JP4276387B2 - 立体画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像を表示する際に生じる色モワレを除去或いは低減して、立体画像を表示する立体画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、任意の視点から自由に立体画像を見ることが可能な立体テレビジョン方式の一つとして、平面状に配列された凸レンズ群或いはピンホール群を利用したＩＰ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）が知られている。このＩＰを、図９〜図１６を参照して説明する。
【０００３】
図９は、従来のＩＰにおける被写体の要素画像の撮影を模式的に説明した説明図である。図１０は、従来のＩＰにおける、被写体の要素画像に基づいた立体画像の再生を模式的に説明した説明図である。
【０００４】
図９に示すように、従来のＩＰでは、同一平面上に配列された複数の凸レンズ（以下、各凸レンズを要素レンズという）からなるレンズ群１０３が用いられ、このレンズ群１０３の後方に写真フィルム１０５が配置され、この写真フィルム１０５にレンズ群１０３を介した被写体１０１の反転像である被写体１０１の要素画像が、要素レンズの数だけ撮影される。
【０００５】
図１０に示すように、図９に示した写真フィルム１０５を現像した写真フィルム１０７を配置し、レンズ群１０３を介して、観察者１０９が観察すると、立体画像１１１が見える。
【０００６】
ここで、写真フィルム１０５の代わりにテレビジョンカメラ用の撮像素子を用いて被写体１０１の要素画像を撮影し、現像した写真フィルム１０７の代わりにＬＣＤやＥＬなどの電子的な表示素子（表示装置）を用いて立体画像を表示する場合には、動画を撮影し表示することが可能である。
【０００７】
図１１に、現像した写真フィルム１０７の代わりに電子的な表示素子（表示装置）を用いた場合の、表示装置の側面から見た説明図を示す。この図１１に示すように、表示装置１１３の表示面１１３ａ側に、表示面１１３ａと平行になるように複数の要素レンズからなるレンズ群１０３が配置されており、表示面１１３ａには、被写体１０１の要素画像が表示されている。１つの要素レンズに対し、１つの要素画像が対応している。
【０００８】
図１２および図１３に、図１１に示した表示装置１１３の表示面１１３ａ側、すなわち、レンズ群１０３が配置されている正面側から見た説明図を示す。この図１２に示すように、レンズ群１０３の要素レンズは正方格子状に配列されている。或いは、図１３に示すように、レンズ群１０３の要素レンズは俵積状いわゆるラインオフセット状に配列されている。
【０００９】
このレンズ群１０３を介して得られる立体画像は、要素レンズに凸レンズが使用されているので、このままでは、奥行きが反転した偽立体像となる。このため、別途手段によって、各要素画像の中心を点対称の中心として点対称に変換することで奥行きの正しい立体画像が得られる。
【００１０】
図１４に、表示装置１１３に表示される要素画像を拡大した１画素を模式的に示した説明図を示す。図１４に示すように、表示装置１１３では、一般的に３つの微小表示領域（以下、ドットという）からなる１画素に、赤、青、緑からなる色の３原色を組み合わせて表示してカラー表示が行われている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の表示装置１１３によって立体画像を表示しようすると、表示装置１１３を観察する観察者の目には、図１５に示すように、各要素レンズを介して１ドットしか観察されない場合が生じる。この結果、観察者には、図１６に示すように、各ドットが単独に観察され、赤、青、緑の色が混合されず、分離して見えるいわゆる色モワレとなって見えるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は上述した従来の技術が有する課題を解消し、色モワレを除去或いは低減して、立体画像を表示する立体画像表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明にかかる立体画像表示装置は、インテグラルフォトグラフィにおいて、撮影された被写体の要素画像を表示する表示素子群およびこの表示素子群の表示面側に対向して設けられたレンズ群を備え、前記被写体の要素画像から立体画像を表示する立体画像表示装置であって、前記表示素子群と前記レンズ群との間に、前記表示素子群から入射した入射光となる前記被写体の要素画像を構成する１画素の各原色を、前記レンズ群側に出射させる際に拡散して混合する空間フィルタを備え、前記空間フィルタの前記表示素子群に対向する側に、前記被写体の要素画像を構成する１画素毎に対応する光学障壁を備えたことを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、空間フィルタによって、表示素子群に表示されている要素画像を構成する１画素の各原色が拡大され、この空間フィルタ上において１画素中の各原色が重なり合って混合される。
