JP2001056450A - 光フィルターを用いた立体像再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光線再生法とは異なるが、その延長線上にあ
り、光線の広がりによる像のぼけを小さくすることがで
きる光フィルターを用いた立体像再生装置を提供する。 【解決手段】 光フィルターを用いた立体像再生装置に
おいて、白色照射光源２１と、３次元に一様な分布をな
す白色雲状光散乱物体２２と、ピンホールアレイ２３
と、前記白色雲状光散乱物体２２からの散乱光のうち前
記ピンホールアレイ２３を通過する光線群に対し、その
強度、カラーの空間的重み付けを行う機能を持った光線
重み付けフィルター２４とを備え、前記白色雲状光散乱
物体２２が一様な白色雲状物体でなく形、色を持った３
次元物体のように見えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像技術、放送技
術、芸術産業、マルチメディア産業、カメラ、写真等の
分野に属する光フィルターを用いた立体像再生装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の立体像記録再生技術は基本的に
は、立体像を何らかの方法で記録し、これを再現して、
それを観測者がそのまま観測する方式と、立体像ではな
く右眼用、左眼用の平面像を記録し、再生時に右眼用は
右眼に、左眼用は左眼で見えるように工夫したステレオ
スコープ方式の２つに大別できる。

【０００３】前者の代表例はホログラムとインテグラル
ホトグラフィであり、後者の代表例には偏光眼鏡を用い
る立体映画やレンチギュラーを用いた立体テレビなどが
ある。

【０００４】後者の場合は立体的に見えるが立体像を再
現していないので、見る位置を変えても映像は変わら
ず、裏側が見えてくるという訳にはいかないので疑似的
立体像再生と言える。

【０００５】ホログラフィでは見る位置を変えると見え
方が変わり、巧くできたものは実際そこに物があるかの
ように見える理想的な３次元立体像記録再生法（以下、
３次元立体像を３Ｄ像と略す）である。このホログラフ
ィでは立体画像情報を記録するために物体からの光の波
面情報を用いている。波面情報は、別においた参照光と
物体からの散乱光とを干渉させ、その干渉縞を記録する
ことで記録している。

【０００６】このため、光学系、及び記録媒体には光波
長に近いピッチの空間分解能が必要とされる他、レーザ
のようなコヒーレント光源が少なくとも記録には必要で
ある。記録、再生材料にもフィルムでは１０００本／ｍ
ｍ以上の特別なものが必要で、例えば液晶などを用いる
なら、非常に多くの画素数を必要とし、技術的にも問題
がある以上に、高価で経済性に問題が生じる。

【０００７】動画ともなれば更に大変である。また、干
渉縞は波長に依存するので、そのままではカラーの画像
は取り扱えず、カラー記録には３原色の３つのコヒーレ
ント光源が必要なだけでなく、複雑な工夫が必要であ
る。

【０００８】これらの理由から、ホログラフィはクレジ
ットカードや装飾品用の他はデジタル情報の記録媒体に
は利用されているが、実時間３Ｄ像表示や立体映画など
に利用されるには至っていない。

【０００９】次に、インテグラルホトグラフィは視差に
より立体を得ている点ではステレオスコープと同じであ
るが、ステレオスコープが２つの視角からの像を両眼で
観測し、両眼視差から立体感を得るのに対し、多視角か
らの像を記録し、これを元に見る位置によって見え方の
違う多数の画像を多重再生している。

【００１０】従って、眼を動かせば見え方が変わり、眼
鏡は不要であるなどの長所を持つ。さらに、通常光で記
録再生が可能で、しかも無限遠の風景の再生もできるな
どホログラフィにない多くの長所を持つ。いくつかの変
形があり、左右のみならず上下にも立体的なもの、左右
だけのもの、直視型以外にも投影型、さらにＴＶディス
プレイが可能なものまで実験されている。

【００１１】インテグラルホトグラフィは、一定の位置
に全視角の像が多重結像しており（もちろん特定の方向
からは一つしか見えないが）、ここに目をフォーカスし
て視差により、異なった位置にあるように見るので、フ
ォーカス位置と見える位置が一致せず、不自然さは免れ
ない（例えば、像が目の前に見えても、目のピントは遠
くに合わせている）。

