(57)【要約】【課題】  入手が難しい蝿の目レンズを使わずに、インテグラルフォトグラフィに相当する立体像の撮影し、表示することを可能にする。【解決手段】  シリンドリカル凹レンズを並べたレンチキュラーレンズと、これと垂直なスリットを面上に並べたスリット板を通して被写体の像を撮影する。このとき撮像面をスリット像の結像面より所定の距離だけ撮影レンズに近い位置に置くと、撮影像はインテグラルフォトグラフィで言う正しい立体像に相当する画像になる。撮影像を表示するに当たっては、蝿の目レンズシートに変わってレンチキュラーレンズとスリット板の組み合わせを使うことが出来る。さらにレンチキュラーレンズとスリット板の位置関係や、レンチキュラーレンズの種類を変えることで異なる性質の立体像を撮影することが可能になり、その撮影像は線状光源を並べたバックライトと、レンチキュラーレンズの組み合わせで表示することが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンドリカル凹レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、これと平行に置かれた、該シリンドリカル凹レンズと垂直なスリットが平行に並んでなるスリット板と、該レンチキュラーレンズを透過し、さらに該スリット板を通った光を撮影レンズによって撮像面に投影して撮影するカメラからなり、該レンチキュラーレンズと該スリット板を通して被写体の像を撮影する装置であって、該撮影レンズには該レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカル凹レンズに垂直な方向に光線の幅を狭める絞りが設けられ、かつ該撮像面は撮影レンズによって該スリット板のスリット群の像が結ばれる位置より、所定の距離だけ撮影レンズに近い位置にあり、各スリットの通過光が撮像面上に細長い像を形成し、かつ隣り合う像どうしが重なり合わないことを特徴とする立体像撮影装置。
【請求項２】
請求項１の撮影像あるいは同じ性質を持つ立体像に、シリンドリカル凸レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、該シリンドリカル凸レンズと垂直なスリットが平行に並んでなるスリット板を重ね、直交する一方の軸についてはレンチキュラー立体写真の原理によって立体的に表示し、もう一方の軸についてはスリットによるパララックスバリアの原理によって立体表示することを特徴とする立体像表示装置。
【請求項３】
スリットが平行に並んでなるスリット板と、これと平行に置かれた、該スリットと垂直なシリンドリカル凹レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、該スリット板を通り、さらにレンチキュラーレンズを透過した光を撮影レンズによって撮像面に投影して撮影するカメラからなり、該スリット板と該レンチキュラーレンズを通して被写体の像を撮影する装置であって、該撮影レンズには該レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカル凹レンズに垂直な方向に光線の幅を狭める絞りが設けられ、かつ該撮像面は撮影レンズによって該スリット板のスリット群の像が結ばれる位置より、所定の距離だけ撮影レンズから遠い位置にあり、各スリットの通過光が撮像面上に細長い像を形成し、かつ隣り合う像どうしが重なり合わないことを特徴とする立体像撮影装置。
【請求項４】
シリンドリカル凸レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、これと平行に置かれた、該シリンドリカル凸レンズと垂直なスリットが平行に並んでなるスリット板と、該レンチキュラーレンズを透過し、さらに該スリット板を通った光を撮影レンズによって撮像面に投影して撮影するカメラからなり、該レンチキュラーレンズと該スリット板を通して被写体の像を撮影する装置であって、該撮影レンズには該レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカル凸レンズに垂直な方向に光線の幅を狭める絞りが設けられ、かつ該撮像面は撮影レンズによって該スリット板のスリット群の像が結ばれる位置より、所定の距離だけ撮影レンズに近い位置にあり、各スリットの通過光が撮像面上に細長い像を形成し、かつ隣り合う像どうしが重なり合わないことを特徴とする立体像撮影装置。
【請求項５】
面上に平行な線状光源が並んだバックライトの上に、該線状光源群と所定の距離を離して透過性の画像を平行に載せ、さらにその上に該線状光源と垂直なシリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズを重ねてなる装置であって。該透過画像に請求項３ないし請求項４の撮影像、あるいは他の手段で作成した同等の性質を有する画像を使うことで立体像を表示する立体像表示装置。