また、かかる構成によれば、被写体の要素画像を構成する１画素毎に対応する光学障壁によって、１画素を構成する光が、他の光に影響を及ぼさない。
【００１５】
請求項２記載の発明にかかる立体画像表示装置は、請求項１に記載の立体画像表示装置において、前記空間フィルタとして、拡散板が使用されることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、表示素子群から所定距離隔てて備えられた拡散板によって、表示素子群から出射される光は拡大され、恰も１画素を構成する各ドットの大きさが拡大されたような状態となって、各ドットからの光が重なり合い、混合されてレンズ群を通過する。
【００１７】
請求項３記載の発明にかかる立体画像表示装置は、請求項２に記載の立体画像表示装置において、さらに他の拡散板を、前記表示素子群の表面に設け、前記拡散板と、前記他の拡散板によって、立体画像を表示する際に生じる色モワレを除去することを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、拡散板および他の拡散板によって、立体画像を表示する際に生じる色モワレを除去する空間フィルタ機能を備えることになるため、表示素子群の表示面に備えられた他の拡散板によって、各ドットの光が積極的に拡散され、その拡散された光が所定間隔を隔てて配置された拡散板によって拡散される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（空間フィルタによって色モワレ除去する立体画像表示装置）
図１は、被写体の要素画像に基づいた立体画像を表示する立体画像表示装置を模式的に説明した説明図である。図１に示すように、立体画像表示装置１は、図示を省略した被写体６の要素画像４を撮影後に、被写体６の要素画像４を表示する表示素子群３と、この表示素子群３の要素画像４が撮影されている面側に配置され、複数のレンズからなるレンズ群５と、表示素子群３とレンズ群５との間に、介挿された空間フィルタ７とを備えて構成されている。
【００２４】
表示素子群３は、被写体を撮影する際に、レンズ群５と同様な構成のレンズ群を介して得られる被写体の要素画像が撮影され、映像信号となったものを表示するものである。この被写体６の要素画像４は、レンズ群５を構成するレンズの数と同数撮影されており、一般的に、レンズ群５のレンズの特性によって、撮影される要素画像４は、奥行き方向が異なった状態で撮影されている。このような電子的な表示素子群３を用いて立体画像を表示する場合には、動画を表示することが可能である。
【００２５】
レンズ群５は、この実施の形態では、複数の凸レンズが平面上に配列されて構成されており、表示素子群３に表示されている１つの要素画像に対し、１つの凸レンズが対応するように構成されている。このレンズ群５は、表示素子群３に撮影されている複数の要素画像４を、観視者が観視した場合に立体画像に見えるように結像させるものである。
【００２６】
尚、レンズ群５のレンズの形状は、凸レンズに限定されず、例えば、特定長のグレイデッドインデックス光ファイバといったレンズであってもよい。
【００２７】
空間フィルタ７は、例えば、透明ガラスや透明プラスチックの表面に微細な凹凸や溝を設けることで形成され、半透明スクリーンとしての機能を有し、この実施の形態では拡散板である。拡散板は、一方の面から入射された入射光が、他方の面に出射される際に拡散した出射光（拡散光）になるものである。すなわち、この拡散板を通過した光は、拡散板に入射した光に比べ、所定角度広がった光となる。
【００２８】
この空間フィルタ７は、表示素子群３と間隙距離ｇを隔てて平行に配置されている。この間隙距離ｇは、ｇ＝２Ｐｄ／ｔａｎθからなる数式によって求められる。ここで、Ｐｄは１画素を構成する各ドット間のピッチである。θは表示素子群３から発せられる光の発散角度である。
【００２９】
