JP2001238229A - 立体画像撮影装置及び立体画像表示装置並びに立体画像撮影表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる奥行きの被写体をぼけを生じさせずに
撮影・表示すること。 【解決手段】 可変焦点レンズ１６ａの焦点距離は、被
写体１１ａの実像１７ａがレンズ群１３の近傍に結像す
るように設定される。レンズ群１３の近傍にある被写体
１１ａの実像１７ａは、高解像度で撮影される。一方、
レンズ１６ａによって、被写体１１ｂの実像１７ｂ’は
レンズ群１３から離れた位置にできるので、被写体１１
ｂはぼけを生じながら撮影される。レンズ１６ｂの焦点
距離を、被写体１１ｂの実像１７ｂがレンズ群１３の近
傍に結像するように設定すると、レンズ群１３の近傍に
ある被写体１１ｂの実像は高解像度で撮影され、レンズ
群１３から離れた位置にある被写体１１ａの実像はぼけ
を生じながら撮影される。この結果、２つの被写体１１
ａ、１１ｂは、高解像度で撮影される。従来のＩＰ撮影
装置のように、レンズ群と被写体の距離が遠くないた
め、ぼけを生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体画像撮影装置
及び立体画像表示装置並びに立体画像撮影表示システム
に関し、特にレンズ群を利用して立体画像を撮影表示す
るインテグラルフォトグラフィ（以下ＩＰという）を用
いた立体画像撮影装置及び立体画像表示装置並びに立体
画像撮影表示システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２０、１９を用いて、従来のＩＰ撮影
装置及び従来のＩＰ表示装置によって、立体画像が撮影
・表示される様子を説明する。

【０００３】図２０は従来のＩＰ撮影装置を示し、平面
上に配列された複数の単焦点レンズからなるレンズ群９
３と、レンズ群９３からみて被写体９１とは反対側に配
置された撮像素子９４からなる。通常、レンズ群９３
は、小さいレンズを縦横にそれぞれ数百から数千個並べ
て構成されるが、図面を簡略化するため、５個のレンズ
で構成されているものとして図示する。

【０００４】本出願の発明者らは、従来のＩＰ撮影装置
におけるレンズ群９３を構成する各単焦点レンズとして
屈折率分布レンズを用いることにより、立体像の奥行き
の反転がないことを発明している（特開平１０−１５０
６７５号参照）。図２０のレンズ群９３も、屈折率分布
レンズを用いて構成されているものとして説明する。

【０００５】従来のＩＰ撮影装置では、レンズ群９３を
構成するレンズの個数に等しい数の被写体の像９５を撮
像素子９４によって撮影する。レンズ群は屈折率分布レ
ンズで構成されており、被写体の光は屈折率分布レンズ
の中を蛇行する。レンズの長さを適当に選べば、被写体
の正立像９５が撮像素子９４上に結像される。レンズの
長さの選び方の詳細は、特開平１０−１５０６７５号明
細書に記載されている。各正立像９５の撮像素子９４上
での位置と大きさは、被写体９１の光の進み方９２の情
報を含んでいる。

【０００６】図１９は従来の立体画像表示装置（以下、
従来のＩＰ表示装置という）を示し、平面上に配列され
た複数の単焦点レンズからなるレンズ群８３と、レンズ
群８３からみて観察者８０とは反対側に配置された画像
表示手段８４からなる。レンズ群８３を構成する各単焦
点レンズは一般的な凸レンズであり、画像表示手段８４
で発光した光が平行光となって出射するようにその焦点
距離および画像表示手段８４に対する位置（距離）が調
整されている。通常、レンズ群８３は、小さいレンズを
縦横にそれぞれ数百から数千個並べて構成されるが、図
面を簡略化するため、５個のレンズのみ示した。

【０００７】従来のＩＰ撮影装置の撮像素子９４によっ
て撮影された画像をそのまま画像表示手段８４に表示す
ると、撮影された被写体９１の光の進み方９２と同じ進
み方８２の光が再現される。観察者８０は、被写体９１
から発せられたのと同じ光をみるので、特殊なめがねな
しに、被写体９１が存在していた位置に立体的な空間像
８１をみる。

【０００８】以上の説明は、被写体が１つの場合につい
てであるが、複数の被写体が存在する一般的な画像を撮
影・表示することもできる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
ＩＰ撮影装置では、被写体９１がレンズ群９３から離れ
るに従って解像度が劣化する。なぜならば、レンズ群９
３と被写体９１との間の距離が遠い場合、レンズ群９４
を通して撮影される各正立像９５の大きさは小さくな
り、撮像素子９４にはより高い解像度が要求される。し
かし、撮像素子９４の解像度は有限であるので、結果的
に、正立像はぼけて撮影される。

