JP3898263B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に関し、特に立体像と平面画像の表示を両立させる表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
任意の視点から観視可能な立体テレビジョン方式の一つとして、平面上に配列されたマイクロ凸レンズ群あるいはピンホール群を用いたIntegral Photography（ＩＰ法）が知られている。レンズ群を有するＩＰ表示装置は本出願人による特願平７−８５４３７号によって提案され、実現している。
【０００３】
まず、ＩＰ方式について説明する。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、同一平面上に配置された複数のマイクロ凸レンズからなるレンズ群（レンズ板）５の後方に写真フィルム７を置き、レンズ群５の前方においた被写体１を撮像する。写真フィルム７には、マイクロ凸レンズにより結像された被写体の像（要素画像）６が撮像される。矢印３は撮像方向を示す。次に図１（ｂ）に示すように、撮像後に現像された写真フィルム７をレンズ群５に対して撮影したときのフィルムと同じ位置に配置し、写真フィルムに散乱光８を照射して、レンズ群５に対して写真フィルムを配置した位置と反対側から観視すると立体像２′を見ることができる。矢印４は観視方向を示す。
【０００５】
テレビジョンでこのＩＰ法を実現するために、特願平７−８５４３７号に開示されているように、レンズ群による実像を直接撮像し、その画像群をレンズ群を伴った液晶パネルなどの表示装置に表示する手法が発明されている。また、レンズ群の構成として屈折率分布型の光ファイバを用いる発明が、特願平８−３０７７６３号に記載されている。
【０００６】
一般にＩＰ法では、撮像時にレンズ群を構成する各レンズを通常の凸レンズ１枚と等価なものとした場合に、撮像・現像したフィルムを元の位置に配置すること、あるいは撮像した要素画像を表示装置に表示することは、再生像を被写体に対して奥行きと凹凸が逆になった状態（偽の立体像）を与える。つまり、図１（ｂ）の再生立体像２′は偽の立体像となる。この問題を回避するためには、各要素画像をそれぞれ点対称に変換（凹凸変換）すればよいことが知られている。
【０００７】
このようなレンズ群を有するＩＰ表示装置において、同一の表示素子に平面画像を表示し、そのまま平面画像を観視させる方法として、当該レンズ群を取り外すことが当然の方法として考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＩＰ表示装置で平面画像を表示し、観視させるためにレンズ群を取り外すということは以下のような問題を含んでいる。
【０００９】
第１に、平面画像表示時にレンズ群を取り外した場合、平面画像表示後に再び立体画像を観視する際には、取り外したレンズ群を所定の位置に再配置することが必要となり、煩雑である。
【００１０】
第２に、レンズ群を除去、再配置することを自動的に行うことは、装置自体が大規模なものとなることが予想され、簡便さに欠ける。
【００１１】
第３に、簡便のためにレンズ群の再配置を手動で行うことは、位置合わせの正確性に欠ける。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決し、簡単な構成で立体像と平面画像の表示を両立し得る画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系と、前記表示素子面と前記光学系との相対的な位置関係を、前記立体像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた状態にして前記インテグラルフォトグラフィの画像を表示し、前記平面像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた状態にして前記平面像を表示するように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段とを具えている。
【００１５】
さらに、本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、前記立体像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第１の表示素子と、前記平面像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第２の表示素子と、前記第１および第２の表示素子のそれぞれの表示素子面上の被写体画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系とを具え、観視者側から前記光学系と前記第１の表示素子と前記第２の表示素子の順に並設され、前記第１の表示素子を、該第１の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた位置に配置し、前記第２の表示素子を、該第２の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた位置に配置し、さらに、前記立体像の表示時には前記第１の表示素子を不透明状態とし、前記平面像の表示時には前記第１の表示素子を透明状態にする切り換え手段とを具えている。
【００１６】
上述した画像表示装置において、前記第１の表示素子が液晶パネルであること、前記光学系が正立像を結像する光学系であることが好ましい。
【００１７】
上述した画像表示装置において、前記光学系は倒立像を結像する光学系であってもよく、この場合には、前記倒立像を結像する光学系がマイクロ凸レンズを２次元状に配置したマイクロ凸レンズ板であることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、マイクロ凸レンズを２次元状に配置した第１及び第２のマイクロ凸レンズ群からなる光学系と、前記第１のマイクロ凸レンズ群と第２のマイクロ凸レンズ群の相対的な位置関係を、前記表示素子面と前記第１のマイクロ凸レンズ群の距離を該第１のマイクロ凸レンズ群の焦点距離の２倍として、前記立体像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の３倍にし、前記平面像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の４倍にするように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段とを具えている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態においては、画像を観視せしめるための光学系を、屈折率が半径方向において変化している屈折率分布レンズ（光ファイバ）を２次元的に配置した屈折率分布レンズ群で構成する。立体像表示時には、屈折率分布レンズ群を機械的に駆動して、立体像表示用の要素画像が表示されている表示素子面が屈折率分布レンズの物体側焦点面と一致するように、屈折率分布レンズ群と表示素子面の位置を制御する。平面画像表示時には、屈折率分布レンズの位置を、平面画像表示のための要素画像が表示されている表示素子面が屈折率分布レンズの物体側主平面と一致する位置に切り換える。屈折率分布レンズ群と表示素子面の位置の切り換えには、表示素子を駆動してもよい。
【００２１】
