別個に用意し、それぞれその表示素子面２２Ａ，２３Ａが屈折率分布レンズ群１２に対して先に説明した位置に配置されるように、すなわち、表示素子面２２Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた位置に、表示素子面２３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた位置に、表示素子２２と表示素子２３を固定しておく。立体像表示時の動作は先に説明したとおりである。このとき、立体像表示用の表示素子２２を不透明状態にしておけば、背後の平面画像用表示素子の表示素子面２３Ａに表示されている画像の影響を受けることがない。平面画像表示時には、平面画像用の表示素子２３と屈折率分布レンズ群１２との間に立体像用の表示素子２２が位置しているので、表示素子２２を透明状態にし、平面画像表示用の表示素子面２３Ａを選択することができる。表示素子２２を液晶パネルで構成すれば、電源、電極など図示しない系統の電気的な操作によって透明−不透明の切り換えが可能である。
【００３２】
実施例２
本発明の第２の実施例について説明する。
【００３３】
本実施例の表示装置においては、屈折率分布レンズ長Ｚが
【００３４】
【数３】
である屈折率分布レンズを実施例１と同様に２次元状に配置して屈折率分布レンズ群を構成する。
【００３６】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図９に示す。本実施例においても立体像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズの物体側焦点面１７を一致させた状態にすることことで立体像２の観視が可能となる。本実施例においては、前述した凹凸変換は撮影時に行うものとする。
【００３７】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図１０に示す。平面画像表示時には、表示素子面１３Ａが屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍離れた距離に位置するようにし、像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍離れた位置の平面２５上に、平面画像１４を結像させる。図１１に示すように、
【００３８】
【数４】
の状態で屈折率分布レンズ１０は、物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍（２Ｌ3 ）離れた平面２７上にある物体２７Ａの倒立像２８Ａを像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍（２Ｌ4 ）離れた平面２８上に結像する。従って、図１０に示すように、屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍離れた位置におかれた表示素子面１３Ａに、元となる平面画像を各屈折率分布レンズ１０の開口角αで定められる領域内でそれぞれ各レンズの光軸に対して点対称に変換した平面要素画像を表示しておけば、屈折率分布レンズ群１２全体としての像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍離れた平面２５上に元の平面画像が再生平面画像１４として再現される。本実施例において、表示素子面１３Ａに表示される平面画像は実施例１のような一般的な平面画像ではなく、各屈折率分布レンズの所定領域内でそれぞれ各レンズの光軸に対して点対称に変換した平面画像であるから、一般的な平面画像をこのように変換する変換装置が必要である。
【００４０】
上述した二つの状態を切り換えることにより、立体像表示と平面画像表示を単一の装置で実現することができる。その方法には、屈折率分布レンズ群と表示素子の表示素子面との位置関係を機械的に切り換える方法と、選択する表示素子面を切り換える方法との二つがある。前者の機械的な方法は、立体像表示時には、表示素子面と屈折率分布レンズ群の物体側焦点面を一致させた状態にし、平面画像表示時には、表示素子面が屈折率分布レンズ群の物体側主平面から物体側焦点距離の２倍離れた距離に位置するように、切り換える。その具体的な手法は実施例１について説明したのと全く同様なので、説明を省略する。後者の場合について、断面図を図１２に示す。立体像表示用の表示素子２２の表示素子面２２Ａと屈折率分布レンズ群の物体側焦点面１７を一致させた状態にし、平面画像表示用の表示素子２３の表示素子面２３Ａが屈折率分布レンズ群の物体側主平面から物体側焦点距離の２倍離れた距離（２Ｌ3 ）に位置するように、表示素子２２と表示素子２３を配置する。立体像表示時の動作は先に説明したとおりである。平面画像表示時には、平面画像用の表示素子２３と屈折率分布レンズ群１２との間に立体像用の表示素子２２が位置しているので、表示素子２２を透明状態にする。そのためには、電気的な操作によって透明−不透明の切り換えが可能な液晶パネルを表示素子２２として用いるのがよい。
【００４１】
実施例３
本発明の第３の実施例について説明する。
【００４２】
