JP3368204B2 - 画像記録装置及び画像再生装置 - Google Patents

画像記録装置及び画像再生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３次元像を記録・再
生する画像記録装置及び画像再生装置に関し、特に画像
記録手段に記録した３次元像を観察者が疲れず自然な状
態で良好に観察することができるようにしたものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、立体物（３次元物体）の画像
情報を画像記録手段に記録し、該画像記録手段に記録し
た画像情報を立体的に再生するための方式が種々と試み
られている。
【０００３】これらの方法のうちＩＰ（インテグラル・
フォト）方式は３次元像を特殊なメガネ等を用いずに記
録再生する方法として多く用いられている。図１０
（Ａ），（Ｂ）はこの方式による３次元像記録装置と３
次元像再生装置の説明図である。
【０００４】図９(Ａ)において１０１はハエの眼レンズ
と呼ばれるマイクロレンズアレイであり、図１０に示す
ように微小なレンズ１０１ａが複数個、昆虫の複眼のよ
うに２次元的に並べられている。
【０００５】マイクロレンズアレイ１０１の背後には写
真乾板１０２が置かれる。写真乾板１０２上には各レン
ズ１０１ａによって被写体１０３の微小な倒立像１０４
が形成され、露光記録されている。画像情報を記録した
写真乾板１０２より同一寸法の陽画（ポジ画像）を作成
し、この作成した基板１０２ａの前面に図９(Ｂ)に示す
ようなマイクロレンズアレイ１０１を元の位置に正しく
置いて基板１０２ａの背面から照明する。
【０００６】基板１０２ａに記録した陽画の各像からの
光束は撮影時と同じ経路を逆にたどり、もとの被写体の
位置に３次元の実像１０５が再生される。この再生した
実像１０５を観察者１０６は観察する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図９に示す３次元像記
録・再生装置は次のような問題点があった。第１に実在
する被写体の立体画像情報しか記録・再生ができない。
このため、任意に形成した架空の３次元物体の記録・再
生は、他の方法によらねばならなかった。
【０００８】第２にマイクロレンズアレイ１０１の焦点
深度があまり深くないため、記録した画像にボケが発生
する。ＩＰ方式では３次元像の記録時に被写体１０３が
奥行きを持っているため、写真乾板１０２からの距離は
被写体の各部位によって異なる。
【０００９】マイクロレンズアレイの個々のマイクロレ
ンズの焦点距離は一定であるため、写真乾板上に形成さ
れる倒立像のうち焦点深度を外れた像は何れも焦点ボケ
を含んでいる。よってこの状態で記録・再生される３次
元像には焦点ボケによる画質の劣化が発生してくる。
【００１０】第３に再生される３次元像が逆立体視像に
なる場合がある。図１１，図１２はこのときの説明図で
ある。図１１は３次元像の記録時を示している。同図で
は写真乾板１０２上には被写体１０３のＢ側の画像情報
が記録される。
【００１１】図１２はこの写真乾板１０２に記録したＩ
Ｐを再生する場合を示している。図１２に示すように観
察者は３次元像１０３のＡ側より観察を行うが、写真乾
板１０２に記録した画像の情報としてはＢ側の画像情報
しかない。
【００１２】この為、３次元像１０３は物体の裏面を透
視したような見え方となり、しかも画像情報の凹凸が逆
になって観察されてしまう。
【００１３】本発明は従来のＩＰ（インテグラルフォ
ト）方式の３次元像の記録・再生原理を利用して良好な
る立体画像の観察ができる画像記録装置及び画像再生装
置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の画像記録装置
は、(1-1) 画像情報を時系列に表示する画像表示装置、
該画像表示手段に表示した画像情報を結像する要素レン
ズを複数個、所定のピッチで配列したレンズアレイ、該
レンズアレイの結像面に配置した画像記録手段、該複数
の要素レンズのうちの各要素レンズ毎にその開口を通過
する光束を制御する光束制御手段とを有し、該光束制御
手段によって各要素レンズ毎に該画像表示装置に時系列
に表示した画像情報を該画像記録手段に順次記録するこ
とを特徴としている。
【００１５】特に、(1-1-1) 前記光束制御手段は前記
