JP7416651B2 - レンズアレイ及び立体表示装置 - Google Patents
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Description
[立体表示装置の構成]
図1を参照し、第1実施形態に係る立体表示装置1の構成について説明する。
図1に示すように、立体表示装置1は、インテグラル立体方式の表示装置であり、要素画像表示手段10と、ランダムレンズアレイ20とを備える。また、図1には、要素画像eで構成された要素画像群Eと、立体像(3次元画像)Tとを図示した。
図1~図4を参照し、ランダムレンズアレイ20の構造について説明する。
ランダムレンズアレイ20は、各要素レンズ21のレンズ面において、曲率中心位置sが不規則(ランダム)である。その一方、ランダムレンズアレイ20は、各要素レンズ21のレンズ面が同一の形状で同一の大きさとなっている。本実施形態では、ランダムレンズアレイ20は、図2に示すように、正六角形の要素レンズ21が2次元方向(水平方向及び垂直方向)に樽積み状に配列されている。
なお、図2では、曲率中心位置sを要素レンズ21の内部に図示したが、この曲率中心位置sが要素レンズ21のレンズ面上に位置することを意味するものではない。
なお、垂直方向に曲率中心位置sをシフト量Δyだけランダムにシフトさせた場合も同様となるため、図示を省略した。
-p/2≦Δx≦p/2、-p/2≦Δy≦p/2 (1)
また、ランダムレンズアレイ20は、一般的な素材で形成できる。例えば、ランダムレンズアレイ20の素材としては、光学ガラスやアクリル樹脂があげられる。
以下、ランダムレンズアレイ20に対応した要素画像群Eの生成方法について補足する。
立体表示装置1は、各要素レンズ21のシフト量が1画素以内であるため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Eをそのまま表示できる。つまり、ランダムレンズアレイ20に対応した要素画像群Eは、一般的な手法(例えば、多視点画像のCG処理やインテグラル立体撮影装置による撮影)で生成できる。
第1実施形態に係る立体表示装置1では、各要素レンズ21の曲率中心位置をずらしたので、色モアレの原因となるランダムレンズアレイ20の周期性が低下し、色モアレを抑制するために新たな光学素子を必要としない。また、立体表示装置1では、要素レンズ21の焦点位置fを要素画像eの表示面に合わせられるので、3次元画像の解像度特性を低下させることがない。さらに、立体表示装置1では、色モアレを抑制できるので、時分割表示が不要となり、時分割表示に伴う画質低下を防ぎ、装置が複雑で大型となることもない。このように、立体表示装置1では、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。
前記した第1実施形態では、要素レンズ21の形状が正六角形であることとして説明したが、これに限定されない。図5(a)に示すように、ランダムレンズアレイ20Bは、円形の要素レンズ21Bを縦横に正方配列してもよい。また、ランダムレンズアレイ20Bは、図5(b)に示すように、円形の要素レンズ21Bを樽積み状に配列してもよい。各要素レンズ21Bは、図3(a)の要素レンズ21と同様、曲率中心位置sが要素画像eの1画素pのサイズの範囲内でシフトしている。なお、要素レンズ21Bが形成されていない非レンズ部分からの光の漏れが生じる場合、この非レンズ部分をマスクで遮光するか、又は、この非レンズ部分に要素画像eを表示しなければよい。
[立体表示装置の構成]
図6を参照し、第2実施形態に係る立体表示装置1Cの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。
第1実施形態では、要素レンズ21が同一の形状及び同一の大きさであり、曲率中心位置sのみが異なることとして説明した。その一方、第2実施形態では、要素レンズ21Cは、曲率中心位置sだけでなく、レンズ面の形状又は大きさの少なくとも一方が異なる。
図6に示すように、立体表示装置1Cは、インテグラル立体方式の表示装置であり、要素画像表示手段10と、ランダムレンズアレイ20Cとを備える。
図6~図8を参照し、ランダムレンズアレイ20Cの構造について説明する。
ランダムレンズアレイ20Cは、平面上に配列された複数の要素レンズ21Cで構成されている。本実施形態では、ランダムレンズアレイ20Cは、図7に示すように、六角形の要素レンズ21Cが2次元方向(水平方向及び垂直方向)に樽積み状に配列されている。
なお、他の要素レンズ212~217の形状及び大きさも同様に変更できる。また、中間点mと隣接する2つの要素レンズ21の曲率中心位置sとの距離は、必ずしも等しくなくともよい。
以下、ランダムレンズアレイ20Cに対応した要素画像群Eの生成方法について補足する。ランダムレンズアレイ20Cに対応した要素画像群Eは、第1実施形態と同様、一般的な手法で生成できる。また、各要素レンズ21のシフト量及び大きさを示す設計情報を参照し、各要素レンズ21に対応した要素画像eの中心位置を上下左右にシフトさせると共に、要素画像eを拡大又は縮小することで、要素画像群Eを生成できる。ここで、3次元モデルから要素画像eをレンダリングする際、ランダムレンズアレイ20Cの各要素レンズ21のシフト量を考慮して、各要素画像eを1画素以下の精度でレンダリングすることで、より精度の高い光線再生が可能となる。
第2実施形態に係る立体表示装置1Cでは、各要素レンズ21Cの曲率中心位置sをずらしたので、第1実施形態と同様、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。さらに、立体表示装置1Cでは、各要素レンズ21Cの形状及び大きさの少なくとも一方が異なるので、色モアレの原因となるランダムレンズアレイ20Cの周期性がさらに低下し、画質劣化を大幅に抑制できる。