本実施例では、表示装置のレンズ群を図１３に示すマイクロ凸レンズ３０で構成する。ｆｍはマイクロ凸レンズ３０の焦点距離を表す。このマイクロ凸レンズ３０を図１４に示すように２次元状に配列してマイクロ凸レンズ群（マイクロ凸レンズ板）３１を構成する。マイクロ凸レンズ３０の配置は、表示素子面上に表示された再現すべき像の要素画像の配置に対応している。本実施例では、このようなマイクロ凸レンズ群２組を用いる。
【００４３】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図１５に示す。立体像表示時には、表示素子１３の表示素子面１３Ａと第１のマイクロ凸レンズ群３２の距離Ｌ5 をマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍの２倍とし、第１のマイクロ凸レン群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３との距離Ｌ6 を焦点距離ｆｍの３倍とした状態で第２のマイクロ凸レンズ群３３側から観視することで表示素子面１３Ａ上に表示された画像の立体像の観視が可能となる。この状態で２組のマイクロ凸レンズ群は前述の凹凸変換の作用を持つ。
【００４４】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図１６に示す。平面画像表示時には、第１のマイクロ凸レンズ群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３の距離を焦点距離の４倍であるＬ7 へ変化させる。図１７に示すように、マイクロ凸レンズを薄肉レンズとして考えると、マイクロ凸レンズ３４および３５を距離Ｌ7 （４ｆｍ）離して配置した場合、マイクロ凸レンズ３４の物体側へ距離Ｌ5 （２ｆｍ）離れた位置にある物体３６の倒立等倍像３７が像側Ｌ5 （２ｆｍ）の位置にマイクロ凸レンズ３４によって結像され、この倒立等倍像３７の倒立等倍像３８（物体３６の正立等倍像）がマイクロ凸レンズ３５の像側Ｌ5 （２ｆｍ）の位置に結像される。従って、図１６のようにマイクロ凸レンズ群３２から物体側へ２ｆｍ離れた位置に平面画像が表示された表示素子面１３Ａを配置すれば、マイクロ凸レンズ群３３の像側へ２ｆｍ離れた位置に平面画像１４が再現される。この場合には、表示素子面１３Ａ上に表示される平面画像は、実施例１のような一般的な平面画像でよい。
【００４５】
これら二つの状態を切り換えることにより、立体像表示と平面画像表示とを単一の表示装置で実現することができる。その表示装置の断面図を図１８に示す。ステージ１９上の駆動可能な台２０に第２のマイクロ凸レンズ群３３を固定し、固定台２１上に第１のマイクロ凸レンズ群３２と表示素子１３とをマイクロ凸レンズ群３２と表示素子面の距離を２ｆｍ（Ｌ5 ）として固定する。そして、台２０を駆動して、第１のマイクロ凸レンズ群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３の距離を立体像表示時には３ｆｍに、平面画像表示時には４ｆｍに切り換える。もちろん、台２０を固定に、台２１を駆動可能としてもよい。なお、本実施例ではマイクロ凸レンズ板２枚を用いる手法について述べたが、収差等を考慮して２枚以上の複合レンズ群を用いる場合にも、光学系を構成するレンズの相互の位置関係を切り換えることにより立体像表示と平面画像表示を単一の表示装置で実現することができる。すなわち、立体像表示時には前述の凹凸変換の作用を持たせるように複合レンズ群を配置し、平面画像表示時には各マイクロレンズに対応する領域の画像の正立等倍像を結像するように複合レンズ群を実効的に配置すればよい。
【００４６】
実施例４
本発明の第４の実施例を説明する。本実施例では表示装置のレンズ群を実施例３で述べたマイクロ凸レンズ群３１の１組で構成する。
【００４７】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図１９に示す。立体像表示時には、表示素子面１３Ａとマイクロ凸レンズ群３１との距離をマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍにすることで、表示素子面をマイクロ凸レンズ側から観察することによって立体像２の観視が可能となる。本実施例においては、前述の凹凸変換は撮像時に行われる。
【００４８】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図２０に示す。マイクロ凸レンズ３０を薄肉レンズとして考えれば、図２１に示すように、マイクロ凸レンズ３０は、その主平面３９から物体側に距離Ｌ5 （焦点距離ｆｍの２倍）離れた平面上にある物体３６の倒立等倍像３７を主平面３９から像側へ距離Ｌ5 （焦点距離ｆｍの２倍）離れた平面上に結像する。従って、図２０に示すように、マイクロ凸レンズ群３１から物体側へ２ｆｍ離れた位置におかれた表示素子面１３Ａに実施例２と同じように元となる平面画像をマイクロ凸レンズ群３１を構成する各マイクロ凸レンズに対応する領域内でそれぞれ点対称に変換した平面画像を表示すれば、マイクロ凸レンズ群３１から像側へ２ｆｍ離れた位置に元の平面画像１４が再現される。
【００４９】