または、屈折率分布レンズ群と、立体像表示用の表示素子と、平面画像表示用の表示素子とを、立体像表示用の表示素子をその表示素子面が屈折率分布レンズの物体側焦点面と一致する位置に、平面画像表示用の表示素子をその表示素子面が屈折率分布レンズの物体側主平面と一致する位置に配置し、立体像表示時には立体像表示素子を不透明状態にして立体像表示用の表示素子面に立体像表示用の要素画像を再生表示し、平面画像表示時には立体像表示用の表示素子を透明状態にした上で平面画像表示用の表示素子面に平面画像を再生表示してもよい。
【００２２】
【実施例】
実施例１
本発明の第１の実施例について説明する。
【００２３】
本実施例では、表示装置のレンズ群を構成するレンズを図２に示す屈折率分布レンズ（光ファイバ）１０で構成する。図２においてＺは屈折率分布レンズの長さ、１１はその光軸を示す。屈折率分布レンズ１０を図３（ａ）に示すように１列おきに各レンズが半径分だけずれるように２次元的に配置し、あるいは図３（ｂ）に示すように全ての列においてレンズの高さが揃うように２次元的に配置してレンズ群１２を構成する。この場合、屈折率分布レンズ長Ｚは、特願平８−３０７７６３号に記載されているように、
【００２４】
【数１】
【００２５】
とする。ここで、Ａは屈折率分布レンズの屈折率分布定数を示すものとする。各屈折率分布レンズの屈折率分布およびレンズ長は実質的に等しい。また、それらの配置は生成すべき画像の要素画像の配置に対応している。
【００２６】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図４に示す。液晶パネルその他の表示素子１３の表示素子面１３Ａには、前述したＩＰ法によって被写体の像（要素画像）６が形成されている。立体像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた状態にすることで立体像２の観察が可能になる。なお、この場合、表示素子面１３Ａに形成された要素画像から再生像を得るので、表示素子面側が物体側である。この状態で屈折率分布レンズ群１２を構成する各屈折率分布レンズ１０は、前述した凹凸変換の作用を持つ。
【００２７】
次に、本実施例における平面像表示時の表示装置の断面図を図５に示す。平面像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた状態にする。ここで、表示素子面１３Ａに形成されている平面画像は、通常の撮像手段で撮像された一般的な平面画像である。
【００２８】
【数２】
【００２９】
の領域では、図６に示すように、物体側主平面１５が屈折率分布レンズ１０の入射端面の物体側、像側主平面１６が屈折率分布レンズ１０の出射端面の像側に存在し、この状態で屈折率分布レンズは、物体側主平面１５に置かれた物体１５Ａの正立等倍像１６Ａを像側主平面１６に結像する。従って、図５に示すように、屈折率分布レンズ群全体としての物体側主平面１５に表示素子面１３Ａを配置すれば、屈折率分布レンズ群全体としての像側主平面１６上に表示素子面１３Ａに表示された平面画像が平面画像１４として再現される。なお、図５、図６において、Ｌ1 およびＬ2 はそれぞれ屈折率分布レンズ１０の物体側主点距離および像側主点距離を表す。
【００３０】
上述した二つの状態を切り換えることによって、立体像表示と平面画像表示とを単一の装置で実現することができる。まず、屈折率分布レンズ群１２と表示素子１３との位置を機械的に変化させる方法について、その断面図を図７（ａ）、（ｂ）に示す。図７（ａ）では、屈折率分布レンズ群１２は台２０に固定され、表示素子１３は台２１に固定されて、それぞれステージ１９上に設置され、台２０は水平方向に駆動可能である。立体像表示時と平面画像表示時で台２０を駆動し、前者の場合は表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた状態に、後者の場合は表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた状態に切り換える。図７（ｂ）では、屈折率分布レンズ群１２の台２０を固定にし、表示素子１３の台２１を水平方向に駆動可能とし、立体像表示時と、平面画像表示時とで、表示素子の位置を移動して、上記と同様に屈折率分布レンズ群１２と表示素子面１３Ａの相対的位置を実効的に切り換える。そして、台２１上に固定する表示素子に表示する要素画像として立体像と平面画像を電気的に切り換えればよい。
【００３１】
次に選択する表示素子面を切り換える方法について、その断面図を図８に示す。ここでは、立体像用の表示素子２２と平面画像用の表示素子２３を別個に用意し、それぞれその表示素子面２２Ａ，２３Ａが屈折率分布レンズ群１２に対して先に説明した位置に配置されるように、すなわち、表示素子面２２Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた位置に、表示素子面２３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた位置に、表示素子２２と表示素子２３を固定しておく。立体像表示時の動作は先に説明したとおりである。このとき、立体像表示用の表示素子２２を不透明状態にしておけば、背後の平面画像用表示素子の表示素子面２３Ａに表示されている画像の影響を受けることがない。平面画像表示時には、平面画像用の表示素子２３と屈折率分布レンズ群１２との間に立体像用の表示素子２２が位置しているので、表示素子２２を透明状態にし、平面画像表示用の表示素子面２３Ａを選択することができる。表示素子２２を液晶パネルで構成すれば、電源、電極など図示しない系統の電気的な操作によって透明−不透明の切り換えが可能である。
【００３２】
実施例２
本発明の第２の実施例について説明する。
【００３３】
本実施例の表示装置においては、屈折率分布レンズ長Ｚが
【００３４】
【数３】
【００３５】
である屈折率分布レンズを実施例１と同様に２次元状に配置して屈折率分布レンズ群を構成する。
【００３６】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図９に示す。本実施例においても立体像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズの物体側焦点面１７を一致させた状態にすることことで立体像２の観視が可能となる。本実施例においては、前述した凹凸変換は撮影時に行うものとする。
【００３７】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図１０に示す。平面画像表示時には、表示素子面１３Ａが屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍離れた距離に位置するようにし、像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍離れた位置の平面２５上に、平面画像１４を結像させる。図１１に示すように、
【００３８】
【数４】
【００３９】