[レンズアレイの構造]
図9及び図10を参照し、第3実施形態に係るランダムレンズアレイ20Dの構造について、第1実施形態と異なる点を説明する。
前記した第1実施形態では、インテグラル立体方式であることとして説明したが、本実施形態ではレンチキュラ立体方式である点が異なる。
以下、ランダムレンズアレイ20Dに対応した要素画像群Eの生成方法について補足する。
各要素レンズ21Dのシフト量が微小なため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Eをそのまま表示できる。つまり、ランダムレンズアレイ20Dに対応した要素画像群Eは、一般的な手法(例えば、多視点画像からのCG処理)で生成できる。
第3実施形態に係るランダムレンズアレイ20Dでは、各要素レンズ21Dの曲率中心位置sをずらしたので、第1実施形態と同様にレンチキュラ立体方式でも、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。
[立体表示装置の構成]
図11を参照し、第4実施形態に係る立体表示装置1Eの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。
前記した第1実施形態では、ランダムレンズアレイを用いることとして説明したが、本実施形態ではランダムピンホールアレイ30を用いる点が異なる。
図11に示すように、立体表示装置1Eは、インテグラル立体方式の表示装置であり、要素画像表示手段10Eと、ランダムピンホールアレイ30とを備える。
ランダムピンホールアレイ30は、2次元方向(水平方向及び垂直方向)に配列された複数のピンホール31で構成されている。例えば、ランダムピンホールアレイ30としては、一般的な精密ピンホールが配列されたものがあげられる。なお、ランダムピンホールアレイ30が、請求項に記載のピンホールアレイに相当する。
図12を参照し、ランダムピンホールアレイ30の構造について説明する。
図12(a)に示すように、ランダムピンホールアレイ30は、各ピンホール31sの位置が不規則(ランダム)である。
なお、図12では、所定の配列位置に配列されたピンホール31を白抜きのピンホール31cとして図示し、位置をシフトさせた後のピンホール31を黒色のピンホール31sとして図示した。
以下、ランダムピンホールアレイ30に対応した要素画像群Eの生成方法について補足する。
立体表示装置1Eは、各ピンホール31のシフト量が微小なため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Eをそのまま表示できる。つまり、ランダムピンホールアレイ30に対応した要素画像群Eは、一般的な手法で生成できる。
第4実施形態に係る立体表示装置1Eでは、各ピンホール31の位置をずらしたので、第1実施形態と同様、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。
[立体表示装置の構成]
図13を参照し、第5実施形態に係る立体表示装置1Fの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。
前記した第1実施形態では、ランダムレンズアレイを用いることとして説明したが、本実施形態ではランダム点光源アレイ40を用いる点が異なる。
要素画像表示手段10Fは、要素画像群Eを表示する一般的な透過型の表示装置である。この要素画像表示手段10Fとしては、透過型の液晶ディスプレイを例示できる。
図14を参照し、ランダム点光源アレイ40の構造について説明する。
図14(a)に示すように、ランダム点光源アレイ40は、各点光源41の位置が不規則(ランダム)である。
なお、図14では、所定の配列位置に配列された点光源41を白抜きの点光源41cとして図示し、位置をシフトさせた後の点光源41を黒色の点光源41sとして図示した。
以下、ランダム点光源アレイ40に対応した要素画像群Eの生成方法について補足する。
立体表示装置1Fは、各点光源41のシフト量が微小なため、画質に与える影響が少なく、一般的な手法で生成した要素画像群Eをそのまま表示できる。つまり、ランダム点光源アレイ40に対応した要素画像群Eは、一般的な手法で生成できる。
第5実施形態に係る立体表示装置1Fでは、各点光源41の位置をずらしたので、第1実施形態と同様、画質低下を抑制し、簡易な構成で色モアレを抑制できる。
10,10F 要素画像表示手段
20,20B~20D ランダムレンズアレイ(レンズアレイ)
21,211~217,21C,20D 要素レンズ
30 ランダムピンホールアレイ(ピンホールアレイ)
31,31c,31s ピンホール
40 ランダム点光源アレイ(点光源アレイ)
41 点光源
c 要素レンズの中心
E 要素画像群
e 要素画像
m2~m7 要素レンズの中間
p 画素
s レンズ面の曲率中心位置
Claims (1)
- 要素画像を表示する透過型の要素画像表示手段と、前記要素画像表示手段の背面に配置された点光源アレイと、を備える光線再生型の立体表示装置であって、
前記点光源アレイは、2次元方向に配列された複数の点光源で構成され、
前記点光源は、予め設定された2次元方向の規則的な配列位置に対して、前記要素画像表示手段の1画素のサイズ以内で位置がランダムにシフトしていることを特徴とする立体表示装置。
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