JPH1020245A

JPH1020245A - 奥行き標本化式立体画像形成・表示装置

Info

Publication number: JPH1020245A
Application number: JP8171109A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Shibatani; 弘道柴谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】奥行き標本化におけるサンプリングの間隔を
立体視特性に合わせ可変とし、標本化数を減ずる奥行き
標本化式立体画像形成・表示装置を提供する。【解決手段】レンズの焦点を結ぶ面である標本化面の
位置が異なる光学系を多数配設し、標本化面の位置の間
隔を眼球に近い距離に存在する被写体については密に
し、眼球から遠い距離に存在する被写体については粗と
する。所定の距離範囲内において光学系のレンズの位置
を移動させるレンズ位置制御ユニットとレンズ位置移動
機構とを有し、レンズ位置制御ユニットは、被写体の像
が変換された信号スペクトラムの分析をする信号スペク
トラム分析器と、信号スペクトラムの特定成分を抽出す
る重み付け回路と、特定成分が抽出されたレンズの位置
にレンズを移動するための演算をする演算制御部と、特
定成分が抽出されたレンズの位置にレンズを移動するた
めの指令を出すレンズ位置ドライバとから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体画像を形成・表
示する奥行き標本化式立体画像形成・表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、立体画像についての画像形成・表
示方式は図１２に示されているように多数提案されてい
る。図１２は各種の３次元ディスプレイを示す一覧表で
ある（平田、鈴木：３次元ディスプレイ〜種々の方式と
テレビジョンへの応用〜、テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．
Ｎｏ．７ｐ．６１０（１９８７））。その中の３次元
映像→奥行き標本化式→表示面積層式についてはカリフ
ォルニア工科大のＪＰＬ（ジェット推進研究所）からの
発表がある（Ｍ．Ｗｅｉｎ−ｓｔｅｉｎａｎｄＫ．
Ｒ．Ｃａｓｔｌｅｍａｎ：ＲＥＣＯＮＳＴＲＵＣ−ＴＩ
ＮＧ３−ＤＳＰＥＣＩＭＥＮＳＦＲＯＭ２−Ｄ
ＳＥＣＴＩＯＮＩＭＡＧＥＳ，Ｐｒｏｃ．ｏｆｔ
ｈｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｈｏｔｏ−Ｏｐｔｉｃ
ａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅ
ｅｒｓ，Ｖｏｌ．２６，ｐｐ．１３１〜１３７，Ｍａｙ
１９７１）。このシステムの系統を図１３に示す。

【０００３】図１３は立体像構成用２画像作成の系統例
である。すなわち、顕微鏡観察用断層標本作製法には機
械的手法と光学的手法がある。前者はミクロトームで標
本を薄層に切断し、１体ずつ顕微鏡の視野に入れ像とし
て観察する。この際、立体像として構成するには標本ご
との厳密な位置合わせ、倍率合わせが必要となる。

【０００４】後者は顕微鏡のピント面をシフトしていっ
て各面にフォーカスが合った像を得る奥行き標本化式で
この際には前後のフォーカスが合っていない面の不要像
が同時に観察され標本化が乱されている（電気的にいえ
ばサンプリングパルスの波形が広がっていることに相当
する）。この乱れを除去するためＪＰＬでは前記前後の
面の像信号を希望する面の信号から差し引く処理を行な
っている（図１３の２重枠の処理）。

【０００５】一方、大阪大学では、内蔵の超音波断層映
像の立体視について研究がなされており図１４（ａ）に
示すように一定間隔Ｄで奥行き標本化された映像をＣＲ
Ｔディスプレイとハーフミラーの組合せで３次元映像が
得られることを報告している（Ｓ．Ｔａｍｕｒａａｎ
ｄＫ．Ｔａｎａｋａ：Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ３−Ｄ
ｄｉｓｐｌａｙａｄａｐｔｅｒ，Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．２３，ｐｐ．３６
９５〜３６９６（Ｄｅｃ．１９７８））。図１４は奥行
き標本化の間隔を示す図であり、（ａ）は等間隔の場
合、（ｂ）は不等間隔の場合を示す。（ａ）は大阪大学
の例の一定間隔Ｄの場合である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記大
阪大学の例では奥行き標本化面の間隔Ｄが図１４（ａ）
に示すように、５ｍｍと一定であり、奥行きの深い被写
体の場合多数の標本化を必要とする欠点があった。我々
が対象としている自然界の被写体の場合には立体視感覚
の特性からも図１４（ｂ）に示すように観察者の眼球に
近い方は密に、遠い方は粗にできるものと考える。