ここで、空間フィルタ７に入射する光と、空間フィルタ７から出射する光との関係を、図２から図４を参照して説明する。入射する光とは要素画像を構成する複数の画素の各ドットから発せられた（出射）光である。
【００３０】
図２は、空間フィルタ（拡散板）７が表示素子群３から間隙距離ｇ隔てて配置された場合を示した説明図である。図２では、表示素子群３の１要素画像の１画素が拡大されて描かれている。この１画素は、図中左側から赤、緑、青といった３原色の光を出射する微小領域である３つのドットからなる。この３原色が混合し合うことによって、映し出される立体画像の色が表れる。図２に示すように、空間フィルタ７上の１画素に対応する部分７ａでは、色の３原色（赤、緑、青）が重なり合う。すなわち、１ドットの領域幅（ドット間ピッチ）Ｐｄで示した場合、１画素の領域幅は３Ｐｄとなり、この領域幅３Ｐｄと、色の３原色が重なり合う部分７ａの幅とは、ほぼ一致する。
【００３１】
図３は、空間フィルタ（拡散板）７が表示素子群３から不特定距離Ｌ隔てて配置されており、表示素子群３の各表示素子の発散角が小さい場合を示した説明図である。図３に示すように、不特定距離Ｌ隔てて空間フィルタ７を配置しても、発散角が小さいので、１画素の領域幅３Ｐｄでは、色の３原色は重なり合うことがない。この場合、観視者がこの立体画像表示装置１によって映し出された立体画像を観視した際に、従来の立体画像表示装置と同様に色モワレが観視されてしまう。この場合、図４に示すように、空間フィルタ７を２枚用いる手法を提示する。
【００３２】
図４は、１方の空間フィルタ７を表示素子群３に密着させ、他方のフィルタ７を特定距離Ｍ隔てて配置された場合を示した説明図である。図４に示すように、１画素の領域幅３Ｐｄと、色の３原色が重なり合う部分７ａの幅とが、ほぼ一致している。
【００３３】
ところで、１つの要素画像を構成する１つの画素の各ドットから出射される原色の発散角度θを前記した空間フィルタ７によって拡大させた場合、１つの画素から出射される原色と隣接する他の画素の各ドットから出射される原色とが過剰に干渉することが懸念される。
【００３４】
そこで、空間フィルタ７の表示素子面に隣接する側に、光学障壁を設けることを提示する。
【００３５】
図５、図６に、光学障壁を設けた空間フィルタ７の説明図を示す。図５は、空間フィルタ（拡散板）７が表示素子群３から間隙距離ｇ隔てて配置され、光学障壁９が設けられた場合を示した説明図である。光学障壁９は、この実施の形態では、表面に凹凸や溝を施した黒色プラスチックによって形成され、この図５に示すように、光学障壁９は空間フィルタ７と表示素子群（写真フィルム）３との間に直立するように設けられている。すなわち、この光学障壁９の高さが間隙距離ｇとほぼ等しくなるように形成され、光学障壁９の一端（図中の上端）が表示素子群３に対向する空間フィルタ７の一方の面に垂直に結合し、光学障壁９の他端（図中の下端）が表示素子群３に当接している。
【００３６】
図６は、表示素子群３の各表示素子の発散角が小さい場合に、空間フィルタ７が２枚用いられると共に、光学障壁９が設けられた場合を図示した説明図である。図６に示すように、一方の空間フィルタ７が表示素子群３に密着され、他方のフィルタ７が間隙距離ｇ隔てて配置されており、１画素の領域幅３Ｐｄと、色の３原色が重なり合う部分７ａの幅とが、ほぼ一致している。
【００３７】
尚、この立体画像表示装置１では、表示素子群３の非表示面側（背面側）から光を照射する光源発生装置は省略しているが、光（光源発生装置）は、表示素子群３の要素画像から立体画像を得るためには必要なものである。この光源発生装置から照射される光は、コヒーレント光、拡散光であってもよい。
【００３８】
この実施の形態では以下の効果を奏す。
空間フィルタ７によって、表示素子群３に表示されている要素画像を構成する１画素の各原色（赤、緑、青）が拡大され、この空間フィルタ７上において１画素中の各原色が重なり合って混合されるので、観察者がレンズ群５を介して観察される立体画像の色モワレが除去或いは低減されて表示することができる。
【００３９】
表示素子群３から間隙距離隔てて備えられた空間フィルタ（拡散板）７によって、表示素子群３から出射される光は拡大され、恰も１画素を構成する各ドットの大きさが拡大されたような状態となって、各ドットからの光が重なり合い、混合されてレンズ群５を通過するので、観察者がレンズ群５を介して観察される立体画像の色モワレが除去或いは低減されて表示することができる。
【００４０】