要素レンズの開口径と略同じ大きさの開口を有する開口
板と、該開口板の開口を通過する光束を制御するシャッ
ター手段とを有し、該開口板とシャッター手段を前記レ
ンズアレイ面に沿って走査していること。
【００１６】(1-1-2) 前記光束制御手段は透過率分布
を電子的に制御することができる空間光変調素子を有し
ていること。
【００１７】(1-1-3) 前記画像表示装置は互いに異な
った画像情報を時系列に表示しており、該表示に同期さ
せて前記光束制御手段を制御して前記１つの要素レンズ
で１つの画像情報を前記画像記録手段の互いに異なった
領域に記録していること。
【００１８】(1-1-4) 前記レンズアレイは微小レンズ
を複数個、２次元的に配列したマイクロレンズアレイよ
り成っていること。
【００１９】(1-1-5) 前記レンズアレイは１次元方向
に屈折力を有するシリンドリカルレンズを複数個、所定
方向に配列したレンチキュラーレンズより成っているこ
と。
【００２０】(1-1-6) 前記微小レンズの有効径は０．
５ｍｍ以上２ｍｍ以下であること。
【００２１】(1-1-7) 前記シリンドリカルレンズの屈
折力を有する方向の有功径は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下
であること。等を特徴としている。
【００２２】本発明の画像再生装置は、(2-1) 構成(1-
1)の画像記録装置によって画像情報を記録した画像記録
手段と、レンズアレイとを対向配置し、該画像記録手段
側から照明した光によって該画像記録手段に記録した画
像情報を該レンズアレイを介して再生していることを特
徴としている。
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の画像記録装置の実
施形態１の要部概略図である。図１においてＩＰ（イン
テグラルフォト）形成用のマイクロレンズアレイ（レン
ズアレイ）１の背後に画像記録媒体２を配置している。
【００２５】本実施形態では画像記録媒体２として露光
記録可能なものを使用しており、写真用フィルムや光書
き込み型の空間光変調器等を用いている。レンズアレイ
１は複数の要素レンズ１ａを２次元的に配列して構成し
ている。
【００２６】これらの各要素１，２は暗箱５や暗幕６に
よって暗黒化された空間内に置かれている。ただし、マ
イクロレンズアレイ１の前面には開口板３及びシャッタ
ー４が配置され、シャッター４が開いている間だけ開口
板３を通過した光による画像記録媒体２への露光記録を
行っている。
【００２７】開口板３とシャッター４は光束制御手段の
一要素を構成している。開口板３及びシャッター４は共
に移動機構（不図示）によりマイクロレンズアレイ２の
前面で２次元的に平行移動している。開口板３及びシャ
ッター４の位置は露光領域制御手段７によって制御さ
れ、任意の時刻に任意の位置のマイクロレンズ１ａを通
して画像記録媒体２上への露光記録が可能となってい
る。
【００２８】図中、９は画像表示装置であり、例えば液
晶ディスプレイ・ＣＲＴなど複数画像を切り替えて表示
可能な表示素子を用いている。画像表示装置９はマイク
ロレンズアレイ１より一定距離Ｌだけ離れた位置に配置
している。
【００２９】画像表示装置９は画像信号発生装置８から
の入力信号をもとに画像１０を表示している。このとき
画像信号発生装置８は露光領域制御手段７より露光領域
の位置情報を取得し、それをもとに表示する画素信号を
決定している。
【００３０】もちろん、上記とは逆に露光領域制御手段
７が画像信号発生装置８より画像の情報を取得し、それ
をもとに露光領域の制御を行う方法をとっても全く差し
支えない。
【００３１】尚、画像表示装置９の画像表面９ａと画素
記録媒体２の画像記録面２ａはマイクロレンズアレイ１
による結像関係にある。よって露光領域において画像１
０は焦点ボケを発生することなく画像記録媒体２上に記
録される。
【００３２】次に上記構成の画素記録装置を用いてＩＰ
を作成する方法について述べる。本発明では従来のＩＰ
で用いる実在の３次元被写体の情報光の変わりに、画像
表示装置９によって生成される複数の画像情報光を時間
的に前後して画像記録媒体２の異なる位置に順次記録し
ている。
【００３３】図２を用いてこの具体的方法を説明する
（尚、図２において説明に必要のない部品は図示を省略
してある）。
【００３４】開口板３の開口３ａはマイクロレンズアレ