【０００７】上記従来技術の問題点に鑑み、本出願に係
る第１の発明の目的は、奥行き標本化におけるサンプリ
ングの間隔を立体視特性に合わせ可変とし、標本化数を
減ずる奥行き標本化式立体画像形成・表示装置を提供す
ることにある。

【０００８】また、上記ＪＰＬの例では前記不要像除去
にコンピュータ処理をオフラインで利用しており、時間
がかかるという欠点があった。

【０００９】上記従来技術の問題点に鑑み、本出願に係
る第２の発明の目的は、前記不要像除去に焦点距離を電
気的に変化させる焦点距離可変レンズを使用し光学的に
リアルタイムで処理を行う奥行き標本化式立体画像形成
・表示装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の奥行き標本化式
立体画像形成・表示装置は、奥行き標本化式立体画像形
成・表示装置において、レンズの焦点を結ぶ面である標
本化面の位置が異なる光学系を多数配設し、標本化面の
位置の間隔を眼球に近い距離に存在する被写体について
は密にし、眼球から遠い距離に存在する被写体について
は粗とする。

【００１１】また、所定の距離範囲内において光学系の
レンズの位置を移動させるレンズ位置制御ユニットとレ
ンズ位置移動機構とを有し、レンズ位置制御ユニット
は、被写体の像が変換された信号スペクトラムの分析を
する信号スペクトラム分析器と、信号スペクトラムの特
定成分を抽出する重み付け回路と、特定成分が抽出され
たレンズの位置にレンズを移動するための演算をする演
算制御部と、特定成分が抽出されたレンズの位置にレン
ズを移動するための指令を出すレンズ位置ドライバとか
ら構成されてもよい。

【００１２】また、重み付け回路は、被写体の空間周波
数が最高となる信号スペクトラムの特定成分を抽出して
もよい。

【００１３】また、重み付け回路は、被写体の空間周波
数の中域ないし高域の中の所定の帯域においてコントラ
ストが極大となる信号スペクトラムの特定成分を抽出し
てもよい。

【００１４】即ち、上記目的を達成するため、本発明
は、被写体を奥行き標本化を行うにあたり、焦点を結ぶ
面である標本化面の位置が異なる光学系を多数配置し、
標本化面の位置の間隔を観察者に近い方では短く、観察
者から遠い方では長くすることを特徴とする。

【００１５】図１５は奥行きの要因と対象までの視距離
に対する奥行き感度特性を示す図である。上記構成によ
って図１５に示すように立体視を司どる眼球の焦点調節
作用、輻輳作用、両眼視差の視距離依存性に適合したサ
ンプリングが可能となる（参考文献、画像電子学会編：
新版画像電子ハンドブック、１９９３．３．３１初版第
１刷（コロナ社発行）ｐ．５４１）。

【００１６】本発明の奥行き標本化式立体画像形成・表
示装置は、上述の奥行き標本化式立体画像形成・表示装
置において、標本化面を移動させる手段は可変焦点レン
ズ系を使用する手段である。

【００１７】また、可変焦点レンズは透明な可撓性光学
部材であり可撓性光学部材上に透明電極を配設し、透明
電極間にクーロン力を発生させる手段を有していてもよ
い。

【００１８】即ち、空気と異なった屈折率をもつ透明液
体を透明可撓な絶縁膜で被い、膜上に透明電極を配設し
たレンズ系を上記の発明の光学系に使用することを特徴
とする。このレンズ系により従来の技術において述べた
不要像除去の処理を高速で行うことが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（本発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実
施の形態の奥行き標本化式立体画像形成装置の構成図で
ある。図１において１１１は対物レンズ、１２１〜１２
７はそれぞれ焦点距離の異なった接眼レンズ、１３１〜
１３７はハーフミラー、１４１〜１４７はＣＣＤ撮像素
子、１５１〜１５７はフィールドメモリ、１６１は光学
的に寸法基準マークを発生するユニット、１６２はイン
デックス発生器、１６４は押しボタンスイッチ、１７１
〜１７７はフィールドメモリ１５１〜１５７の出力端
子、１８０は画像形成用較正ユニットである。