の状態で屈折率分布レンズ１０は、物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍（２Ｌ3 ）離れた平面２７上にある物体２７Ａの倒立像２８Ａを像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍（２Ｌ4 ）離れた平面２８上に結像する。従って、図１０に示すように、屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍離れた位置におかれた表示素子面１３Ａに、元となる平面画像を各屈折率分布レンズ１０の開口角αで定められる領域内でそれぞれ各レンズの光軸に対して点対称に変換した平面要素画像を表示しておけば、屈折率分布レンズ群１２全体としての像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍離れた平面２５上に元の平面画像が再生平面画像１４として再現される。本実施例において、表示素子面１３Ａに表示される平面画像は実施例１のような一般的な平面画像ではなく、各屈折率分布レンズの所定領域内でそれぞれ各レンズの光軸に対して点対称に変換した平面画像であるから、一般的な平面画像をこのように変換する変換装置が必要である。
【００４０】
上述した二つの状態を切り換えることにより、立体像表示と平面画像表示を単一の装置で実現することができる。その方法には、屈折率分布レンズ群と表示素子の表示素子面との位置関係を機械的に切り換える方法と、選択する表示素子面を切り換える方法との二つがある。前者の機械的な方法は、立体像表示時には、表示素子面と屈折率分布レンズ群の物体側焦点面を一致させた状態にし、平面画像表示時には、表示素子面が屈折率分布レンズ群の物体側主平面から物体側焦点距離の２倍離れた距離に位置するように、切り換える。その具体的な手法は実施例１について説明したのと全く同様なので、説明を省略する。後者の場合について、断面図を図１２に示す。立体像表示用の表示素子２２の表示素子面２２Ａと屈折率分布レンズ群の物体側焦点面１７を一致させた状態にし、平面画像表示用の表示素子２３の表示素子面２３Ａが屈折率分布レンズ群の物体側主平面から物体側焦点距離の２倍離れた距離（２Ｌ3 ）に位置するように、表示素子２２と表示素子２３を配置する。立体像表示時の動作は先に説明したとおりである。平面画像表示時には、平面画像用の表示素子２３と屈折率分布レンズ群１２との間に立体像用の表示素子２２が位置しているので、表示素子２２を透明状態にする。そのためには、電気的な操作によって透明−不透明の切り換えが可能な液晶パネルを表示素子２２として用いるのがよい。
【００４１】
実施例３
本発明の第３の実施例について説明する。
【００４２】
本実施例では、表示装置のレンズ群を図１３に示すマイクロ凸レンズ３０で構成する。ｆｍはマイクロ凸レンズ３０の焦点距離を表す。このマイクロ凸レンズ３０を図１４に示すように２次元状に配列してマイクロ凸レンズ群（マイクロ凸レンズ板）３１を構成する。マイクロ凸レンズ３０の配置は、表示素子面上に表示された再現すべき像の要素画像の配置に対応している。本実施例では、このようなマイクロ凸レンズ群２組を用いる。
【００４３】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図１５に示す。立体像表示時には、表示素子１３の表示素子面１３Ａと第１のマイクロ凸レンズ群３２の距離Ｌ5 をマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍの２倍とし、第１のマイクロ凸レン群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３との距離Ｌ6 を焦点距離ｆｍの３倍とした状態で第２のマイクロ凸レンズ群３３側から観視することで表示素子面１３Ａ上に表示された画像の立体像の観視が可能となる。この状態で２組のマイクロ凸レンズ群は前述の凹凸変換の作用を持つ。
【００４４】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図１６に示す。平面画像表示時には、第１のマイクロ凸レンズ群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３の距離を焦点距離の４倍であるＬ7 へ変化させる。図１７に示すように、マイクロ凸レンズを薄肉レンズとして考えると、マイクロ凸レンズ３４および３５を距離Ｌ7 （４ｆｍ）離して配置した場合、マイクロ凸レンズ３４の物体側へ距離Ｌ5 （２ｆｍ）離れた位置にある物体３６の倒立等倍像３７が像側Ｌ5 （２ｆｍ）の位置にマイクロ凸レンズ３４によって結像され、この倒立等倍像３７の倒立等倍像３８（物体３６の正立等倍像）がマイクロ凸レンズ３５の像側Ｌ5 （２ｆｍ）の位置に結像される。従って、図１６のようにマイクロ凸レンズ群３２から物体側へ２ｆｍ離れた位置に平面画像が表示された表示素子面１３Ａを配置すれば、マイクロ凸レンズ群３３の像側へ２ｆｍ離れた位置に平面画像１４が再現される。この場合には、表示素子面１３Ａ上に表示される平面画像は、実施例１のような一般的な平面画像でよい。
【００４５】
これら二つの状態を切り換えることにより、立体像表示と平面画像表示とを単一の表示装置で実現することができる。その表示装置の断面図を図１８に示す。ステージ１９上の駆動可能な台２０に第２のマイクロ凸レンズ群３３を固定し、固定台２１上に第１のマイクロ凸レンズ群３２と表示素子１３とをマイクロ凸レンズ群３２と表示素子面の距離を２ｆｍ（Ｌ5 ）として固定する。そして、台２０を駆動して、第１のマイクロ凸レンズ群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３の距離を立体像表示時には３ｆｍに、平面画像表示時には４ｆｍに切り換える。もちろん、台２０を固定に、台２１を駆動可能としてもよい。なお、本実施例ではマイクロ凸レンズ板２枚を用いる手法について述べたが、収差等を考慮して２枚以上の複合レンズ群を用いる場合にも、光学系を構成するレンズの相互の位置関係を切り換えることにより立体像表示と平面画像表示を単一の表示装置で実現することができる。すなわち、立体像表示時には前述の凹凸変換の作用を持たせるように複合レンズ群を配置し、平面画像表示時には各マイクロレンズに対応する領域の画像の正立等倍像を結像するように複合レンズ群を実効的に配置すればよい。
【００４６】
実施例４
本発明の第４の実施例を説明する。本実施例では表示装置のレンズ群を実施例３で述べたマイクロ凸レンズ群３１の１組で構成する。
【００４７】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図１９に示す。立体像表示時には、表示素子面１３Ａとマイクロ凸レンズ群３１との距離をマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍにすることで、表示素子面をマイクロ凸レンズ側から観察することによって立体像２の観視が可能となる。本実施例においては、前述の凹凸変換は撮像時に行われる。
【００４８】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図２０に示す。マイクロ凸レンズ３０を薄肉レンズとして考えれば、図２１に示すように、マイクロ凸レンズ３０は、その主平面３９から物体側に距離Ｌ5 （焦点距離ｆｍの２倍）離れた平面上にある物体３６の倒立等倍像３７を主平面３９から像側へ距離Ｌ5 （焦点距離ｆｍの２倍）離れた平面上に結像する。従って、図２０に示すように、マイクロ凸レンズ群３１から物体側へ２ｆｍ離れた位置におかれた表示素子面１３Ａに実施例２と同じように元となる平面画像をマイクロ凸レンズ群３１を構成する各マイクロ凸レンズに対応する領域内でそれぞれ点対称に変換した平面画像を表示すれば、マイクロ凸レンズ群３１から像側へ２ｆｍ離れた位置に元の平面画像１４が再現される。
【００４９】