イ１の一個の要素レンズ１ａと略同じ大きさを持ってい
る。これにより本装置においては一度に一個の要素レン
ズ１ａで定められる画像記録手段２上の領域を露光記録
している。隣り合う要素レンズ同士の間隔は１ｍｍ前後
と極めて小さく設定している。（このレンズ間隔の定め
方については後述する。）開口３ａが図中の位置にある
とき、露光領域にある要素レンズ１ａの中心点をＯと定
める。このとき画像表示装置９に表示する画像１０は次
のようにして得る。
【００３５】（ア−１）最終的に再生されるべき３次元
像１１を仮定する （ア−２）仮想的に要素レンズ１ａの一点Ｏより発散す
る光を考える （ア−３）上記発散光による画像表示面９ａ上への３次
元像１１の投影像を画像１０とする。
【００３６】例えば３次元像１１上を構成する３つの点
ａ，ｂ，ｃを再生するためのＩＰを作成するためには、
各点と点Ｏとを結ぶ直線が面９ａと交わる点ａ'，ｂ'，
ｃ'にそれぞれ点ａ，ｂ，ｃの明るさに比例した輝度情
報を与えた画素を画像１０として表示してやれば良い。
【００３７】ここで図３のように点Ｏより発散する光線
が３次元像１１'との交点を２つ以上もつような場合
は、３次元像１１'上の各点のうち点Ｏより発散する光
線が最後に通る点（点Ｏよりも最も遠い点）の輝度情報
をもとに画像１０を得る。
【００３８】これは３次元像１１'を再生する際に、３
次元像の観察者に最も近い側のみを再生する。これによ
り隠面処理の効果を出している。その他の露光領域にお
いてもそれぞれの位置での点Ｏを定め同様にして画像１
０を得る。このようにして生成した複数の画像１０を露
光領域に対応して順次画像表示装置９に表示し、画像記
録媒体２の各領域に露光記録してゆく。これを全領域に
わたって繰り返し、画像記録媒体２に露光記録された画
像情報を現像などの処理をして光の強度分布として表現
しうる状態にし、もとの位置に再度配置する。
【００３９】そして画像記録媒体２を背後から照明手段
からの光束で照明するとすべての画像情報がもとの画像
表示装置９の表示面位置９ａに重畳して結像する。観察
者はこれを適当に離れた位置から観察する。
【００４０】図４は上記の方法にて作成したＩＰによっ
て３次元像が再生される様子の説明図である。例として
３次元像１１上の点ｂの再生について説明を行う。前述
した方法にて３次元像１１を画像記録媒体２に記録した
場合、点ｂを再生する光線は画像表示面２ａ上の点ｂ
１，ｂ２‥‥‥より発し、マイクロレンズアレイ１の作
用により、それぞれ画像表示面９ａ上の点ｂ１'，ｂ２'
を通る光線となっている。
【００４１】これらの光線はほぼ平行光線となって観察
者１２の方向へと進む。観察者がこのような状態の単一
の光線を観察するとき、その光線がどの点から発してい
るかは判断しがたい。
【００４２】しかし、図中のように、このような光線が
２本以上観察者の瞳１２ａに入射すると観察者の瞳１２
ａは無意識のうちに水晶体１３を調節してそれらの光線
が網膜１４上の点ｂ"で再び交わるようにする。このと
き観察者の瞳１２ａはそれらの光線の交点ｂにピントが
あった状態となっており、３次元像１１上の点ｂを認識
することになる。
【００４３】本方式によれば３次元像１１上の他のすべ
ての点についても同様の原理で再生することができるの
で、観察者は３次元像１１全体を眼の調節機能も含めた
立体知覚のすべてを満足した状態で観察できるので、眼
が疲れにくい。
【００４４】ただし、上記のように３次元像を認識する
ためには観察者の瞳に入射する光線の径が瞳径よりも小
さく、なおかつ瞳の中に最低二本以上の光線が入射する
必要がある。観察者の瞳位置での光線径をｄ、隣り合う
光線同士の距離をｑと定めると、本装置は以下の条件を
満たす必要がある。
【００４５】（イ−１）光線径 マイクロレンズ１から出射する光線はほぼ平行光線なの
で、光線径ｄ≒ｐ（ｐ＝マイクロレンズ１ａ径）の関係
がある。よってｐ＜（観察者の瞳径）であればよい。一
般的に人間の瞳径は２〜７ｍｍの値をとるので０．５ｍ
ｍ＜ｐ＜２ｍｍであれば十分である。ここで下限値はレ
ンズアレイの製造上からくるものであり、この値以下で
あると要素レンズが小さくなりすぎ、製造が難しくなっ
てくる。
【００４６】（イ−２）光線間距離 ３次元像１１上の点ｂからマイクロレンズアレイ１まで
の距離をＬ１、観察者の瞳位置１２ａまでの距離をＬ２
とすると、幾何的関係により、ｑ＝ｐ＊Ｌ２／Ｌ１と表