これら二つの状態を切り換えることによって、立体像表示と平面画像表示を単一の装置で実現することができる。まず、マイクロ凸レンズ群３１と表示素子面１３Ａの位置関係の変化を機械的に行う手法について、その断面図を図２２に示す。図２２（ａ）では、ステージ１９上で水平方向に駆動可能な台２０にマイクロ凸レンズ群３１を固定し、固定台２１上に表示素子１３を固定する。図２２（ｂ）では台２０を固定とし、台２１をステージ１９上で水平方向に駆動可能とする。いずれの場合にも、台２０または台２１を駆動して、マイクロ凸レンズ群３１と表示素子面１３Ａの距離を、立体像表示時にはマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍに、平面画像表示の場合は２ｆｍに切り換える。
【００５０】
次に選択する表示素子面を切り換える手法について、その断面図を図２３に示す。立体像表示用の表示素子２２と平面画像表示用の表示素子２３を、それぞれの表示素子面２２Ａ、２３Ａがマイクロ凸レンズ群３１から焦点距離ｆｍ、およびその２倍の距離２ｆｍだけ離れて位置するように、予め配置しておく。立体像の表示時には前述したとおり表示素子２２を不透明状態として表示素子面２２Ａを選択する。平面画像表示時には立体像表示用の表示素子２２を透明状態にして表示素子面２３Ａを選択する。そのためには、実施例１で説明したように、電気的な操作で透明−不透明の状態変化が可能な液晶パネルを立体像表示素子２２として用いることが好ましい。実施例２と同じように一般的な平面画像を入力とする場合には、変換装置が必要である。
【００５１】
始めに説明したように、ＩＰ法はテレビジョン方式に用いることができるので、以上の実施例は静止画、動画のいずれにも適用可能なことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で立体像と平面画像の双方を単一の装置で実現することができる。特に、動立体像の撮像ではＩＰ方式を用い、平面動画像の撮像では通常のテレビジョンカメラを用いた場合、動立体像表示用光学系と平面動画像表示用光学系の簡単な切り換えにより、単一の装置による動立体像と平面動画像の表示を可能とする動立体像・平面動画像両立型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＰ方式を説明する模式図である。
【図２】屈折率分布レンズを示す斜視図である。
【図３】屈折率分布レンズ群を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図６】屈折率分布レンズによる正立等倍像の形成を説明する図である。
【図７】第１の実施例における屈折率分布レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図８】第１の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図１１】屈折率分布レンズによる倒立等倍像の形成を説明する図である。
【図１２】第２の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【図１３】マイクロ凸レンズを示す斜視図である。
【図１４】マイクロ凸レンズ群を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図１７】マイクロ凸レンズによる正立等倍像の形成を説明する図である。
【図１８】第３の実施例におけるマイクロ凸レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図２１】マイクロ凸レンズによる倒立等倍像の形成を説明する図である。
【図２２】第４の実施例におけるマイクロ凸レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図２３】第４の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 被写体
２ 立体像
２′ 偽の立体像
３ 撮像方向
４ 観視方向
５ レンズ板
６ 要素画像
７ フィルム
８ 散乱光
１０ 屈折率分布レンズ
１１ 屈折率分布レンズの光軸
１２ 屈折率分布レンズ群
１３ 表示素子
１３Ａ 表示素子面
１４ 再生平面画像
１５ 屈折率分布レンズの物体側主平面
１５Ａ 物体
１６ 屈折率分布レンズの像側主平面
１６Ａ 正立等倍像
１７ 屈折率分布レンズの物体側焦点面
１９ ステージ
２０ 台（固定台または駆動可能台）
２１ 台（固定台または駆動可能台）
２２ 立体像表示用表示素子
２２Ａ 立体像表示用表示素子の表示素子面
２３ 平面画像表示用表示素子
２３Ａ 平面画像表示用表示素子の表示素子面
２７ 屈折率分布レンズの物体側主平面より物体側へ物体側焦点距離の２倍離れた位置にある平面
２８ 屈折率分布レンズの像側主平面より像側へ像側焦点距離の２倍離れた位置にある平面
３０ マイクロ凸レンズ
３１ マイクロ凸レンズ群
３２ 第１のマイクロ凸レンズ群
３３ 第２のマイクロ凸レンズ群
３４，３５ マイクロ凸レンズ
３６ 物体
３７ 倒立等倍像
３８ 正立等倍像
３９ マイクロ凸レンズ主平面
Ｚ 屈折率分布レンズ長
Ｌ1 屈折率分布レンズの物体側主点距離
Ｌ2 屈折率分布レンズの像側主点距離
Ｌ3 屈折率分布レンズの物体側焦点距離
Ｌ4 屈折率分布レンズの像側焦点距離
α 屈折率分布レンズの開口角
ｆｍ マイクロ凸レンズの焦点距離
Ｌ5 マイクロ凸レンズの焦点距離の２倍
Ｌ6 マイクロ凸レンズの焦点距離の３倍
