JPH0792936A - 立体映像の表示装置と撮影記録装置 - Google Patents

立体映像の表示装置と撮影記録装置

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JPH0792936A
JPH0792936A JP23854293A JP23854293A JPH0792936A JP H0792936 A JPH0792936 A JP H0792936A JP 23854293 A JP23854293 A JP 23854293A JP 23854293 A JP23854293 A JP 23854293A JP H0792936 A JPH0792936 A JP H0792936A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】単数又は複数の観察者に対し特殊な眼鏡を装着
することなしに自然な立体映像を認識させる。 【構成】画面シャッタ手段1は、縦長のシャッタ1aを
複数配置してなるシャッタ群を有する。シャッタ制御手
段2は、シャッタ群の中から所定間隔で選択された複数
のシャッタのみを光の透過可能な縦長のスリット1bと
し、これらスリット群の全体位置を一定の時間間隔で横
方向に移動させる制御を行う。表示制御手段4は、シャ
ッタ制御手段2によるスリット群の移動タイミングと同
期して、立体像Mを画像表示面3a上に投射して得られ
る像を、各スリットと対応した画像として表示させる。
スリット1bと対応して画像表示面3aに表示される画
像の一部分のみがスリット1aにより選択されて観察者
の目Sに達することにより、観察者に立体映像を認識さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、立体的な映像を表示す
る立体映像表示装置と、立体物体を撮影して記録しこれ
を上記立体映像表示装置で再生表示可能な立体映像撮影
記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の映像表示技術の分野では、物体を
立体的に見せる種々な方法が考えられ、実現されてい
る。例えば、赤色と青色のカラーフィルタにより、或い
は偏光フィルタにより、或いは液晶スイッチを用いた時
分割フィルタにより、或いはスリット状のパララックス
バリアや短冊型のプリズムフィルタにより、左眼と右眼
に映る2つの映像を対応するそれぞれの目に見せ、左右
の目の視角の差による立体感を再現させる映画、テレ
ビ、ビデオ、その他の表示装置が存在する。また、空間
像を形成して立体表示する技術として、ホログラムを利
用した立体映像の記録及び再生の技術や、「蠅の目レン
ズ(フライズ・アイズ・レンズ)」を用いたインテグラ
ル・フォトグラフィ方式も考案されている。
【0003】立体映像は、テレビ、映画、ビデオ等の娯
楽の媒体としての要請に加えて、産業面においても立体
構造物の設計、立体的分子構造の設計、立体映像による
技術教育等、各方面から必要とされている。単に、錯覚
としての立体感を得るのみではなく、より実際の物に近
い立体として認識できるように、種々な角度から観察が
できて、かつ、カラー表示や動画の表示も可能な立体映
像が求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の立体映像表
示技術では、それぞれ以下のような問題点がある。 (1)左右の目の視覚の差を利用した立体映像方式にお
いては、それによって得られる映像が真の立体映像では
なく、単に立体感が得られるのみであり、ホログラム等
を利用した方式のように映像の左右、上下を覗き込むこ
とにより違った角度からの映像を立体的に見るというこ
とができない。すなわち、見る人と画面の相対的な位置
が狭い範囲の特定の位置に固定されたり(レンティキュ
ラ方式やパララックスバリア方式の場合)、両眼を結ぶ
線と画面の水平方向が平行である必要がある(偏光フィ
ルタ方式の場合)等の条件が付き、自然な形で映像に接
することができない。また、両眼のそれぞれに見える映
像を分離するためのフィルタ(赤青フィルタ、偏光フィ
ルタ、時分割フィルタ等)を眼鏡として両眼の直前に装
備する必要があるため、このようなフィルタは観察者に
とって非常にうっとうしく邪魔なものとなる。なお、画
面の直前に短冊型のフィルタを付けるもの(レンティキ
ュラ方式)やスリット形式のバリアを介するもの(パラ
ラックスバリア方式)では、眼鏡型のフィルタは必要で
ない。 (2)ホログラムを利用した立体映像方式においては、
コンピュータで計算して画像を作成、記録するのに、光
の干渉縞に変換して記録するため、その手順が非常に複
雑になり、多くの処理時間がかかって実用的でない。そ
れに伴い、静止画と違って膨大な画像データを必要とす
る動画の表示も、難しくなる。更に、光の干渉を利用し
ているため、カラー化が難しいという問題もある。 (3)インテグラル・フォトグラフィ方式においては、
レンズの寸法精度、設置精度、対応する画面との位置寸
法精度について、記録時点と再生時点での一致が要求さ
れ、制作技術上難点がある。また、焦点深度が浅いた
め、写真として記録された画像から明確に再生される映
像の奥行きは浅いものとなる。更に、被写体がその各部
分から発していた光線の方向の再現性が部分的であるた
め、映像の再現性が不完全になる。
【0005】本発明は、上記従来の各方式の問題点を解
決し、単数又は複数の観察者に対し特殊な眼鏡を装着す
ることなしに自然な立体映像を認識させることができ、
しかも極めて実用性に富んだ、立体映像の表示装置及び
撮像記録装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の立体映像表示装
置の原理構成を図1に示す。本装置は、同図に示すよう
に、画面シャッタ手段1、シャッタ制御手段2、表示手
段3及び表示制御手段4を備えた構成からなる。なお、
同図では、表示したい立体像Mが画面の前方(観察者
側)にある場合を一例として示したが、当然ながら、上
記立体像Mは画面の後方であってもよく、あるいは画面
と重なる位置にあってもよい。
【0007】画面シャッタ手段1は、光の透過及び遮断
を可能にする幅狭かつ長尺状のシャッタ1aを画面の縦
方向(矢印Y方向)に平行であって横方向(矢印X方
向)に等間隔に複数配置してなるシャッタ群(1a、1
a、・・・・)を有しており、例えば液晶やセラミック
ス等を利用した電子式シャッタの集合体として構成可能
である。
【0008】シャッタ制御手段2は、画面シャッタ手段
1を駆動して、シャッタ群(1a、1a、・・・・)の
中から所定間隔で選択された複数のシャッタのみを光の
透過可能な縦長のスリット1bとし、これら複数のスリ
ットからなるスリット群(1b、1b、・・・・)の全
体位置を一定の時間間隔で横方向に移動させる制御を行
う手段である。
【0009】表示手段3は、シャッタ群(1a、1a、
・・・・)の配置面と一定間隔を保った画像表示面3a
上に、各スリット1bと対応した各画像を表示する手段
である。この表示手段3としては、例えばCRT表示装
置、液晶表示装置、EL表示装置、プラズマ表示装置
等、各種公知の画像表示装置を採用可能である。表示手
段3の画像表示面3aと画面シャッタ手段1のシャッタ
配置面との間隔を一定に保つため、これらの間に、透明
な材料からなる一定厚のスペーサを介入することも可能
である。
【0010】表示制御手段4は、シャッタ制御手段2に
よるスリット群(1b、1b、・・・・)の移動タイミ
ングと同期して、この移動したスリット群の各スリット
1b、1b、・・・・と対応した画像表示面3a上の各
位置に、被表示対象となる立体像Mを上記スリットを介
し画像表示面3a上に投射して得られる像を、上述の各
スリット1b、1b、・・・・と対応した画像として表
示させる手段である。ここで、「被表示対象となる立体
像Mをスリットを介し画像表示面3a上に投射して得ら
れる像」とは、立体像Mとスリット1bと画像表示面3
aとの互いの位置関係がどのような場合であっても得ら
れるものであり、例えば、表示したい立体像Mが図1
(a)に示すようにスリット1bの配置面を挟んで画像
表示面3aと反対側に位置する場合には、立体像Mから
の光がスリット1bを通った後に画像表示面3a上に投
射された像のことであり、また、立体像Mが図1(b)
に示すようにスリット1bの配置面に関して画像表示面
3aと同じ側に位置する場合には、立体像Mからの光が
スリット1bを通る前に画像表示面3a上に投射された
像のことである。また、この「像」という表現には、立
体像Mからの光を投射して得られる像と同様なものをコ
ンピュータグラフィックス(CG)等で人工的に作成し
て得られる像をも、当然ながら含んでいる。
【0011】以上の各手段からなる構成において、スリ
ット1bと対応して画像表示面3aに表示される画像の
一部分がスリット1bにより選択されて観察者の目Sに
達することにより、この観察者に立体映像を認識させる
ことができる。
【0012】なお、表示手段3は、例えばバックライト
型液晶表示装置、CRT表示装置、EL表示装置、プラ
ズマ表示装置等のように、その画像表示面3a自身が光
線を発して画像表示を行う自発光型の表示装置を採用す
ることも、或いは、透過型液晶表示装置等のように画像
表示面3aの後方に設けられた光源からの光線が画像表