【００２０】上記構成において対物レンズ１１１を通っ
た被写体からの光線は最初にハーフミラー１３６に達
し、その一部が反射して接眼レンズ１２７に達しＣＣＤ
撮像素子１４７の面上に結像する。ＣＣＤ撮像素子１４
７の出力はインデックス発生器１６２の出力とともにフ
ィールドメモリ１５７に蓄えられる。一方、ハーフミラ
ー１３６を通過した光は、次のハーフミラー１３５で一
部反射して接眼レンズ１２６に達しＣＣＤ撮像素子１４
６の面上に結像する。ＣＣＤ撮像素子１４６の出力はイ
ンデックス発生器１６２の出力とともにフィールドメモ
リ１５６に蓄えられる。

【００２１】このような動作がハーフミラー１３１〜１
３６を通過した光がＣＣＤ素子１４１の面上に達しＣＣ
Ｄ素子１４１の出力がインデックス発生器１６２の出力
とともにフィールドメモリ１５１に蓄えられるまで続
く。

【００２２】そして、対物レンズ１１１、全ハーフミラ
ー１３１〜１３６、第１の接眼レンズ１２１で構成され
る光学系のフォーカス面は例えば図１４（ｂ）のＬ₁ の
位置、対物レンズ１１１、第ｊ〜第ｎのハーフミラー１
３３〜１３６、第ｊの接眼レンズ１２４で構成される光
学系のフォーカス面は例えば図１４（ｂ）のＬｊの位
置、対物レンズ１１１、第ｎのハーフミラー１３６、第
ｎの接眼レンズ１２７で構成される光学系のフォーカス
面は図１４（ｂ）の無限遠の位置などとなるよう各光学
系を調整する。

【００２３】そして各光学系にはフィールドメモリ１５
１〜１５７の読み出しの際、読み出しクロックを変えて
各像の倍率、位置などを補正するための寸法基準マーク
発生ユニット１６１の出力も投影される。

【００２４】なお、接眼レンズについては近距離におけ
る奥行き標本化の精度を向上するため、次の［解説］に
述べる理由により、近距離用には直径が大きく焦点距離
の短い、すなわち焦点深度の浅い光学系を用いる。

【００２５】［解説］焦点深度について（ＢＫＰＨｏ
ｒｎ著“ＲＯＢＯＴＶＩＳＩＯＮ”ｐ．２５）図２は焦点深度の定義を説明する図である。

【００２６】レンズ系ではピンホールと違って、ある一
定の像は焦点距離からずれた位置では直径δの不鮮明な
円となる。

【００２７】ここで、ｄはレンズの直径、Ｚ’は焦点が合った点のレ
ンズから像までの距離、Ｚ”は焦点が合わない点のレン
ズから像までの距離である。一般に、焦点深度とは、結
像面に置かれたセンサーの解像度よりもδの値が小さく
なる｜Ｚ”−Ｚ’｜の範囲を云う。

【００２８】したがって、δを一定値に保って焦点深度
を浅くするにはレンズの直径ｄを大きくし、Ｚ’を小さ
く（すなわちレンズの焦点距離を短く）すればよい。

【００２９】ここで、寸法基準マーク発生ユニット１６
１の動作につき詳細に述べる。このユニット１６１は図
１の全体系のセットアップに用いられるもので、インデ
ックス発生器１６２からの指令により出力１〜ｎに接続
される光学系、電気系を較正する。

【００３０】図３は画像形成用較正ユニット１８０の較
正用補助系統図である。

【００３１】図３において１８１はフィールドメモリＦ
Ｍｎ１５７の書き込みクロック発生器、１８２は同読み
出しクロック発生器、１８３は前記十文字形などの光学
的レジストレーションパターンに相当するＴＶ信号を電
気的に発生する基準信号発生器、１８４は前記十文字形
などの光学的レジストレーションパターン像が図１のハ
ーフミラー１３６、接眼レンズ１２７、ＣＣＤ撮像素子
１４７の系によりフィールドメモリ１５７に蓄えられた
パターンと基準信号発生器１８３からの基準パターンを
比較しこれら両者間の位置ずれ、角度、ひずみ、倍率の
差などを検出するベクトル差検出器である。