【００１０】簡単な解決法として、図１８のように、被
写体７１とレンズ群７３の間に大きな凸レンズ７６を配
置し、被写体７１の実像がレンズ群７３の位置にできる
ように設定することが考えられる。この場合、被写体７
１の光でなく、その実像７７の光を撮影するものと解釈
できる。実像７７はレンズ群７３の位置にあるので、撮
像素子７４上で小さく撮影されることはなく、解像度劣
化を生じない。１つの被写体を撮影する場合は、これで
十分である。

【００１１】しかし、複数の被写体を撮影する場合に不
都合を生じる。なぜならば、一般的な凸レンズ７６の焦
点距離は時間的に変化しないので、１つの被写体の実像
をレンズ群上に結像させた場合に、他の被写体の実像は
レンズ群上に結像せず、ぼけてしまうからである。

【００１２】同様に、以上に説明した従来のＩＰ表示装
置では、空間像８１を再生する位置がレンズ群８３から
離れるに従って解像度が劣化する。なぜならば、レンズ
群８３と空間像８１との間の距離が遠い場合、レンズ群
８３を通して表示される各正立像８５の大きさは小さく
なり、画像表示手段８４にはより高い解像度が要求され
ることになる。しかし、画像表示手段８４の解像度は有
限であるので、結果的に、空間像８１はぼけて再生され
ることになってしまう。

【００１３】本発明は、以上のような問題に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、奥行きが異なる複数の被写体
のいずれもを、高解像度で撮影することができる立体画
像撮影装置を提供することにある。また、他の目的は、
奥行き位置が異なる複数の空間像のいずれもを、すなわ
ち、空間像を再生する位置がレンズ群から遠い場合であ
っても、高解像度で再生することができる立体画像表示
装置を提供することにある。さらに、他の目的は、以上
のような問題を解消し、さらに複数の被写体の重複表示
時においても良好な像再生を行うことができる立体画像
撮影表示システムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の立体画像撮影
装置は、平面上に配列された複数の単焦点レンズからな
るレンズ群と、被写体からの光を前記レンズ群を通して
撮影する撮像素子と、前記被写体と前記レンズ群との間
に配置された、時間的に焦点距離を変えることができる
可変焦点レンズと、前記可変焦点レンズの焦点距離を時
間的に変化させて、当該可変焦点レンズを通して得られ
た複数の被写体からの光を前記レンズ群の近傍に時分割
で結像させるための焦点距離調整手段とを具えたことを
特徴とする。

【００１５】請求項２の立体画像表示装置は、画像表示
手段と、時間的に焦点距離を変えることができる可変焦
点レンズと、前記画像表示手段と前記可変焦点レンズと
の間の平面上に配列され、各々が、前記画像表示手段か
らの光を平行光として出射するように、その焦点距離と
前記画像表示手段との間の距離が調整された複数の単焦
点レンズからなるレンズ群と、前記画像表示手段上での
画像の表示に応答して、前記可変焦点レンズの焦点距離
を時間的に変化させて、前記レンズ群の近傍にできた前
記画像表示手段からの光に基づく複数の空間像をそれぞ
れ異なる奥行きに時分割で再生するための焦点距離調整
手段とを具えたことを特徴とする。

【００１６】請求項３の立体画像撮影表示システムは、
請求項１の立体画像撮影装置と、請求項２の立体画像表
示装置と、前記立体画像撮影装置の焦点距離調整手段お
よび前記立体画像表示装置の焦点距離調整手段を制御し
て前記立体画像撮影装置の可変焦点レンズの動作と前記
立体画像表示装置の可変焦点レンズの動作とを連動させ
る連動手段とを具備し、前記画像表示手段は、前記撮像
素子で撮影された複数の画像を時分割で表示し、前記連
動手段は、前記立体画像撮影装置の可変焦点レンズが複
数の被写体のうち、より手前の被写体をレンズ群の近傍
に結像させているときは、前記立体画像表示装置のレン
ズ群の近傍にできた空間像が当該レンズ群からより遠い
位置で再生されるように、前記立体画像表示装置の可変
焦点レンズの動作を連動させることを特徴とする。

【００１７】請求項４の立体画像撮影表示システムは、
請求項３において、前記撮像素子が撮影した画像から、
前記立体画像撮影装置のレンズ群の近傍に結像した被写
体が映っている部分だけを取り出し、前記画像表示手段
に供給する非合焦部分除去手段を、さらに有することを
特徴とする。

