JPH07128630A - ３次元画像撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 任意の視点から自由に見られる３次元画像を
電気的に撮像できる３次元画像撮像装置装置を提供す
る。 【構成】 ピンホールアレーとして、画素をピンホール
と見なせる液晶ライトバルブ１０を使用し、各ピンホー
ルＰＨの光の透過と遮断を水平方向に順次走査する。一
つのピンホールＰＨによる光学像の範囲Ａをラインセン
サ２０で上下に副走査し、その光学像を電気信号に変換
する。このように、液晶のシャッタ機能を用いたピンホ
ール走査により各ピンホールＰＨの通過光同志が混じり
あわないようにし、ピンホールの高密度化によって高精
細な画像を撮像可能にする。同時に、視野角拡大を可能
にし、ラインセンサ２０を用いてピンホールＰＨの光学
像を電気信号に変換する場合でも、角度に対する分解能
を高くし、ピンホールアレーを用いた３次元画像の電気
的な撮像を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数のピンホールを用
い、任意の視点から自由に見られる３次元画像を撮像す
る装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、任意の視点から自由にみられる３
次元画像について図８により説明する。図８において、
ＳＣはスクリーンであり、このスクリーンＳＣ上に上記
の３次元画像として物体ｆとｇがあたかも図示の位置に
あるかの如く表示されることとする。いま、スクリーン
ＳＣを２つの視点Ｐ１およびＰ２から見るとして、例え
ばスクリーンＳＣ上のＳ４で示す位置の輝度を考える。
視点Ｐ１から見た場合、Ｓ４には物体ｇとｇ１の位置が
見えるはずであり、したがってＳ４はｇ１の明るさとな
る。一方、視点Ｐ２から見た場合はＳ４には物体ｆのｆ
２の位置が見えるはずであり、したがってＳ４はｆ２の
明るさとしなければならない。すなわち、任意の視点か
ら自由に見られる３次元画像とは表示面上の各点から発
する光の強度や色が方向により異なる画像であり、この
ような画像は表示面上の各点において方向ごとに輝度や
色を制御できる表示デバイスによって提供される。

【０００３】以上から、任意の視点から自由にみられる
３次元画像を撮影するということは、表示面上の各点に
対応する撮像面上の各点においてその点に達する光の強
度を方向別にセンシングするということである。このよ
うな技術として多数のピンホールを用いる方法が知られ
ている。図９に従来のピンホールを用いた３次元画像の
撮像技術を示す。

【０００４】図９において、５は写真乾板、６は光遮断
物、ＰＨは光遮断物６に開けられたピンホールである。
図９に示すように従来の方法では、撮像面上に多数のピ
ンホールＰＨを配列し、ピンホールＰＨを通過した光を
写真乾板を用いて記録する。すなわち、各々のピンホー
ルＰＨによる光学像を撮影する。図９に示す従来の方法
では、隣接するピンホールＰＨからの光が同一写真乾板
５上に達しないように光遮断物６によってピンホールＰ
Ｈと写真乾板５間の空間が遮断されている。図９に示す
構成で光の強度を方向別にセンシングできるのは、例え
ばｑ１で示す方向からピンホールＰＨに達した光はその
延長線上のＲ２の位置で写真乾板５に記録され、またｑ
２で示す方向からの光は同様にＲ２の位置で写真乾板５
に記録されるといったように、写真乾板５の位置に対応
して方向別の光強度がセンシングされて記録されるため
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたピンホー
ルを用いる３次元画像の撮像において、撮像の精細度を
高めるにはピンホールの密度を高くする必要がある。し
かし、上記従来の技術にはピンホールを高密度に配列で
きないという欠点があった。すなわち、図９から明らか
なように各ピンホールＰＨに対応する写真乾板５の領域
は隣接するピンホールＰＨからの光が混じらないように
光遮断物６で隔離されているため、そのサイズＷはピン
ホールＰＨの間隔に等しくなり、ピンホールＰＨを高密
度に配列するとＷは小さくなる。Ｗが小さくなると撮像
の視野角が狭くなる。ピンホールＰＨと写真乾板５の距
離を小さくすれば視野を大きくすることは可能である
が、この場合は角度に対する分解能が小さくなる。

【０００６】上記従来のピンホールを用いる３次元画像
の撮像技術は、３次元画像情報を写真乾板に光学的に記
録する方法であるが、写真乾板の位置に受光素子アレー
を配置すれば画像情報を電気信号としてとらえることが
原理的には可能である。しかし、受光素子アレーの解像
度は写真乾板の解像度に比べ約１桁小さいため、前述の
角度に対する分解能が著しく小さくなり、このため従来
の方法による３次元画像の電気的撮像の実現性は極めて
乏しいのが現状である。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、任意の視点から自
由に見られる３次元画像を電気的に撮像できる３次元画
像撮像装置装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の３次元画像撮像装置は、ピンホールアレー
を備え、各々のピンホールアレーがつくる光学像を撮像
することにより３次元画像を撮像する装置において、ピ
ンホールアレーにおける各々のピンホールが独立に光の
透過と遮断を制御する手段を備え、かつピンホールを通
過した光の１次元的または２次元的強度分布を電気信号
に変換する手段を備える。

