JP3368204B2 - 画像記録装置及び画像再生装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
5mm以上2mm以下であること。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
なる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
法の説明図
法の説明図
Claims (9)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (2)
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