表示素子群３によって出射される光の発散角が狭い場合に拡散板７までの距離を大きくとらないと、各画素において原色の混合が不十分となり、色モワレの回避ができないが、第一空間フィルタ７および第二空間フィルタ７を用いることで、出射される光が拡散されるので、光の発散角が大きくなり、表示素子群３から拡散板７までの距離を短くすることができる。
【００４１】
１要素画像を構成する１画素毎に対応する光学障壁９によって、ある１つの画素を構成する光が、他の画素を構成する光に影響を及ぼすことがないので、色モワレの発生を防止することができる。
【００４２】
（時分割表示によって色モワレ除去する立体画像表示装置）
次に、参考例の形態である、要素画像を構成する画素の微小領域であるドットから出射される３原色を、微小時間に分割して同色毎に表示する（出射する）立体画像表示装置について説明する。
【００４３】
図７は、ドットから表示される各色を時分割で表示する立体画像表示装置の説明図である。図７に示すように、立体画像表示装置５１は、要素画像を撮影して、再生する要素画像撮影再生部５３と、この要素画像撮影再生部５３から送られた映像信号を表示する表示部５５と、表示部５５の表示面側に配置されたレンズ群５７と、表示部５５の背面側に設けられたバックライト照射部５９と、要素画像撮影再生部５３およびバックライト照射部５９の制御を司る制御部６１とを備えて構成されている。
【００４４】
要素画像撮影再生部５３は、図示を省略したレンズ群５７と同様な構成のレンズ群と、テレビジョンカメラと、記憶装置とを備えて構成されている。この要素画像撮影再生部５３では、静止している或いは動いている被写体を、レンズ群５７と同様な構成のレンズ群を介して得られる被写体の要素画像として、テレビジョンカメラ等で撮影し、撮影された被写体の要素画像を映像信号として記憶装置に記憶させる。記憶装置は大容量なメモリ、ハードディスク等によって構成されており、記憶された映像信号は、制御部６１からの制御信号（映像時分割信号）に基づいて、各画素を構成する同色が同時に再生される。
【００４５】
表示部５５は、一般的な液晶、ＬＣＤやＥＬ等或いはこれらを組み合わせて用いた表示装置である。
【００４６】
レンズ群５７は、この実施の形態では、複数の凸レンズが平面上に配列されたものである。
【００４７】
バックライト照射部５９は、図８に示すように、２枚のハーフミラー６３と、３つのバックライト６５と、このバックライト６５のＯＮ／ＯＦＦを行う３個のスイッチ６７を備えて構成されている。このバックライト照射部５９では、制御部６１からの制御信号（バックライト時分割信号）に基づいてスイッチ６７のＯＮ／ＯＦＦが高速（例えば、１／１８０秒毎）に切り替えられ、いずれかのバックライト（青、赤、緑のどれか）が点灯する。例えば、バックライト６５ａが点灯されると、バックライト（青バックライト）６５ａから発光した青色光は、ハーフミラー６３ａによって反射され、表示部５５の背面から照射される。
【００４８】
制御部６１は、コンピュータの主制御装置に相当するものであって、要素画像撮影再生部５３の記憶装置に記憶されている各要素画像の映像信号を、３原色（青、赤、緑）に分割して掌握しており、各原色毎の映像信号の再生とバックライト照射部５９のバックライト６５（青、赤、緑）のスイッチ６７のＯＮ／ＯＦＦとを同期させるものである。
【００４９】
この説明では、要素画像撮影再生部５３において、被写体の要素画像を構成する１画素の各原色のうち、制御部６１からの映像時分割信号に基づいて、同色が同時に再生されると共に、バックライト制御信号に基づいて、ドットから出射される各色に対応したバックライトが照射されるので、表示部（表示素子群）５５の１画素を構成する微小領域である各ドットから同色のみが同時に発光される。このため、色モワレの原因となる各ドット間の異なった色の干渉が発生せず、色モワレを除去或いは低減することができる。
【００５０】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、空間フィルタによって、表示素子群に表示されている要素画像を構成する１画素の各原色（赤、緑、青）が拡大され、この空間フィルタ上において１画素中の各原色が重なり合って混合されるので、観察者がレンズ群を介して観察する立体画像の色モワレが除去或いは低減されて表示することができる。さらに、被写体の要素画像を構成する１画素毎に対応する光学障壁によって、１画素を構成する光が、他の光に影響を及ぼさないので、１画素を構成するそれぞれの光の干渉を防止することができ、色モワレの発生を防止することができる。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、表示素子群から所定距離隔てて備えられた拡散板によって、表示素子群から出射される光は拡大され、恰も１画素を構成する各ドットの大きさが拡大されたような状態となって、各ドットからの光が重なり合い、混合されてレンズ群を通過するので、観察者がレンズ群を介して観察する立体画像の色モワレが除去或いは低減されて表示することができる。