【００３２】図１の全系統を動作させる直前に押しボタ
ンスイッチ１６４を押すとインデックス発生器１６２が
第１の指令を発し、寸法基準マーク発生ユニット１６１
からハーフミラー１３７を介して等価的に無限遠方に存
在する十文字形などのレジストレーションパターンを光
学的に投射する。そしてこの光学像がＣＣＤ撮像素子１
４７により電気信号に変換され、フィールドメモリ１５
７に蓄えられ、その出力がベクトル差検出器１８４の一
方の入力となる。

【００３３】そして、基準信号発生器１８３の出力がベ
クトル差検出器１８４の他方の入力となり両入力のベク
トル差を検出し、ベクトル差に応じて書き込みクロック
発生器１８１を駆動してフィールドメモリＦＭｎ１５７
の内容を書き換え、出力端子１７７に較正された映像信
号を得る。

【００３４】以上の較正操作をインデックス発生器１６
２からの場合１〜ｎ（１７１〜１７７）について実施す
る。図４は光学−電気系較正操作における条件を示す表
である。これらの較正操作により、図１の系統の実際の
動作時には、出力端子１７１〜１７７に被写体の位置Ｌ
₁ 〜Ｌｎ（図１４（ｂ）参照）に焦点が合い、位置・倍
率などが補正された映像信号が得られる。

【００３５】これで図１の画像形成法についての説明を
終りとする。

【００３６】次に図５の画像表示装置の説明に移る。図
５は本発明の第１の実施の形態の奥行き標本化式立体画
像表示装置の構成図である。

【００３７】図５において、２１１は観察者の眼球、２
２１〜２２７はレンズ系、２３０〜２３７はハーフミラ
ー、２４１〜２４７は例えば液晶ディスプレイなどの表
示装置、２４８はＣＣＤ撮像素子などの光電変換素子、
２５１〜２５７はフィールドメモリ、２６２はインデッ
クス発生器、２６４は押しボタンスイッチ、２７１〜２
７７は入力端子、２８０は画像表示用較正ユニットであ
る。

【００３８】上記構成において図１の各々の出力端子１
７１〜１７７からの映像信号が各々の入力端子２７１〜
２７７に印加され、いったんフィールドメモリ２５１〜
２５７に蓄えられる。フィールドメモリから読み出され
た信号は表示装置２４１〜２４７により光学像に変換さ
れる。各々の光学像は表２に示す条件を満たすレンズ系
２２１〜２２７を含む各々の光学系により眼球２１１に
重なって見えるように調整される。

【００３９】ここで、画像表示用較正ユニット２８０の
動作につき詳細に述べる。このユニット２６１は図５の
全系統のセットアップに用いられるもので、インデック
ス発生器２６２からの指令により入力１〜ｎに接続され
る電気的・光学系を較正する。

【００４０】図６は画像表示用較正ユニットの較正用補
助系統図である。

【００４１】図６において２８１はフィールドメモリＦ
Ｍｎ’２５７の書き込みクロック発生器、２８２は同読
み出しクロック発生器、２８３は基準信号発生器、２８
４はベクトル差検出器である。

【００４２】図５の全系統を動作させる直前に押しボタ
ンスイッチ２６４をおすとインデックス発生器２６２が
第１の指令を発し、図１の寸法基準マーク発生ユニット
１６１から発生した寸法基準マークが出力端子１７７、
図５の入力端子２７７を経てフィールドメモリＦＭｎ’
２５７に蓄えられ、ディスプレイ装置２４７、レンズ系
２２７、ハーフミラー２３７、２３６、２３５、２３
４、２３３、２３２、２３１、２３０を介して光電変換
素子２４８のルートを構成してベクトル差検出器２８４
の一方の入力を確保する。そして基準信号発生器２８３
の出力がベクトル差検出器２８４の他方の入力となり両
入力のベクトル差が検出されて、ベクトル差に応じて書
き込みクロック発生器２８１を駆動してフィールドメモ
リＦＭｎ’の内容を書き換え眼球２１１に正しい光学像
が届けられる。

【００４３】以上の較正操作をインデックス発生器２６
２からの指令１〜ｎにより、入力１〜ｎ（２７１〜２７
７）について実施する。図７は電気−光学系較正操作に
おける条件を示す表である。これらの較正操作により、
図５の系統の実際の動作時には、眼球２１１の位置に倍
率などが補正されたＬ₁ 〜Ｌｎ（図１４（ｂ）参照）の
像が得られる。これで、図５の画像表示装置についての
説明を終る。