示面3aでフィルタされながら画像表示面3aを選択的
に透過することにより画像表示を行う透過型の表示装置
を採用することも可能である。自発光型の表示装置を採
用した場合は、図1(a)に示すように画像表示面3a
と観察者との間に画面シャッタ手段1が配置され、画像
表示面3aから発する光線の一部分が各スリット1bを
介して観察者の目Sに達する。透過型の表示装置を採用
した場合は、図1(b)に示すように画像表示面3aと
その後方にある不図示の光源との間に画面シャッタ手段
1が配置され、上記光源からの光線の一部分のみが各ス
リット1bを通過し画像表示面3aを介して観察者の目
Sに達する。
【0013】次に、本発明の立体映像撮影記録装置の原
理構成を図2に示す。本装置は、同図に示すように、画
面シャッタ手段11、シャッタ制御手段12、記録手段
13、記録制御手段14及び光路限定手段15を備えた
構成からなる。
【0014】画面シャッタ手段11は、光の透過及び遮
断を可能にする幅狭かつ長尺状のシャッタ11aを画面
の縦方向(矢印Y方向)に平行であって横方向(矢印X
方向)に等間隔に複数配置してなるシャッタ群(11
a、11a、・・・・)を有しており、例えば液晶やセ
ラミックス等を利用した電子式シャッタの集合体として
構成可能である。
【0015】シャッタ制御手段12は、画面シャッタ手
段11を駆動して、シャッタ群(11a、11a、・・
・・)の中から所定間隔で選択された複数のシャッタの
みを光の透過可能な縦長のスリット11bとし、これら
複数のスリットからなるスリット群(11b、11b、
・・・・)の全体位置を一定の時間間隔で横方向に移動
させる制御を行う手段である。
【0016】記録手段13は、シャッタ群(11a、1
1a、・・・・)の配置面と一定間隔を保った画像記録
面13a上に、各スリット11bと対応した各画像を記
録する手段である。この記録手段13としては、例えば
CCD等のような2次元の受光面を有する光電変換素子
等を採用可能である。
【0017】記録制御手段14は、シャッタ制御手段1
2によるスリット群(11b、11b、・・・・)の移
動毎に、この移動したスリット群の各スリット11b、
11b、・・・・と対応した画像記録面13a上の各位
置に、被撮影対象である実際の立体物体Nをスリット1
1bを介し画像記録面13a上に投射して得られる画像
を、スリット群(11b、11b、・・・・)の移動位
置と対応させて記録させる手段である。
【0018】光路限定手段15は、互いに対向する平行
な2面を有する透明板15aをその平行な面を境界面1
5bとして多数積層した構造を有し、これら境界面15
bがシャッタ群(11a、11a、・・・・)の配置面
と記録手段13の画像記録面13aとに直角となるよう
上記配置面と画像記録面13aとの間に配置され、スリ
ット11bを通過した光のうちスリット11bの長尺方
向に直角な面方向の光のみを画像記録面13aへ通過さ
せるよう光路を限定する手段である。この光路限定手段
15は、記録手段13の画像記録面13aと画面シャッ
タ手段11のシャッタ配置面との間隔を一定に保つため
のスペーサを兼用することも可能である。
【0019】以上の各手段からなる構成において、記録
手段13に記録された各画像を、図1に示した立体映像
表示装置の表示手段3に表示させる各画像として使用す
ることにより、この立体映像表示装置に上記立体物体N
の立体映像を再生表示させることができる。なお、シャ
ッタ群(11a、11a、・・・・)の配置面と立体物
体Nとの間に、上記縦方向(矢印Y方向)の撮影角度を
決めるレンズを配置することも可能である。
【0020】ここで、本発明におけるスリットの原理を
更によく理解してもらうために、以下の説明を加える。
一般に映像が立体として認識されるには、理想的には映
像をいろいろな角度(左右方向、上下方向)から見る時
に、映像が表示しようとする物体の各部から発する光線
が、色及び明るさに加えて、進む方向をも再生表示され
る必要がある。ここで、特に光線の方向について言え
ば、人間の立体視のための目の構造(両眼での認識)か
ら、左右方向の光線の方向のみが再生されれば、実用的
な立体像の認識ができる。従って、本発明では、上下方
向の光線の方向については取り扱わず、左右方向のみ光
線の方向を再生又は記録するようにしている。
【0021】光線の方向の再生、記録の原理は、針穴写
真機で利用されているように光の直進性であり、微小空
間と、そこを通過する光線が投射されて作られる画面と
の組み合わせによって、画面の各部が発する光線を記
録、再現することを利用している。左右方向のみの光線
の方向を再現するために、光線を通す微小空間として、
図3に示すような縦方向(上下方向)に長いスリット1
bを用いる。なお、図3はスリット1bを上方から見た
図なので、同図にはスリット1bが縦方向に長いという
特徴は現れていない。同図において、ハッチングの施さ
れた領域Aは、スリット1bを通して画像mからの光が
見える範囲を示している。このような縦方向に長いスリ
ット1bを用いると、上下方向については画面から発す
る光線を全て利用できるので、表示画面が明るくなると
いうメリットがある。
【0022】1つのスリット1bを通して、これと対応
する画像である画像表示面(表示画面)3a上の画像m
を見た場合、その見る左右方向(矢印X方向)の位置を
変えることにより、立体像が放つ光線の内の一部を認識
することができる。観察者の目の位置を変える代わりに
スリット1bの位置を移動させ、かつ、その移動した位
置のスリットに対応する画像を画像表示面3aに表示す
ることにより、各位置のスリットを通して見える立体像
からの光線が連続した映像として認識できる。その時、
当然ながら観察者の左右の目の位置は互いに異なるの
で、認識する映像も異なっており、このことが立体と認
識できるための理由である。なお、左右方向に移動可能
に構成されたスリットを、「可変スリット」と呼ぶこと
にする。
【0023】図4に示すように、スリット1bとこれに
対応する画像表示面3a上の画像との組み合わせを一定
間隔で多数配置することにより、複数の観察者の目に同
時に届く光線の量を増やして、光線に面としての広がり
を持たせることができる。このように一定間隔で多数配
置された複数のスリットからなるスリット群(1b、1
b、・・・・)を、「マルチスリット」と呼ぶことにす
る。図4において、ハッチングの施された領域A1 、A
2 、A3 等は、各スリット1bを通してそれと対応する
画像m1 、m2 、m3 等からの光が見える範囲を示して
おり、これらの範囲が重なった部分では複数のスリット
からの光が見えることになる。このようなマルチスリッ
トは、光の透過及び遮断の可能なシャッタ群を用いてマ
ルチスリット全体を左右方向へ移動可能に構成すること
ができ、このように構成したシャッタを「可変マルチス
リット画面シャッタ」と呼ぶことにする。可変マルチス
リット画面シャッタと画像表示面3aとの間隔、及びこ
れらの間に挟まれた領域(例えば両者の間隔を保持する
ために設けられたスペーサ)5の屈折率を適当に調整す
ることにより、各スリットを通過する光線が投射する画
像の大きさを調整し、また、規定の間隔の複数のスリッ
トの移動と、各スリットに対応する各画像の表示とを同
期させることによって、目に入る実効的な表示光量を増
加させることができる。なお、スリットの移動速度や移
動方法を適当に選択することにより、通常のテレビと同
様の動画の表示も可能である。
【0024】これらを総合して適用することによって、
カラー立体映像を静止画又は動画として、特殊な眼鏡な
しで同時に複数の人が観察できるようになる。更に、定
められた角度範囲内であれば、立体像の左右の側面を覗
き込むことも可能である。
【0025】
【作用】本発明の立体映像表示装置は、その構造上から
2つの実現方式がある。1つは、表示手段3として上述
のような自発光型のものを採用する場合であり、この場
合は図1(a)に示したように表示手段3の前面側(観
察者のいる側)に画面シャッタ手段1を配置し、そのス
リット群(1b、1b、・・・・)を介して画像表示面
3a上の各画像を見るように構成することが必要であ
り、以下このやり方を方式1という。この方式1では、
従来のコンピュータグラフィックスの処理技術を用いて
作成できる立体映像を、実用的な範囲内で左右方向の種
々の角度及び距離から、特殊な眼鏡なしで立体として見
ることができ、レンティキュラレンズ方式の装置と同程
度の機械的寸法精度で実現できる。
【0026】もう1つの方式は、表示手段3として上述
のような透過型のものを採用する場合であり、この場合
は図1(b)に示したように表示手段3の背面側(観察
者のいる側とは反対側)に画面シャッタ手段1を配置
し、この画面シャッタ手段1の更に背面側に光源を配置
する必要がある。この場合、光源からの光がスリット群
(1b、1b、・・・・)を通過することによって縦長
の細い帯状の光線群が得られ、この光線群から発せられ
る部分円柱状に広がる光線群が、表示手段3の画像表示
面3a上に表示された画像の色及び明るさ等でフィルタ
されながら透過することで、その透過光に左右方向の光
の方向が与えられて、この光を観察者が見るように構成
されることになり、以下このやり方を方式2という。こ
の方式2でも、方式1と同様、立体像を、実用的な範囲
