(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色点光源アレイと、これに対向して配した、光の強度及び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とを具え、これらによりあたかも３次元カラー物体が存在し、そこからのカラー散乱光であるかのような光線群を生成することによって立体カラー画像を再生し、前記白色点光源アレイ及びカラー透過空間分布フィルタの相対位置及び相対角を変化させる駆動部をさらに具え、前記駆動部の動作によって再生立体画像を動かすように構成したことを特徴とする簡易動画型３次元画像表示システム。
【請求項２】
請求項１に記載の簡易動画型３次元画像表示システムにおいて、前記白色点光源アレイの代わりに白色光源と白色散乱板とピンホールアレイの組み合わせを用いたことを特徴とする簡易動画型３次元画像表示システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の簡易動画型３次元画像表示システムにおいて、前記カラー透過空間分布フィルタから観測者までの間に１枚以上のレンズを配したことを特徴とする簡易動画型３次元画像表示システム。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の簡易動画型３次元画像表示システムにおいて、再生立体像がパララックス法によってより立体的に見えるように前記カラー透過空間分布フィルタを構成したことを特徴とする簡易動画型３次元画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元画像、特に動画を表示するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
３次元（３Ｄ）画像、特に動画の記録再生は、画像情報メディアにおい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、まだこれといったものが得られていないのが現状である。
【０００３】
本願人は先に、物体からの散乱光に相当する光線群を、白色点光源アレイとその前部に置いたカラー空間フィルタにより人為的に生成し、３Ｄ画像を創出する「光線再生法」を考案し、出願している（特願平９−４３５４２）。しかし、この方法では、点光源アレイやその近傍にあるフィルタ部周辺に像を再現できないという問題があった。そこでこの光線再生法に加えて、この方法では光線数が多くとれない点光源、空間フィルタ近傍にはパララックス法を併用した、像再生位置と眼の合焦位置との間に矛盾のない立体像を再生する方法を提案し、実験的にも実証している（特願２０００−２６１２２２）。
【０００４】
３Ｄ画像を得るには、像フィルタ部として時間的に書き換え可能な液晶パネルなどを用いればよい。しかし、３Ｄ画像再生には２次元（２Ｄ）画像再生に比べて非常に大きい画像情報が必要で、２Ｄ画像では十分な解像度を持つ現在の液晶パネルでは解像度が不足し、あるいはまた例えそのような高解像度のものが得られたとしても非常に高価なものになるなど、３Ｄ動画の実現化には問題を抱えている。
【０００５】
一方、用途によっては、例えば、電飾広告看板などでは、簡単な画像でも足りる場合が結構ある。高価な高画素数の液晶を用いなくても、安価な構成で簡易動画像が得られればこのような用途に十分に役に立つ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したことを鑑み、本発明は、簡単な構成で３次元動画を表示することができる簡易動画型３次元画像表示システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による簡易動画型３次元画像表示システムは、白色点光源アレイと、これに対向して配した、光の強度及び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とを具え、これらによりあたかも３次元カラー物体が存在し、そこからのカラー散乱光であるかのような光線群を生成することによって立体カラー画像を再生し、前記白色点光源アレイ及びカラー透過空間分布フィルタの相対位置及び相対角を変化させる駆動部をさらに具え、前記駆動部の動作によって再生立体画像を動かすように構成したことを特徴とする。
【０００８】
本発明による簡易動画型３次元画像表示システムの他の実施形態は、前記白色点光源アレイの代わりに白色光源と白色散乱板とピンホールアレイの組み合わせを用いたことを特徴とする。
【０００９】
本発明による簡易動画型３次元画像表示システムのさらに他の実施形態は、前記カラー透過空間分布フィルタから観測者までの間に１枚以上のレンズを配したことを特徴とする。
【００１０】