【００４４】上記画像形成・表示装置はそれらの入・出
力端子を直接接続して使用することも出来るが図８に示
すように入・出力端子間に同軸ケーブル、光ファイバ
ー、衛星通信路等の伝送路、または磁気記録、光記録、
ＩＣメモリ等を用いた記録・記憶装置を経由させて使用
することも出来る。図８は画像形成・表示装置の接続図
である。図８において１００は画像形成装置、２００は
画像表示装置、３００は伝送路または記録・記憶装置を
示す。

【００４５】この際、図３、図６に示した画像形成用較
正ユニット１８０、画像表示用較正ユニット２８０は伝
送路経由時にはその商業運用前、記録・記憶装置経由時
には例えば磁気テープの最初の部分に録画して使用す
る。

【００４６】また、図８では入・出力１〜ｎチャネルを
並列に接続するように描いてあるが伝送路または記録装
置の帯域に余裕がある場合には並列−直列変換を行い、
チャネル数を減じて接続することも出来る。

【００４７】この際、画像形成装置１００のインデック
ス発生器１６２の出力（インデックス）を直列に変換し
た時系列信号の頭に挿入してパケットとして伝送路また
は記録・記憶装置３００を通過させ、画像表示装置２０
０側でインデックスを標識としてパケットから並列信号
をつくり出して同時に表示する。さらに前記１〜ｎチャ
ネルのうち、特定のチャネル（例えば遠景を担当するチ
ャネル）につき情報量削減（帯域制限など）処理を行
い、伝送路または記録・記憶装置の容量の節約を図るこ
とも出来る。

【００４８】本発明の第１の実施の形態に特有の効果は
以下のとおりである。

【００４９】図１４の（ａ）、（ｂ）を比較すれば明ら
かなように、合計の奥行き標本化面の数を減じながら、
立体視情報の多い眼球の近くの被写体について密な標本
化を行うことが出来、より有効な立体像表示装置の構成
が可能となる。

【００５０】（本発明の第２の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態では奥行き標本化の距離（図１４（ｂ）
のＬ₁ 〜Ｌｎに相当）を固定したが、第２の実施の形態
ではこの距離を被写体によって可変とする。すなわち、
図１の接眼レンズ１２１〜１２７の位置を可変とするこ
とによって図１４（ｂ）のＬｊをＬｊ±ΔＬｊの範囲の
１点、ただしｊ＝１〜ｎそして各ΔＬｊは隣の可変範囲
に重ならない値とする。

【００５１】図９は本発明の第２の実施の形態の画像形
成装置側の構成を表わす図であり、同図において１９０
はレンズ位置制御ユニット、１９１は信号スペクトラム
分析器、１９２は重み付け回路、１９３は演算制御部、
１９４はレンズ位置ドライバ、１９５はレンズ位置移動
機構、１９６はレンズ位置計測機構である。

【００５２】上記構成において接眼レンズ１２４による
像はＣＣＤ撮像素子１４４によって映像信号に変換され
信号スペクトラム分析器１９１に導かれる。そして重み
付け回路１９２により映像信号中の高域成分を抽出し、
演算制御部１９３によって前記高域成分が最大となるよ
うにレンズ移動機構１９５を駆動する。ただし、レンズ
の移動量は全光学系の焦点面がＬｊ±ΔＬｊの範囲に制
限される量とする。高域成分が最大となったレンズの位
置はレンズ位置計測機構１９６により計測され、その値
（レンズ位置情報）がインデックス発生器１６２に伝達
される。なお、重み付け回路１９２により信号スペクト
ラムの中の中〜高域の特定成分についての振幅を抽出し
てもよい。

【００５３】レンズ位置情報は、インデックスと共に図
８の伝送路または記録・記憶装置３００を通り、画像表
示装置２００で受信され、図１０に示す構成により画像
形成装置１００で形成された画像が再現される。

【００５４】図１０は本発明の第２の実施の形態の画像
表示装置側の構成図であり、同図において２９１はレン
ズ位置情報分離回路、２９４はレンズ位置ドライバ、２
９５はレンズ位置移動機構である。