【００１８】請求項５の立体画像撮影表示システムは、
請求項３または４において、前記画像表示手段に複数の
画像を時分割で表示する際に、前記それぞれの表示画像
の表示範囲内に、前記画像表示手段から、より遠い位置
に空間像が再生される別の画像の少なくとも一部が重複
する場合は、当該表示画像の表示の際に、前記重複部分
を非発光とする陰面部分除去手段を、さらに有すること
を特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態である立
体画像撮影装置を、図１，図２を参照しながら説明す
る。図１，図２の装置は、平面上に配列された複数の単
焦点レンズからなるレンズ群１３と、レンズ群１３から
みて被写体１１ａ，１１ｂとは反対側に配置された撮像
素子１４と、レンズ群１３からみて被写体側に配置され
た可変焦点レンズ１６ａまたは１６ｂと、撮像素子１４
の撮像周期に連動して、可変焦点レンズ１６ａ，１６ｂ
の焦点距離を調整する焦点距離調整手段１８とからな
る。レンズ群１３は、従来のＩＰ撮影装置（図２０）と
同様に、屈折率分布レンズで構成されているものとす
る。通常、レンズ群１３は、小さいレンズを縦横にそれ
ぞれ数百から数千個並べて構成されるが、図面を簡略化
するため、５個のレンズのみ示した。図１，図２におい
て、可変焦点レンズ１６ａ、１６ｂは同一のものである
が、異なる焦点距離となるように設定されていることを
示すため、異なる符号で表す。撮像素子１４として、テ
レビジョンで用いられる撮像管やＣＣＤを用いることが
できる。

【００２０】図１においては、可変焦点レンズ１６ａの
焦点距離は、被写体１１ａの実像１７ａがレンズ群１３
の近傍に結像するように設定されている。レンズ群１３
の近傍にある被写体１１ａの実像１７ａは、高解像度で
撮影される。一方、可変焦点レンズ１６ａによって、被
写体１１ｂの実像１７ｂ’はレンズ群１３から離れた位
置にできるので、被写体１１ｂはぼけを生じながら撮影
される。

【００２１】図２においては、可変焦点レンズ１６ｂの
焦点距離は、被写体１１ｂの実像１７ｂがレンズ群１３
の近傍に結像するように設定されている。レンズ群１３
の近傍にある被写体１１ｂの実像１７ｂは高解像度で撮
影され、レンズ群１３から離れた位置にある被写体１１
ａの実像１７ａ’はぼけを生じながら撮影される。

【００２２】図１の構成と図２の構成を総合すると、２
つの被写体１１ａ、１１ｂは、２つの構成のいずれかに
よって、高解像度で撮影される。従来のＩＰ撮影装置の
ように、レンズ群と被写体の距離が遠くないため、ぼけ
を生じない。

【００２３】以下に、本実施例及び後述の各実施例に用
いる可変焦点レンズおよびその焦点距離調整手段の具体
例について説明する。

【００２４】可変焦点レンズは、例えば、液晶の屈折率
変化を利用した液晶レンズ（電子通信学会技術報告，Ｅ
Ｄ７９−３０，１９７９，５５−６１，“焦点距離可変
ネマティック液晶レンズセル”）や、薄肉構造の光学面
を静電気力や小型アクチュエータなどを用いて機械的に
変形させて焦点距離の調整機能をもたせる（ＯＰＴＲＯ
ＮＩＣＳ，１９９９，Ｎｏ.７，１６１−１６７，“可
変焦点ミラー，可変焦点レンズ”）ことで、実現でき
る。前者の可変焦点レンズおよびその焦点調整手段の例
を図１６に示し、後者の可変焦点レンズおよびその焦点
調整手段の例を図１７に示す。

【００２５】図１６に示すように、１は電圧源、２は平
凹レンズ、３は液晶レンズ、４は平板ガラス、５はスペ
ーサであって、電圧源１からの電圧を液晶レンズ３に印
加して液晶分子の配向状態を変化させることで、液晶の
光学的性質（焦点距離など）を変化させる。

【００２６】図１７に示すように、６はアクチュエー
タ、７は出力軸、８はシリコンオイル、９はガラスダイ
ヤフラムであって、シリコンオイル８およびガラスダイ
ヤフラム９によってレンズを構成するものであり、ガラ
スダイヤフラム９の片側にアクチュエータ６で力を加え
てシリコンオイル８の圧力を変えることにより、レンズ
の光学面を機械的に変形させて、焦点距離を調整するこ
とができる。図１６および図１７に示すような可変焦点
レンズは、その焦点距離を高速に変更することができ
る。したがって、撮影は、静止画撮影に限らず、動画撮
影も実行することができる。すなわち、上述したよう
に、各撮影時の可変焦点レンズ１１の焦点距離情報に基
づいて、撮像板５による撮像タイミングに同期して可変
焦点レンズ１１の焦点距離を高速に制御することによっ
て、各時刻における各被写体の実像を鮮明に撮影するこ
とができる。