本発明による簡易動画型３次元画像表示システムのさらに他の実施形態は、再生立体像がパララックス法によってより立体的に見えるように前記カラー透過空間分布フィルタを構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明による簡易動画型３次元画像表示システムのさらに他の実施形態は、画像が記録されているパネルとマイクロレンズアレイあるいはピンホールアレイを具え、インテグラルホトグラフィの原理によって立体像再生を行い、前記パネルとマイクロレンズアレイあるいはピンホールアレイの相対位置及び角度を変化させる駆動部をさらに具え、この駆動部の動作によって再生立体像を動かすように構成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明による簡易動画型３次元画像表示システムのさらに他の実施形態は、画像が記録されているパネルとパララックスバリアを具え、パララックスバリア法の原理によって立体像再生を行い、前記パネルとパララックスバリアの相対位置及び角度を変化させる駆動部をさらに具え、この駆動部の動作によって再生立体像を動かすように構成したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、前記白色点光源アレイとカラー透過空間分布フィルタの相対位置及び相対角を変化させることにより、前記カラー透過空間分布フィルタのパターンを変えることなく再生立体画像を動かすことができる。像フィルタと観測者との間にレンズを配することにより、再生立体像の位置を後方又は前方に移動することが可能になる。本発明の原理を、パララックス法を併用した光源再生法や、インテグラルホトグラフィや、パララックスバリア法による３次元画像表示システムに適用し、同様の効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記で引用した特願平９−４３５４２の光線再生法の延長線上にあり、その問題点を解決しようとして新たに考案されたものである。そこでまず光線再生法について間単に説明する。
図１は、立体視の原理を示す線図である。図１では、方位、距離の異なる２点Ｐ、Ｑを観測物体としている。観測者へ向かってくる光線の方向で物体の方位がわかり、点物体を見通す両眼の視差角で距離が察知される。ここでは光線を有限数の線で表しているが、実際には光線は無数にあると考えられる。このような光線を生成すれば、現実には観測物体の２点Ｐ、Ｑがなくても、観測者にはこれらの２点が実際に存在するかのように立体的に見えるはずである。これらのような光線を有限数であるが人為的に生成し、立体像を観測できるようにしたのが光線再生法である。
【００１５】
図２は光線再生法による３次元画像表示システムの基本構成を示す線図である。ここでは、無数の光線を再現することは不可能であるので、面状に白色点光源が分布した白色点光源アレイ２を通る光線だけを再現する方法をとっている。点光源アレイ２とこれに対向して置かれた像フィルタ４上で点光源１つ１つに対応して空間の１点のみ透過可能な点型像フィルタを配すれば、この２点（点光源と透過点）を結ぶ直線方向に進むカラーのついた光線が再生される。これらの光源が１点Ｐ’にレンズ（図示せず）で集光されるなら、あたかもＰ’からの光線が来ているように観測者には観測されＰ’が３次元的に見えるのである。図に示したように観測像を表示部（白色点光源アレイと像フィルタ）の前部（観測者側）および後部（観測者と反対側）のいずれにおいても形成できる。
【００１６】
３次元物体は点の集合であり、像フィルタに点ではなく３次元物体を構成する光線軌跡が記録されておれば、この構成で３次元物体が再現される。
【００１７】
上記で引用した特願２０００−２６１２２２によれば、さらに、再生光線が少なくなり、光線再生法では像再生が困難な白色点光源アレイや像フィルタの近傍での３Ｄ像再生にはパララックス法（画像のある位置は描かれているところだが、立体像を見るように目の位置により見え方が異なるようにしたもの）を用いることにより、再生装置の後方から前方の広い範囲で目に不自然さが少なく３次元像を見ることも可能になっている。図３はこの改良型光線再生法による３次元画像表示システムの構成の一例を示す線図である。実際の違いは像フィルタ４’への画像の書き方に少し注意を払うことだけである。
【００１８】
次に、本発明による簡易動画型３次元画像表示システムについて説明する。図４は、その一実施形態の基本構成を示す線図である。白色点光源アレイ１２から出た光線は、像フィルタ１４によって適当な強度と色付けをされた光線再生型の３Ｄ像を造る光線群に変換される。点光源アレイと像フィルタの相対的位置（ｘ，ｙ，ｚ方向）相対的角（ｘ，ｙ，ｚ軸周りの回転）のすべてあるいはその一部を変えることのできる駆動部１６が点光源アレイ１２もしくは像フィルタ１４に接続されている。駆動部の駆動により、点光源から眼に入ってくる光線が異なったものになり、観測位置から観測される像の形状が変化して、結果として再生３Ｄ像が動くことになる。この再生３次元像移動の基本原理については後で点像を例にして詳しく述べる。