これら二つの状態を切り換えることによって、立体像表示と平面画像表示を単一の装置で実現することができる。まず、マイクロ凸レンズ群３１と表示素子面１３Ａの位置関係の変化を機械的に行う手法について、その断面図を図２２に示す。図２２（ａ）では、ステージ１９上で水平方向に駆動可能な台２０にマイクロ凸レンズ群３１を固定し、固定台２１上に表示素子１３を固定する。図２２（ｂ）では台２０を固定とし、台２１をステージ１９上で水平方向に駆動可能とする。いずれの場合にも、台２０または台２１を駆動して、マイクロ凸レンズ群３１と表示素子面１３Ａの距離を、立体像表示時にはマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍに、平面画像表示の場合は２ｆｍに切り換える。
【００５０】
次に選択する表示素子面を切り換える手法について、その断面図を図２３に示す。立体像表示用の表示素子２２と平面画像表示用の表示素子２３を、それぞれの表示素子面２２Ａ、２３Ａがマイクロ凸レンズ群３１から焦点距離ｆｍ、およびその２倍の距離２ｆｍだけ離れて位置するように、予め配置しておく。立体像の表示時には前述したとおり表示素子２２を不透明状態として表示素子面２２Ａを選択する。平面画像表示時には立体像表示用の表示素子２２を透明状態にして表示素子面２３Ａを選択する。そのためには、実施例１で説明したように、電気的な操作で透明−不透明の状態変化が可能な液晶パネルを立体像表示素子２２として用いることが好ましい。実施例２と同じように一般的な平面画像を入力とする場合には、変換装置が必要である。
【００５１】
始めに説明したように、ＩＰ法はテレビジョン方式に用いることができるので、以上の実施例は静止画、動画のいずれにも適用可能なことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で立体像と平面画像の双方を単一の装置で実現することができる。特に、動立体像の撮像ではＩＰ方式を用い、平面動画像の撮像では通常のテレビジョンカメラを用いた場合、動立体像表示用光学系と平面動画像表示用光学系の簡単な切り換えにより、単一の装置による動立体像と平面動画像の表示を可能とする動立体像・平面動画像両立型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＰ方式を説明する模式図である。
【図２】屈折率分布レンズを示す斜視図である。
【図３】屈折率分布レンズ群を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図６】屈折率分布レンズによる正立等倍像の形成を説明する図である。
【図７】第１の実施例における屈折率分布レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図８】第１の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図１１】屈折率分布レンズによる倒立等倍像の形成を説明する図である。
【図１２】第２の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【図１３】マイクロ凸レンズを示す斜視図である。
【図１４】マイクロ凸レンズ群を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図１７】マイクロ凸レンズによる正立等倍像の形成を説明する図である。
【図１８】第３の実施例におけるマイクロ凸レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図２１】マイクロ凸レンズによる倒立等倍像の形成を説明する図である。
【図２２】第４の実施例におけるマイクロ凸レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図２３】第４の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 被写体
２ 立体像
２′ 偽の立体像
３ 撮像方向
４ 観視方向
５ レンズ板
６ 要素画像
７ フィルム
８ 散乱光
１０ 屈折率分布レンズ
１１ 屈折率分布レンズの光軸
１２ 屈折率分布レンズ群
１３ 表示素子
１３Ａ 表示素子面
１４ 再生平面画像
１５ 屈折率分布レンズの物体側主平面
１５Ａ 物体
１６ 屈折率分布レンズの像側主平面
１６Ａ 正立等倍像
１７ 屈折率分布レンズの物体側焦点面
１９ ステージ
２０ 台（固定台または駆動可能台）
２１ 台（固定台または駆動可能台）
２２ 立体像表示用表示素子
２２Ａ 立体像表示用表示素子の表示素子面
２３ 平面画像表示用表示素子
２３Ａ 平面画像表示用表示素子の表示素子面
２７ 屈折率分布レンズの物体側主平面より物体側へ物体側焦点距離の２倍離れた位置にある平面
２８ 屈折率分布レンズの像側主平面より像側へ像側焦点距離の２倍離れた位置にある平面
３０ マイクロ凸レンズ
３１ マイクロ凸レンズ群
３２ 第１のマイクロ凸レンズ群
３３ 第２のマイクロ凸レンズ群
３４，３５ マイクロ凸レンズ
３６ 物体
３７ 倒立等倍像
３８ 正立等倍像
３９ マイクロ凸レンズ主平面
Ｚ 屈折率分布レンズ長
Ｌ1 屈折率分布レンズの物体側主点距離
Ｌ2 屈折率分布レンズの像側主点距離
Ｌ3 屈折率分布レンズの物体側焦点距離
Ｌ4 屈折率分布レンズの像側焦点距離
α 屈折率分布レンズの開口角
ｆｍ マイクロ凸レンズの焦点距離
Ｌ5 マイクロ凸レンズの焦点距離の２倍
Ｌ6 マイクロ凸レンズの焦点距離の３倍
Ｌ7 マイクロ凸レンズの焦点距離の４倍
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に関し、特に立体像と平面画像の表示を両立させる表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
任意の視点から観視可能な立体テレビジョン方式の一つとして、平面上に配列されたマイクロ凸レンズ群あるいはピンホール群を用いたIntegral Photography（ＩＰ法）が知られている。レンズ群を有するＩＰ表示装置は本出願人による特願平７−８５４３７号によって提案され、実現している。
【０００３】
まず、ＩＰ方式について説明する。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、同一平面上に配置された複数のマイクロ凸レンズからなるレンズ群（レンズ板）５の後方に写真フィルム７を置き、レンズ群５の前方においた被写体１を撮像する。写真フィルム７には、マイクロ凸レンズにより結像された被写体の像（要素画像）６が撮像される。矢印３は撮像方向を示す。次に図１（ｂ）に示すように、撮像後に現像された写真フィルム７をレンズ群５に対して撮影したときのフィルムと同じ位置に配置し、写真フィルムに散乱光８を照射して、レンズ群５に対して写真フィルムを配置した位置と反対側から観視すると立体像２′を見ることができる。矢印４は観視方向を示す。
【０００５】
テレビジョンでこのＩＰ法を実現するために、特願平７−８５４３７号に開示されているように、レンズ群による実像を直接撮像し、その画像群をレンズ群を伴った液晶パネルなどの表示装置に表示する手法が発明されている。また、レンズ群の構成として屈折率分布型の光ファイバを用いる発明が、特願平８−３０７７６３号に記載されている。
【０００６】
一般にＩＰ法では、撮像時にレンズ群を構成する各レンズを通常の凸レンズ１枚と等価なものとした場合に、撮像・現像したフィルムを元の位置に配置すること、あるいは撮像した要素画像を表示装置に表示することは、再生像を被写体に対して奥行きと凹凸が逆になった状態（偽の立体像）を与える。つまり、図１（ｂ）の再生立体像２′は偽の立体像となる。この問題を回避するためには、各要素画像をそれぞれ点対称に変換（凹凸変換）すればよいことが知られている。