【００２７】次に、本発明の第２の実施形態である立体
画像表示装置を、図３，図４，図５を参照しながら説明
する。図３，図４，図５の装置は、平面上に配列された
複数の単焦点レンズからなるレンズ群２３と、前記レン
ズ群からみて観察者２０とは反対側に配置された画像表
示素子２４と、前記レンズ群からみて観察者２０側に配
置された可変焦点レンズ２６ａまたは２６ｂと、画像表
示素子２４の表示周期に連動して、可変焦点レンズ２６
ａ，２６ｂの焦点距離を調整する焦点距離調整手段２８
とからなる。レンズ群２３を構成する各単焦点レンズ
は、従来のＩＰ表示装置（図１９）と同様に、一般的な
凸レンズであり、画像表示素子２４で発光した光が平行
光となって出射するようにその焦点距離と位置が調整さ
れている。

【００２８】通常、レンズ群２３は、小さいレンズを縦
横にそれぞれ数百から数千個並べて構成されるが、図面
を簡略化するため、５個のレンズのみ示した。図３，４
において、可変焦点レンズ２６ａ、２６ｂは同一のもの
であるが、異なる焦点距離となるように設定されている
ことを示すため、異なる符号で表す。画像表示素子２４
として、テレビジョンの画像を表示するＣＲＴやプラズ
マディスプレイを用いることができる。

【００２９】図３において、画像表示素子２４上には、
空間像２７ａがレンズ群２３の位置に再生されるような
画像を表示する。この画像は、図１８のように、凸レン
ズ７６によって被写体７１の実像７７をレンズ群７３の
位置に結像させ、該実像７７をレンズ群７３を通して撮
像素子７４によって撮影することにより得られる。ま
た、同等の画像をコンピュータグラフィクスにより生成
してもよい。可変焦点レンズ２６ａによって、レンズ群
２３上に再生された空間像２７ａの実像２１ａは、図３
に示される位置に再生され、観察者２０は、該再生され
た実像２１ａをみる。発明が解決しようとする課題の項
で述べたように、レンズ群２３の近傍にできる空間像２
７ａは高解像度であるので、その実像２１ａも高解像度
で再生される。

【００３０】図４において、画像表示素子２４上には、
空間像２７ｂがレンズ群２３の位置に再生されるような
画像を表示する。この画像の生成方法は、図３における
画像の生成方法と同様で、図１８の装置において、被写
体の実像をレンズ群７３の位置に結像させて撮像素子７
４によって撮影すればよい。可変焦点レンズ２６ｂによ
って、レンズ群２３上に再生された空間像２７ｂの実像
２１ｂは、図４に示される位置に再生され、観察者２０
は、該再生された実像２１ｂをみる。レンズ群２３の近
傍にできる空間像２７ｂは高解像度であるので、その実
像２１ｂも高解像度で再生される。

【００３１】ここで、図３に示す状態と、図４に示す状
態を、人の目の残像時間よりも短い周期で切り替える
と、観察者２０にとっては２つの実像２１ａ、２１ｂは
図５のようにみえる。異なる奥行きにある２つの空間像
２１ａ、２１ｂは、ともに高解像度で再生される。

【００３２】本実施例の装置では、空間像２１ａ、２１
ｂと観察者２０が一直線上に並ぶ場合に、観察者２０か
らみて手前の空間像２１ｂと遠い空間像２１ａが混ざっ
て見えるので、観察者からみて複数の空間像が重ならな
いように被写体の位置を考慮しなければならない。この
問題は、後述する第５の実施例の装置では解決されてい
る。

【００３３】次に、本発明の第３の実施例である立体画
像撮影表示システムを、図６、図７、図８を参照しなが
ら説明する。図６、図７、図８のシステムは、本発明の
第１の実施例である立体画像撮影装置と、本発明の第２
の実施例である立体画像表示装置と、前記２つの装置に
おける各可変焦点レンズ１６ａ（１６ｂ）及び２６ａ
（２６ｂ）の動作を連動させる焦点距離連動装置３８を
具備している。第１の実施例の立体画像撮影装置及び第
２の実施例の立体画像表示装置と共通の部分はそれぞれ
図１〜図５と同一の符号で表し、詳しい説明は省略す
る。焦点距離連動装置３８は、上述したような焦点距離
調整手段１８または２８を含む。