内で左右方向の種々の角度及び距離から、特殊な眼鏡な
しで立体として見ることができ、レンティキュラレンズ
方式の装置と同程度の機械的寸法精度で実現できる。
【0027】なお、本発明の立体映像表示装置では、コ
ンピュータグラフィックスにより作成された立体像だけ
でなく、本発明の立体映像撮影記録装置により撮影され
た自然物の映像をも再生することができる。特に、方式
2によれば、立体映像撮影記録装置で撮影して得られた
映像を、その前後を反転させる処理等を加えることな
く、容易に再生可能である。
【0028】以下、上記の各方式を考慮しつつ、本発明
の原理的な作用について述べる。図5に、方式1の立体
映像表示装置における、スリット群(1b、1b、・・
・・)の位置と、各スリットに対応する画像mの位置
と、観察者の左右の目SL、SR に入る光線との関係を
示す。また、図6には、方式2の立体映像表示装置にお
ける、上記と同様な関係を示す。方式1と方式2では、
スリット群(1b、1b、・・・・)と画像表示面3a
との前後方向の位置関係が逆転し、これに伴い各スリッ
トに対応する画像mも左右逆転することになるが、立体
映像を表示する原理はどちらも同じである。
【0029】ここで、各スリットに対応する画像mは、
図5、図6中に示された作図から明らかなように、表示
しようとする立体像M(ここでは一例として右向きの矢
印とし、その位置は画像表示面3aの奥側にあり、すな
わち虚像であるものとする)を各スリット1b、1b、
・・・・を介し画像表示面3a上に投射して得られる像
であり、この画像mは上記立体像Mと各スリット1b、
1b、・・・・とを結んだ線が画像表示面3aに交差す
る位置に表示される。左右の目SL 、SR から立体像M
の左右両端(矢印の両端)に引かれた点線は、目的の立
体像Mから発する光のうちこれら点線に囲まれた範囲の
光のみが左右の目SL 、SR に入ることを示しており、
従って、実際には上記範囲内にあるスリットを通しての
み各画像mからの光線が図中に実線で示すように目
L 、SR に入ることになる。これら実線で示す光線が
立体像M、画像表示面3a及びスリット1bを通過する
各位置を、図中に丸印で示してある。このことから明ら
かなように、立体像(矢印)Mの先端に近い部分は表示
すべき立体像Mと画像表示面3a上の画像mの同じ部分
が対応し、立体像(矢印)Mの末端部も同様に立体像M
と画像mの同じ部分が対応しており、これらの部分から
の光はそれぞれ別々のスリット1b1 、1b2 を通って
左目SL に入っている。また、立体像(矢印)Mの中程
の部分からの光は、一方のスリット1b2 を通って右目
R に入っている。すなわち、この一時点に左右の目S
L 、SR に入る光線は3本(実際には上下方向の画面の
長さ分の幅を持った3つの光束)のみである。
【0030】このように一時点に左右の目SL 、SR
入る光線が3本である場合、観察者が認識できるのは3
本の線状の画面だけであるが、微小時間間隔で横方向
(矢印X方向)へ移動するスリットと対応した画像表示
を行うことにより、立体像Mの他の部分も、移動する各
スリットを介して左右の目SL 、SR に順に入り、その
結果、人間の目の残像効果により、連続した立体映像と
して観察者に認識させることができる。同時に他の観察
者の目があれば、或いは同一の観察者が目の位置を変え
ても、同様に立体像が見えるが、この場合は当然ながら
立体像Mを別の角度から観察することになる。
【0031】次に、上述のような立体映像を得るために
画像表示面3a上に表示すべき画像mの作成方法につい
て、方式1と方式2に分けて、以下に説明する。まず、
方式1における画像作成方法を、図7及び図8に基づ
き、以下に詳細に説明する。ここでは一例として、スリ
ット群(1b、1b、・・・・)の配置面(以下、スリ
ット面という)1cの手前側に立体像Mとして立方体の
表示がなされるように画像mを作成(作図)する場合に
ついて示す。なお、図7には、その手前から、観察者の
左右の目SL 、SR 、表示される立体像(ここでは立方
体)M、スリット面1c、画像表示面3aの順に示して
あるが、説明を容易にするため、本来ならば垂直面内に
示されるはずの画像mも、画像表示面3aを水平に倒し
た状態で図7中に描いてある。図8は図7に対応した側
面図であり、この図に示すように、観察者の目SL 、S
R は、表示される立体像Mをこれよりも少し高い所から
眺めるような位置に設定してある。そして、立体像M
は、画像表示面3aの手前に浮き出て見える位置、すな
わち実像となる位置に設定する。図8には、立体像Mと
して表示される立方体の各部分と観察者の目SL 、SR
の位置とを結ぶ4本の直線(点線)が画像表示面3aと
交差する位置をそれぞれP1 、P2、P3 、P4 として
示してあり、これらの位置は図7の画像表示面3a上に
示す位置P1 、P2 、P3 、P4 とそれぞれ対応してい
る。なお、画像表示面3aに表示される画像mは、観察
者の目SL 、SR の位置を上下に変えても、同じ画像が
画像表示面3a上の同じ位置に見える。
【0032】図7において、左右の目SL 、SR から立
体像Mを経てスリット面1cに至る点線は、表示される
立体像Mを見込む範囲を示しており、この範囲内に含ま
れるスリット1b1 、1b2 、1b3 、1b4 だけが観
察者の目SL 、SR に画像表示面3a上の画像を見せる
ので、ここではこれらのスリット1b1 、1b2 、1b
3 、1b4 にそれぞれ対応する画像m1 、m2 、m3
4 のみを作図してある。他のスリットについても、同
様に対応する画像が作られ、これらの画像はこれらと対
応するスリットを介して、他の位置にある観察者の目に
到達することになる。
【0033】画像表示面3aに表示される各画像mの作
図は、具体的には、次のように行うことができる。ま
ず、スリット1bを通して立体像Mの観察者側の部分が
画像表示面3a上のどの部分に見えるかを、立体像Mと
スリット1bとを結ぶ直線を画像表示面3aまで延長す
ることによって把握し、これにより上記スリット1bと
対応して画像表示面3aに表示される画像mの左右方向
の位置を確定する。これにより、上下方向の位置と合わ
せて、各スリットに対応した画像が作図できる。このよ
うにして画像を作図していくと、全スリットに対応した
一連の画像群が画像表示面3a上に表示されることにな
るが、観察者が表示画面を見る角度を限定することで、
各スリットを通して見える画像が重なり合わないように
することができる。すなわち、図7の画像表示面3a中
に示すように、各スリットに対応した画像表示区域3b
を設定し、この画像表示区域3bからはみ出た部分、例
えば画像m4 における右側部分(点線で示す部分)等
は、表示しないことにする。
【0034】ここで、立体像Mが画面の前に浮き出て見
えるよう表示する場合と、画面の奥に引っ込んで見える
よう表示する場合とにおいて、画像表示面3aの各画像
mが観察者の目にどのように見えるのかを、図9及び図
10に示す。なお、図9と図10は共に、図7と同様、
画像表示面3aを水平に倒した状態のものを示し、表示
する立体像Mは立方体を想定してある。また、図9で
は、各スリットに対応して画像表示面3aに表示される
画像は、説明を容易にするために、その表示範囲を限定
せずに全て示してある。
【0035】立体像Mが画面の前に浮き出て見えるよう
表示する場合は、図9に示すように、画像表示面3aに
表示される画像は手前が狭く奥が広い画像となる。図9
の場合、2名の観察者の左右の目SL1、SR1、SL2、S
R2には、その時の位置関係から、3つのスリット1
1 、1b2 、1b3 を通して、これと対応する画像表
示面3aの各画像m1 、m2 、m3 の一部分(短冊状の
四角で囲んだ部分)が見え、すなわち各画像m1
2 、m3 のうち各目を示すマーク(二重丸、黒丸、白
四角、黒四角)と同じマークの付された部分から発せら
れた光線が各目SL1、S R1、SL2、SR2に入る。これに
より、立体像Mにおける四角で囲んだ部分が立体像Mの
一部として各目に認識され、すなわち各画像m1
2 、m3 におけるマークの付された部分がこれと同じ
マークの付された立体像Mの各部分として各目に認識さ
れる。
【0036】立体像Mが画面の奥に引っ込んで見えるよ
う表示する場合は、図10に示すように、画像表示面3
aに表示される画像は手前が広く奥が狭い画像となる。
図10の場合、3名の観察者の左右の目SL1、SR1、S
L2、SR2、SL3、SR3には、その時の位置関係から、3
つのスリット1b1 、1b2 、1b3 を通して、これと
対応する画像表示面3aの各画像m1 、m2 、m3 の一
部分(短冊状の四角で囲んだ部分)が見える。この一瞬
においては、左側2名の観察者にはそれぞれ片方の目S
L1、SR2に、各スリット1b1 、1b2 を介してそれぞ
れ画像m1 、m 2 からの光が到達しているだけである
が、右端の観察者には左右それぞれの目S L3、SR3にス
リット1b3 を介して画像m3 からの光が到達すること
により立体像Mの2つの部分が見えている。画像表示面
3a上で次々に位置を変えて表示される画像mからの光
線が、これと対応して位置を変えたスリットを通して観
察者の左右の目に次々に入ることにより、観察者は立体
像Mを部分的に連続して認識していくことになり、その
結果、観察者は立体像Mの全体を認識することができ