Ｌ7 マイクロ凸レンズの焦点距離の４倍[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device, and more particularly to a display device that can display both a stereoscopic image and a planar image.
[0002]
[Prior art]
As one of the stereoscopic television systems that can be viewed from an arbitrary viewpoint, Integral Photography (IP method) using micro convex lens groups or pinhole groups arranged on a plane is known. An IP display device having a lens group has been proposed and realized by Japanese Patent Application No. 7-85437 by the present applicant.
[0003]
First, the IP method will be described.
[0004]
As shown in FIG. 1A, a photographic film 7 is placed behind a lens group (lens plate) 5 composed of a plurality of micro-convex lenses arranged on the same plane, and a
[0005]
In order to realize this IP method in a television, as disclosed in Japanese Patent Application No. 7-85437, a real image is directly taken by a lens group, and the image group is displayed on a liquid crystal panel or the like with the lens group. A technique for displaying on a device has been invented. Japanese Patent Application No. 8-307763 discloses an invention using a gradient index optical fiber as a lens group.
[0006]
In general, in the IP method, when each lens constituting a lens group is equivalent to one normal convex lens at the time of imaging, the film that has been imaged and developed is placed at the original position, or the captured element image is displayed. Displaying on the device gives the reproduced image a state (a fake stereoscopic image) in which the depth and the unevenness are reversed with respect to the subject. That is, the reproduced
[0007]
In an IP display device having such a lens group, as a method of displaying a planar image on the same display element and viewing the planar image as it is, it is considered that the lens group is removed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, removing a lens group in order to display and view a planar image with such an IP display device has the following problems.
[0009]
First, when the lens group is removed when displaying the planar image, when viewing the stereoscopic image again after displaying the planar image, it is necessary to rearrange the removed lens group at a predetermined position, which is complicated. .
[0010]
Secondly, automatically removing and rearranging the lens group is expected to be a large-scale apparatus, and is not convenient.