【００５５】上記構成において、入力端子２７４に入力
した信号からレンズ位置情報分離回路２９１により前記
レンズ位置情報を分離し、この情報に基づいてレンズ位
置ドライバ２９４を介してレンズ位置移動機構２９５を
駆動する。

【００５６】本発明の第２の実施の形態に特有の効果は
以下のとおりである。

【００５７】図１４（ｂ）の奥行き標本化間隔を固定せ
ず、この間隔を一定範囲内で最も空間周波数の高い（被
写体の変化分の多い）面にシフトすることが出来、最大
の情報量を形成表示することが可能となる。

【００５８】（本発明の第３の実施の形態）図１１は本
発明の第３の実施の形態の可変焦点距離液体レンズの摸
式図および画像形成装置側の構成図であり、同図におい
て４０１は空気よりも大きな屈折率をもつ透明液体、４
０２、４０３は透明で可撓な絶縁膜、４１０、４２０は
透明電極、４１１は中央部円形電極、４１２はその外側
のリング状電極、４１３Ａ、４１３Ｂは更に外側の半円
形電極、４１４Ａ、４１４Ｂ、４１４Ｃ、４１４Ｄは最
も外側の湾曲電極、４３１は鏡筒の内壁、４３２は円形
蛇腹、４８３は基準信号発生器、５１１、５１２、５１
３Ａ、５１３Ｂ、５１４Ａ、５１４Ｂ、５１４Ｃ、５１
４Ｄは上記４１１〜４１４Ｄに接続されたリード線、５
２１はレンズ制御電圧発生ユニット、５２２は比較器、
５４４はＣＣＤ撮像素子である。

【００５９】さらに、４４１は例えば図１１（ｂ）のＬ
ｊ面に本光学系の焦点が合っているときの光線の軌跡、
４４２は前記Ｌｊ面よりもΔＬｊだけ遠い面に焦点が合
っていると仮定したときの光線の軌跡、４４３は前記Ｌ
ｊ面に焦点が合っているときのＣＣＤ撮像素子５４４側
の結像面、４４４は前記Ｌｊ面よりもΔＬｊだけ遠い面
に焦点が合っていると仮定したときのＣＣＤ撮像素子５
４４側の結像面である。

【００６０】上記構成において透明液体４０１、それを
包み縁部で接着された円形透明絶縁膜４０２、４０３、
この膜上に形成された面積を有する透明電極４１１〜４
１４Ｄから成る流体レンズ４００にリード線５１１〜５
１４Ｄを介して電荷ｑ₁ ，ｑ ₂ （前記絶縁膜４０２側に
ｑ₁ ，４０３側にｑ₂ ）を与えるとクーロンの法則によ
り電荷ｑ₁ とｑ₂ の間には次のＦの力がはたらく。

【００６１】ここでε₀ は透明電極に挟まれた部分の誘電率である。

【００６２】したがって電荷ｑ₁ ，ｑ₂ の量を制御する
ことにより、絶縁膜４０２、４０３の間隔すなわち流体
レンズ４００の焦点距離を変えることが可能となる。

【００６３】そして、図に示すように電極４１０、４２
０を例えば４１１〜４１４に分割し、各々の電極にレン
ズ制御電圧発生ユニット５２１から異なった値の電荷を
供給することにより、流体レンズ４００の焦点距離のみ
ならず光軸の変更や像にひずみを与えることも可能とな
る。また、逆に５２１から補正信号を供給することによ
り、光軸の補正、ひずみの除去を行うことも可能とな
る。

【００６４】本発明の第３の実施の形態に特有の第１の
効果は以下のとおりである。

【００６５】本発明の第３の実施の形態を本発明の第１
の実施の形態に適用すると第１の実施の形態では映像信
号の段階で行われていた図３の画像形成用較正、図６の
画像表示用較正の両機能を光学的に達成することができ
る。

【００６６】すなわち、例えば図３のベクトル差検出器
１８４、読み出しクロック発生器１８２の機能を図１１
の比較器５２２、レンズ制御電圧発生ユニット５２１で
置き換えＣＣＤ撮像素子１４４に投影される像のひずみ
をきめ細かく除去することができる。

【００６７】また、一般に画像の補正をフィールドメモ
リへの書き込み、読み出しのくり返えしで実行すると出
力画像の枠が小さくなる（有効視野が狭まくなる）が、
光学的な補正の手段で実行すると前述のような悪影響を
受けない。