【００３４】図６は、可変焦点レンズ１６ａが被写体１
１ａの実像１７ａをレンズ群１３の近傍に結像するよう
に制御された状態を示す。このとき、焦点距離連動装置
３８により、可変焦点レンズ２６ａの焦点距離は、レン
ズ群２３と再生像３１ａが結像関係となるように制御さ
れる。この状態で、撮像素子１４が撮影する画像３９ａ
は、図１の装置が撮影するものと全く同一である。すな
わち、被写体１１ａの実像１７ａは高解像度で撮影さ
れ、被写体１１ｂの実像１７ｂ’はぼけを生じながら撮
影される。該撮影された画像３９ａは、そのまま画像表
示装置２４に入力され、表示される。結果として、被写
体１１ａに対応する空間像２７ａがレンズ群２３の位置
に高解像度で再生され、可変焦点レンズ２６ａによって
その実像３１ａが図６で示される位置にできる。一方、
被写体１１ｂに対応する空間像２７ｂ’はレンズ群２３
より観察者３０側にぼけをともなって再生され、可変焦
点レンズ２６ａによってその実像が３１ｂ’の位置にで
きる。観察者３０は、可変焦点レンズ２６ａによる２つ
の実像３１ａと３１ｂ’をみる。図６で、実像３１ｂ’
を細く描いているのは、ぼけていることを示す。

【００３５】次に、可変焦点レンズ１６ａの焦点距離を
変更し、変更後の可変焦点レンズ１６ｂが被写体１１ｂ
の実像をレンズ群１３の近傍に結像する（図７）。この
とき、焦点距離連動装置３８により、可変焦点レンズ２
６ａの焦点距離も変更され、変更後の可変焦点レンズ２
６ｂによって、レンズ群２３と再生像３１ｂが結像関係
となるように制御される。この状態で、撮像素子１４が
撮影する画像３９ｂは、図２の装置が撮影するものと全
く同一である。すなわち、被写体１１ｂの実像１７ｂは
高解像度で撮影され、被写体１１ａの実像１７ａ’はぼ
けを生じながら撮影される。該撮影された画像３９ｂ
は、そのまま画像表示装置２４に入力され、表示され
る。結果として、被写体１１ｂに対応する空間像２７ｂ
がレンズ群２３の位置に高解像度で再生され、可変焦点
レンズ２６ｂによってその実像が３１ｂの位置にでき
る。一方、被写体１１ａに対応する空間像２７ａ’はレ
ンズ群２３からみて観察者３０とは反対側にぼけをとも
なって再生され、可変焦点レンズ２６ｂによってその実
像３１ａ’が図７で示される位置にできる。観察者３０
は、可変焦点レンズ２６ｂによる２つの実像３１ｂと３
１ａ’をみる。図７で、実像３１ａ’を細く描いている
のは、ぼけていることを示す。

【００３６】ここで、図６に示す状態と、図７に示す状
態を、人の目の残像時間よりも短い周期で切り替える
と、観察者３０にとって図８のようにみえる。最終的に
再生される被写体１１ａの空間像は、高解像度の空間像
３１ａとぼけをともなった空間像３１ａ’が重なったも
のとなる。同様に、最終的に再生される被写体１１ｂの
空間像は、高解像度の空間像３１ｂとぼけをともなった
空間像３１ｂ’が重なったものとなる。被写体１１ａと
１１ｂの奥行きが大きく異なる場合は、ぼけをともなっ
て再生される空間像のぼけ量が大きくなるので、ぼけた
空間像１１ａ’、１１ｂ’は観察者３０には見えなくな
る。結果として、高解像度の空間像１１ａ、１１ｂだけ
を観察者３０が見る。このように、本実施例のシステム
は、被写体の奥行きが大きく異なる場合にぼけない空間
像を再生する方法として有効である。

【００３７】次に、本発明の第４の実施例である立体画
像撮影表示システムを、図９、図１０、図１１を参照し
ながら説明する。本実施例の立体画像撮影表示システム
は、第３の実施例の立体画像撮影表示システムの変形で
あり、撮像素子１４が撮影した画像をそのまま画像表示
素子２４で表示するのでなく、後述する非合焦部分除去
装置４８による画像処理を施した後、画像表示素子２４
で表示するようにしたものである。その他の構成は、第
３の実施例の立体画像撮影表示システムと同じである。
第３の実施例の立体画像撮影表示システムと共通の部分
は図６〜８と同一の符号で表す。

【００３８】図９は、可変焦点レンズ１６ａが被写体１
１ａの実像１７ａをレンズ群１３の近傍に結像するよう
に制御された状態を示す。このとき、焦点距離連動装置
３８により、可変焦点レンズ２６ａの焦点距離は、レン
ズ群２３と再生像４１ａが結像関係となるように制御さ
れる。この状態で、撮像素子１４が撮影する画像３９ａ
は、図１の装置が撮影するものと全く同一である。すな
わち、被写体１１ａの実像１７ａは高解像度で撮影さ
れ、被写体１１ｂの実像１７ｂ’はぼけを生じながら撮
影される。