【０００９】

【作用】本発明の３次元画像撮像装置では、ピンホール
アレーの各ピンホールに備えた光の透過と遮断を独立に
制御する手段を用い、各ピンホールの通過光同志が混じ
りあわないように走査可能とすることにより、ピンホー
ルの高密度化と視野角拡大を可能とする。これにより、
高精細な画像の撮像を可能にするとともに、ピンホール
の通過光の強度分布を電気信号に変換する手段を用いた
場合でも角度に対する分解能を高めて、ピンホールアレ
ーを用いた３次元画像の電気的な撮像を可能とする。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて詳しく説
明する。

【００１１】まず、本発明により高精細な３次元画像が
撮像できる原理を、図１に示す１次元的に表した原理図
により説明する。図１において、１はピンホールアレ
ー、２は受光素子アレー、ＰＨ１〜ＰＨ８はピンホール
である。本発明の３次元画像撮像装置では、各々のピン
ホールＰＨ１〜ＰＨ８が独立に光の透過と遮断を制御す
るシャッタ機能を有し、これらピンホールＰＨ１〜ＰＨ
８のシャッタを１つづつ開け、ピンホール通過光の強度
分布を受光素子アレー２で電気信号に順次変換する。例
えばいま図１において、ピンホールＰＨ１のシャッタを
開とすると、他のピンホールのシャッタは閉にする。し
たがって、受光素子アレー２上にはピンホールＰＨ１か
らの光だけが達し、他のピンホールからの光は達しな
い。このときの受光素子アレー２上の光強度分布情報を
光電変換して転送した後、ピンホールＰＨ１のシャッタ
を閉じ、次にピンホールＰＨ２のシャッタを開け、同様
に受光素子アレー２上の光強度分布情報を光電変換して
転送する。以下、同様にしてＰＨ３、ＰＨ４、…と順次
ピンホールのシャッタを開け（以下、この動作のことを
ピンホール走査とよぶ）、上記動作を繰り返す。

【００１２】以上の方法においては、受光素子アレー２
上には常に１つのピンホールからの光だけが達するた
め、光電変換時に隣接するピンホールからの光が混じり
あうことはない。したがって、例えば受光素子アレー２
上でピンホールＰＨ１及びＰＨ２から光が達する範囲を
それぞれＡＲＥＡ１、ＡＲＥＡ２とすると、図１のよう
にＡＲＥＡ１とＡＲＥＡ２が重なりあってもよく、した
がってピンホールの間隔を加工限界まで小さくすること
が可能となる。また、このように受光素子アレー２上で
隣接するピンホールからの光の達する範囲が重なりあっ
てもよいことから、ピンホールアレー１と受光素子アレ
ー２の距離を大きくして１つのピンホールから受光素子
アレー２上に達する光の範囲を広くすることが可能にな
り、この結果、受光素子アレー２を用いても前述の角度
に対する分解能を十分高くすることができる。

【００１３】以上説明したように、本発明では、ピンホ
ール密度を高めることが可能であり、高精細な３次元画
像が撮像でき、また受光素子アレーを用いても角度に対
する分解能を高くすることができ、ピンホールによる３
次元画像の電気的な撮影が可能となる。

【００１４】［実施例１］本発明の第１の実施例の概略
構成を図２に示す。図２において、１０はアクティブマ
トリクス方式の液晶ライトバブル、２０はラインセンサ
である。

【００１５】本実施例では表示素子として使用されるア
クティブマトリクス方式の液晶ライトバブル１０を用い
てピンホール走査を行う。周知のように表示素子として
使用される液晶ライトバブルは２次元状に配列された多
数の画素から構成され、各画素が独立に光の透過率を制
御することができる。したがって、個々の画素をピンホ
ールと見なせば上記ピンホール走査が可能である。本実
施例では図２に示すように液晶ライトバブル１０の最上
ラインから１ラインずつ水平方向の左端の画素から右方
向に向かって順次透過状態とするピンホール走査を行
う。

【００１６】本実施例では、上記ピンホール走査を用
い、各ピンホールによる光学像をラインセンサ２０によ
り１次元的な強度分布として読み取る。いま、開状態の
ピンホールが図２に示す位置にあり、このピンホールが
つくる光学像の範囲を図２にＡで示す円形の領域とす
る。この光学像をラインセンサ２０で読み取るため、ラ
インセンサ２０を読み取り開始時に領域Ａの上縁の接線
Ｙ０の位置に置き、適当なライン間隔をおいて１ライン
ずつ主走査を繰り返しながら領域Ａの下縁の接線Ｙ１の
位置まで副走査を行う。

【００１７】図３に本実施例で使用するラインセンサ２
０の平面図を示す。図３において、２０２はラインセン
サの画素、２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂはそれぞれ
赤，緑，青のカラーフィルタである。本実施例では、カ
ラーの３次元画像を撮像するため、図３に示すように、
それぞれの画素のラインにカラーフィルタ２０１Ｒ，２
０１Ｇ，２０１Ｂをかけた３ラインのカラーセンサ２０
を使用する。以上のラインセンサ２０による読み取り
を、上記したピンホール走査により、１つずつのピンホ
ールＰＨについて繰り返し行う。