【請求項６】
透明な板の片面に平行な白線を印刷した導光体と、該導光体の側面に置いた光源からなるエッジライト式のバックライトを、請求項５のバックライトに使用することを特徴とする請求項５に記載の立体像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インテグラルフォトグラフィの原理の基づき、上下左右の視点移動に対応する立体像を撮影、表示する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インテグラルフォトグラフィを使った立体像の撮影と表示は、上下左右の視点移動に対応するリアルな立体像を実現できる有望な手法として期待されているものの、そのままでは遠近感が逆転する偽立体像になってしまうという技術的な問題があることや、レンズを二次元的に並べたレンズシートが入手困難で、またかりに入手できても高価であるなどの問題があり、現在に至るまで一般に普及していない。
【０００３】
遠近感の逆転する問題を解決するためには、本発明者はすでに特開2003-307800および特開2005-010549に示した方法を提案したが、これらの方法ではやはり凹レンズが並んだレンズシートや凸面鏡が並んだ反射面など特殊な部品を必要とするため、資金の無い者にとって実施することは容易でなかった。
【特許文献１】特開2003-307800号公報
【特許文献２】特開2005-010549号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、レンズを二次元的に並べた所謂蝿の目レンズシートを使わず、レンチキュラーレンズやスリット板などの比較的入手が容易な材料を使って、上下左右の二次元的な視点移動に対応する立体像を撮影、表示する装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１は、シリンドリカル凹レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、これと平行に置かれた、該シリンドリカル凹レンズと垂直なスリットが平行に並んでなるスリット板と、該レンチキュラーレンズを透過し、さらに該スリット板を通った光を撮影レンズによって撮像面に投影して撮影するカメラからなり、該レンチキュラーレンズと該スリット板を通して被写体の像を撮影する装置であって、該撮影レンズには該レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカル凹レンズに垂直な方向に光線の幅を狭める絞りが設けられ、かつ該撮像面は撮影レンズによって該スリット板のスリット群の像が結ばれる位置より、所定の距離だけ撮影レンズに近い位置にあり、各スリットの通過光が撮像面上に細長い像を形成し、かつ隣り合う像どうしが重なり合わないことを特徴とする立体像撮影装置である。
【０００６】
本発明の請求項２は、請求項１の撮影像あるいは同じ性質を持つ立体像に、シリンドリカル凸レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、該シリンドリカル凸レンズと垂直なスリットが平行に並んでなるスリット板を重ね、直交する一方の軸についてはレンチキュラー立体写真の原理によって立体的に表示し、もう一方の軸についてはスリットによるパララックスバリアの原理によって立体表示することを特徴とする立体像表示装置である。
【０００７】
本発明の請求項３は、スリットが平行に並んでなるスリット板と、これと平行に置かれた、該スリットと垂直なシリンドリカル凹レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、該スリット板を通り、さらにレンチキュラーレンズを透過した光を撮影レンズによって撮像面に投影して撮影するカメラからなり、該スリット板と該レンチキュラーレンズを通して被写体の像を撮影する装置であって、該撮影レンズには該レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカル凹レンズに垂直な方向に光線の幅を狭める絞りが設けられ、かつ該撮像面は撮影レンズによって該スリット板のスリット群の像が結ばれる位置より、所定の距離だけ撮影レンズから遠い位置にあり、各スリットの通過光が撮像面上に細長い像を形成し、かつ隣り合う像どうしが重なり合わないことを特徴とする立体像撮影装置である。
【０００８】