され、この値が瞳径以下である必要がある。
【００４７】これらの条件より ｐ＜（観察者の瞳径）かつｑ＝ｐ＊Ｌ２／Ｌ１＜（観察
者の瞳径） であれば前述したとおり眼の疲れない３次元像再生が可
能となる。観察者の瞳径が約２ｍｍ以上であることを考
慮すると、 ０．５ｍｍ＜ｐ＜２ｍｍ かつ ｑ＝ｐ＊Ｌ２／Ｌ１＜
２ｍｍ であれば十分である。
【００４８】本実施形態の特徴をまとめると次のように
なる。
【００４９】（ウ−１）観察者の眼が疲れにくい （ウ−２）マイクロレンズの焦点ボケによる再生像の画
質劣化が少ない （ウ−３）逆立体視像を未然に防ぐことができる （ウ−４）実在しない３次元被写体情報を電気的に再生
し記録することができる （ウ−１），（ウ−２）の特徴については前述したとお
りである。（ウ−３），（ウ−４）については記録時に
逆立体視を矯正するような画像変換を画像信号発生装置
８にてあらかじめ行えること、実在物体の情報ではなく
多数の２次元画像を記録すること、に起因する。 上記
の実施形態においては次のような仕様変更を行うことに
よってさらなる性能の向上を図ることができる。
【００５０】（エ−１）マイクロレンズアレイ 本発明はマイクロレンズアレイの焦点ボケによる再生像
の画質劣化が少ないことを特徴の一つとしているが、マ
イクロレンズの結像性能を向上させることで、さらなる
画質の向上が可能となる。第一にマイクロレンズを非球
面化したり２枚以上のマイクロレンズアレイを貼り合わ
せたりして、複数のマイクロレンズアレイで記録するよ
うにすればレンズの収差を抑制することができる。
【００５１】第２に個々のマイクロレンズの開口数を減
少させても良く、これによればさらに焦点深度を深く
し、ピントのボケを少なくすることができる。このため
には図５のようにマイクロレンズアレイ１の前面にレン
ズアレイとピッチで並んだピンホールアレイ１５を配置
すればよい。
【００５２】（エ−２）露光領域制御 前記実施形態においては露光領域の制限をメカ的なシャ
ッター４と開口３の移動によって実現している。そのよ
うな構成では移動速度が遅く作業時間が長くなる上に振
動・騒音等が発生しやすい場合がある。
【００５３】そこで図６に示すようにマイクロレンズア
レイ１の前面に透過率分布を電子制御できる、例えば液
晶等の空間光変調素子１６を配置し、それらによって移
動する開口３ａを形成すれば、可動部が無く効率のよい
露光領域制御が可能となる。
【００５４】（エ−３）縦視差の除去 前記実施形態ではマトリクス状の複数のマイクロレンズ
を配置されたマイクロレンズアレイを用いているが、記
録時の情報処理量や露光記録時間、マイクロレンズアレ
イの簡素化を図るために図７に示したようなシリンドリ
カルレンズを複数個、一次元方向に配列したレンチキュ
ラーレンズ１７を用いて画像記録装置を構成し、垂直方
向の視差を除去することもできる。
【００５５】この場合、画像の記録時の露光領域は縦に
細長くなるため開口板３およびシャッター４もそのよう
な形状のものを用いる。
【００５６】また、画像表示装置９に表示すべき画像１
０の集合は水平方向の視差のみを有するような視差画像
の集合となる。
【００５７】上記のような構成で記録した３次元像を再
生すると垂直方向の視差は全くなくなるが、人間の立体
認識に特に重要な水平方向の視差と前述の眼の調節機構
を補償する作用(ただし、水平方向のみ)は残るため、立
体知覚における性能劣化は最小限に抑えられる。
【００５８】（エ−４）３次元動画像再生 前記実施形態では画像記録媒体２を用いて３次元静止画
像の出力を開示したが、図８に示すように画像記録面２
ａ上に画像記録媒体２に記録されているのとと同様な画
像情報を表示することができる高解像の画像表示装置１
８を配置すると、露光による記録過程を省いて即効的に
３次元動画像再生を行うことができる。
【００５９】この場合は１つの要素レンズに対応した各
露光領域に画像表示手段で表示したのと同様な記録され
るべき微小画像情報をあらかじめすべてコンピューター
演算によって求めておき、再生時に画像表示装置１８上
に各領域に画像情報を表示すればよい。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、各要素を
特定することにより従来のＩＰ（インテグラルフォト）
方式の３次元像の記録・再生原理を利用して良好なる立
体画像の観察ができる画像記録装置及び画像再生装置を
