JP6641138B2 - 拡散特性取得装置及び拡散特性再現装置 - Google Patents
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Description
上述したように、実物の物体において方向によって明るさや色が異なっている場合に、その物体の状態をディスプレイで再現する方法や、再現するために必要な物体の情報を光学的に取得する方法はこれまで知られていなかった。
被写体の一点から発せられる光線、あるいは、被写体の一点に照射された光が反射することで生ずる光線は、光線の方向によって異なる明るさや色を有する可能性があるが、本発明に係る拡散特性取得装置によれば、光線の方向によって異なる明るさや色の情報を取得することが可能となる。また、本発明に係る拡散特性再現装置によれば、拡散特性取得装置で取得された情報から、被写体において光線の方向によって異なる明るさや色の情報を再現することができる。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る拡散特性取得装置について図1を参照して説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。拡散特性取得装置1は、被写体の一点から異なる方向に発せられる複数の光線の明るさや色の情報を拡散特性として取得する装置である。この拡散特性取得装置1は、図1に示すように、被写体101a,101bの側から順に、対物レンズ102と、開口アレイ105と、光学素子アレイ106と、撮像素子103と、を備えている。
撮像素子103は、光学素子アレイ106を構成する個々の光学素子を出射する光を受光するものである。撮像素子103は、通常の写真フィルムやCCD撮像素子などの動画像を撮像可能な素子で構成されている。撮像素子103は、光学素子アレイ106に対して開口アレイ105とは反対側に配置される。
この光学素子アレイ106を構成する個々の光学素子106aは、開口アレイ105を構成する個々の開口105aを通過する光が入射する位置に配置されている。
光学素子106aの配列は、例えば正方格子状(グリッド構造)である。なお、光学素子106aの配列は、俵積状いわゆるラインオフセット状に配列してもよい。
光学素子アレイ106の平面視の輪郭は例えば矩形である。なお、光学素子アレイ106の平面視の輪郭は、その他の多角形、円形、楕円形であってもよい。
拡散特性取得装置1は、一例として角柱及び円柱を、被写体101a及び被写体101bとして、矢印で示す撮影方向120から撮影するものとする。拡散特性取得装置1の開口アレイ105は、対物レンズ102によって被写体101a及び被写体101bにそれぞれ対応した像104a及び像104bが結像する位置に配置される。また、一例として、開口アレイ105は、光学素子アレイ106の焦平面に一致して配置されているものとする。
同様に、被写体101b上のある点101b0に着目し、この点101b0から例えば3本の光線101b1、101b2、101b3が発せられるものとする。
これらの光線は、被写体自らが発する光線でもよいし、被写体に照射された光が反射することで生ずる光線でもよい。
これらの光線101a1、101a2、101a3は、対物レンズ102の作用により像104aの点で交差するように進行し、開口アレイ105を構成する開口105aを通過して、光学素子アレイ106を構成する光学素子106aに到達する。
第2実施形態に係る拡散特性取得装置の構成について図2を参照して説明する。
第2実施形態に係る拡散特性取得装置1Bは、図1に示した拡散特性取得装置1と同じ構成要素を備えるが、開口アレイ105と光学素子アレイ106との配置が異なっている。なお、第1実施形態に係る拡散特性取得装置1と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
本実施形態に係る拡散特性取得装置1Bは、第1実施形態に係る拡散特性取得装置1と同様の作用により同様に拡散特性を取得することが可能となる。
第3実施形態に係る拡散特性取得装置の構成について図3を参照して説明する。第3実施形態に係る拡散特性取得装置1Cは、図1に示した拡散特性取得装置1と同じ構成要素を備えると共に、さらに集光用レンズアレイ106cを備えている点が異なっている。なお、第1実施形態に係る拡散特性取得装置1と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