る。
【0037】次に、方式2における画像作成方法を、図
11及び図12に基づき、以下に詳細に説明する。ここ
では一例として、画像表示面3aの手前側に立体像Mと
して立方体の表示がなされるように画像mを作成(作
図)する場合について示す。なお、図11には、その手
前から、観察者の左右の目SL 、SR 、表示される立体
像(ここでは立方体)M、透過型の画像表示面3a、ス
リット面1cの順に示してあり、スリット面1cの奥側
に配置された不図示の光源からの均一な白色光が各スリ
ット1bを通して透過型の画像表示面3aに照射され
る。ただし、説明を容易にするため、本来ならば垂直面
内に示されるはずの画像mも、画像表示面3aを水平に
倒した状態で図11中に描いてある。図12は図11に
対応する側面図であり、この図に示すように、観察者の
目SL 、SR は、表示される立体像Mをこれよりも少し
高い所から眺めるような位置に設定してある。そして、
立体像Mは、画像表示面3aの手前に浮き出て見える位
置、すなわち実像となる位置に設定する。図12には、
立体像Mとして表示される立方体の各部分と観察者の目
L 、SR の位置とを結ぶ4本の直線(点線)が画像表
示面3aと交差する位置をそれぞれP1 、P2 、P3
4 として示してあり、これらの位置は図11の画像表
示面3a上に示す位置P1 、P2 、P3 、P4 とそれぞ
れ対応している。なお、画像表示面3aに表示される画
像mは、観察者の目SL 、SR の位置を上下に変えて
も、同じ画像が画像表示面3a上の同じ位置に見える。
【0038】図11において、左右の目SL 、SR から
立体像M及び画像表示面3aを経てスリット面1cに至
る点線は、表示される立体像Mを見込む範囲を示してお
り、この範囲内に含まれるスリット1b1 、1b2 、1
3 、1b4 、1b5 、1b 6 を経由した白色光だけが
画像表示面3a上の画像を透過して観察者の目SL 、S
R に届くので、ここではこれらのスリット1b1 、1b
2 、1b3 、1b4 、1b5 、1b6 にそれぞれ対応す
る画像m1 、m2 、m3 、m4 、m5 、m6 のみを作図
してある。他のスリットについても、同様に対応する画
像が作られ、これらの画像はこれらと対応するスリット
を介して、他の位置にある観察者の目に到達することに
なる。
【0039】画像表示面3aに表示される各画像mの作
図は、具体的には、次のように行うことができる。ま
ず、スリット1bを通して進行する白色光が立体像Mの
観察者側の部分を画像表示面3a上のどの部分に画像と
して見せるのかを、立体像Mの各部分と各スリット1b
とを結ぶ直線が画像表示面3aを通過する点によって把
握し、これにより上記スリット1bと対応して画像表示
面3aに表示される画像mの左右方向の位置を確定す
る。画像mの上下方向の位置は、図12に点線で示した
ように、想定した目SL 、SR の上下方向の位置と立体
像Mの各部とを結んだ直線を画像表示面3a上まで延長
した位置である。これらにより、各スリットに対応した
画像が作図できる。この時、観察者が表示画面を見る角
度を限定することで、各スリットに対応して見える画像
が重なり合わないようにすることができる。すなわち、
図11の画像表示面3a中に示すように、各スリットに
対応した画像表示区域3bを設定し、この画像表示区域
3bからはみ出た部分、例えば画像m1 における右側部
分や画像m5 、m6 における左側部分等(いずれも点線
で示す部分)は、表示しないことにする。
【0040】次に、本発明の立体映像撮影記録装置にお
ける画像の生成について、以下に説明する。自然物体を
立体映像として撮影記録するには、左右方向(水平方
向)については、針穴写真機の原理に従いスリットを通
ってきた光を画像記録面に投射することで画像を作り出
す。例えば図13に示すように、撮影記録しようとする
立体物体N(ここでは右向きの矢印とする)をスリット
群(11b、11b、・・・・)の配置面(以下、スリ
ット面という)11cの前方に置き、立体物体Nからの
光をスリット群(11b、11b、・・・・)を通して
画像記録面13a上に投射することにより、画像記録面
13aに左向き矢印の画像nを記録させる。
【0041】上下方向(鉛直方向)については、例えば
光学レンズ等により、撮影する範囲すなわち上下方向の
開放角度を設定すれば、物体を見込む角度と画像の大き
さは比例する。例えば画面の精細度に従って物体を水平
に輪切りにすることで、この輪切りにされた各部分を画
像の上下方向の各部分に対応させる。具体的には側面図
である図14に示すように、スリット面11cの前面に
レンズ(ここでは一例として凹レンズを示す)16を配
置し、スリット面11cの後方にある光路限定手段15
と上記レンズ16とにより決められる、立体物体N(こ
こでは四角錐を考える)の鉛直方向(矢印Y方向)につ
いての光路に沿って、立体物体Nの各部分からの光線を
画像記録面13aに記録する。すなわち、立体物体Nの
上下方向の各部分からの光線は、レンズ16によって絞
られた後、各スリット11bを通り、光路限定手段15
の境界面(積層平行面)15bで光路限定されて、画像
記録面13aに到達する。
【0042】一方、水平方向については、図15に示す
ように、輪切りにされた立体物体Nからの光が各スリッ
ト11bを通過した後に扇形に広がり、その広がった光
線が画像記録面13a上に投射されて、各スリットに対
応した画像nが記録される。これを例えば方式2の立体
映像表示装置で再生した場合、観察者の目SL 、SR
は、図11に示したのと同じ原理で立体物体Nの立体映
像が見えることになる。
【0043】以上に述べたように、本発明の立体映像表
示装置と立体映像撮影記録装置は、いずれも、前述のよ
うな「可変マルチスリット画面シャッタ」を備え、表示
装置においてはこの画面シャッタと一定間隔を持たせて
配置された画像表示面3aに画像を表示する構造であ
り、撮影記録装置においては上記画面シャッタと一定間
隔を持たせて配置された画像記録面13aに光線を投射
する構造となっている。そして、可変マルチスリット画
面シャッタによるスリット群の走査と連動して、画像表
示面3aに各スリットと対応した多数の微小画像を表示
し、或いは画像記録面13aに各スリットと対応した多
数の微小画像を投射して記録し、これにより、連続した
立体映像の表示又は記録ができることを特徴としてい
る。また、上下方向の立体表示を制限することにより表
示画面や記録画面の明るさを確保しているが、これを行
うために、表示装置においては画像の作成(作画)にお
いて想定した高さの視点を利用し、撮影記録装置におい
ては画面シャッタと画像記録面との間に光路限定部15
を備える構造としている。すなわち、方式1と方式2と
に係わらず、表示装置と撮影記録装置は、これらを構成
する共通の部品の位置関係や光の進行方向が異なるだけ
で、動作原理は共通に説明できる。そこで、本発明にお
ける作用についてのまとめの意味で、以下に方式1の表
示装置についての全体的な作用の説明を行う。
【0044】マルチスリット画面シャッタを備えたこと
から、前述のように、上下方向については各スリットに
対応する画像の短冊状の部分をその上端から下端まで全
てを観察者にそのまま見せることになる。水平方向につ
いては、画像の縦に切った細い短冊状の部分が見える
が、観察者の目の位置により画像の異なる部分を見せる
ことになる。当然、右目と左目には異なる画像部分が見
える。逆に、スリットを通って目に入る光線(断面が短
冊状の光線束)は、表示しようとする立体像の特定の部
分が発する光であり、目の位置、スリットの位置、立体
像の位置等によって異なり、これにより、立体から発す
る光の方向を再現することができる。ただし、一束の光
線のみでは空間的に広がりのある立体映像と認識するこ
とができないので、同時に複数の光線が目に入ることが
映像の空間的連続性の認識を助ける。
【0045】できるだけ多くの映像が目に同時に入るた
めには、スリットを多く平行に並べることが望ましい。
しかし、各スリットに対応する画像は画像表示面上で広
がりを持ち、隣合うスリットに対応した隣合う画像が互
いに重なり合わないようにする必要がある。表示装置の
性能としては左右方向について画面を覗き込む角度に制
限がないことが望ましいが、実用上は或る程度の開放角
があれば複数人での観察や同一観察者の側面からの覗き
込みは可能であり、よって、開放角を制限することで、
画像同士の重なりを防ぎ、かつスリット間隔を小さくす
ることができる。ただし、画像の解像度を確保するため
に、各画像の大きさのバランスが必要である。
【0046】マルチスリット(スリット群)により複数
の光線束で画像の複数部分が同時に見えることになる
が、これだけでは、きめ細かい連続した映像とはならな
い。そこで、マルチスリットを微小時間間隔で微小距離
ずつ移動させ、同時に各スリットに対応する画像を表示
する。当然ながら、この画像の内容や位置は、表示しよ
うとする映像やスリットの位置で異なる。このような仕
組みにより、例えば立体テレビとして、動く立体映像や
動画も表示可能となる。
【0047】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図16は、本発明の一実施例を用い
て構成した立体映像記録・再生システムの一例を示す概
