JP6593428B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
成する。画像積算部105は、各マイクロレンズ120に対応する基点画素の全てに対して上記の処理を行い、生成されたそれぞれの合成画像信号を加算して合成画像データを生成する。
まず、図4(a)に示す被写体の像がマイクロレンズ120の頂点に結像する場合、すなわち焦点面Sがマイクロレンズ120の頂点に存在する場合の合成画像の生成原理について説明する。この場合の被写体からの光束r1〜r7は、マイクロレンズ120に対応して設けられた画素配列130の撮像画素131に入射する。画像積算部105は、図4(a)に示す撮像画素131のうち斜線を施した撮像画素131から出力された画像信号を積算することにより、合成画像データの1画素に相当する合成画像信号を生成する。画像積算部106は、この処理を全てのマイクロレンズ120に対応する画素配列130について行うことにより、合成画像データを生成する。
D=f/F ・・・(1)
2を構成するレンズの1つなので、マイクロレンズ120の配列により許容される各マイクロレンズ120の直径よりも積算領域Rsを大きくすることはできない。したがって、合成画像データで許容される最大の絞り値Fmaxは、以下の式(2)で表される。なお、式(2)において「s」は撮像画素131の一辺の大きさを示す。また、合成画像データにおける最小の絞り値Fminはマイクロレンズ120のF値となる。
Fmax=f/s ・・・(2)
・・・(3)
・・・(4)
t=Td(i) ・・・(5)
図10は、マイクロレンズアレイ12において、光点LPから発し、撮像画素131の
受光面で切り取られる光束LFの光断面LFDを示す。図10に示すように、光点LPから広がる光束LFは、その前段の撮像レンズL1によって、広がり角の制限を受ける。そのため、各マイクロレンズ120にそれぞれ入射した光束LFは、マイクロレンズ120の被覆領域の外にはみ出すことはない(図10では、光断面LFDc、LFDeは一部被覆領域外にとび出しているように作図されている)。これは、撮像画素131の受光面が撮像レンズL1の瞳と光学的に共役であることによっても説明できる。撮像レンズL1を介して撮影をおこなう場合、マイクロレンズ120が被覆する領域の中に撮影瞳像、つまり光の境界ができ、その外側には光束LFは入射しない。
ならば正方形になる)ので、ひとつのマイクロレンズ120内に光束LFが入射する。以
上により、ひとつの光点LPに対応するマイクロレンズ120が決まる。
は、光点LPの高さ(位置)yとマイクロレンズの焦点距離fとの比m=y/fで表すこ
とができる。比mには負の符号も存在する。比mの符合が負の場合には、マイクロレンズ120より撮像素子13側に光点LPがあるものとする。
画像積算部105は、画像信号を積算する際には、合成画素所属テーブルを参照する。上述したように、この合成画素所属テーブルは、基点信号に合成するための画像信号を出力する撮像画素131が、基点マイクロレンズ121および近傍に設けられたマイクロレンズ120に対応する画素配列130のどの位置に配置されているかを特定する。
x=fnd/y ・・・(6)
l=fd/y ・・・(7)
わちすべての輪帯lについて積算すればよいことになる。
を虚像として観察可能となる位置に配置される。すなわち、虚像レンズ113は、z軸方向において、上述した表示用マイクロレンズ116による像面Qが、虚像レンズ113の焦点位置Pよりも内側となる位置に配置される。換言すると、像面Qが虚像レンズ113から虚像レンズ113の焦点位置Pまでの間に位置するように、虚像レンズ113が配置される。
イクロレンズ120と撮像画素131との位置関係をそのまま表示用画像データを生成する際の位置関係に用いると、観察される空中像の遠近が逆転することになる。このため、画像パターン生成部106は、合成画素所属テーブルに記録された撮像画素131を、基点マイクロレンズ121を中心として点対称とした位置、すなわち等価な位置に表示画素115を割り当てる。この結果、撮影時の像面が空中像として観察される。
を割り当てる。すなわち、画像パターン生成部106は、図9(a)に示す撮像画素131aからの画像信号に対応して発光するべき表示画素115として、図9(b)に示す表示画素115aを割り当てる。マイクロレンズ120および撮像画素131の間の配列と、表示用マイクロレンズ116および表示画素115の間の配列とが等価と見なせない場合には、画像パターン生成部106は、表示用マイクロレンズ116の擬似光軸からの相対位置に正規化した位置に配置された表示画素115に画像信号を割り当てる。その結果、複数の表示画素115から射出された光束r1〜r5に基づいて、表示用画像データの1つの画素データを構成することになる。