【００５３】
請求項３記載の発明によれば、表示素子群の表示面に備えられた第一空間フィルタによって、各ドットの光が積極的に拡散され、その拡散された光が所定間隔を隔てて配置された第二空間フィルタによって拡散される。このため、表示素子群によって出射される光の発散角が狭い場合に拡散板までの距離を大きくとらないと、各画素において原色の混合が不十分となり、色モワレの回避ができないが、第一空間フィルタおよび第二空間フィルタを用いることで、出射される光が拡散されるので、光の発散角が大きくなり、表示素子から拡散板までの距離を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体画像を表示する立体画像表示装置の一実施の形態を模式的に説明した説明図である。
【図２】空間フィルタ（拡散板）が写真フィルムから間隙距離ｇ隔てて配置された場合を示した説明図である。
【図３】空間フィルタ（拡散板）が写真フィルムから不特定距離Ｌ隔てて配置されており、写真フィルム（表示素子群）の各表示素子の発散角が小さい場合を示した説明図である。
【図４】１方の空間フィルタを写真フィルムに密着させ、他方のフィルタを特定距離Ｍ隔てて配置された場合を示した説明図である。
【図５】空間フィルタ（拡散板）が写真フィルムから間隙距離ｇ隔てて配置され、光学障壁が設けられた場合を示した説明図である。
【図６】写真フィルム（表示素子群）の各表示素子の発散角が小さい場合に、空間フィルタが２枚用いられると共に、光学障壁が設けられた場合を図示した説明図である。
【図７】参照形態である、ドットから表示される各色を時分割で表示する立体画像表示装置の説明図である。
【図８】バックライト照射部の説明図である。
【図９】従来のＩＰにおける被写体の要素画像の撮影を模式的に説明した説明図である。
【図１０】従来のＩＰにおける、被写体の要素画像に基づいた立体画像の再生を模式的に説明した説明図である。
【図１１】従来の表示装置の側面から見た説明図である。
【図１２】従来の、レンズ群の要素レンズの配列を説明した説明図である。
【図１３】従来の、レンズ群の要素レンズの配列を説明した説明図である。
【図１４】従来の表示装置に表示される要素画像を拡大した１画素を模式的に示した説明図である。
【図１５】従来の表示装置を観察する観察者に、色モワレが生じる原因を説明した説明図である。
【図１６】従来の表示装置における色モワレの状態を説明した説明図である。
【符号の説明】
１、５１ 立体画像表示装置
３ 表示素子群
５、５７ レンズ群
７ 空間フィルタ（拡散板）
９ 光学障壁
５３ 要素画像撮影再生部
５５ 表示部
５９ バックライト照射部
６１ 制御部

Claims (3)

1. インテグラルフォトグラフィにおいて、撮影された被写体の要素画像を表示する表示素子群およびこの表示素子群の表示面側に対向して設けられたレンズ群を備え、前記被写体の要素画像から立体画像を表示する立体画像表示装置であって、
   前記表示素子群と前記レンズ群との間に、前記表示素子群から入射した入射光となる前記被写体の要素画像を構成する１画素の各原色を、前記レンズ群側に出射させる際に拡散して混合する空間フィルタを備え、
   前記空間フィルタの前記表示素子群に対向する側に、前記被写体の要素画像を構成する１画素毎に対応する光学障壁を備えたことを特徴とする立体画像表示装置。
2. 前記空間フィルタは、拡散板であることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. さらに他の拡散板を、前記表示素子群の表面に設け、前記拡散板と、前記他の拡散板によって、立体画像を表示する際に生じる色モワレを除去することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。

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