[0011]
Thirdly, manual relocation of the lens group for the sake of simplicity lacks alignment accuracy.
[0012]
An object of the present invention is to solve such a problem and to provide an image display device capable of displaying both a stereoscopic image and a planar image with a simple configuration.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An image display device according to the present invention includes:An integral photography image display device that can display a stereoscopic image and a planar image on a single display device,To display an image to be reproduced and displayed on the display element surface and a viewer side of the display element surface of the display element so that the image on the display element surface can be viewed The relative positional relationship between the optical system composed of a refractive index distribution lens group in which refractive index distribution lenses whose refractive index changes in the radial direction is arranged two-dimensionally, and the display element surface and the optical system,Said3D imageofAt the time of display, the display element surface and the object side focal plane of the gradient index lens group are made to coincide with each other.Display the integral photography image,Plane imageofAt the time of display, the display element surface and the object side main plane on the object side of the incident end surface of the gradient index lens group are made to coincide with each other.To display the planar imageBy mechanically switching so thatSaid3D image display andSaidflatFace imagePosition switching means for switching the display of.
[0015]
Furthermore, the image display device according to the present invention provides:An integral photography image display device capable of displaying a stereoscopic image and a planar image on a single display device,A first display element on which a subject image for displaying a stereoscopic image is displayed on the display element surface;SaidflatFace imageSubject for displayingPictureThe refractive index changes in the radial direction in order to view the second display element on which the image is displayed on the display element surface and the subject images on the display element surfaces of the first and second display elements. An optical system comprising a refractive index distribution lens group in which refractive index distribution lenses are arranged two-dimensionally;With,ViewViewer sideBeforeOptical system and first displayElementaryThe first display element is arranged in the order of the child and the second display element.A display element of the first display elementAnd the second display element is arranged at a position where the surface and the object-side focal plane of the gradient index lens group coincide with each other.A display element of the second display elementThe surface and the object side main plane on the object side of the incident end face of the gradient index lens group are arranged at a position that coincides,In addition,3D imageofWhen displaying, the first display element is in an opaque state,SaidPlaneStatueSwitching means is provided for switching the first display element to a transparent state at the time of display.
[0016]
In the image display device described above,The first display element is a liquid crystal panel;Optical system in which the optical system forms an erect imageIsIt is preferable.
[0017]
In the image display apparatus described above, the optical system forms an inverted image.BecauseWell in this caseBeforeThe optical system for forming the inverted image is preferably a micro convex lens plate in which micro convex lenses are two-dimensionally arranged.
[0018]
Furthermore, an image display device according to the present invention is provided.An integral photography image display device that can display a stereoscopic image and a planar image on a single display device,To display an image to be reproduced and displayed on the display element surface and a viewer side of the display element surface of the display element so that the image on the display element surface can be viewed An optical system comprising first and second micro convex lens groups in which micro convex lenses are two-dimensionally arranged, and the firstMicro convex lens groupAnd secondMicro convex lens groupThe distance between the display element surface and the first micro convex lens group is twice the focal length of the first micro convex lens group.Said3D imageofAt the time of display, the distance between the first micro convex lens group and the second micro convex lens group is three times the focal length,SaidPlane imageofAt the time of display, by mechanically switching the distance between the first micro convex lens group and the second micro convex lens group to be four times the focal length,Said3D image display andSaidflatFace imagePosition switching means for switching the display of.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In one embodiment of the present invention, an optical system for viewing an image is a refractive index distribution lens group in which refractive index distribution lenses (optical fibers) whose refractive index changes in the radial direction are two-dimensionally arranged. Consists of. During stereoscopic image display, the refractive index distribution lens group is mechanically driven to refract so that the display element surface on which the element image for stereoscopic image display is displayed coincides with the object-side focal plane of the refractive index distribution lens. The positions of the rate distribution lens group and the display element surface are controlled. When displaying a planar image, the position of the refractive index distribution lens is switched to a position where the display element surface on which the element image for displaying the planar image is displayed coincides with the object-side main plane of the refractive index distribution lens. To switch the positions of the gradient index lens group and the display element surface, the display element may be driven.