(1)画像積算部105は、撮像素子13から出力された画像信号を用いて複数の焦点位置に関する情報を有する合成画像データを生成し、画像パターン生成部106は、合成画像データに基づいて三次元情報を有する表示用画像データを生成する。表示器111は、複数の表示画素115が二次元状に配列され、複数の表示画素115は表示用画像データに応じて複数の表示画素から光束を射出する。そして、表示用マイクロレンズアレイ112には、複数の表示画素115から射出された光束が合成されて三次元像を形成する複数の表示用マイクロレンズ116が二次元状に配列され、虚像レンズ113は表示用マイクロレンズ116により形成された三次元像を観察可能に構成する。その結果、ステレオ型やレンチキュラー方式のように右眼と左目との視差による錯覚を利用した立体表示を行うことなく、ユーザは立体形状を有する被写体の像を画面上に三次元の空中像として観察することができる。したがって、錯覚に基づくものではなく、実際に三次元に再現された空中像を観察するので、従来の立体画像の表示で問題となっていた立体酔いや小児の視覚形成機能の阻害等の生理的な悪影響を防ぐことができる。さらに、専用のメガネ等を用いることなく観察できるので、長時間の観察が可能になる。
(1)画像積算部105により生成された合成画像データに基づいて、画像パターン生成部106が生成した表示用画像データを表示装置110に表示させるものに代えて、デジタルカメラ1とは異なる外部の表示装置(たとえばパーソナルコンピュータ、テレビ等)が備えるモニタに表示させてもよい。この場合、外部の表示装置は、デジタルカメラ1で生成され、メモリカード109aに記録された合成画像データを読み込む。そして、表示装置は、読み込んだ合成画像データを用いて、画像パターン生成部105と同様の処理を行って表示用画像データを生成し、モニタに出力する。
装置110は、この考えに基づき図15で示すように一点鎖線で示す像面PL1を表現するにあたり、レンズアレイ近傍に、破線で示すように像面PL1を圧縮した像面PL2で表す。像面PL1が実際の位置とは異なるところに現れるときには、それに応じて奥行きは調整されてもかまわない。
撮影倍率が1/20(50mmレンズで1mの位置)として、そのまま撮像すると、倍率
は1/2になる。三次元画像では、二次元表示とは違って10倍の大きさの被写体を10
倍の距離に表示するのと、等倍かつ等距離で表示するのと、1/10倍で1/10の距離に表示するのとでは、表示内容が大きく異なる。後者のほうが相対的に奥行きが大きくなり、立体感が強まる。
よって二次元的に取得され、表示器111上にk/n倍の大きさで表示されることになる
。n>kであるから、被写体は実際よりも小さく、つまり表示器111の表示面よりも向
うに被写体があるとみなされるように表示されることになる。本発明の表示装置110では、表示用マイクロレンズアレイ112面の近傍に立体像が表示される。この表示面までの距離をdとし、撮影時の被写体までの距離をyとすると、奥行き方向の倍率は以下の式(8)により表される。
・・・(8)
さをy、表示用マイクロレンズ116の中心(疑似光軸)からの距離座標をx、表示用マイクロレンズ116の間隔をd、その焦点距離をfとすると、以下の式(9)で示す関係が成立する。
y/nd=f/x ・・・(9)
なお、nは整数で隣接を表し、n=1で隣の表示用マイクロレンズ116、n=2でさらに隣の表示用マイクロレンズ116を表すものとする。
立体感は、遠いところとは多少異なる。近いところで倍率の小さいもの、つまり近接撮影においては、観察者は映像が等倍であることを望まない。たとえば、蜜蜂の近接撮影像を考えると、観察者は、蜜蜂が実際の大きさで表示器111、あるいは空中に立体で表示されることを期待していない。蜜蜂が空中像として表示される際、鳩ほどの大きさで、かつ多少離れたところにあることが、画像として自然である。その理由は、等倍で表示された場合、小さく表示された蜂は、観察者にはアブか蜂か判別がつかないからである。さらには、こうした事物が常に拡大された映像で提供されてきたことにもよる。
105…画像積算部、 106…画像パターン生成部、
110…表示装置、 111…表示器、
112…表示用マイクロレンズアレイ、 113…虚像レンズ、
114…表示画素配列、 115…表示画素、
116…表示用マイクロレンズ
Claims (3)
- 空中像を表示する表示装置であって、
マイクロレンズ毎に複数の表示画素が設けられた表示部と、
前記複数の表示画素の輝度を制御する制御部と、を備え、
前記表示部は、少なくとも第1のマイクロレンズと第2のマイクロレンズを有し、
前記第1のマイクロレンズに設けられた複数の表示画素のうちの第1の表示画素は、前記空中像を構成する所定の画素を生成するための光線の少なくとも一部である第1の光を発光し、
前記第2のマイクロレンズに設けられた複数の表示画素のうちの第2の表示画素は、前記所定の画素を生成するための光線の少なくとも他の一部の光である第2の光を発光し、
前記制御部は、前記第1のマイクロレンズを通過した第1の光と、前記第2のマイクロレンズを通過した第2の光とが前記所定の画素に集まるように、前記第1の表示画素と前記第2の表示画素を発光させる、表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記表示部により形成される像の虚像を生成するレンズを備える表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置において、
前記レンズは、ユーザが前記レンズを観察することにより前記表示部により形成される前記像を虚像として観察可能となる位置に配置されている表示装置。
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