【００１８】［実施例２］本発明の第２の実施例の概略
構成を図４に示す。図４において、１０は液晶ライトバ
ルブ、２１および２２はラインセンサである。

【００１９】本実施例でも実施例１で示した液晶ライト
バブルとラインセンサを用いて本発明を実施する。ただ
し、本実施例では、液晶ライトバブル１０のピンホール
走査において、垂直および水平方向に適当な間隔をおい
た複数（図例では４つ）の画素を同時に開状態とする。
すなわち、４つのピンホールＰＨ１〜ＰＨ４を並列に走
査し、４つのピンホールＰＨ１〜ＰＨ４による光学像を
１以上（図例では２本）のラインセンサ２１，２２の垂
直方向の副走査により並列に読み取る。ここで、開状態
とする４つの画素（ピンホールＰＨ１〜ＰＨ４）の間隔
は、これらによりつくられる光学像の範囲Ａ１〜Ａ４が
互いに重なり合わないように選ぶ。

【００２０】本実施例では、特に、上述のように４つの
ピンホールを同時に走査するため、実施例１に比べ画面
全体を１／４の時間で走査することができる。

【００２１】［実施例３］本発明の第３の実施例に用い
る液晶ライトバブルの被写体側からみた平面図を図５に
示す。図５において、１２は液晶ライトバブル、１２１
は液晶ライトバブル１２の各画素の開口部、１２２はマ
イクロレンズである。本実施例では、特に、図５に示す
ように液晶ライトバブル１２の各画素の開口部１２１、
すなわちピンホール上にマイクロレンズ１２２を形成す
ることにより、ピンホールによる光学像を明るくする。

【００２２】本実施例における他の構成および動作法
は、上記液晶ライトバブル１２の構成を除き、すべて実
施例２と同じである。

【００２３】［実施例４］本発明の第４の実施例の概略
構成を図６に示す。図６において、１２は液晶ライトバ
ルブ、２３はエリアセンサである。本実施例でも、上記
実施例３と同じマイクロレンズ付きの液晶ライトバブル
１２を使用し、かつ実施例２と同様に４つのピンホール
ＰＨ１〜ＰＨ４を並列に走査する。本実施例では、これ
らピンホールＰＨ１〜ＰＨ４による光学像Ａ１〜Ａ４の
読み取りを、薄膜受光素子を２次元状に配列した受光素
子アレーであるエリアセンサ２３を用いて行う。したが
って、本実施例では、特に、受光素子アレーを機械的に
移動する必要がない。

【００２４】［実施例５］図７に本発明の第５の実施例
の概略構成を示す。図７において、３は透過性スクリー
ン、４はＣＣＤカメラ、１２は液晶ライトバルブであ
る。本実施例では液晶ライトバルブ１２のピンホールＰ
Ｈ１〜ＰＨ４による光学像Ａ１〜Ａ４を透過性スクリー
ン３面上に結像させ、この光学像をＣＣＤカメラ４で読
み取る。したがって、本実施例においても、特に、ピン
ホールアレーの光学像を電気信号に変換する手段を機械
的に移動する必要がない。

【００２５】なお、本実施例で使用する液晶ライトバブ
ル１２および液晶ライトバブル１２の走査法は、実施例
４と同じとする。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ピ
ンホール密度を高めることが可能となり、高精細な３次
元画像が撮像できる。また、受光素子アレーを用いても
角度に対する分解能を高くすることができ、ピンホール
による高精細な３次元画像の電気的な撮像が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理の説明図

【図２】本発明の第１の実施例の概略構成図

【図３】本発明の第１の実施例で使用するラインセンサ
の平面図

【図４】本発明の第２の実施例の概略構成図

【図５】本発明の第３の実施例で使用する液晶ライトバ
ブルの平面図

【図６】本発明の第４の実施例の概略構成図

【図７】本発明の第５の実施例の概略構成図

【図８】自由な視点から見ることができる３次元画像の
説明図

【図９】従来の技術の説明図

【符号の説明】

１…ピンホールアレー １０，１２…液晶ライトバブル １２１…液晶ライトバブルの各画素の開口部 １２２…マイクロレンズ ２…受光素子アレー ２０，２１，２２…ラインセンサ ２３…エリアセンサ ２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ…カラーフィルタ ２０２…ラインセンサの画素 ３…透過性スクリーン ４…ＣＣＤカメラ ＰＨ１〜ＰＨ８…ピンホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村木 隆浩 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピンホールアレーを備え、各々のピンホ
   ールアレーがつくる光学像を撮像することにより３次元
   画像を撮像する装置において、 ピンホールアレーにおける各々のピンホールが独立に光
   の透過と遮断を制御する手段を備え、かつピンホールを
   通過した光の１次元的または２次元的強度分布を電気信
   号に変換する手段を備えたことを特徴とする３次元画像
   撮像装置。