[0021]
Alternatively, the refractive index distribution lens group, the display element for stereoscopic image display, and the display element for flat image display, and the display element surface for the stereoscopic image display is the object-side focal plane of the refractive index distribution lens. Is placed at a position where the display element surface coincides with the object-side main plane of the gradient index lens, and the 3D image display element is made opaque to display a 3D image. The element image for stereoscopic image display is reproduced and displayed on the display element surface for image display, and the planar image is displayed on the display element surface for planar image display after the display element for stereoscopic image display is made transparent when displaying a planar image. Playback display may also be performed.
[0022]
【Example】
Example 1
A first embodiment of the present invention will be described.
[0023]
In this embodiment, the lens constituting the lens group of the display device is composed of a gradient index lens (optical fiber) 10 shown in FIG. In FIG. 2, Z indicates the length of the gradient index lens, and 11 indicates its optical axis. As shown in FIG. 3A, the
[0024]
[Expression 1]
And Here, A represents the refractive index distribution constant of the gradient index lens. The refractive index distribution and the lens length of each refractive index distribution lens are substantially equal. Further, these arrangements correspond to the arrangement of element images of the image to be generated.
[0026]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the display device during stereoscopic image display in this embodiment. A subject image (element image) 6 is formed on the
[0027]
Next, FIG. 5 shows a cross-sectional view of the display device when displaying a planar image in this embodiment. At the time of displaying a planar image, the
[0028]
[Expression 2]
6, the object-side
[0030]
By switching between the two states described above, stereoscopic image display and planar image display can be realized with a single device. First, a cross-sectional view of a method for mechanically changing the positions of the gradient
[0031]
FIG. 8 shows a cross-sectional view of a method for switching the display element surface to be selected next. Here, a stereoscopic
[0032]
Example 2
A second embodiment of the present invention will be described.
[0033]
In the display device of this example, the gradient index lens length Z is
[0034]
[Equation 3]
The refractive index distribution lenses are arranged two-dimensionally in the same manner as in the first embodiment to constitute a refractive index distribution lens group.
[0036]
FIG. 9 shows a cross-sectional view of the display device when displaying a stereoscopic image in this embodiment. Also in this embodiment, at the time of displaying a stereoscopic image, it is possible to view the
[0037]
Next, FIG. 10 shows a cross-sectional view of the display device when displaying a planar image in the present embodiment. At the time of planar image display, the
[0038]
[Expression 4]
In this state, the refractive
[0040]
By switching between the two states described above, stereoscopic image display and planar image display can be realized with a single device. There are two methods: a method of mechanically switching the positional relationship between the refractive index distribution lens group and the display element surface of the display element, and a method of switching the display element surface to be selected. In the former mechanical method, the display element surface and the object-side focal plane of the refractive index distribution lens group are made to coincide when displaying a stereoscopic image, and the display element surface is the object of the refractive index distribution lens group when displaying a planar image. It switches so that it may be located in the
[0041]
Example 3
A third embodiment of the present invention will be described.