【００３９】該撮影された画像３９ａは、非合焦部分除
去装置４８による画像処理を施され、画像処理後の画像
４９ａは画像表示素子２４で表示される。非合焦部分除
去装置４８は、入力された画像３９ａのうち、レンズ群
１３の近傍に結像している実像１７ａの部分はそのまま
とし、レンズ群１３の近傍には結像していない実像１７
ｂの部分は除去する（後に接続される画像表示装置２４
で非発光とする）ような画像処理をする装置である。非
合焦部分除去装置４８を通過後の画像４９ａ（実像１７
ａだけが映っている）は、画像表示装置２４に入力さ
れ、表示される。結果として、被写体１１ａに対応する
空間像２７ａがレンズ群２３の位置に高解像度で再生さ
れ、可変焦点レンズ２６ａによってその実像４１ａが図
９に示す位置にできる。一方、被写体１１ｂに対応する
空間像は、非合焦部分除去装置４８によって除去されて
いるので、再生されることはない。観察者４０は、可変
焦点レンズ２６ａによる実像４１ａをみる。

【００４０】次に、可変焦点レンズ１６ａの焦点距離を
変更し、変更後の可変焦点レンズ１６ｂが被写体１１ｂ
の実像をレンズ群１３の近傍に結像する（図１０）。こ
のとき、焦点距離連動装置３８により、可変焦点レンズ
２６ａの焦点距離も変更され、変更後の可変焦点レンズ
２６ｂによって、レンズ群２３と再生像４１ｂが結像関
係となるように制御される。この状態で、撮像素子１４
が撮影する画像３９ｂは、図２の装置が撮影するものと
全く同一である。すなわち、被写体１１ｂの実像１７ｂ
は高解像度で撮影され、被写体１１ａの実像１７ａ’は
ぼけを生じながら撮影される。

【００４１】該撮影された画像３９ｂは、上述の画像３
９ａと同様に、非合焦部分除去装置４８による画像処理
を施される。非合焦部分除去装置４８を通過後の画像４
９ｂ（実像１７ｂだけが映っている）は、画像表示装置
２４に入力され、表示される。結果として、被写体１１
ｂに対応する空間像２７ｂがレンズ群２３の位置に高解
像度で再生され、可変焦点レンズ２６ｂによってその実
像４１ｂが図１０で示される位置にできる。一方、被写
体１１ａに対応する空間像２７ａ’は、非合焦部分除去
装置４８によって除去されているので、再生されること
はない。観察者４０は、可変焦点レンズ２６ｂによる実
像４１ｂをみる。

【００４２】ここで、図９に示す状態と、図１０に示す
状態を、人の目の残像時間よりも短い周期で切り替える
と、観察者４０にとって図１１のようにみえる。最終的
に被写体１１ａは高解像度の空間像４１ａとして、被写
体１１ｂは高解像度の空間像４１ｂとして、それぞれ再
生される。本実施例のシステムでは、第２の実施例の装
置と同様に、空間像４１ａ、４１ｂと観察者４０が一直
線上に並ぶ場合に、観察者４０からみて手前の空間像４
１ｂと遠い空間像４１ａが混ざって見えるので、観察者
からみて複数の空間像が重ならないように被写体の位置
を考慮しなければならない。この問題は、後述する第５
の実施例の装置では解決されている。

【００４３】次に、本発明の第５の実施例である立体画
像撮影表示システムについて図１２、図１３、図１４を
参照しながら説明する。本実施例の立体画像撮影表示シ
ステムは、第４の実施例の立体画像撮影表示システムの
立体画像表示装置部分を変形したもので、画像表示装置
２４に時分割で入力される複数の画像に、後述する陰面
部分除去装置による画像処理を施すようにしたものであ
る。その他の構成は、第４の実施例の立体画像撮影表示
システムと同じである。第４の実施例の立体画像撮影表
示システムと共通の部分は図９〜図１１と同一の符号で
表す。

【００４４】図１２は、可変焦点レンズ１６ａが被写体
１１ａの実像１７ａをレンズ群１３の近傍に結像するよ
うに制御された状態を示す。このシステムの構成におい
て、非合焦部分除去装置４８が画像４９ａを生成するま
では、図９のシステムの構成と同じであるので、詳しい
説明は省略する。結果として、画像４９ａには、被写体
１１ａの像だけが映る。

【００４５】図１３は、図１２のシステムにおける可変
焦点レンズ１６ａの焦点距離を変更したものであり、変
更後の可変焦点レンズ１６ｂが被写体１１ｂの実像１７
ｂをレンズ群１３の近傍に結像するように制御される。
このシステムの構成において、非合焦部分除去装置４８
が画像４９ｂを生成するまでは、図１０のシステムの構
成と同じであるので、詳しい説明は省略する。結果とし
て、画像４９ｂには、被写体１１ｂの像だけが映る。