【００６８】本発明の第３の実施の形態に特有の第２の
効果は以下のとおりである。

【００６９】本発明の第３の実施の形態を本発明の第２
の実施の形態に適用すると第２の実施の形態では、図
９、図１０に示すようにレンズ位置移動機構１８５、２
８３に依存していた構成を機械的な位置変動がない構成
にすることができる。すなわち、図９、図１０の構成で
はレンズ位置移動のために移動台、移動用モータなどが
必要であったが本実施の形態によるとこれらの機構系が
不要となる。

【００７０】本発明の第３の実施の形態に特有の第３の
効果は以下のとおりである。

【００７１】本発明の第２の実施の形態では、可変位置
奥行き標本化のための構成（図９、図１０の構成）と画
像形成・表示の較正のための構成（図３、図６の構成）
が別個のものであったが、本実施の形態を適用すること
により前記二つの構成による機能を一つの構成にまとめ
ることができる。

【００７２】本発明の第３の実施の形態に特有の第４の
効果は以下のとおりである。

【００７３】本実施の形態を適用することにより、従来
の技術の項目において述べたＪＰＬの画像処理（図１０
の２重枠の処理）のための信号を容易に得ることができ
る。

【００７４】（本発明の第４の実施の形態）図１１の電
極４１０、４２０のうち、一方について分割せず一体化
する。

【００７５】（本発明の第５の実施の形態）図１１の電
極４１０、４２０を分割せず一体化する。

【００７６】本発明の第４、第５の実施の形態に特有の
効果は以下のとおりである。

【００７７】図１１の透明電極４１０、４２０の構造、
レンズ制御電圧発生ユニット５２１の構成が単純にな
る。

【００７８】（本発明の第６の実施の形態）本発明の第
３の実施の形態に特有の第１の効果で述べた図３の構成
と図１１の構成を併用する。

【００７９】本発明の第６の実施の形態に特有の効果は
以下のとおりである。

【００８０】較正の範囲、精度に応じて図３の構成と図
１１の構成による機能を使い分けることが出来る。一方
で過補正になった量を他方で修正することが出来る。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
奥行き標本化方式の立体視システムにおいて奥行き感・
情報量の多い近距離における標本化数を密にすることに
より視覚の特性に合致した有効な立体視システムを構成
することができるという効果がある。

【００８２】また、上記システムにおいて奥行き感・情
報量の少ない遠距離における標本化数を粗にすることに
より全体の標本化数を減じ、経済的なシステムを構成す
ることができる。

【００８３】さらに、上記システムにおいて奥行き標本
化面をコントラストの変化の大きいまたは細かい面にシ
フトすることにより必要な情報を十分にとり込むことが
できる。

【００８４】また、可変焦点レンズ系を使用するシステ
ムによれば固定焦点レンズ系を使用するシステムから可
動部分を除去し、精度の高い補正を経済的に実施し、固
定焦点レンズ系を使用するシステムの機能を効果的に達
成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の奥行き標本化式立
体画像形成装置の構成図である。

【図２】焦点深度の定義を説明する図である。

【図３】画像形成用較正ユニットの較正用補助系統図で
ある。

【図４】光学−電気系較正操作における条件を示す表で
ある。

【図５】本発明の第１の実施の形態の奥行き標本化式立
体画像表示装置の構成図である。

【図６】画像表示用較正ユニットの較正用補助系統図で
ある。

【図７】電気−光学系較正操作における条件を示す表で
ある。

【図８】画像形成・表示装置の接続図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態の画像形成装置側の
構成図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態の画像表示装置側
の構成図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態の可変焦点距離液
体レンズの摸式図および画像形成装置側の構成図であ
る。