【０００７】
このようなレンズ群を有するＩＰ表示装置において、同一の表示素子に平面画像を表示し、そのまま平面画像を観視させる方法として、当該レンズ群を取り外すことが当然の方法として考えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＩＰ表示装置で平面画像を表示し、観視させるためにレンズ群を取り外すということは以下のような問題を含んでいる。
【０００９】
第１に、平面画像表示時にレンズ群を取り外した場合、平面画像表示後に再び立体画像を観視する際には、取り外したレンズ群を所定の位置に再配置することが必要となり、煩雑である。
【００１０】
第２に、レンズ群を除去、再配置することを自動的に行うことは、装置自体が大規模なものとなることが予想され、簡便さに欠ける。
【００１１】
第３に、簡便のためにレンズ群の再配置を手動で行うことは、位置合わせの正確性に欠ける。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決し、簡単な構成で立体像と平面画像の表示を両立し得る画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系と、前記表示素子面と前記光学系との相対的な位置関係を、前記立体像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた状態にして前記インテグラルフォトグラフィの画像を表示し、前記平面像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた状態にして前記平面像を表示するように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段とを具えている。
【００１５】
さらに、本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、前記立体像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第１の表示素子と、前記平面像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第２の表示素子と、前記第１および第２の表示素子のそれぞれの表示素子面上の被写体画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系とを具え、観視者側から前記光学系と前記第１の表示素子と前記第２の表示素子の順に並設され、前記第１の表示素子を、該第１の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた位置に配置し、前記第２の表示素子を、該第２の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた位置に配置し、さらに、前記立体像の表示時には前記第１の表示素子を不透明状態とし、前記平面像の表示時には前記第１の表示素子を透明状態にする切り換え手段とを具えている。
【００１６】
上述した画像表示装置において、前記第１の表示素子が液晶パネルであること、前記光学系が正立像を結像する光学系であることが好ましい。
【００１７】
上述した画像表示装置において、前記光学系は倒立像を結像する光学系であってもよく、この場合には、前記倒立像を結像する光学系がマイクロ凸レンズを２次元状に配置したマイクロ凸レンズ板であることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、本発明による画像表示装置は、立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、マイクロ凸レンズを２次元状に配置した第１及び第２のマイクロ凸レンズ群からなる光学系と、前記第１のマイクロ凸レンズ群と第２のマイクロ凸レンズ群の相対的な位置関係を、前記表示素子面と前記第１のマイクロ凸レンズ群の距離を該第１のマイクロ凸レンズ群の焦点距離の２倍として、前記立体像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の３倍にし、前記平面像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の４倍にするように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段とを具えている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態においては、画像を観視せしめるための光学系を、屈折率が半径方向において変化している屈折率分布レンズ（光ファイバ）を２次元的に配置した屈折率分布レンズ群で構成する。立体像表示時には、屈折率分布レンズ群を機械的に駆動して、立体像表示用の要素画像が表示されている表示素子面が屈折率分布レンズの物体側焦点面と一致するように、屈折率分布レンズ群と表示素子面の位置を制御する。平面画像表示時には、屈折率分布レンズの位置を、平面画像表示のための要素画像が表示されている表示素子面が屈折率分布レンズの物体側主平面と一致する位置に切り換える。屈折率分布レンズ群と表示素子面の位置の切り換えには、表示素子を駆動してもよい。
【００２１】
または、屈折率分布レンズ群と、立体像表示用の表示素子と、平面画像表示用の表示素子とを、立体像表示用の表示素子をその表示素子面が屈折率分布レンズの物体側焦点面と一致する位置に、平面画像表示用の表示素子をその表示素子面が屈折率分布レンズの物体側主平面と一致する位置に配置し、立体像表示時には立体像表示素子を不透明状態にして立体像表示用の表示素子面に立体像表示用の要素画像を再生表示し、平面画像表示時には立体像表示用の表示素子を透明状態にした上で平面画像表示用の表示素子面に平面画像を再生表示してもよい。
【００２２】
【実施例】
実施例１
本発明の第１の実施例について説明する。
【００２３】
本実施例では、表示装置のレンズ群を構成するレンズを図２に示す屈折率分布レンズ（光ファイバ）１０で構成する。図２においてＺは屈折率分布レンズの長さ、１１はその光軸を示す。屈折率分布レンズ１０を図３（ａ）に示すように１列おきに各レンズが半径分だけずれるように２次元的に配置し、あるいは図３（ｂ）に示すように全ての列においてレンズの高さが揃うように２次元的に配置してレンズ群１２を構成する。この場合、屈折率分布レンズ長Ｚは、特願平８−３０７７６３号に記載されているように、
【００２４】
【数１】
とする。ここで、Ａは屈折率分布レンズの屈折率分布定数を示すものとする。各屈折率分布レンズの屈折率分布およびレンズ長は実質的に等しい。また、それらの配置は生成すべき画像の要素画像の配置に対応している。
【００２６】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図４に示す。液晶パネルその他の表示素子１３の表示素子面１３Ａには、前述したＩＰ法によって被写体の像（要素画像）６が形成されている。立体像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた状態にすることで立体像２の観察が可能になる。なお、この場合、表示素子面１３Ａに形成された要素画像から再生像を得るので、表示素子面側が物体側である。この状態で屈折率分布レンズ群１２を構成する各屈折率分布レンズ１０は、前述した凹凸変換の作用を持つ。