[0042]
In this embodiment, the lens group of the display device is constituted by a micro
[0043]
FIG. 15 is a cross-sectional view of the display device when displaying a stereoscopic image in this embodiment. During stereoscopic image display, the distance L between the
[0044]
Next, FIG. 16 shows a cross-sectional view of the display device when displaying a planar image in the present embodiment. When displaying a flat image, the distance between the first micro
[0045]
By switching between these two states, stereoscopic image display and planar image display can be realized by a single display device. A cross-sectional view of the display device is shown in FIG. The second
[0046]
Example 4
A fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the lens group of the display device is constituted by one set of the micro
[0047]
FIG. 19 shows a cross-sectional view of the display device when displaying a stereoscopic image in this embodiment. At the time of displaying a stereoscopic image, the
[0048]
Next, FIG. 20 shows a cross-sectional view of the display device when displaying a planar image in this embodiment. If the micro
[0049]
By switching between these two states, stereoscopic image display and planar image display can be realized by a single device. First, FIG. 22 shows a cross-sectional view of a technique for mechanically changing the positional relationship between the micro
[0050]
FIG. 23 shows a cross-sectional view of a method for switching the display element surface to be selected next. The
[0051]
As described in the beginning, since the IP method can be used for a television system, it goes without saying that the above embodiments can be applied to both still images and moving images.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, both a stereoscopic image and a planar image can be realized by a single device with a simple configuration. In particular, when an IP system is used to capture a moving stereoscopic image and an ordinary television camera is used to capture a planar moving image, simple switching between the moving stereoscopic image displaying optical system and the planar moving image displaying optical system allows It is possible to provide a dynamic stereoscopic image / planar moving image compatible display device capable of displaying a moving stereoscopic image and a planar moving image by a single device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an IP system.
FIG. 2 is a perspective view showing a gradient index lens.
FIG. 3 is a perspective view showing a gradient index lens group.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a case where a stereoscopic image is displayed in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a case of displaying a planar image in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the formation of an erecting equal-magnification image by a gradient index lens.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining switching of the positional relationship between the refractive index distribution lens group and the display element surface in the first embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining switching of display element surfaces selected in the first embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a case where a stereoscopic image is displayed in the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a case where a planar image is displayed in the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining the formation of an inverted normal magnification image by a gradient index lens;
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining switching of display element surfaces selected in the second embodiment.
FIG. 13 is a perspective view showing a micro convex lens.
FIG. 14 is a perspective view showing a micro convex lens group.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a case where a stereoscopic image is displayed in a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a case of displaying a planar image in the third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram illustrating the formation of an erecting equal-magnification image using a micro convex lens.
FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining switching of the positional relationship between the micro-convex lens group and the display element surface in the third embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a case where a stereoscopic image is displayed in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a case where a planar image is displayed in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram for explaining the formation of an inverted equal magnification image by a micro convex lens;
FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining switching of the positional relationship between the micro convex lens group and the display element surface in the fourth embodiment.
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining switching of display element surfaces selected in the fourth embodiment;
[Explanation of symbols]
1 Subject
2 stereoscopic images
2 'false 3D image
3 Imaging direction
4 viewing direction
5 Lens plate
6 element images
7 Film
8 Scattered light
10 Refractive index distribution lens
11 Optical axis of gradient index lens
12 Refractive index distribution lens group
13 Display element
13A Display element surface
14 Reproduction plane image
15 Object-side principal plane of gradient index lens
15A object
16 Image-side main plane of gradient index lens
16A Erect life-size image
17 Object-side focal plane of gradient index lens
19 stages
20 units (fixed table or drivable table)
21 units (fixed table or drivable table)
22 Display element for stereoscopic image display
Display element surface of 22A stereoscopic image display element
23 Display device for flat image display
23A Display element surface of flat image display display element
27 A plane located at a position twice the object side focal length from the object side main plane of the gradient index lens to the object side
28 A plane located at a position twice the image side focal length from the image side main plane of the gradient index lens to the image side
30 Micro convex lens
31 Micro convex lens group
32 First micro convex lens group
33 Second micro convex lens group
34, 35 Micro convex lens
36 objects
37 Inverted isometric image
38 Erect Magnification
39 Main surface of micro convex lens
Z Refractive index distribution lens length
L1 Object-side principal point distance of gradient index lens
L2 Image side principal point distance of gradient index lens
LThree Object side focal length of gradient index lens
LFour Image-side focal length of gradient index lens
α Aperture angle of gradient index lens
fm Focal length of micro convex lens
LFive Twice the focal length of micro convex lenses
L7 4 times the focal length of micro convex lens
Claims (7)
再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、
該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系と、
前記表示素子面と前記光学系との相対的な位置関係を、前記立体像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた状態にして前記インテグラルフォトグラフィの画像を表示し、前記平面像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた状態にして前記平面像を表示するように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段と
を具えたことを特徴とする画像表示装置。 An integral photography image display device that can display a stereoscopic image and a planar image on a single display device,
A display element on which the image to be reproduced and displayed is displayed on the display element surface;
A refractive index distribution lens that is arranged in parallel on the viewer side of the display element surface of the display element and has a refractive index that changes in the radial direction is arranged in a two-dimensional manner in order to view an image on the display element surface. An optical system composed of a refractive index distribution lens group,
Wherein the relative positional relationship between the display element surface and the optical system, when displaying the stereoscopic image, the integral in the state where said display device surface and is matched with the object-side focal plane of the gradient index lens display image photography, when the display of the planar image, the plane in the state that coincides with the object-side principal plane at the object side of the incident end face of the gradient index lens group and the display device surface by switching to mechanically so that to display an image, the image display apparatus being characterized in that comprises a position switching means for switching the display between the display of the flat Menzo of the stereoscopic image.