集光用レンズアレイ106cは、光学素子アレイ106と撮像素子103との間に配置されている。集光用レンズアレイ106cは、撮像素子103から所定の距離d3だけ離れた位置に配置されている。所定の距離d3は、ここでは、一例として集光用レンズアレイ106cの焦平面に撮像素子103を一致させたときの距離と同じであるものとする。
第4実施形態に係る拡散特性取得装置の構成について図5を参照して説明する。第4実施形態に係る拡散特性取得装置1Dは、図2に示した拡散特性取得装置1Bと同じ構成要素を同じ配置で備えると共に、さらに遮光板130を備えている点が異なっている。なお、第2実施形態に係る拡散特性取得装置1Bと同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
本実施形態に係る拡散特性取得装置1Dは、遮光板130を設けたことで、光学素子アレイ106を構成する個々の光学素子106a間で光の漏れを防ぐことができる。
第5実施形態に係る拡散特性取得装置の構成について図6を参照して説明する。第5実施形態に係る拡散特性取得装置1Eは、図6に示すように、対物レンズ102と、開口アレイ105と、光学素子アレイ107と、撮像素子103と、を備えている。なお、第2実施形態に係る拡散特性取得装置1Bと同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
屈折率分布レンズ107eは、例えばレンズの光軸に直交する断面において周辺から中心に向かって2乗特性のような不均一な屈曲分布を有するように構成される。
屈折率分布レンズ107eは、入射端面から出射端面までの長さLが、入射端面に点光源が配置された場合に平行光が出射端面より出射するような長さに設定されている。
光学素子アレイ107では、屈折率分布レンズ107eが密集した状態で配置されている。屈折率分布レンズ107eの配列は、例えば正方格子状やラインオフセット状である。
なお、図6では、拡散特性取得装置1Eの開口アレイ105と光学素子アレイ107と撮像素子103とを接合した部材を分かり易く示すために、1つの屈折率分布レンズ107eと、対応する開口アレイ105の単位要素105eと、対応する撮像素子103の単位要素103eとを分解して図示した。
第6実施形態に係る拡散特性取得装置の構成について図7を参照して説明する。第6実施形態に係る拡散特性取得装置1Fは、図6に示した拡散特性取得装置1Eと同じ構成要素を備えると共に、さらに集光用レンズアレイ107cを備えている点が異なっている。なお、第5実施形態に係る拡散特性取得装置1Eと同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
集光用レンズアレイ107cは、光学素子アレイ107と撮像素子103との間に配置されている。より詳細には、集光用レンズアレイ107cは、光学素子アレイ107に近接して配置され、また、撮像素子103から所定の距離d4だけ離れた位置に配置されている。所定の距離d4は、ここでは、一例として集光用レンズアレイ107cの焦平面に撮像素子103を一致させたときの距離と同じであるものとする。
(第1実施形態)
第1実施形態に係る拡散特性再現装置の構成について図8を参照して説明する。
第1実施形態に係る拡散特性再現装置2は、拡散特性取得装置1(又は1B〜1F)で被写体の拡散特性として取得した明るさや色の情報を用いて被写体の拡散特性を再現する装置である。この拡散特性再現装置2は、図8に示すように、表示素子112の表示面の側から順に、開口アレイ110と、拡散特性制御光学素子アレイ111と、表示素子112と、光源部20と、を備えている。
拡散特性制御光学素子アレイ111は、表示素子112を通過した光の方向を制御する複数の光学素子111aを二次元状に並べて構成されている。
本実施形態では、一例として、拡散特性制御光学素子アレイ111を構成する個々の光学素子111aは、凸レンズであるものとした。拡散特性制御光学素子アレイ111では、光学素子111aが密集した状態で配置されている。
光学素子111aの配列は、例えば正方格子状(グリッド構造)である。なお、光学素子111aの配列は、俵積状いわゆるラインオフセット状に配列してもよい。
拡散特性制御光学素子アレイ111の平面視の輪郭は例えば矩形である。なお、拡散特性制御光学素子アレイ111の平面視の輪郭は、その他の多角形、円形、楕円形であってもよい。
また、開口アレイ110を構成する個々の開口110aは、光源部20から出射され表示素子112及び拡散特性制御光学素子アレイ111を構成する個々の光学素子111aを通過する光が入射する位置に配置されている。