略構成図である。このシステム内には、2通りの方式
(方式1、方式2)の立体映像表示装置D1 、D2 と立
体映像撮影記録装置Eを含んでいる。
【0048】同図において、CG(コンピュータグラフ
ィックス)情報はコンピュータで作成された立体像の三
次元情報であり、このCG情報を用いて表示装置D1
2に立体像を表示することが可能である。その場合
は、上記三次元情報に観察者の目の高さの情報を加え
て、レイトレーシンング手法によりスリット群の各スリ
ットの位置に対応した画像を作成し、これを集めて1画
面分の画像群を作成し、更に、スリット群の位置の移動
に対応して複数画面を作成する。これをサイクリックに
繰り返すことにより、時間的に継続した立体像の表示を
行う映像信号(ビデオ信号)V1 となる。この映像信号
は、システム制御装置Fの信号切り替え機f 1 、f2
よって切り替えられて、一旦ビデオ記録装置Gに記録さ
れたり、或いは直接に表示装置D1 、D2 に供給されて
立体像Mを観察することができる。
【0049】一方、立体物体Nを撮影記録装置Eで撮影
して作り出される映像信号(ビデオ信号)V2 は、上記
CG情報から作り出される映像信号V1 と同一形式の映
像信号であり、システム制御装置Fの信号切り替え機f
1 、f2 によって切り替えられて、上記映像信号V1
同様にビデオ記録装置Gや表示装置D1 、D2 に供給さ
れる。観察者の目Sから見て表示装置D1 、D2 の後方
にある立方体の絵は、この位置に立体像Mが見えること
をイメージとして示すものである。
【0050】次に、方式1の表示装置D1 で表示を行う
場合のシステム構成と、方式2の表示装置D2 で表示を
行う場合のシステム構成を、概略的にそれぞれ図17、
図18に示す。
【0051】図17に示した方式1の表示装置D1 は、
具体的には図19及び図20に示すように、各シャッタ
を液晶シャッタで構成してなる画面シャッタ手段1を、
液晶表示装置やプラズマ表示装置等からなる表示手段3
の前面(観察者側)に、平面ガラス等のような透明材料
からなる一定厚のスペーサ5を介して配置した構成から
なり、その全体が一体構成となっている。
【0052】画面シャッタ手段1は、更に詳しくは、表
示装置D1 を水平面で切断した時の断面図である図21
に示すように、スペーサ5のある側から順に、偏光板2
1、透明電極22、液晶板23、透明電極24、偏光板
25及びこの偏光板25の外側を保護する不図示の透明
ガラス板等から構成されている。このような画面シャッ
タ手段1を正面(図21では右側)から見れば、光の透
過及び遮断を可能にする幅狭かつ長尺状のシャッタ(液
晶シャッタ)1aを画面の縦方向(図19、20中の矢
印Y方向)に平行であって横方向(図19、20、21
中の矢印X方向)に等間隔に複数配置してなるシャッタ
群(1a、1a、・・・・)を構成しており、すなわち
透明電極22、24は各シャッタ1aに対応した小区画
に分割され、各小区画の液晶に加わる電圧を制御するこ
とによって光の透過と遮断が可能である。更に、画面シ
ャッタ手段1は、不図示のシャッタ制御手段により、上
記シャッタ群(1a、1a、・・・・)の中から所定間
隔で選択された複数のシャッタのみが光の透過可能な縦
長のスリット1b、1b、・・・・となるように駆動さ
れ(図19、20)、かつこれらスリット群(1b、1
b、・・・・)の全体位置が一定の時間間隔で横方向
(矢印X方向)に移動するよう制御される。図21で
は、シャッタ群(1a、1a、・・・・)の中の1つが
透明となるよう駆動されることで上記スリット1bを構
成している。画面シャッタ手段1は、例えば図22
(a)に示すように、横方向の寸法a=50cm、隣合う
2つのスリット1b、1bの間隔b=1cmとなるように
構成される。そしてまた、上記間隔b(=1cm)の範囲
を拡大した状態で1つのスリット1bの移動経過を示し
た図である図22(b)に示すように、1つのスリット
1bの幅(すなわち1つのシャッタ1aの幅)c=0.25
mmとした場合に、スリット群(1b、1b、・・・・)
は時間経過tに伴い60分の1秒毎に距離d=0.5mm ず
つ横方向(矢印X方向)へ移動し、60分の20秒(3
分の1秒)で上記間隔b=1cmの距離を移動し終わるよ
うに制御される。もちろん、これらの数値はほんの一例
である。スリット群(1b、1b、・・・・)の横方向
への移動規則は、上記のように順次基本距離(=d)だ
け移動する形式、すなわちすぐ隣のシャッタ1aがスリ
ット1bに順次切り替わっていく形式の他にも、基本距
離(=d)の複数倍(k倍)の距離(=k・d)で移動
していく形式、すなわちすぐ隣のシャッタから数えてk
番目のシャッタがスリット1bに切り替わる形式等、各
種の移動形式を採用可能である。なお、画面シャッタ手
段1のスリット面1cを拡大したものを、図23に示
す。
【0053】スペーサ5は、図24に示すように、表示
手段3の画像表示面3aと画面シャッタ手段1のスリッ
ト面1cとを一定間隔で対向配置させるべく、これら画
像表示面3aとスリット面1cとの間に配置されてい
る。このスペーサ5の役割は、画像表示面3aとスリッ
ト面1cとの間隔を一定に維持することの他にも、スリ
ット1bから外部への開放角を維持しながら画像表示面
3a上の画像の大きさを小さく抑えること等にもある。
画像表示面3aに表示された1つの画像mがスペーサ5
を通過した後にスリット1bから出射される光線の角度
θO は、スリット1bと対応する画像mの大きさe、ス
ペーサ5の厚さf、スペーサ5を構成する物質の屈折率
n等により決定される。例えば、e=10mm、f=20
mm、n=1.52 とした場合は、スリット1bに入射する
光線の角度θi =27°、スリット1cから出射する光
線の角度θO =45°となる。
【0054】表示手段3の画像表示面3aには、不図示
の表示制御手段により、図25に示すように各スリット
1bに対応する画像mが表示されるが、隣合うスリット
に対応する画像m同士が互いに重なり合わない範囲に、
画像表示面3aでの表示の範囲を抑えて使用することが
必要である。図25においては、各画像mの重なり合わ
ない限界線を点線で示してある。画像表示面3aに表示
された各画像mの各点から発せられた光線はスペーサ5
内を放射状に進み、その一部が図24に示すように画面
シャッタ手段1のスリット1bを通過して外部へ出て、
この外部へ出た光線が観察者の目に表示光線として見え
る。
【0055】このような構成からなる方式1の立体映像
表示装置D1 で所望の立体像を表示するためには、ま
ず、図17に示すように、表示しようとする立体像Mの
三次元情報を、コンピュータによるレイトレーシングの
手法で、表示手段3の画像表示面3aに画像mを表示す
るための画像情報に変換する。この画像情報は、画面シ
ャッタ手段1の各スリット1bに対応して作成され、1
つのフィールド画面情報W(後述の図32中のフィール
ド画面情報Wと同じ)となる。このフィールド画面情報
Wは、画像表示面3aに表示される1画面(1フィール
ド画面、すなわち複数の画像mからなる画像群)分のビ
デオ信号V1 として、これと対応するスリット群(1
b、1b、・・・・)の配置パターンであるスリットパ
ターンを表すスリットパターン番号Uと、画像表示面3
aに表示されるフィールド画面の切り替えタイミング及
びスリット群(1b、1b、・・・・)の移動タイミン
グを互いに同期させるためのタイミング信号Tと共に、
システム制御装置Fに送られる。なお、フィールド画面
情報の具体的な作成例は、後から図34及び図35に基
づき説明する。
【0056】システム制御装置Fは、送られてきた上記
の情報及び信号(W、T、U)を信号切り替え機f1
2 (図16)で適宜切り替えることにより、ビデオ記
録装置Gや表示装置D1 に送る。ビデオ記録装置Gは、
通常のテレビ用のビデオ記録装置に、各フィールド画面
情報W毎のスリットパターン番号Uを対応させて記録す
る機能を付加した構成である。例えば図32に示すよう
に、第1〜第20のフィールド画面情報W1 〜W20には
それぞれ第1〜第20のスリットパターン番号U1 〜U
20を対応させて、記録する。
【0057】表示装置D1 は、タイミング信号Tに合わ
せて、図32に示すように一連のフィールド画面情報W
(W1 〜W20)に基づく各フィールド画面(w1
20)を画像表示面3aに順次表示すると共に、各フィ
ールド画面情報と対応したスリットパターン番号U(U
1 〜U20)に従ったパターン位置(スリットパターンu
1〜u20)にスリット群(1b、1b、・・・・)を移
動させる。すなわち、画像表示面3aに表示されるフィ
ールド画面の切り替えタイミングと、スリット群(1
b、1b、・・・・)の移動タイミングとは、タイミン
グ信号Tにより同期がとられている。なお、上記の各情
報及び信号(W、T、U)を作成したり伝送する上記の
コンピュータやシステム制御装置Fが、図1に示したシ
ャッタ制御手段2及び表示制御手段4として作用するこ
とになる。
【0058】観察者は、或る一時点で、画像表示面3a
に表示された1画面分の画像群を、これと対応する位置
にあるスリット群(1b、1b、・・・・)を介して見
ることができる。続いて、所定のタイミングで、例えば
図22(b)に示したように60分の1秒の時間間隔
で、次のスリットパターン番号Uを受けてそのスリット