【００２７】
次に、本実施例における平面像表示時の表示装置の断面図を図５に示す。平面像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた状態にする。ここで、表示素子面１３Ａに形成されている平面画像は、通常の撮像手段で撮像された一般的な平面画像である。
【００２８】
【数２】
の領域では、図６に示すように、物体側主平面１５が屈折率分布レンズ１０の入射端面の物体側、像側主平面１６が屈折率分布レンズ１０の出射端面の像側に存在し、この状態で屈折率分布レンズは、物体側主平面１５に置かれた物体１５Ａの正立等倍像１６Ａを像側主平面１６に結像する。従って、図５に示すように、屈折率分布レンズ群全体としての物体側主平面１５に表示素子面１３Ａを配置すれば、屈折率分布レンズ群全体としての像側主平面１６上に表示素子面１３Ａに表示された平面画像が平面画像１４として再現される。なお、図５、図６において、Ｌ1 およびＬ2 はそれぞれ屈折率分布レンズ１０の物体側主点距離および像側主点距離を表す。
【００３０】
上述した二つの状態を切り換えることによって、立体像表示と平面画像表示とを単一の装置で実現することができる。まず、屈折率分布レンズ群１２と表示素子１３との位置を機械的に変化させる方法について、その断面図を図７（ａ）、（ｂ）に示す。図７（ａ）では、屈折率分布レンズ群１２は台２０に固定され、表示素子１３は台２１に固定されて、それぞれステージ１９上に設置され、台２０は水平方向に駆動可能である。立体像表示時と平面画像表示時で台２０を駆動し、前者の場合は表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた状態に、後者の場合は表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた状態に切り換える。図７（ｂ）では、屈折率分布レンズ群１２の台２０を固定にし、表示素子１３の台２１を水平方向に駆動可能とし、立体像表示時と、平面画像表示時とで、表示素子の位置を移動して、上記と同様に屈折率分布レンズ群１２と表示素子面１３Ａの相対的位置を実効的に切り換える。そして、台２１上に固定する表示素子に表示する要素画像として立体像と平面画像を電気的に切り換えればよい。
【００３１】
次に選択する表示素子面を切り換える方法について、その断面図を図８に示す。ここでは、立体像用の表示素子２２と平面画像用の表示素子２３を別個に用意し、それぞれその表示素子面２２Ａ，２３Ａが屈折率分布レンズ群１２に対して先に説明した位置に配置されるように、すなわち、表示素子面２２Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側焦点面１７とを一致させた位置に、表示素子面２３Ａと屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５とを一致させた位置に、表示素子２２と表示素子２３を固定しておく。立体像表示時の動作は先に説明したとおりである。このとき、立体像表示用の表示素子２２を不透明状態にしておけば、背後の平面画像用表示素子の表示素子面２３Ａに表示されている画像の影響を受けることがない。平面画像表示時には、平面画像用の表示素子２３と屈折率分布レンズ群１２との間に立体像用の表示素子２２が位置しているので、表示素子２２を透明状態にし、平面画像表示用の表示素子面２３Ａを選択することができる。表示素子２２を液晶パネルで構成すれば、電源、電極など図示しない系統の電気的な操作によって透明−不透明の切り換えが可能である。
【００３２】
実施例２
本発明の第２の実施例について説明する。
【００３３】
本実施例の表示装置においては、屈折率分布レンズ長Ｚが
【００３４】
【数３】
である屈折率分布レンズを実施例１と同様に２次元状に配置して屈折率分布レンズ群を構成する。
【００３６】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図９に示す。本実施例においても立体像表示時には、表示素子面１３Ａと屈折率分布レンズの物体側焦点面１７を一致させた状態にすることことで立体像２の観視が可能となる。本実施例においては、前述した凹凸変換は撮影時に行うものとする。
【００３７】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図１０に示す。平面画像表示時には、表示素子面１３Ａが屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍離れた距離に位置するようにし、像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍離れた位置の平面２５上に、平面画像１４を結像させる。図１１に示すように、
【００３８】
【数４】
の状態で屈折率分布レンズ１０は、物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍（２Ｌ3 ）離れた平面２７上にある物体２７Ａの倒立像２８Ａを像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍（２Ｌ4 ）離れた平面２８上に結像する。従って、図１０に示すように、屈折率分布レンズ群１２の物体側主平面１５から物体側焦点距離Ｌ3 の２倍離れた位置におかれた表示素子面１３Ａに、元となる平面画像を各屈折率分布レンズ１０の開口角αで定められる領域内でそれぞれ各レンズの光軸に対して点対称に変換した平面要素画像を表示しておけば、屈折率分布レンズ群１２全体としての像側主平面１６から像側焦点距離Ｌ4 の２倍離れた平面２５上に元の平面画像が再生平面画像１４として再現される。本実施例において、表示素子面１３Ａに表示される平面画像は実施例１のような一般的な平面画像ではなく、各屈折率分布レンズの所定領域内でそれぞれ各レンズの光軸に対して点対称に変換した平面画像であるから、一般的な平面画像をこのように変換する変換装置が必要である。
【００４０】
上述した二つの状態を切り換えることにより、立体像表示と平面画像表示を単一の装置で実現することができる。その方法には、屈折率分布レンズ群と表示素子の表示素子面との位置関係を機械的に切り換える方法と、選択する表示素子面を切り換える方法との二つがある。前者の機械的な方法は、立体像表示時には、表示素子面と屈折率分布レンズ群の物体側焦点面を一致させた状態にし、平面画像表示時には、表示素子面が屈折率分布レンズ群の物体側主平面から物体側焦点距離の２倍離れた距離に位置するように、切り換える。その具体的な手法は実施例１について説明したのと全く同様なので、説明を省略する。後者の場合について、断面図を図１２に示す。立体像表示用の表示素子２２の表示素子面２２Ａと屈折率分布レンズ群の物体側焦点面１７を一致させた状態にし、平面画像表示用の表示素子２３の表示素子面２３Ａが屈折率分布レンズ群の物体側主平面から物体側焦点距離の２倍離れた距離（２Ｌ3 ）に位置するように、表示素子２２と表示素子２３を配置する。立体像表示時の動作は先に説明したとおりである。平面画像表示時には、平面画像用の表示素子２３と屈折率分布レンズ群１２との間に立体像用の表示素子２２が位置しているので、表示素子２２を透明状態にする。そのためには、電気的な操作によって透明−不透明の切り換えが可能な液晶パネルを表示素子２２として用いるのがよい。
【００４１】