前記立体像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第１の表示素子と、
前記平面像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第２の表示素子と、
前記第１および第２の表示素子のそれぞれの表示素子面上の被写体画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系とを具え、
観視者側から前記光学系と前記第１の表示素子と前記第２の表示素子の順に並設され、
前記第１の表示素子を、該第１の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた位置に配置し、前記第２の表示素子を、該第２の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた位置に配置し、
さらに、前記立体像の表示時には前記第１の表示素子を不透明状態とし、前記平面像の表示時には前記第１の表示素子を透明状態にする切り換え手段と
を具えたことを特徴とする画像表示装置。 An integral photography image display device that can display a stereoscopic image and a planar image on a single display device,
A first display element on which a subject image for displaying the stereoscopic image is displayed on a display element surface;
A second display device the flat Menzo object picture image for displaying is displayed on the display device surface,
Refractive index distribution lens group in which refractive index distribution lenses whose refractive index changes in the radial direction are two-dimensionally arranged to allow viewing of subject images on the display element surfaces of the first and second display elements. comprising an optical system consisting of,
Is juxtaposed with the previous SL optical system and the first display element in the order of the second display device by the human viewer side,
The first display element is disposed at a position where the display element surface of the first display element and the object-side focal plane of the gradient index lens group coincide with each other, and the second display element is disposed on the first display element . 2 is arranged at a position where the display element surface of the display element 2 and the object side main plane on the object side of the incident end face of the gradient index lens group coincide with each other,
Further, the during the display of a stereoscopic image to an opaque state the first display device, wherein the time display of the planar image image display apparatus being characterized in that comprises a switching means for the first display element to a transparent state .
再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、
該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、マイクロ凸レンズを２次元状に配置した第１及び第２のマイクロ凸レンズ群からなる光学系と、
前記第１のマイクロ凸レンズ群と第２のマイクロ凸レンズ群の相対的な位置関係を、前記表示素子面と前記第１のマイクロ凸レンズ群の距離を該第１のマイクロ凸レンズ群の焦点距離の２倍として、前記立体像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の３倍にし、前記平面像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の４倍にするように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段と
を具えたことを特徴とする画像表示装置。 An integral photography image display device that can display a stereoscopic image and a planar image on a single display device,
A display element on which the image to be reproduced and displayed is displayed on the display element surface;
First and second micro-convex lens groups that are arranged in parallel on the viewer side of the display element surface of the display element and have micro-convex lenses arranged two-dimensionally in order to view an image on the display element surface An optical system comprising:
Twice the focal length of the first relative positional relationship of the micro convex lens group and the second micro lens group, the display element surface and the first micro lens group first micro lens group distances as, when displaying the stereoscopic image, the first micro lens group the distance between the second micro lens group by three times the focal length, when the display of the planar image, the first micro lens group by switching the distance between said second micro-lens group in mechanically to four times the focal length, equipped and position switching means for switching the display between the display of the flat Menzo of the stereoscopic image An image display device characterized by that.
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