【００４６】図１２、図１３のいずれの場合も、非合焦
部分除去装置４８が出力する画像４９ａ、４９ｂは陰面
部分除去装置５８に入力される。陰面部分除去装置５８
は焦点距離連動装置３８から可変焦点レンズ１６ａ、１
６ｂおよび２６ａ、２６ｂがどの焦点距離に設定される
かという情報５２を受け取る。該情報５２をもとに、図
１２の構成で入力される画像４９ａが図１３の構成で入
力される画像４９ｂよりも観察者から見て遠い位置に再
生される画像であることを、陰面部分除去装置５８にお
いて判断することができる。この判断をもとに、陰面部
分除去装置５８は、以下の画像処理を施す。画像４９ｂ
は、入力された画像４９ａ、４９ｂの中で最も観察者５
０に近い位置に再生されるものであるので、何の処理も
せずにそのまま画像５９ｂとして出力する。画像５９ｂ
中で被写体が映っている部分（本実施例では、被写体１
１ｂが映っている部分）を記憶しておく。画像４９ｂの
次に最も観察者５０に近い位置に再生される画像は、画
像４９ａである。陰面部分除去装置５８は、入力された
画像４９ａから、上述の画像５９ｂ中で被写体が映って
いる部分を除去する（後に接続される画像表示装置２４
で非発光とする）ような画像処理を施し、画像５９ａと
して出力する。（以下同様に、画像５９ａ中で被写体が
映っている部分を記憶しておき、次に最も観察者に近い
位置に再生される画像から、画像５９ｂ、５９ａ中で被
写体が映っている部分を除去するという画像処理を繰り
返す。本実施例では、可変焦点レンズの状態数が２であ
るので、画像５９ａを出力した時点で、陰面部分除去装
置５８による画像処理は終了する）。

【００４７】陰面部分除去装置５８による画像処理の結
果、図１２の構成では、画像４９ａに映っている被写体
１１ａの像から、画像４９ｂに映っている被写体１１ｂ
の像と重なる部分を除去して得られる画像５９ａが画像
表示装置２４に入力され、該画像５９ａによってレンズ
群２３の位置に空間像５７ａができ、可変焦点レンズ２
６ａによってその実像５１ａが再生され、観察者５０は
該再生された実像５１ａを見る。実像５１ａの形がもと
の被写体１１ａの形と異なる。これは、陰面部分除去装
置５８により、被写体１１ｂと重なる部分が除去された
ためである。

【００４８】一方、図１３の構成では、画像４９ｂはそ
のまま画像５９ｂとして画像表示装置２４に入力され、
該画像５９ｂによってレンズ群２４の位置に空間像がで
き、可変焦点レンズ２６ｂによってその実像５１ｂが再
生され、観察者５０は該再生された実像５１ｂを見る。

【００４９】ここでも他の実施例と同様に、図１２に示
す状態と、図１３に示す状態を、人の目の残像時間より
も短い周期で切り替えると、観察者５０にとって図１４
のようにみえる。最終的に被写体１１ａは高解像度の空
間像５１ａとして、被写体１１ｂは高解像度の空間像５
１ｂとして、それぞれ再生される。空間像５１ｂによっ
ておおわれた空間像５１ａの部分は、陰面部分除去装置
によって除去されているので、２つの被写体５１ａ、５
１ｂが混ざって見えることはない。

【００５０】上述の各実施例の説明において、可変焦点
レンズ１６ａ、１６ｂや２６ａ、２６ｂの焦点距離は上
述したような焦点距離調整手段１８または２８によって
２つの状態をとるものとした。状態の数は２ではなくそ
れ以上の任意の数でもよい。