【００１２】また、多視角からの像記録はマイクロレン
ズアレイで簡単に行えるが、これを逆過程で再生する
と、前方からの眺めを裏面から見る（顔面を再生すれば
顔が見えるが鼻がへこんで見える）ようになり、このた
め、面倒な裏返し操作が必要になるなど手間も多い等の
欠点を持つ。

【００１３】一方、ステレオスコープ形は博覧会等で、
よく見られるもので、それなりに楽しめるが、眼鏡なし
方式にはまだ不完全な部分が多く、また、所詮疑似的で
あるため、リアリティに欠けている。さらに、インテグ
ラルホトグラフィ同様、フォーカス位置と見える位置が
違うという欠点も持っている。

【００１４】いずれにしても、現状ではまだ十分に実用
となる３Ｄ像記録再生装置、システムは存在せず、その
出願が待望されている。

【００１５】３Ｄ画像の記録再生、特に動画は、画像情
報メディアとして最も重要なもので、情報・放送・映
画、エンターテインメントと多方面の分野で有用であ
り、将来大きな産業となる可能性を持つので、今まで、
国内外を問わず、多くの企業、大学、あるいは民間、公
共研究機関で試みられているが、これと言ったものがま
だ得られていないのが現状である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】さて、このような現状
を打破するために、本願発明者は、先に物体からの散乱
光に相当する光線群を多視点像群を点光源アレイで投影
することにより人為的に生成し、３Ｄ像を創成する「光
線再生法」を提案し出願している（特開平１０−２３９
７８５号公報）。

【００１７】これによれば、多視点像群を用いる点でイ
ンテグラルホトグラフィ（ＩＰ）に類似するが、奥行き
のある３Ｄ像そのものを再生し、視差を用いない点で異
なり、むしろホログラフィに近い（カメラ撮影すれば合
焦部以外はぼける）。

【００１８】既に簡単な物体ではほぼ満足できる３Ｄ像
生成に成功しているが、像のシャープさ等に課題が残さ
れている。これは点像を構成する光線群がそれぞれ独立
した点光源からの光であるため、相互のコヒーレンス性
が欠落し、点像は回折により広がりつつある各光線の太
さが重畳したものとなり、細くならないということに原
因がある。

【００１９】本発明は、上記問題点を除去し、光線再生
法とは異なるが、その延長線上にあり、光線の広がりに
よる像のぼけを小さくすることができる光フィルターを
用いた立体像再生装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕光フィルターを用いた立体像再生装置において、
白色照射光源と、３次元に一様な分布をなす白色雲状光
散乱物体と、ピンホールアレイと、前記白色雲状光散乱
物体からの散乱光のうち前記ピンホールアレイを通過す
る光線群に対し、その強度、カラーの空間的重み付けを
行う機能を持ったカラー透過空間分布フィルターとを備
え、前記白色雲状光散乱物体が一様な白色雲状物体でな
く形、色を持った３次元物体のように見えるようにした
ことを特徴とする。

【００２１】〔２〕上記〔１〕記載の光フィルターを用
いた立体像再生装置において、前記白色雲状光散乱物体
から前記カラー透過空間分布フィルターまでの間、ある
いは更にその後方に一枚から複数枚のレンズを配置する
ことを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００２３】本発明は、光線再生法とは異なるが、その
延長線上にあり、その問題点を解決しようとして新たに
提案されたものである。そこで、まず、光線再生法につ
いて述べる。

【００２４】図４は立体視の原理図である。

【００２５】ここでは簡単のために物体として距離の違
う２点で示している。つまり、２つの点物体Ｐ，Ｑを考
えている。なお、一般の物体は点物体の集まりであるの
で、一般物体への拡張は容易である。異なる方向から異
なる広がり角で光線が観測者１の両眼に届いている。光
線の方向が２次元的な位置情報をもたらし、光線の広が
りが、左右眼の見え方の相違（視差）や、フォーカスの
ずれを生み、距離情報を与える。