パターンに従った位置にスリット群(1b、1b、・・
・・)が移動し、これと同時に、次の1画面分のフィー
ルド画面情報Wを受けて画像表示面3aに画像群が表示
されるので、観察者は同様にこの1画面分の画像群をス
リット群を介して観察することができる。このようにし
て、一連のフィールド画面(図32では20個のフィー
ルド画面w1 〜w20)の全てを表示し終わった時に、観
察者は立体画像を空間的に連続して観察できたことにな
る。時間的に継続して立体映像を観察するためには、以
上の動作を繰り返せばよい。更に、動画を表示するに
は、時間経過に応じて、表示したい立体像の動きに対応
した画面を表示させればよい。次に、図18に示した方
式2の表示装置D2 は、具体的には図26及び図27に
示すように、表示手段3として透過型の液晶表示装置を
用い、この後面側(観察者のいる側とは反対側)に一定
厚のスペーサ5を介して画面シャッタ手段1を配置し、
更に画面シャッタ手段1の後面に、光源6から照射され
た白色光を画面シャッタ手段1の全面に均一に与えるた
めの、例えば乳白色のアクリル板等からなる散光板7を
配置した構成からなり、その全体が一体構成となってい
る。この構成では、光源6から照射された後に散光板7
で均一化された白色光が画面シャッタ手段1のスリット
1bを通過し、この通過した光線を表示手段3(透過型
の液晶表示装置)の画像表示面3aを透して観察者が見
ることで、観察者は立体像Mを認識することができる。
【0059】表示手段3を構成する透過型の液晶表示装
置は、表示装置D2 を水平面で切断した時の断面図であ
る図28に示すように、スペーサ5のある側から順に、
透明電極31、透過型液晶板32、透明電極33、偏光
板34及びこの偏光板34の外側を保護する不図示の透
明ガラス板等から構成されている。スペーサ5及び画面
シャッタ手段1は、方式1の表示装置D1 で使用したも
のと同じものを使用可能であり、ここではその詳細な説
明を省略する。
【0060】このような構成からなる方式2の表示装置
2 では、図28に示すように、右側の光源から照射さ
れ画面シャッタ手段1のスリット1bを通った白色光
は、スペーサ5中を水平方向に扇状に広がって進み、そ
の後に表示手段3の画像表示面3aを透過する。この透
過した光線は、画像表示面3aに表示された画像でフィ
ルタされて、色及び強度が与えられる。画像表示面3a
は透過型であって、散乱が極力少なくなるよう配慮され
ている。従って、スリット1bから扇状に進んだ光線
は、その方向を変えずに、左側にいる観察者の目に入
る。すなわち、画像表示面3aを透過した光の全てが観
察者の目に入るのではなく、観察者の目の位置に応じた
一部の光のみが観察者の目に入ることになる。このこと
は、原理的には、図21に示した方式1の表示装置D1
において、画像表示面3aに表示された画像mからの光
のうちスリット1bを通過した光のみが観察者の目に入
るのと、同じことである。
【0061】また、図18に示した撮影記録装置Eは、
具体的には図29及び図30に示すように、各シャッタ
を液晶シャッタで構成してなる画面シャッタ手段11
を、CCDからなる記録手段13の前面(撮影しようと
する立体物体Nのある側)に、平行積層板からなる光路
限定手段15を介して配置し、更に画面シャッタ手段1
1の前面に、上下方向の開放角を調整するためのレンズ
16を配置した構成からなり、その全体が一体構成とな
っている。
【0062】記録手段13を構成しているCDD受光板
は、更に詳しくは、撮影記録装置Eを水平面で切断した
時の断面図である図31に示すように、光線の入力側か
ら順に、受光部41、ゲート42、転送部43、電極4
4及びガラス板45等から構成されている。画面シャッ
タ手段11は、表示装置D1 、D2 で使用した画面シャ
ッタ手段1と同じものを使用可能であり、ここではその
詳細な説明を省略する。
【0063】レンズ16は、上述のように上下方向の開
放角を調整するためのものであるが、画面の上下幅を越
える被写体や景色の撮影記録を行う場合には図に示すよ
うな凹レンズを使用し、画面から浮き出た映像とするた
めには凸レンズを使用する等、レンズのタイプは目的に
応じて適宜使い分けるようにする。
【0064】光路限定手段15は、互いに対向する平行
な2面を有する薄いガラス板等の透明板15aをその平
行な面を境界面として多数積層してなる平行積層板を構
成している。個々の透明板15aは、上記境界面での内
部反射を抑えるために、例えば一定厚のガラス板を屈折
率の高い物質で上下方向から挟み込んだ構成を有し、更
に表面処理が施されている。また、光路限定手段15は
前後方向に一定厚に構成され、画面シャッタ手段11の
スリット面と記録手段13の画像記録面13aとの間隔
を一定に保持するためのスペーサを兼用している。
【0065】このような構成からなる撮影記録装置Eで
は、図31に示すように、撮影しようとする立体物体か
らの記録光線群を右側から受け入れ、画面シャッタ手段
11のスリット11bを通過した光線が、光路限定手段
15を通過することにより光路が画面の横方向(水平方
向)に限定され、スリット11bの長尺方向に直角な面
に平行な成分のみが記録手段13の画像記録面13aに
到達し、ここに画像を形成する。この画像は記録手段1
3により通常のVTRカメラと同様にビデオ信号として
記録される。なお、画像記録面13aにおいて、隣合う
スリットに対応する画像が互いに重なり合わないよう、
撮影の範囲を或る程度抑えて使用することが必要であ
る。
【0066】図18において、方式2の立体映像表示装
置D2 で所望の立体像を表示するためには、一つには、
図17の場合と同様にCG情報をコンピュータによるレ
イトレーシングの手法で変換して得られる画像情報(ビ
デオ信号V1 )を使用し、もう一つとしては、撮影記録
装置Eで得られた画像情報(ビデオ信号V2 )を使用す
る。これらの画像情報は、図17に示した方式1のシス
テムと同様、フィールド画面情報Wとしてスリットパタ
ーン番号U及びタイミング信号Tと共にシステム制御装
置Fに送られる。
【0067】システム制御装置Fは、図17の場合と同
様、送られてきた上記の情報及び信号(W、T、U)を
信号切り替え機f1 、f2 (図16)で適宜切り替える
ことにより、ビデオ記録装置Gや表示装置D2 に送る。
【0068】表示装置D2 は、タイミング信号Tに合わ
せて、図32に示すように、一連のフィールド画面情報
W(W1 〜W20)に基づく各フィールド画面(w1 〜w
20)を画像表示面3aに順次表示すると共に、各フィー
ルド画面情報と対応したスリットパターン番号U(U1
〜U20)に従ったパターン位置(スリットパターンu 1
〜u20)にスリット群(1b、1b、・・・・)を移動
させる。このような表示動作を、静止画を1画面だけ表
示する場合を例として、図33のフローチャートに基づ
き以下に説明する。
【0069】まず、STEP1において、初期設定を行
うと共に前提条件を決める。ここでは、何番目のフィー
ルド画面を表示するのかを示すフィールド番号をnと
し、最初はn=0とする。また、図22に示した例と同
様に、画面幅a=500mm、スリット間隔b=10mm
(すなわち、1スリットパターン当たりのスリット本数
が50本)、1個のフィールド画面を表示する時間間隔
t=60分の1秒(テレビと同様)、1個の静止画面の
全体を表示するのに必要なフィールド画面の数を20個
(すなわち3分の1秒で1個の静止画面が表示され
る)、1個のスリットの開放幅c=0.25mm 、スリット
の移動間隔d=0.5mmとする。スリットパターンは全部
で20種(u1 〜u20)で、フィールド番号nと対応し
て右方向(矢印X方向)に0.5mmずつ移動することにな
る。
【0070】その後、STEP2でフィールド番号nに
1を加えてから、STEP3でフィールド番号nに対応
するスリットパターンを設定する。すなわち、フィール
ド番号nに対応するスリットパターン番号(n=1なら
ばU1 、n=20ならばU20)をタイミング信号Tを兼
ねて送出し、画面シャッタ手段1に上記スリットパター
ン番号に従ったスリットパターン(U1 に対しては
1 、U20に対してはu20)を設定する。スリットパタ
ーンは、フィールド番号nが1増える毎に、右方向にス
リット間隔bの20分の1ずつ平行移動する。
【0071】続いて、STEP4で、フィールド番号n
のスリットパターンに対応するフィールド画面を表示す
る。すなわち、フィールド番号nに対応するフィールド
画面情報(n=1ならばW1 、n=20ならばW20)を
上記タイミング信号Tと同期させて送出し、画像表示面
3aに上記フィールド画面情報に基づくフィールド画面
(W1 に対してw1 、W20に対してw20)を表示させ
る。この場合、1個のフィールド画面は、各スリットに
対応した複数の異なる小画像で構成される。この一時点
で、観察者は、各スリットを通って照射された線状の白
色光を、表示手段3(透過型の液晶表示装置)に表示さ
れた上記小画像でフィルタして得られた光線を見ること
になり、立体像Mの一部分を認識することができる。フ
ィールド番号nが1増える毎にフィールド画面も切り替
わり、それに伴い観察者は立体像の他の部分も認識する
ことができる。
【0072】そして、STEP5にてフィールド番号n
が20になったかどうかを確認しつつ、n=20になる