達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の実施形態１の立体画像記録の説明図
【図３】本発明の実施形態１の立体画像記録の説明図
【図４】本発明の実施形態１の立体画像観察の説明図
【図５】図１の一部分の説明図
【図６】本発明の実施形態２の要部概略図
【図７】本発明の実施形態３の一部分の説明図
【図８】本発明の実施形態４の要部概略図
【図９】従来の立体画像記録装置の要部概略図
【図１０】図９の一部分の説明図
【図１１】従来の立体画像観察装置の立体画像の観察方
法の説明図
【図１２】従来の立体画像観察装置の立体画像の観察方
法の説明図
【符号の説明】
１ レンズアレイ ２ 画像記録手段 ３ 開口板 ４ シャッター手段 ５ 暗箱 ６ 暗幕 ７ 露光領域制御手段 ８ 画像信号発生装置 ９ 画像表示装置 １０ 画像情報 １１ 立体像 １２ 観察者 １３ 瞳 １４ 網膜 １６ 空間光変調素子
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03B 35/24 G02B 27/22 G03B 35/08 H04N 13/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像情報を時系列に表示する画像表示装
    置、該画像表示手段に表示した画像情報を結像する要素
    レンズを複数個、所定のピッチで配列したレンズアレ
    イ、該レンズアレイの結像画に配置した画像記録手段、
    該複数の要素レンズのうちの各要素レンズ毎にその開口
    を通過する光束を制御する光束制御手段とを有し、該光
    束制御手段によって各要素レンズ毎に該画像表示装置に
    時系列に表示した画像情報を該画像記録手段に順次記録
    することを特徴とする画像記録装置。
  2. 【請求項２】 前記光束制御手段は前記要素レンズの開
    口径と略同じ大きさの開口を有する開口板と、該開口板
    の開口を通過する光束を制御するシャッター手段とを有
    し、該開口板とシャッター手段を前記レンズアレイ面に
    沿って走査していることを特徴とする請求項１の画像記
    録装置。
  3. 【請求項３】 前記光束制御手段は透過率分布を電子的
    に制御することができる空間光変調素子を有しているこ
    とを特徴とする請求項１の画像記録装置。
  4. 【請求項４】 前記画像表示装置は互いに異なった画像
    情報を時系列に表示しており、該表示に同期させて前記
    光束制御手段を制御して前記１つの要素レンズで１つの
    画像情報を前記画像記録手段の互いに異なった領域に記
    録していることを特徴とする請求項１，２又は３の画像
    記録装置。
  5. 【請求項５】 前記レンズアレイは微小レンズを複数
    個、２次元的に配列したマイクロレンズアレイより成っ
    ていることを特徴とする請求項１，２，３又は４の画像
    記録装置。
  6. 【請求項６】 前記レンズアレイは１次元方向に屈折力
    を有するシリンドリカルレンズを複数個、所定方向に配
    列したレンチキュラーレンズより成っていることを特徴
    とする請求項１，２，３又は４の画像記録装置。
  7. 【請求項７】 前記微小レンズの有効径は０．５ｍｍ以
    上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５の画像記
    録装置。
  8. 【請求項８】 前記シリンドリカルレンズの屈折力を有
    する方向の有効径は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であるこ
    とを特徴とする請求項６の画像記録装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか１項の画像記
    録装置によって画像情報を記録した画像記録手段と、レ
    ンズアレイとを対向配置し、該画像記録手段側から照明
    した光によって該画像記録手段に記録した画像情報を該
    レンズアレイを介して再生していることを特徴とする画
    像再生装置。
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