【００２６】本願発明者の上記した先行出願の「光線再
生法」は観測者のところで、図４に示すような光線群を
つくり、実際にはないＰ，Ｑをその位置にあるかのよう
に見せる方法である。

【００２７】次に、光線再生法による３Ｄ像の再生の原
理図を図５に示す。

【００２８】図５に示すように、白色点光源アレイ１１
と空間の１点のみ透過可能なカラーフィルター１２を対
向させると、この２点を結ぶ直線方向に進むカラーのつ
いた光線が再生できる。カラーフィルター１２を面的に
利用すれば、白色点光源アレイ１１の前方にある仮想物
体（例えばＰ′，Ｑ′）からの光線のうち点光源を通る
光線は解像可能なだけ全て再現できる。

【００２９】図４と図５の比較からも分かるように、図
５の系を用いれば、再生された光線により、実際は前方
に物体がなくても、観測者はあたかも物体があるように
見えることになる。

【００３０】図６に示すようにレンズ１３を用いた場合
は、観測者１は物体ではなく、レンズ１３により結像さ
れた３Ｄ像を観測することになる。この場合にも図７に
示すように光線再生法は利用できる。なお、図７におい
て、点Ｐ、光線及び白色点光源アレイ１１の前方のレン
ズは、実際には存在しないが、観測者１からするとあた
かも存在するように見えるので、点線で示している。こ
のままでは倒立像になるが、白色点光源アレイ１１、カ
ラーフィルター１２をただ簡単に１８０度回転して置け
ば、正立像になる（インテグラルホトグラフィのように
手を加える必要なない）。図６、図７では点像を見てい
るが、実際は図８に示すように任意の３Ｄ像の再生が可
能である。

【００３１】図８では、点光源アレイを白色照射光源１
４、散乱板（曇りガラスのようなもの）１５とピンホー
ルアレイ１６の組み合わせで代用している。

【００３２】カラーフィルター１７の実体は、点光源ア
レイの点光源部あるいは図８ではピンホールアレイ１６
のピンホール部から観測物体があるものとして眺めたカ
ラー像が倒立像で記録されているのと等価で、インテグ
ラルホトグラフィの記録像と基本的には同一である。

【００３３】つまり、点光源部、あるいはピンホール部
にマイクロレンズを配してフィルター部で撮像すれば、
それがカラーフィルターになる。解像度を気にしないの
なら、ピンホールのままで、ピンホール写真を記録すれ
ば光線軌跡がそのまま記録される。ＣＧ（コンピュータ
・グラフィック）やアニメーションなどでは実写せず、
コンピュータで計算して描けばよい。

【００３４】本願発明者はこの方式で、まずまずのカラ
ー立体像生成に既に成功している。

【００３５】次に、光線再生法の問題点について説明す
る。

【００３６】光線再生法で図５に示すように別々の点光
源から来た光が１点から放出され多様に広がっている
か、図７に示すように一点に集まってそこからさらに広
がっているかであり、それを観測すると、そこに１点の
物体があるように見えるのである。

【００３７】そして、この１点があまり小さくならない
というのが欠点である。点光源とフィルターで作られる
光線は回折により広がるのは当然であるが、加えて独立
した光源から出射した光線を１点に集めても光線間に全
く時間的、空間的コヒーレンス（位相関係）がないの
で、それぞれの光線の幅より狭くなることはない。

【００３８】一方、図４、あるいは図６に示すように、
１点から出た光線は白色光であっても、光線間にコヒー
レンスがあり、波長によって異なるものの、レンズの収
差や回折限界で決まるところまで小さい点に集めること
ができ、小さな点として観測できる。分かりやすく考え
ると、図４、図６は現実にある１点、あるいはその像そ
のものを観測しているからである。

【００３９】図１は本発明の第１実施例を示す光フィル
ターを用いた立体像再生装置の構成図である。ここで
は、レンズを用いない基本構成を示したものである。

【００４０】この光フィルターを用いた立体像再生装置
は、白色照射光源２１より光を受け、任意の方向に白色
光を散乱する散乱体が３次元的に分布している白色雲状
散乱物体（あるいは雲状分布白色光源）（ＷＣＳＯ）２
２と、ピンホールアレイ２３と光線重み付けフィルター
（ＬＣＦ）２４から構成される。