本発明の請求項４は、シリンドリカル凸レンズが平行に並んだレンチキュラーレンズと、これと平行に置かれた、該シリンドリカル凸レンズと垂直なスリットが平行に並んでなるスリット板と、該レンチキュラーレンズを透過し、さらに該スリット板を通った光を撮影レンズによって撮像面に投影して撮影するカメラからなり、該レンチキュラーレンズと該スリット板を通して被写体の像を撮影する装置であって、該撮影レンズには該レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカル凸レンズに垂直な方向に光線の幅を狭める絞りが設けられ、かつ該撮像面は撮影レンズによって該スリット板のスリット群の像が結ばれる位置より、所定の距離だけ撮影レンズに近い位置にあり、各スリットの通過光が撮像面上に細長い像を形成し、かつ隣り合う像どうしが重なり合わないことを特徴とする立体像撮影装置である。
【０００９】
本発明の請求項５は、面上に平行な線状光源が並んだバックライトの上に、該線状光源群と所定の距離を離して透過性の画像を平行に載せ、さらにその上に該線状光源と垂直なシリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズを重ねてなる装置であって。該透過画像に請求項３ないし請求項４の撮影像、あるいは他の手段で作成した同等の性質を有する画像を使うことで立体像を表示する立体像表示装置である。
【００１０】
本発明の請求項６は、透明な板の片面に平行な白線を印刷した導光体と、該導光体の側面に置いた光源からなるエッジライト式のバックライトを、請求項５のバックライトに使用することを特徴とする請求項５に記載の立体像表示装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の立体像撮影装置によれば、従来蝿の目レンズを使って撮影されたインテグラルフォトグラフィの画像と同等ないし類似する性質を有する立体像を、レンチキュラーレンズとスリット板の組み合わせを使って撮影することが出来る。
【００１２】
また本発明の立体像表示装置によれば、従来蝿の目レンズを重ねて表示していたインテグラルフォトグラフィの画像や類似する性質を有する立体像を、レンチキュラーレンズとスリット板の組み合わせや、特別に設計されたバックライトとレンチキュラーレンズの組み合わせによって表示することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に本発明請求項１の立体像撮影装置の光学系を斜視図をもって示す。以下の各実施例はその光学系のみを表し、光学系を収納する暗箱や構造材は省略する。本光学系はｙ軸と平行なシリンドリカル凹レンズが並んだレンチキュラーレンズ１とｘ軸と平行なスリットが並んでなるスリット板２、ｘ軸方向に光線の幅を狭める絞り３、撮影レンズ４、撮像面５とからなり、被写体からの光を、レンチキュラーレンズ１とスリット板２を通し、撮影レンズ４によって撮像面５に投影して撮影する。ここでスリット板２は透明な板に印刷や金属膜のエッチング等でスリットを形成したものを使うことが出来、撮像面５は写真乾板や写真フィルムの感光面、あるいはCCD撮像素子の撮像面などである。撮影レンズ４の焦点距離をｆとすると、ｙｚ平面図を図２に示す通り１／ｆ＝１／Ａ＋１／Ｂを満たす位置に、撮影レンズ４によるスリット板２のスリット８の像９が結ばれるが、撮像面５をＢよりｄだけ撮影レンズ４に近い位置に置くと、撮像面５にはスリット板２のスリット８によって形成される細長い像が投影されることになる。結果として撮像面５にはスリット板２の各スリットに対応する細長い像が並ぶが、ｄを調整することで隣り合う像が重ならないようにすることができる。ｄの目安としては、絞り３と撮影レンズ４による瞳の幅をＲ、スリット板２の隣り合うスリットの間隔をｐとするとき、Ｒｄ／Ｂ ＝ ｐ（Ｂ−ｄ）／Ａ  すなわち  ｄ ＝ ｐＢ（Ｂ−ｄ）／ＡＲ  であれば隣り合う像が重ならず、かつ隙間もなく並ぶことになる。このようにして撮像面５で撮影された像は、インテグラルフォトグラフィで言う正しい立体像の条件を満たしている。
【００１４】
更に図３にｘｚ平面図を示すが、ｘｚ面内ではシリンドリカル凹レンズ１と絞り３の働きによって、特開2003-307800号公報に説明した原理で正しい立体像が撮影される。このように直交する二面内で、異なる原理によってそれぞれ同じ性質の立体像が撮影されるが、ここでシリンドリカル凹レンズ１の位置を、各凹レンズによる絞り３の像１０がスリット板２の位置に重なるように調整すれば、撮影される画像は図４のように凸レンズが並んだレンズシート１２を重ねて表示する事が出来る立体像１１となる。
【００１５】
また像１０がスリット板２の位置に重ならない設定で撮影された立体像の場合には、立体像を構成する単位画像の倍率が縦横で異なるものになるが、図５に示したように、このような立体像１３もレンチキュラーレンズ１４と直交するスリットが並んだスリット板１５を重ねることで表示することが出来る（請求項２）。本表示装置はｘｚ面内ではレンチキュラーレンズの働きで立体像を表示し、直交するｙｚ面内ではスリット板がパララックスバリアになって立体像を表示するが、このとき単位像のより倍率の大きい軸をｙ軸にとって両軸の視差情報が矛盾しないようにすればよい。なおこの装置ではスリット板１５が前面からの照明光を遮ってしまうので、立体像１３は透過性の画像として準備し、ライトボックス１６等で裏側から照明する必要がある。