まで上記STEP2〜4の処理を繰り返す。このように
して、一連のフィールド画面w1 〜w20の全てを表示し
終わった時に、観察者は立体画像の全体を空間的に連続
して観察できたことになる。時間的に継続して立体映像
を観察するためには、以上の処理を繰り返せばよい。
【0073】なお、撮影記録装置Eで撮影して得られた
画像を表示装置D2 で再生する場合は、その画像は撮影
記録装置Eで撮影した時の被写体の位置と同位置に再現
される。また、撮影記録装置Eの画像記録面の後方に実
像ができるように撮影された場合、これを表示装置D2
で再生すれば画面の前に浮き出て見えるようになる。次
に、図16や図17に示したコンピュータによる画像情
報の作成方法を、静止立体映像を表示するためのフィー
ルド画面情報を作成する場合を例として、図34のフロ
ーチャートに基づき以下に説明する。
【0074】まず、STEP11において初期設定を行
う。ここでは、表示すべき映像の3次元情報を入力し、
また、上下方向については立体表示をしないために画像
作成の視点高さと位置を設定する。この際、表示装置に
使用されるスペーサ5の厚さや屈折率を考慮する。ま
た、何番目のフィールド画面情報を作成するのかを示す
フィールド番号をpとし、最初はp=0とする。
【0075】続いて、STEP12でフィールド番号p
に1を加える。更に、STEP13で、1つのフィール
ド画面における何番目のスリットに対応する画像を作成
するのかを示すスリット番号をqとし、最初はq=0と
する。
【0076】その後、STEP14でスリット番号qに
1を加えてから、STEP15にてフィールド番号p及
びスリット番号qに対応するスリットのx座標を設定す
る。このSTEP15の処理の一例を、図35に示す。
すなわち、ここではまずSTEP21にてフィールド番
号をp、スリット番号をq、画面幅をa、スリット間隔
をb、スリット移動間隔をdとおく。例えば図22に示
したシャッタの例では、フィールド番号p=1〜20、
画面幅a=500mm、スリット間隔b=10mm、スリッ
ト移動間隔d=b/20=0.5mm、スリット番号q=1
〜50(=a/b)である。そして、STEP21に
て、スリットのx座標を以下の式から求める。
【0077】x=(q−1)b+(p−1)d このようにして求まったスリットのx座標に基づき、こ
のx座標に対応する小画像をSTEP16で作成する。
すなわち、透視図の手法を用いて、表示すべき3次元映
像を上記x座標のスリットを介して画像表示面上に投射
して得られる小画像(2次元画像)と同じ画像を表す2
次元画像情報を作成する。
【0078】スリット番号qが最後の番号(上記の例で
は50)となっかどうかをSTEP17で判別しつつ、
スリット番号qが最後の番号となるまで上記のSTEP
14〜16の処理を繰り返す。これにより、1個のフィ
ールド画面に相当する、50個の小画像を含む1フィー
ルド画面情報が作成される。このフィールド画像情報を
STEP18でビデオテープに記録する。
【0079】そして更に、フィールド番号pが最後の番
号である20となったかどうかをSTEP19で判別し
つつ、フィールド番号pが20となるまで上記のSTE
P12〜18の処理を繰り返す。これにより、1つの静
止立体映像の全体を表示するのに必要な20個のフィー
ルド画面情報が得られる。1つのスリットに1つの小画
像が対応するので、この例では全部で20×50=1,0
00個の小画像を作ることになる。
【0080】当然ながら、上記の図33や図34に示し
た処理はほんの一例であって、本発明はこれに限定され
るものではない。
【0081】
【発明の効果】本発明の立体映像表示装置によれば、ホ
ログラム等を利用した方式のように映像の左右を覗き込
むことにより、違った角度からの映像を立体的に見るこ
とができ、観察者が複数であっても同時に自然な形で映
像に接することができる。しかも、観察者はその両眼に
特殊な眼鏡を装着することを必要としないので、眼鏡を
必要とする従来の方式のようなうっとうしさが全くな
く、極めて自然である。
【0082】また、立体表示のための画像情報は、コン
ピュータにより、透視図の手法を利用して容易に作成で
きるので、ホログラムを利用した従来の方式のように光
の干渉縞に変換して記録するといった非常に複雑な手順
を必要とせず、よって、画像情報作成のための処理時間
が短くて済み、極めて実用性に富んでいる。それに伴
い、静止画だけでなく、膨大な画像情報を必要とする動
画の表示も比較的容易となり、また、カラー表示も可能
である。
【0083】本発明の立体映像撮影記録装置によれば、
自然物体を撮影して記録するだけで、その立体像を上記
立体映像表示装置で容易に再生表示することができる。
しかも、従来のインテグラル・フォトグラフィ方式と比
べて、各部材の寸法精度や設置精度等は記録時点と再生
時点とでそれほど厳密さが要求されず、よって制作が容
易である。更に、記録画像からは、十分な奥行きを持っ
た立体映像を完全な形で再生できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の立体映像表示装置の原理構成図であ
り、(a)は方式1の表示装置、(b)は方式2の表示
装置を示す。
【図2】本発明の立体映像撮影記録装置の原理構成図で
ある。
【図3】1個のスリットを用いた場合における画像表示
の原理図である。
【図4】マルチスリットを用いた場合における画像表示
の原理図である。
【図5】方式1の立体映像表示装置における画像表示の
原理図である。
【図6】方式2の立体映像表示装置における画像表示の
原理図である。
【図7】方式1の立体映像表示装置における表示画像の
作成原理を説明するための図であり、一部に正面図を含
む平面図である。
【図8】図7に対応した側面図である。
【図9】立体像を画面の手前に浮き出て見えるよう表示
する場合における表示画像の一例を示す図であり、一部
に正面図を含む平面図である。
【図10】立体像を画面の奥に引っ込んで見えるよう表示
する場合における表示画像の一例を示す図であり、一部
に正面図を含む平面図である。
【図11】方式2の立体映像表示装置における表示画像の
作成原理を説明するための図であり、一部に正面図を含
む平面図である。
【図12】図11に対応した側面図である。
【図13】立体映像撮影記録装置による画像の生成原理を
示す図である。
【図14】立体映像撮影記録装置における上下方向につい
ての光線の進路を示す図である。
【図15】立体映像撮影記録装置における水平方向につい
ての光線の進路を示す図であり、一部に正面図を含む平
面図である。
【図16】本発明の一実施例を用いて構成した立体映像記
録・再生システムの一例を示す概略構成図である。
【図17】図16において方式1の表示装置D1 で表示を
行う場合のシステム構成図である。
【図18】図16において方式2の表示装置D2 で表示を
行う場合のシステム構成図である。
【図19】方式1の表示装置D1 の具体的構成の一例を示
す斜視図である。
【図20】図19に示した表示装置D1 の分解構成図であ
る。
【図21】方式1の表示装置D1 を水平面で切断した場合
の断面図である。
【図22】画面シャッタ手段1の一構成例を示す図であっ
て、(a)は画面シャッタ手段1のスリット面を正面か
ら見た図、(b)は(a)におけるスリット間隔bの範
囲を拡大した状態でスリット1bの移動経過を示した図
である。
【図23】画面シャッタ手段1のスリット面1cを正面か
ら見た拡大図である。
【図24】スペーサ5の役割を説明するための図である。
【図25】複数のスリット1bを通る光線のスペーサ5内
部での広がりを示す図である。
【図26】方式2の表示装置D2 の具体的構成の一例を示
す斜視図である。
【図27】図26に示した表示装置D2 の分解構成図であ
る。
【図28】方式2の表示装置D2 を水平面で切断した場合
の断面図である。
【図29】撮影記録装置Eの具体的構成の一例を示す斜視
図である。
【図30】図30に示した撮影記録装置Eの分解構成図で
ある。
【図31】撮影記録装置Eを水平面で切断した場合の断面
図である。
【図32】方式2の表示装置D2 における画面シャッタ手
段1と表示手段3との同期イメージを示す図である。
【図33】方式2の表示装置D2 における表示動作の一例
を示すフローチャートである。
【図34】コンピュータによるフィールド画面情報の作成
例を示すフローチャートである。
【図35】図34におけるSTEP15の処理(対象とす
るスリットの位置のx座標設定の処理)を具体的に示す
フローチャートである。
【符号の説明】
1 画面シャッタ手段 1a シャッタ 1b スリット 1c スリット面 2 シャッタ制御手段 3 表示手段 3a 画像表示面 3b 画像表示区域 4 表示制御手段 5 スペーサ 6 光源 7 散光板 11 画面シャッタ手段 11a シャッタ 11b スリット 11c スリット面 12 シャッタ制御手段 13 記録手段 13a 画像記録面 14 記録制御手段 15 光路限定手段 15a 透明板 15b 境界面 16 レンズ D1 、D2 立体映像表示装置 E 立体映像撮影記録装置 F システム制御装置 G ビデオ記録装置

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光の透過及び遮断を可能にする幅狭かつ長