実施例３
本発明の第３の実施例について説明する。
【００４２】
本実施例では、表示装置のレンズ群を図１３に示すマイクロ凸レンズ３０で構成する。ｆｍはマイクロ凸レンズ３０の焦点距離を表す。このマイクロ凸レンズ３０を図１４に示すように２次元状に配列してマイクロ凸レンズ群（マイクロ凸レンズ板）３１を構成する。マイクロ凸レンズ３０の配置は、表示素子面上に表示された再現すべき像の要素画像の配置に対応している。本実施例では、このようなマイクロ凸レンズ群２組を用いる。
【００４３】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図１５に示す。立体像表示時には、表示素子１３の表示素子面１３Ａと第１のマイクロ凸レンズ群３２の距離Ｌ5 をマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍの２倍とし、第１のマイクロ凸レン群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３との距離Ｌ6 を焦点距離ｆｍの３倍とした状態で第２のマイクロ凸レンズ群３３側から観視することで表示素子面１３Ａ上に表示された画像の立体像の観視が可能となる。この状態で２組のマイクロ凸レンズ群は前述の凹凸変換の作用を持つ。
【００４４】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図１６に示す。平面画像表示時には、第１のマイクロ凸レンズ群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３の距離を焦点距離の４倍であるＬ7 へ変化させる。図１７に示すように、マイクロ凸レンズを薄肉レンズとして考えると、マイクロ凸レンズ３４および３５を距離Ｌ7 （４ｆｍ）離して配置した場合、マイクロ凸レンズ３４の物体側へ距離Ｌ5 （２ｆｍ）離れた位置にある物体３６の倒立等倍像３７が像側Ｌ5 （２ｆｍ）の位置にマイクロ凸レンズ３４によって結像され、この倒立等倍像３７の倒立等倍像３８（物体３６の正立等倍像）がマイクロ凸レンズ３５の像側Ｌ5 （２ｆｍ）の位置に結像される。従って、図１６のようにマイクロ凸レンズ群３２から物体側へ２ｆｍ離れた位置に平面画像が表示された表示素子面１３Ａを配置すれば、マイクロ凸レンズ群３３の像側へ２ｆｍ離れた位置に平面画像１４が再現される。この場合には、表示素子面１３Ａ上に表示される平面画像は、実施例１のような一般的な平面画像でよい。
【００４５】
これら二つの状態を切り換えることにより、立体像表示と平面画像表示とを単一の表示装置で実現することができる。その表示装置の断面図を図１８に示す。ステージ１９上の駆動可能な台２０に第２のマイクロ凸レンズ群３３を固定し、固定台２１上に第１のマイクロ凸レンズ群３２と表示素子１３とをマイクロ凸レンズ群３２と表示素子面の距離を２ｆｍ（Ｌ5 ）として固定する。そして、台２０を駆動して、第１のマイクロ凸レンズ群３２と第２のマイクロ凸レンズ群３３の距離を立体像表示時には３ｆｍに、平面画像表示時には４ｆｍに切り換える。もちろん、台２０を固定に、台２１を駆動可能としてもよい。なお、本実施例ではマイクロ凸レンズ板２枚を用いる手法について述べたが、収差等を考慮して２枚以上の複合レンズ群を用いる場合にも、光学系を構成するレンズの相互の位置関係を切り換えることにより立体像表示と平面画像表示を単一の表示装置で実現することができる。すなわち、立体像表示時には前述の凹凸変換の作用を持たせるように複合レンズ群を配置し、平面画像表示時には各マイクロレンズに対応する領域の画像の正立等倍像を結像するように複合レンズ群を実効的に配置すればよい。
【００４６】
実施例４
本発明の第４の実施例を説明する。本実施例では表示装置のレンズ群を実施例３で述べたマイクロ凸レンズ群３１の１組で構成する。
【００４７】
本実施例における立体像表示時の表示装置の断面図を図１９に示す。立体像表示時には、表示素子面１３Ａとマイクロ凸レンズ群３１との距離をマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍにすることで、表示素子面をマイクロ凸レンズ側から観察することによって立体像２の観視が可能となる。本実施例においては、前述の凹凸変換は撮像時に行われる。
【００４８】
次に本実施例における平面画像表示時の表示装置の断面図を図２０に示す。マイクロ凸レンズ３０を薄肉レンズとして考えれば、図２１に示すように、マイクロ凸レンズ３０は、その主平面３９から物体側に距離Ｌ5 （焦点距離ｆｍの２倍）離れた平面上にある物体３６の倒立等倍像３７を主平面３９から像側へ距離Ｌ5 （焦点距離ｆｍの２倍）離れた平面上に結像する。従って、図２０に示すように、マイクロ凸レンズ群３１から物体側へ２ｆｍ離れた位置におかれた表示素子面１３Ａに実施例２と同じように元となる平面画像をマイクロ凸レンズ群３１を構成する各マイクロ凸レンズに対応する領域内でそれぞれ点対称に変換した平面画像を表示すれば、マイクロ凸レンズ群３１から像側へ２ｆｍ離れた位置に元の平面画像１４が再現される。
【００４９】
これら二つの状態を切り換えることによって、立体像表示と平面画像表示を単一の装置で実現することができる。まず、マイクロ凸レンズ群３１と表示素子面１３Ａの位置関係の変化を機械的に行う手法について、その断面図を図２２に示す。図２２（ａ）では、ステージ１９上で水平方向に駆動可能な台２０にマイクロ凸レンズ群３１を固定し、固定台２１上に表示素子１３を固定する。図２２（ｂ）では台２０を固定とし、台２１をステージ１９上で水平方向に駆動可能とする。いずれの場合にも、台２０または台２１を駆動して、マイクロ凸レンズ群３１と表示素子面１３Ａの距離を、立体像表示時にはマイクロ凸レンズの焦点距離ｆｍに、平面画像表示の場合は２ｆｍに切り換える。
【００５０】
次に選択する表示素子面を切り換える手法について、その断面図を図２３に示す。立体像表示用の表示素子２２と平面画像表示用の表示素子２３を、それぞれの表示素子面２２Ａ、２３Ａがマイクロ凸レンズ群３１から焦点距離ｆｍ、およびその２倍の距離２ｆｍだけ離れて位置するように、予め配置しておく。立体像の表示時には前述したとおり表示素子２２を不透明状態として表示素子面２２Ａを選択する。平面画像表示時には立体像表示用の表示素子２２を透明状態にして表示素子面２３Ａを選択する。そのためには、実施例１で説明したように、電気的な操作で透明−不透明の状態変化が可能な液晶パネルを立体像表示素子２２として用いることが好ましい。実施例２と同じように一般的な平面画像を入力とする場合には、変換装置が必要である。
【００５１】
始めに説明したように、ＩＰ法はテレビジョン方式に用いることができるので、以上の実施例は静止画、動画のいずれにも適用可能なことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で立体像と平面画像の双方を単一の装置で実現することができる。特に、動立体像の撮像ではＩＰ方式を用い、平面動画像の撮像では通常のテレビジョンカメラを用いた場合、動立体像表示用光学系と平面動画像表示用光学系の簡単な切り換えにより、単一の装置による動立体像と平面動画像の表示を可能とする動立体像・平面動画像両立型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＰ方式を説明する模式図である。
【図２】屈折率分布レンズを示す斜視図である。