【図１２】各種の３次元ディスプレイを示す一覧表であ
る。

【図１３】立体像構成用２画像作成の系統例である。

【図１４】奥行き標本化の間隔を示す図である。（ａ）等間隔の場合を示す。（ｂ）不等間隔の場合を示す。

【図１５】奥行きの要因と対象までの視距離に対する奥
行き感度特性を示す図である。

【符号の説明】

１００画像形成装置１１１対物レンズ１２１〜１２７接眼レンズ１３１〜１３７、２３０〜２３７ハーフミラー１４１〜１４７、５４４ＣＣＤ撮像素子１５１〜１５７、２５１〜２５７フィールドメモリ１６１光学的に寸法基準マークを発生するユニット１６２、２６２インデックス発生器１６４、２６４押しボタンスイッチ１７１〜１７７フィールドメモリの出力端子１８０画像形成用較正ユニット１８１、２８１書き込みクロック発生器１８２、２８２読み出しクロック発生器１８３、２８３、４８３基準信号発生器１８４、２８４ベクトル差検出器１９０レンズ位置制御ユニット１９１信号スペクトラム分析器１９２重み付け回路１９３演算制御部１９４、２９４レンズ位置ドライバ１９５、２９５レンズ位置移動機構１９６レンズ位置計測機構２００画像表示装置２１１観察者の眼球２２１〜２２７レンズ系２４１〜２４７表示装置２４８光電変換素子２７１〜２７７入力端子２８０画像表示用較正ユニット２９１レンズ位置情報分離回路３００伝送路または記録・記憶装置４００可変焦点距離液体レンズ４０１空気よりも大きな屈折率をもつ透明液体４０２、４０３透明で可撓な絶縁膜４１０、４２０透明電極４１１中央部円形電極４１２リング状電極４１３Ａ、４１３Ｂ半円形電極４１４Ａ、４１４Ｂ、４１４Ｃ、４１４Ｄ湾曲電極４３１鏡筒の内壁４３２円形蛇腹４４１Ｌｊ面に本光学系の焦点が合っているときの
光線の軌跡４４２Ｌｊ面よりもΔＬｊだけ遠い面に焦点が合っ
ていると仮定したときの光線の軌跡４４３Ｌｊ面に焦点が合っているときのＣＣＤ撮像
素子側の結像面４４４Ｌｊ面よりもΔＬｊだけ遠い面に焦点が合っ
ていると仮定したときのＣＣＤ撮像素子側の結像面５１１、５１２、５１３Ａ、５１３Ｂ、５１４Ａ、５１
４Ｂ、５１４Ｃ、５１４Ｄリード線５２１レンズ制御電圧発生ユニット５２２比較器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】奥行き標本化式立体画像形成・表示装置
において、レンズの焦点を結ぶ面である標本化面の位置が異なる光
学系を多数配設し、前記標本化面の位置の間隔を眼球に
近い距離に存在する被写体については密にし、眼球から
遠い距離に存在する被写体については粗とすることを特
徴とする奥行き標本化式立体画像形成・表示装置。
【請求項２】請求項１に記載の奥行き標本化式立体画
像形成・表示装置において、所定の距離範囲内において前記光学系のレンズの位置を
移動させるレンズ位置制御ユニットとレンズ位置移動機
構とを有し、前記レンズ位置制御ユニットは、被写体の像が変換された信号スペクトラムの分析をする
信号スペクトラム分析器と、信号スペクトラムの特定成分を抽出する重み付け回路
と、前記特定成分が抽出されたレンズの位置にレンズを移動
するための演算をする演算制御部と、前記特定成分が抽出されたレンズの位置にレンズを移動
するための指令を出すレンズ位置ドライバとから構成さ
れることを特徴とする奥行き標本化式立体画像形成・表
示装置。
【請求項３】請求項２に記載の奥行き標本化式立体画
像形成・表示装置において、前記重み付け回路は、被写体の空間周波数が最高となる
信号スペクトラムの特定成分を抽出することを特徴とす
る奥行き標本化式立体画像形成・表示装置。
【請求項４】請求項２に記載の奥行き標本化式立体画
像形成・表示装置において、前記重み付け回路は、被写体の空間周波数の中域ないし
高域の中の所定の帯域においてコントラストが極大とな
る信号スペクトラムの特定成分を抽出することを特徴と
する奥行き標本化式立体画像形成・表示装置。
【請求項５】請求項２から請求項４の何れか１項に記
載の奥行き標本化式立体画像形成・表示装置において、前記標本化面を移動させる手段は可変焦点レンズ系を使
用する手段であることを特徴とする奥行き標本化式立体
画像形成・表示装置。
【請求項６】請求項５に記載の奥行き標本化式立体画
像形成・表示装置において、可変焦点レンズは透明な可撓性光学部材であり該可撓性
光学部材上に透明電極を配設し、該透明電極間にクーロ
ン力を発生させる手段を有していることを特徴とする奥
行き標本化式立体画像形成・表示装置。