【００１６】
なお図１〜図３のレンズ６はフィールドレンズのような働きをするもので、撮影される立体像の視域を調整する機能を有する。これ無しでは絞り３の位置に所定の面積の視域を持つ立体像になるが、レンズ６を置くことで、レンズ６による絞りの像の位置に視域の位置が移動し、その面積も広くなる。またここではレンチキュラーレンズ１のシリンドリカル凹レンズが縦の軸（ｙ軸）に平行で、スリット板２のスリットを水平の軸（ｘ軸）に平行になるように置いたが、これらを逆に、すなわちｚ軸を中心に９０度回転したものでもかまわない。ただスリットに垂直な方向の視域は投影レンズ４の口径によって制限されて広くとることが容易でないため、ここでは水平方向に広い視域をとれるようにスリットが水平になる構成で説明した。
【００１７】
図６に本発明請求項３の立体像撮影装置の光学系を斜視図をもって示す。本光学系は図１のレンチキュラーレンズ１とスリット板２の位置を逆転させたものになっており、それぞれの位置関係が微妙に違うことで異なる機能を発揮している。撮影レンズ４の焦点距離をｆとすると、ｙｚ平面図を図７に示す通り１／ｆ＝１／Ａ＋１／Ｂを満たす位置に、撮影レンズ４によるスリット板２のスリット８の像９が結ばれるが、撮像面５をＢよりｄだけ撮影レンズ４から遠い位置に置くと、撮像面５にはスリット板２のスリット８によって形成される細長い像が投影されることになる。結果として撮像面５にはスリット板２の各スリットに対応する細長い像が並ぶが、ｄを調整することで隣り合う像が重ならないようにすることができる。ｄの目安としては、絞り３と撮影レンズ４による瞳の幅をＲ、スリット板２の隣り合うスリットの間隔をｐとするとき、Ｒｄ／Ｂ ＝ ｐ（Ｂ＋ｄ）／Ａ  すなわち  ｄ ＝ ｐＢ（Ｂ＋ｄ）／ＡＲ  であれば隣り合う像が重ならず、かつ隙間もなく並ぶことになる。このようにして撮像面５で撮影された像は図２の装置の像が倒立したものになり、インテグラルフォトグラフィで言う偽の立体像の条件を満たすものになる。
【００１８】
一方ｘｚ面内の機能は図３で説明したものと同じで、正しい立体像の条件を満たすものになるため、結果として撮影像はｘ軸方向にはインテグラルフォトグラフィで言う正しい立体像、ｙ軸方向にはインテグラルフォトグラフィで言う偽の立体像の性質を持つ単位画像が並んだものとなる。このような立体像は図８に示した請求項５の立体像表示装置で正しい立体感をもって表示することが出来る。
【００１９】
図８において、請求項３の撮影像や同等の性質を有する画像は、スライド写真や液晶パネル上に透過画像１７として表示され、片面に水平なスリットが印刷された透明板１８と、レンチキュラーレンズ１４に挟まれるようにライトボックス１６に重ねられる。本装置では均一な面光源にスリットを重ねて線状光源とし、透明板１８の反対の面に透過画像１７を密着させることで、平行な線光源群による照明を実現して、インテグラルフォトグラフィで言う偽の立体像であるｙ軸方向の像を正しい立体感の像として表示し、一方でインテグラルフォトグラフィで言う正しい立体像であるｘ軸方向にはレンチキュラーレンズ１４によって正しい立体感の像として表示する。結果として表示される立体像は両軸方向の視線移動に対していずれも正しい立体像として観察されることになる。
【００２０】
請求項３の撮影像と同様な直交する二つの軸方向に逆の性質を持つ立体像は、請求項４の立体像撮影装置でも撮影することが出来る。図１１に本発明請求項４の立体像撮影装置の光学系を斜視図をもって示した。本光学系は図１のシリンドリカル凹レンズが並んだレンチキュラーレンズ１をシリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズ２３に置き換えたもので、ｙｚ面内の機能は図２で説明した通りインテグラルフォトグラフィで言う正しい立体像を形成する。一方ｘｚ面内では図１２に示したとおり、レンチキュラーレンズ２３の各シリンドリカル凸レンズによる絞り３の像２４を通過する光の角度分布が、倒立像となって並んだ画像が形成されるが、これはインテグラルフォトグラフィで言う偽の立体像になっている。このようにして撮影像はｘ軸方向にはインテグラルフォトグラフィで言う偽の立体像、ｙ軸方向にはインテグラルフォトグラフィで言う正しい立体像の性質を持つ単位画像が並んだものとなり、図６の撮影像のｘ軸とｙ軸を互いに置き換えた性質の立体像となる。このような立体像は図１３に示した請求項５の立体像表示装置で正しい立体感をもって表示することが出来る。
【００２１】