拡散特性再現装置2は、このように構成されているので、点光源アレイ114を構成する個々の点光源114aを発した光は、光源方向制御光学素子アレイ113を構成する個々の光学素子113aを通過後、ほぼ平行な光線に変換される。そして、この平行な光線(バックライトの光)が表示素子112に照射される。
同様に、図8の点109bでは、図1に示す像104bに対応する情報が再現されている。このとき、観察位置によって、画像109b1、109b2、109b3の何れかの情報を見ることになる。これは、図1と対応付けると、被写体101b上の点101b0の拡散特性が再現されていることになる。
したがって、本実施形態に係る拡散特性再現装置2によれば、拡散特性取得装置1で取得された情報から、被写体において光線の方向によって異なる明るさや色の情報を再現することが可能となる。
第2実施形態に係る拡散特性再現装置の構成について図9を参照して説明する。第2実施形態に係る拡散特性再現装置2Bは、図9に示すように、表示素子112の表示面の側から順に、開口アレイ110と、拡散特性制御光学素子アレイ111と、表示素子112と、光源部20Bと、を備えている。なお、第1実施形態に係る拡散特性再現装置2と同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
拡散光源115としては、例えば一般的な液晶パネルのバックライトを用いることができる。バックライトは、バックライト用光源、導光板や拡散板、光拡散フィルム等を備えており、バックライト用光源は例えばLEDやCCFL(冷陰極管)等が用いられている
第3実施形態に係る拡散特性再現装置の構成について図10を参照して説明する。第3実施形態に係る拡散特性再現装置2Cは、図10に示すように、表示素子112の表示面の側から順に、開口アレイ110と、拡散特性制御光学素子アレイ117と、表示素子112と、光源部20Cと、を備えている。なお、第2実施形態に係る拡散特性再現装置2Bと同じ構成には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
屈折率分布レンズ117eは、例えばレンズの光軸に直交する断面において周辺から中心に向かって2乗特性のような不均一な屈曲分布を有するように構成される。
屈折率分布レンズ117eは、入射端面から出射端面までの長さが、入射端面に点光源が配置された場合に平行光が出射端面より出射するような長さに設定されている。
拡散特性制御光学素子アレイ117では、屈折率分布レンズ117eが密集した状態で配置されている。屈折率分布レンズ117eの配列は、例えば正方格子状やラインオフセット状である。
光源部20Cは、ここでは、一例として拡散光源115であるものとする。なお、光源部20Cは、平行光を出射する光源であってもよい。
なお、図10では、拡散特性再現装置2Cの開口アレイ110と拡散特性制御光学素子アレイ117と表示素子1112とを接合した部材を分かり易く示すために、1つの屈折率分布レンズ117eと、対応する開口アレイ110の単位要素110eと、対応する表示素子112の単位要素112eとを分解して図示した。
2,2B,2C 拡散特性再現装置
20,20B,20C 光源
102 対物レンズ
103 撮像素子
105 開口アレイ
105a 開口
106 光学素子アレイ
106a 光学素子
106c 集光用レンズアレイ
106c1 レンズ
107 光学素子アレイ
107e 屈折率分布レンズ
107c 集光用レンズアレイ
107c1 レンズ
110 開口アレイ
111 拡散特性制御光学素子アレイ
111a 光学素子
112 表示素子
113 光源方向制御光学素子アレイ
113a 光学素子
114 点光源アレイ
114a 点光源
115 拡散光源
117 拡散特性制御光学素子アレイ
117e 屈折率分布レンズ
130 遮光板
Claims (10)
- 被写体の一点から異なる方向に発せられる複数の光線の明るさや色の情報を拡散特性として取得する拡散特性取得装置であって、
被写体の側から順に、
対物レンズと、
複数の開口が二次元状に並んだ開口アレイと、
複数の光学素子が二次元状に並んだ光学素子アレイと、
撮像素子と、を備え、
前記光学素子アレイを構成する個々の光学素子は、前記開口アレイを構成する個々の開口を通過する光が入射する位置に配置され、
前記対物レンズによって被写体の実像が生成される位置に、前記開口アレイが配置されていることを特徴とする拡散特性取得装置。 - 前記光学素子アレイを構成する個々の光学素子は凸レンズであり、