【００４１】白色雲状散乱物体２２から散乱されピンホ
ールを通った光線は光線重み付けフィルター２４により
遮断されたり、あるいは適当な強度と色づけをされて通
過するようになっている。なお、Ｐ′，Ｑ′は観測者１
が見る立体再生像、２５は再生された光線群である。

【００４２】以下、この光フィルターを用いた立体像再
生装置の動作原理について説明する。

【００４３】光線重み付けフィルター２４を透明にする
と、観測者１からは白色雲状散乱物体２２全体が立体で
観測される。一方、ＷＣＳＯ２２内の特定の点Ｐ′から
ピンホールアレイ２３の各ピンホールに直線を引き、そ
の延長上のＬＣＦ２４の点だけを透明にすれば、特定の
Ｐ′点からきた光線だけが観測者１に観測されるので、
観測者１は白色の点物体がＰ′点にあるかのように見え
る。

【００４４】もし、この透明域に特定の色だけ通過する
ようにカラーフィルターを付加すれば、この点物体に色
づけができる。２点の場合でも同じである。３次元物体
は点物体の集合なので、どんどん点数を増やしていけ
ば、３次元物体からの散乱光線と同様の光線がカラーで
再生できることになる。

【００４５】言い換えると、ＬＣＦ２４はＷＣＳＯ２２
の特定の部分からの光線のみを選択して通過させ色づけ
する機能を持ち、この通過光を観測すれば、ＷＣＳＯ２
２が特定の形と色を持った物体のように見えるようにし
ていると言える。物体からの光線を再生しているという
意味では前の光線再生法と同じであるが、特定の点を再
生する光線の多くは散乱物体の同一の１点から出た光線
であるということと、現実に存在する３次元物体、ある
いはその像を選択的に観測しているに過ぎないという点
に大きく重要な差違がある。この差違が、観測像の解像
度を通常物体の直接観測なみに向上させるもとになって
いる。

【００４６】図１の例ではＷＣＳＯ２２のＰ′点および
Ｑ′点以外はＬＣＦ２４でカットされて見えないので、
Ｐ′およびＱ′にあたかも点物体があるように観測され
る。

【００４７】図２は本発明の第２実施例を示す光フィル
ターを用いた立体像再生装置の構成図である。ここで
は、レンズを用いた構成例を示す。

【００４８】図２において、３１は白色照射光源、３２
は白色雲状散乱体、３３はレンズ、３４はピンホールア
レイ、３５は光線重み付けフィルター（液晶など）、３
６は生成像である。

【００４９】この場合は、白色雲状散乱体３４の選択さ
れた部分のみがレンズ３３で結像され、観測者１はその
生成像３６を観測することになる。ピンホールアレイ３
４や光線重み付けフィルター（液晶など）３５の位置と
レンズ３３の焦点距離の設定により、観測者１の位置で
はこれら舞台裏が観測できにくくすることができる。

【００５０】図３は本発明の第３実施例を示す光フィル
ターを用いた立体像再生装置の構成図である。ここで
は、無限遠の背景も再生可能になる。

【００５１】図３において、４１は白色照射光源、４２
は白色立体雲状散乱体、４３は無限遠生成レンズ、４４
はピンホールアレイ、４５は光線重み付けフィルター、
Ｐ″，Ｑ″は観測者１が見る立体再生像である。

【００５２】第１実施例、および、第２実施例で示した
白色雲状散乱体２２、および、３２は有限サイズなの
で、第１実施例、および、第２実施例では無限遠を再生
できないが、第３実施例では、無限遠生成レンズ４３を
使うことにより、観測者１側で平行光を再生すれば、無
限遠の背景も再生可能になる。

【００５３】また、白色立体雲状散乱体２２，３２，４
２は、物体内部のどの部分からも白色光が散乱してきて
いるのが見えるような雲状の半透明散乱体（発光体でも
よい）である。あまり密であると、中が見えない。