【図３】屈折率分布レンズ群を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図６】屈折率分布レンズによる正立等倍像の形成を説明する図である。
【図７】第１の実施例における屈折率分布レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図８】第１の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図１１】屈折率分布レンズによる倒立等倍像の形成を説明する図である。
【図１２】第２の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【図１３】マイクロ凸レンズを示す斜視図である。
【図１４】マイクロ凸レンズ群を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図１７】マイクロ凸レンズによる正立等倍像の形成を説明する図である。
【図１８】第３の実施例におけるマイクロ凸レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施例において立体像表示時の場合を示す断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施例において平面画像表示時の場合を示す断面図である。
【図２１】マイクロ凸レンズによる倒立等倍像の形成を説明する図である。
【図２２】第４の実施例におけるマイクロ凸レンズ群と表示素子面との位置関係の切り換えを説明するための断面図である。
【図２３】第４の実施例において選択される表示素子面の切り換えを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 被写体
２ 立体像
２′ 偽の立体像
３ 撮像方向
４ 観視方向
５ レンズ板
６ 要素画像
７ フィルム
８ 散乱光
１０ 屈折率分布レンズ
１１ 屈折率分布レンズの光軸
１２ 屈折率分布レンズ群
１３ 表示素子
１３Ａ 表示素子面
１４ 再生平面画像
１５ 屈折率分布レンズの物体側主平面
１５Ａ 物体
１６ 屈折率分布レンズの像側主平面
１６Ａ 正立等倍像
１７ 屈折率分布レンズの物体側焦点面
１９ ステージ
２０ 台（固定台または駆動可能台）
２１ 台（固定台または駆動可能台）
２２ 立体像表示用表示素子
２２Ａ 立体像表示用表示素子の表示素子面
２３ 平面画像表示用表示素子
２３Ａ 平面画像表示用表示素子の表示素子面
２７ 屈折率分布レンズの物体側主平面より物体側へ物体側焦点距離の２倍離れた位置にある平面
２８ 屈折率分布レンズの像側主平面より像側へ像側焦点距離の２倍離れた位置にある平面
３０ マイクロ凸レンズ
３１ マイクロ凸レンズ群
３２ 第１のマイクロ凸レンズ群
３３ 第２のマイクロ凸レンズ群
３４，３５ マイクロ凸レンズ
３６ 物体
３７ 倒立等倍像
３８ 正立等倍像
３９ マイクロ凸レンズ主平面
Ｚ 屈折率分布レンズ長
Ｌ1 屈折率分布レンズの物体側主点距離
Ｌ2 屈折率分布レンズの像側主点距離
Ｌ3 屈折率分布レンズの物体側焦点距離
Ｌ4 屈折率分布レンズの像側焦点距離
α 屈折率分布レンズの開口角
ｆｍ マイクロ凸レンズの焦点距離
Ｌ5 マイクロ凸レンズの焦点距離の２倍
Ｌ6 マイクロ凸レンズの焦点距離の３倍
Ｌ7 マイクロ凸レンズの焦点距離の４倍
Claims (7)
- 立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、
再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、
該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系と、
前記表示素子面と前記光学系との相対的な位置関係を、前記立体像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた状態にして前記インテグラルフォトグラフィの画像を表示し、前記平面像の表示時には、前記表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた状態にして前記平面像を表示するように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段と
を具えたことを特徴とする画像表示装置。 - 立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、
前記立体像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第１の表示素子と、
前記平面像を表示するための被写体画像が表示素子面上に表示される第２の表示素子と、
前記第１および第２の表示素子のそれぞれの表示素子面上の被写体画像を観視せしめるために、半径方向に屈折率が変化する屈折率分布レンズを２次元状に配置した屈折率分布レンズ群からなる光学系とを具え、
観視者側から前記光学系と前記第１の表示素子と前記第２の表示素子の順に並設され、
前記第１の表示素子を、該第１の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の物体側焦点面とを一致させた位置に配置し、前記第２の表示素子を、該第２の表示素子の表示素子面と前記屈折率分布レンズ群の入射端面の物体側にある物体側主平面とを一致させた位置に配置し、
さらに、前記立体像の表示時には前記第１の表示素子を不透明状態とし、前記平面像の表示時には前記第１の表示素子を透明状態にする切り換え手段と
を具えたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記第１の表示素子が液晶パネルであることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
- 前記光学系が正立像を結像する光学系であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記光学系が倒立像を結像する光学系であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記倒立像を結像する光学系がマイクロ凸レンズを２次元状に配置したマイクロ凸レンズ板であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
- 立体像と平面像を単一の表示装置で表示可能にしたインテグラルフォトグラフィの画像表示装置であって、
再生表示されるべき画像が表示素子面上に表示される表示素子と、
該表示素子の前記表示素子面の観視者側に並設され、前記表示素子面上の画像を観視せしめるために、マイクロ凸レンズを２次元状に配置した第１及び第２のマイクロ凸レンズ群からなる光学系と、
前記第１のマイクロ凸レンズ群と第２のマイクロ凸レンズ群の相対的な位置関係を、前記表示素子面と前記第１のマイクロ凸レンズ群の距離を該第１のマイクロ凸レンズ群の焦点距離の２倍として、前記立体像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の３倍にし、前記平面像の表示時には、前記第１のマイクロ凸レンズ群と前記第２のマイクロ凸レンズ群との距離を前記焦点距離の４倍にするように機械的に切り換えることによって、前記立体像の表示と前記平面像の表示を切り換える位置切り換え手段と
を具えたことを特徴とする画像表示装置。
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