前記光学素子アレイと前記開口アレイとは所定の距離だけ離間して配置され、
前記撮像素子と前記光学素子アレイとは所定の距離だけ離間して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の拡散特性取得装置。 - 前記光学素子アレイを構成する個々の光学素子は屈折率分布レンズであり、前記屈折率分布レンズは、入射端面から出射端面までの長さが、前記入射端面に点光源が配置された場合に平行光が前記出射端面より出射するような長さに設定されており、
前記開口アレイは、前記光学素子アレイの入射端面に配置され、
前記撮像素子は、前記光学素子アレイの出射端面に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の拡散特性取得装置。 - 前記開口アレイを構成する個々の開口の中心が、前記光学素子アレイを構成する個々の光学素子の光軸上に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の拡散特性取得装置。
- 前記開口アレイを構成する個々の開口の中心が、前記光学素子アレイを構成する個々の光学素子の主点と、前記対物レンズの主点とを通る直線上に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の拡散特性取得装置。
- 前記光学素子アレイと前記撮像素子との間に、複数のレンズから構成される集光用レンズアレイを備え、
前記レンズは、前記光学素子アレイを構成する光学素子よりも小さく、前記集光用レンズアレイは、前記光学素子アレイを構成する1個の光学素子に対して、複数の前記レンズを備えていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の拡散特性取得装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の拡散特性取得装置で被写体の拡散特性として取得した明るさや色の情報に対応した透過率や色で画像を表示する表示素子を有して前記被写体の拡散特性を再現する拡散特性再現装置であって、
前記表示素子の表示面の側から順に、
複数の開口が二次元状に並んだ開口アレイと、
前記表示素子を通過した光の方向を制御する複数の光学素子が二次元状に並んだ拡散特性制御光学素子アレイと、
前記表示素子と、
前記表示素子の表示面の反対側から光を照射する光源部と、を備え、
前記開口アレイを構成する個々の開口は、前記光源部から出射され前記表示素子及び前記拡散特性制御光学素子アレイを構成する個々の光学素子を通過する光が入射する位置に配置され、かつ、前記拡散特性制御光学素子アレイを構成する個々の光学素子の焦平面上に配置されていることを特徴とする拡散特性再現装置。 - 前記光源部は、
前記表示素子の表示面の側から順に、
前記表示素子を通過した光の方向を制御する複数の光学素子が二次元状に並んだ光源方向制御光学素子アレイと、
複数の点光源が二次元状に並んだ点光源アレイと、を備え、
前記点光源アレイを構成する個々の前記点光源は、前記光源方向制御光学素子アレイを構成する個々の光学素子の焦平面上にそれぞれ配置され、
前記点光源と、対応する前記光源方向制御光学素子アレイを構成する光学素子の主点と、対応する前記光学素子アレイを構成する光学素子の主点と、対応する前記開口アレイを構成する開口の中心とが一直線上に配置されていることを特徴とする請求項7に記載の拡散特性再現装置。 - 前記光源部は、平面状の拡散光源で構成され、
前記光学素子アレイを構成する光学素子の主点と、対応する前記開口アレイを構成する開口の中心とが一直線上に配置されていることを特徴とする請求項7に記載の拡散特性再現装置。 - 前記拡散特性制御光学素子アレイを構成する個々の光学素子は、屈折率分布レンズであり、前記屈折率分布レンズは、入射端面から出射端面までの長さが、前記入射端面に点光源が配置された場合に平行光が前記出射端面より出射するような長さに設定されており、
前記開口アレイは、前記拡散特性制御光学素子アレイの出射端面に配置され、
前記表示素子は、前記拡散特性制御光学素子アレイの入射端面に配置されていることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の拡散特性再現装置。
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