【００５４】光線重み付けフィルター２４，３５，４５
はフィルムに色素を塗り付けたもの、カラーフィルム、
さらに液晶シャッタなど空間的に分布し、光の透過度や
透過色を制御できるものを総称している。

【００５５】上記した実施例の具体的作用について説明
する。

【００５６】（１）実写物体の記録によるフィルターの
作成 第１及び第２実施例の白色雲状散乱体を取り去り、ここ
に記録したい物体をおいて白色照射光源で照射すると、
光線重み付けフィルターには各ピンホールを通った物体
からの散乱光がそれぞれの色を持って到達する。

【００５７】その結果、光線重み付けフィルター上では
全ての穴がそれぞれピンホールカメラのピンホールとな
り、少しずつ見る角度の違う像が写るが、これが、光線
の軌跡でもあるので、この像を散乱の少ないポジフィル
ムのように記録すれば、それが光線重み付けフィルター
として動作できる。ピンホールカメラは解像度が良くな
いので、ピンホール部にマイクロレンズを入れ、マイク
ロレンズアレイとすれば、解像度を上げることができ
る。

【００５８】この像記録は、インテグラルホトグラフィ
や光線再生法と同一であるので、それらで使われている
方法はここでも使える（これ自身は特徴ではない）。再
生の時はピンホールアレイが必要なのは言うまでもな
い。この像を何らかの方法で電子カメラ、ＴＶカメラで
取り込みそれを元に液晶シャッタを光線重み付けフィル
ターとして使う等の方法がある。

【００５９】また、コンピュータで各ピンホールを通る
光線、光線重み付けフィルターを計算し、フィルムや液
晶シャッタをそれに基づいて働かすことも可能である。

【００６０】本発明が適用できる製品名としては、立体
ディスプレイ、立体看板、壁掛けショウウィンドウ等が
挙げられる。

【００６１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００６２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。

【００６３】（Ａ）以前の光線再生法では避けられなか
った光線の広がりによる像のぼけを小さくすることがで
きる。

【００６４】（Ｂ）観測者とピンホールアレイの間にレ
ンズを設置することにより、アレイをアウトフォーカス
し、アレイを見えないようにすることができる。

【００６５】（Ｃ）白色雲状光散乱物体とピンホールア
レイの間にレンズを設置することにより、無限遠の像を
再生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す光フィルターを用い
た立体像再生装置の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す光フィルターを用い
た立体像再生装置の構成図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す光フィルターを用い
た立体像再生装置の構成図である。

【図４】立体視の原理図である。

【図５】光線再生法の原理図である。

【図６】レンズを介した立体像観測例を示す図である。

【図７】レンズを介した光線再生法（簡単な物体）の例
を示す図である。

【図８】レンズを介した光線再生法（普通の物体）の例
を示す図である。

【符号の説明】

２１，３１，４１ 白色照射光源 ２２，３２，４２ 白色雲状散乱物体（ＷＣＳＯ） ２３，３４，４４ ピンホールアレイ ２４，３５，４５ 光線重み付けフィルター（ＬＣ
Ｆ） ２５ 再生された光線群 ３３ レンズ ３６ 生成像 ４３ 無限遠生成レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）白色照射光源と、（ｂ）３次元に一
   様な分布をなす白色雲状光散乱物体と、（ｃ）ピンホー
   ルアレイと、（ｄ）前記白色雲状光散乱物体からの散乱
   光のうち前記ピンホールアレイを通過する光線群に対
   し、その強度、カラーの空間的重み付けを行う機能を持
   ったカラー透過空間分布フィルターとを備え、（ｅ）前
   記白色雲状光散乱物体が一様な白色雲状物体でなく形、
   色を持った３次元物体のように見えるようにしたことを
   特徴とする光フィルターを用いた立体像再生装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光フィルターを用いた立
   体像再生装置において、前記白色雲状光散乱物体から前
   記カラー透過空間分布フィルターまでの間、あるいは更
   にその後方に一枚から複数枚のレンズを配置することを
   特徴とする光フィルターを用いた立体像再生装置。