    尺状のシャッタ(1a)を画面の縦方向に平行であって
    横方向に等間隔に複数配置してなるシャッタ群を有する
    画面シャッタ手段(1)と、 該シャッタ群の中から所定間隔で選択された複数のシャ
    ッタのみを光の透過可能な縦長のスリット(1b)と
    し、該複数のスリットからなるスリット群の全体位置を
    一定の時間間隔で横方向に移動させるシャッタ制御手段
    (2)と、 前記シャッタ群の配置面と一定間隔を保った画像表示面
    (3a)上に、各スリットと対応した各画像を表示する
    表示手段(3)と、 前記シャッタ制御手段(2)によるスリット群の移動タ
    イミングと同期して、該移動したスリット群の各スリッ
    トと対応した前記画像表示面(3a)上の各位置に、被
    表示対象となる立体像を該スリットを介し前記画像表示
    面(3a)上に投射して得られる像を、前記各スリット
    と対応した画像として表示させる表示制御手段(4)と
    を備え、 前記スリットと対応して前記画像表示面(3a)に表示
    される画像の一部分が該スリットにより選択されて観察
    者の目に達することにより該観察者に立体映像を認識さ
    せる立体映像表示装置。
  2. 【請求項2】前記表示手段(3)はその画像表示面(3
    a)自身が光線を発して画像表示を行う自発光型であっ
    て、該画像表示面と前記観察者との間に前記画面シャッ
    タ手段(1)が配置され、該画像表示面から発する光線
    の一部分が該画面シャッタ手段の各スリット(1b)を
    介して観察者の目に達することを特徴とする請求項1記
    載の立体映像表示装置。
  3. 【請求項3】前記表示手段(3)はその画像表示面(3
    a)の後方に設けられた光源(6)からの光線が該画像
    表示面でフィルタされながら該画像表示面を透過するこ
    とにより画像表示を行う透過型であって、該画像表示面
    と該光源との間に前記画面シャッタ手段(1)が配置さ
    れ、該光源からの光線の一部分が該画面シャッタ手段の
    各スリット(1b)を通過し前記画像表示面を介して観
    察者の目に達することを特徴とする請求項1記載の立体
    映像表示装置。
  4. 【請求項4】前記表示手段(3)の画像表示面と前記画
    面シャッタ手段(1)のシャッタ配置面とが、透明な材
    料からなる一定厚のスペーサ(5)を介して対向配置さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の立体映像表示
    装置。
  5. 【請求項5】前記シャッタ(1b)は液晶又はセラミッ
    クスを利用した電子式シャッタであることを特徴とする
    請求項1記載の立体映像表示装置。
  6. 【請求項6】前記表示手段に表示させる各画像は、コン
    ピュータグラフィックスで作成された立体像の3次元情
    報に観察者の目の高さの情報を加えてレイトレーシング
    手法により作成された画像であることを特徴とする請求
    項1記載の立体映像表示装置。
  7. 【請求項7】光の透過及び遮断を可能にする幅狭かつ長
    尺状のシャッタ(11a)を画面の縦方向に平行であっ
    て横方向に等間隔に複数配置してなるシャッタ群を有す
    る画面シャッタ手段(11)と、 該シャッタ群の中から所定間隔で選択された複数のシャ
    ッタのみを光の透過可能な縦長のスリット(11b)と
    し、該複数のスリットからなるスリット群の全体位置を
    一定の時間間隔で横方向に移動させるシャッタ制御手段
    (12)と、 前記シャッタ群の配置面と一定間隔を保った画像記録面
    (13a)上に、各スリット(11b)と対応した各画
    像を記録する記録手段(13)と、 前記シャッタ制御手段(12)によるスリット群の移動
    毎に、該移動したスリット群の各スリットと対応した画
    像記録面(13a)上の各位置に、被撮影対象である立
    体物体を該スリットを介し画像記録面(13a)上に投
    射して得られる画像を、前記スリット群の移動位置と対
    応させて記録させる記録制御手段(14)と、 互いに対向する2面の平行な透明板(15a)をその平
    行な面を境界面(15b)として多数積層した構造を有
    し、該境界面(15b)が前記シャッタ群の配置面と前
    記記録手段の画像記録面とに直角となるよう該配置面と
    該画像記録面との間に配置され、前記スリットを通過し
    た光のうち前記スリットの長尺方向に直角な面方向の光
    のみを前記画像記録面へ通過させるよう光路を限定する
    光路限定手段(15)とを備え、 前記記録手段(13)に記録された各画像を、請求項1
    記載の立体映像表示装置の表示手段に表示させる各画像
    として使用することを特徴とする立体映像撮影記録装
    置。
  8. 【請求項8】前記光路限定手段(15)が、前記記録手
    段(13)の画像記録面と前記画面シャッタ手段(1
    1)のシャッタ配置面との間隔を規定するスペーサを兼
    用することを特徴とする請求項7記載の立体映像撮影記
    録装置。
  9. 【請求項9】前記シャッタ(11a)は液晶又はセラミ
    ックスを利用した電子式シャッタであることを特徴とす
    る請求項7記載の立体映像撮影記録装置。
  10. 【請求項10】前記シャッタ群の配置面と前記立体物体と
    の間に、前記縦方向の撮影角度を調整するレンズ(1
    6)を配置することを特徴とする請求項7記載の立体映
    像撮影記録装置。
  11. 【請求項11】前記記録手段(13)は、CCDからなる
    2次元の受光面を有する光電変換素子であることを特徴
    とする請求項7記載の立体映像撮影記録装置。
  12. 【請求項12】請求項7記載の立体映像撮影記録装置と、
    請求項1記載の立体映像表示装置と、前記立体映像撮影
    記録装置で得られた画像情報或いはコンピュータグラフ
    ィックスを用いて得られた画像情報を記録するビデオ記
    録装置とを備え、該ビデオ記録装置に記録された画像情
    報を前記立体映像表示装置に表示させることを特徴とす
    る立体映像記録及び表示システム。
  13. 【請求項13】前記シャッタ群を構成する複数のシャッタ
    (1a)の幅は全て均一であることを特徴とする請求項
    1記載の立体映像表示装置。
  14. 【請求項14】前記シャッタ群を構成する複数のシャッタ
    (11a)の幅は全て均一であることを特徴とする請求
    項7記載の立体映像撮影記録装置。
  15. 【請求項15】前記シャッタ制御手段(2)は、前記スリ
    ット群の全体位置を一定の時間間隔かつ一定の移動間隔
    で横方向に移動させることを特徴とする請求項1記載の
    立体映像表示装置。
  16. 【請求項16】前記シャッタ制御手段(12)は、前記ス
    リット群の全体位置を一定の時間間隔かつ一定の移動間
    隔で横方向に移動させることを特徴とする請求項7記載
    の立体映像撮影記録装置。
  17. 【請求項17】前記スリット群の各移動位置毎に前記画像
    表示面(3a)に表示される画像は、その一部分が各ス
    リットにより選択されて観察者の目に達することによ
    り、該観察者に立体映像の各部分を認識させることを特
    徴とする請求項1記載の立体映像表示装置。
  18. 【請求項18】前記スリット群が所定位置までの一連の移
    動を終了することにより、視覚の残像効果を利用して、
    前記観察者に前記立体映像の各部分を連続してなる全体
    像を認識させることを特徴とする請求項17記載の立体
    映像表示装置。
  19. 【請求項19】前記画面シャッタ手段(1)は液晶シャッ
    タ装置からなり、液晶板(23)と、該液晶板(23)
    を挟んで配置される透明電極(22、24)と、該透明
    電極(22、24)の外側に配置される偏光板(21、
    25)とを備えることを特徴とする請求項1記載の立体
    映像表示装置。
  20. 【請求項20】前記画面シャッタ手段(11)は液晶シャ
    ッタ装置からなり、液晶板(23)と、該液晶板(2
    3)を挟んで配置される透明電極(22、24)と、該
    透明電極(22、24)の外側に配置される偏光板(2
    1、25)とを備えることを特徴とする請求項7記載の
    立体映像撮影記録装置。
  21. 【請求項21】前記表示手段(3)は透過型液晶表示装置
    からなり、透過型液晶板(32)と、該透過型液晶板
    (32)を挟んで配置される透明電極(31、33)
    と、一方の透明電極(33)の外側に配置される偏光板
    (34)とを備えることを特徴とする請求項3記載の立
    体映像表示装置。
  22. 【請求項22】前記画面シャッタ手段(1)と前記光源
    (6)との間に散光板(7)が配置されていることを特
    徴とする請求項3記載の立体映像表示装置。
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