【００１９】
図５は、本発明による簡易動画型３次元画像表示システムの他の実施形態の基本構成を示す線図である。ここでは図４の点光源アレイ１２が白色光源１８とピンホールアレイ２０の組み合わせで代用されている。他は図４の構成と同じである。
【００２０】
図６は、本発明による簡易動画型３次元画像表示システムのさらに他の実施形態の基本構成を示す線図である。上述した実施形態との違いは、像フィルタ１４と観測者の間にレンズ２２を挿入した点である。このレンズ２２の使用により、元の再生３Ｄ像を別のところに結像させ、再生像の位置を後方あるいは前方へ変更することが可能になる。図６は像フィルタ１４近傍の３Ｄ像がレンズ２２により前方に移され、完全に宙に浮いて再現されている例を示している。
【００２１】
図７は、本発明による簡易動画型３次元画像表示システムにおける再生３次元画像移動の基本原理を説明する図である。図７において、位置ＣＦＡにある像フィルタ１４上には光線生成用の透過部Ａ１，Ａ２，Ａ３，．．．，Ａｎが描かれており、白色光源アレイの１つの光源Ｓ１を出た光線のうち、Ａ１を通る光線Ｌ１が生成される。同様にＳ２からＡ２を通る光線Ｌ２、さらに同様にＬ３，．．．，Ｌｎと光線が生成され、これらが１点ＰＡを通るように設定されていれば、観測者はＰＡの点に点像ＰＡを見ることができる。そこでもし像フィルタ１４が位置ＣＦＡが微少移動して位置ＣＦＢまで動いたとすると、Ａ１，Ａ２，Ａ３，．．．，Ａｎの位置がそれに従ってＢ１，Ｂ２，Ｂ３，．．．，Ｂｎと移動することになり、生成される光線もＬ１’，Ｌ２’，Ｌ３’，．．．，Ｌｎ’と変化する。移動が少ない範囲では移動した光線もまた１点（ＰＢとする）を通過するので、結局この像フィルタ１４の移動の結果、点像がＰＡからＰＢに移動したことになる。
【００２２】
像フィルタ１４の移動は、ｘ，ｙ，ｚいずれの方向であっても同様に再生像がそれぞれｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に移動する。もちろんこれらが組み合わさった移動も可能である。さらに微小な範囲では、像フィルタ１４が点光源アレイ１２に対し、相対的に回転しても再生像は移動回転する。さらに、これらのような移動は相対的であるので、像フィルタ１４が停止していて点光源アレイ１２を動かしても同様の効果がある。また、後方の像の場合も動きは前方の像とは動きが反転して移動するが、このような動きも動画として利用できる。
【００２３】
一般の３次元像は点像の集まりであるので、このような相対移動により、３次元像も移動をする。もちろんその位置により移動距離、方位が変わるため、全体としては単なる移動というより伸び、縮み、ひねり、回転なども加わり、かなり複雑な変化をさせることが可能になる。例えば、前方に頭、後方にお尻がある動物では、首とお尻が逆の動きをするので、絶妙な首振り尻振りダンスも像フィルタの平行移動だけで可能となる。図８は、本発明による簡易動画型３次元画像表示システムによるネズミの尻振りダンスの再生実験結果の写真撮影例である。（Ａ）は静止再生像を様々な視点から写真撮影したもので、非常に広い視角で異なる面が見え、立体像再生されていることがわかる。次に（Ｂ）では像フィルタを水平移動させ、簡易動画を生成した場合の同一視角から撮影した写真の例である。顔の向き、ボールの位置から、前脚の出方、さらに尻尾や後脚の出方が変化し、動画となっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立体視の原理を示す線図である。
【図２】光線再生法の基本構成を示す線図である。
【図３】改良型光線再生法による３次元画像表示システムの構成の一例を示す線図である。
【図４】本発明による簡易動画型３次元画像表示システムの一実施形態の基本構成を示す線図である。
【図５】本発明による簡易動画型３次元画像表示システムの他の実施形態の基本構成を示す線図である。
【図６】本発明による簡易動画型３次元画像表示システムのさらに他の実施形態の基本構成を示す線図である。
【図７】本発明による簡易動画型３次元画像表示システムにおける再生３次元画像移動の基本原理を説明する図である。
【図８】本発明による簡易動画型３次元画像表示システムによるネズミの尻振りダンスの再生実験結果の写真撮影例であり、（Ａ）は静止再生像を様々な視点から撮影した写真であり、（Ｂ）は簡易動画を生成した場合の同一視角から撮影した写真である。
【符号の説明】
２、１２  白色点光源アレイ
４、４’、１４  像フィルタ
１６  駆動部
１８  白色光源
２０  ピンホールアレイ
２２  レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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