図１３において、透過画像２５は片面に垂直なスリットが印刷された透明板２７と、レンチキュラーレンズ２６に挟まれるようにライトボックス１６に重ねられる。本装置は図８の装置をｚ軸を中心に９０度回転したものになっており、同様の原理で正しい立体感の像を表示する。図８と図１３の同等性からもわかるとおり、請求項３と請求項４は基本的に同じ性質の立体像を撮影するもので互換性がある。ただいずれもレンチキュラーレンズに垂直な軸方向に広い視域を確保し易いので、その軸を水平にとって両眼視差を確保するのが、より実用的な選択である。
【００２２】
本発明の請求項５の立体像表示装置では、平行に並んだ線状光源群を透過性の画像のバックライトに使い、さらにレンチキュラーレンズを重ねて立体像を表示する。図８や図１３の実施例ではライトボックスにスリットを重ねて線状光源としたが、これでは光線の利用率が低く効率が悪い。請求項６では透明な板の片面に平行な白線を印刷した導光体の側面から照明光を入れ、白線を光らせたものを線状光源とすることで、照明光のロスが少ない立体像表示装置を実現した。
【００２３】
図９に請求項６による立体像表示装置の実施例を射視図によって示した。請求項３の装置で撮影された画像や同等の性質を有する透過性の画像１７は、片面に平行な白線を印刷した透明板１９（導光体）と光源２０、反射板２１によって構成されるエッジライト式のバックライトで照明され、さらにレンチキュラーレンズ１４を重ねて観察される。図１０に部分断面図を示すように、透明板１９の側面から入射した光は全反射を繰り返して透明板１９中を伝わり、印刷された白線２２に当たった光のみが拡散反射されて画像１７を照らす照明光となる。結果として照明光は平行に並んだ線状光源群の発したものと等価になって請求項５の条件を満たし、立体像を表示することができる。この方法はスリットを重ねる方法のように多くの光を遮るものではないため、光線利用率も高く、照明効率の良い表示装置を実現することが出来る。また先の説明から明らかなように、本装置は９０度回転することで請求項４の撮影像の表示に使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は静止画として立体的な看板、ポスターなどを制作する印刷や出版業に役立てることができる。また本発明の撮影装置や表示装置は動画に適用して立体映画や立体テレビに応用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】請求項１による立体像撮影装置の光学系である。
【図２】図１に示した光学系のｙｚ平面図である。
【図３】図１に示した光学系のｘｚ平面図である。
【図４】レンズシートを重ねて表示する立体像表示装置の例である。
【図５】請求項２による立体像表示装置である。
【図６】請求項３による立体像撮影装置の光学系である。
【図７】図６に示した光学系のｙｚ平面図である。
【図８】請求項５による立体像表示装置の一例である。
【図９】請求項６による立体像表示装置である。
【図１０】図９の立体像表示装置の部分断面図である。
【図１１】請求項４による立体像撮影装置の光学系である。
【図１２】図１２に示した光学系のｘｚ平面図である。
【図１３】請求項５による立体像表示装置の一例である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ・・・  シリンドリカル凹レンズが並んだレンチキュラーレンズ
２  ・・・  スリット板
３  ・・・  絞り
４  ・・・  撮影レンズ
５  ・・・  撮像面
６  ・・・  レンズ
７  ・・・  被写体
８  ・・・  スリット
９  ・・・  スリットの像
１０  ・・・  絞りの像
１１  ・・・  撮影された立体像
１２  ・・・  凸レンズの並んだレンズシート
１３  ・・・  撮影された立体像
１４  ・・・  シリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズ
１５  ・・・  スリット板
１６  ・・・  ライトボックス
１７  ・・・  撮影された立体像
１８  ・・・  片面に平行に並んだスリットを印刷した透明板
１９  ・・・  片面に平行に並んだ白線を印刷した透明板
２０  ・・・  光源
２１  ・・・  反射板
２２  ・・・  印刷された白線
２３  ・・・  シリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズ
２４  ・・・  絞りの像
２５  ・・・  撮影された立体像
２６  ・・・  シリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズ
２７  ・・・  片面に平行に並んだスリットを印刷した透明板
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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