【００５１】上述の第１、３、４、５の実施例の説明に
おいて、可変焦点レンズ１６ａは被写体１１ａの実像が
レンズ群１３の位置にできるように設定されているもの
とした。同様に、可変焦点レンズ１６ｂは被写体１１ｂ
の実像がレンズ群１３の位置にできるように設定されて
いるものとした。実際には、特定の被写体（この場合は
被写体１１ａ、１１ｂ）の実像がレンズ群１３の位置に
できるように、可変焦点レンズのパラメータを厳密に調
整する必要はない。その理由を図１５を参照しながら説
明する。図１５の装置は、第１の実施例の立体画像撮影
装置または第３、４、５の実施例の立体画像撮影表示シ
ステムにおける立体画像撮影装置部分を示す。可変焦点
レンズ１６ａを用いた場合、範囲６１ａの中にある被写
体がぼけずに撮影される。可変焦点レンズ１６ａの焦点
距離を変更した可変焦点レンズ１６ｂを用いた場合は、
範囲６１ｂの中にある被写体がぼけずに撮影される。さ
らに可変焦点レンズの焦点距離設定の状態数を十分に多
くすれば、このほかに被写体がある場合も、いずれかの
焦点距離の設定において、ぼけずに撮影することが可能
である。例えば、可変焦点レンズから測って２〜∞ｍま
での範囲がいずれかの焦点距離の設定でぼけずに撮影で
きるように焦点距離設定の状態数を決めることにより、
実用上、すべての被写体がぼけなしに撮影できるといえ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の立体画像
撮影装置によれば、奥行きが異なる複数の被写体のすべ
てについて、ぼけのない立体画像を撮影することができ
る。また、本発明の立体画像表示装置によれば、奥行き
が異なる複数の空間像をぼけずに再生することができ
る。さらにまた、本発明の立体画像撮影表示システムに
よれば、奥行きが異なる複数の被写体のすべてについ
て、ぼけのない立体画像を撮影し、それらの被写体の空
間像をぼけずに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の実施例の立体画像撮影装置を説
明する図である。

【図２】本発明の第１の実施例の立体画像撮影装置を説
明する他の図である。

【図３】本発明の第２の実施例の立体画像表示装置を説
明する図である。

【図４】本発明の第２の実施例の立体画像表示装置を説
明する他の図である。

【図５】本発明の第２の実施例の立体画像表示装置を説
明するさらに他の図である。

【図６】本発明の第３の実施例の立体画像撮影表示シス
テムを説明する図である。

【図７】本発明の第３の実施例の立体画像撮影表示シス
テムを説明する他の図である。

【図８】本発明の第３の実施例の立体画像撮影表示シス
テムを説明するさらに他の図である。

【図９】本発明の第４の実施例の立体画像撮影表示シス
テムを説明する図である。

【図１０】本発明の第４の実施例の立体画像撮影表示シ
ステムを説明する他の図である。

【図１１】本発明の第４の実施例の立体画像撮影表示シ
ステムを説明するさらに他の図である。

【図１２】本発明の第５の実施例の立体画像撮影表示シ
ステムを説明する図である。

【図１３】本発明の第５の実施例の立体画像撮影表示シ
ステムを説明する他の図である。

【図１４】本発明の第５の実施例の立体画像撮影表示シ
ステムを説明するさらに他の図である。

【図１５】可変焦点レンズの焦点距離設定の状態を説明
する図である。

【図１６】可変焦点レンズおよび焦点調整装置の一例を
説明する図である。

【図１７】可変焦点レンズおよび焦点調整装置の他の一
例を説明する図である。

【図１８】ＩＰ撮影装置の一例を説明する図である。

【図１９】従来のＩＰ表示装置を説明する図である。

【図２０】従来のＩＰ撮影装置を説明する図である。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ 被写体 １３ レンズ群 １４ 撮像素子 １６ａ 可変焦点レンズ １７ａ，１７ａ’ 実像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 光穗 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 岡野 文男 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Ｆターム(参考） 5C061 AA07 AB03 AB12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面上に配列された複数の単焦点レンズ
   からなるレンズ群と、 被写体からの光を前記レンズ群を通して撮影する撮像素
   子と、 前記被写体と前記レンズ群との間に配置された、時間的
   に焦点距離を変えることができる可変焦点レンズと、 前記可変焦点レンズの焦点距離を時間的に変化させて、
   当該可変焦点レンズを通して得られた複数の被写体から
   の光を前記レンズ群の近傍に時分割で結像させるための
   焦点距離調整手段とを具えたことを特徴とする立体画像
   撮影装置。
2. 【請求項２】 画像表示手段と、 時間的に焦点距離を変えることができる可変焦点レンズ
   と、 前記画像表示手段と前記可変焦点レンズとの間の平面上
   に配列され、各々が、前記画像表示手段からの光を平行
   光として出射するように、その焦点距離と前記画像表示
   手段との間の距離が調整された複数の単焦点レンズから
   なるレンズ群と、 前記画像表示手段上での画像の表示に応答して、前記可
   変焦点レンズの焦点距離を時間的に変化させて、前記レ
   ンズ群の近傍にできた前記画像表示手段からの光に基づ
   く複数の空間像をそれぞれ異なる奥行きに時分割で再生
   するための焦点距離調整手段とを具えたことを特徴とす
   る立体画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１の立体画像撮影装置と、請求項
   ２の立体画像表示装置と、前記立体画像撮影装置の焦点
   距離調整手段および前記立体画像表示装置の焦点距離調
   整手段を制御して前記立体画像撮影装置の可変焦点レン
   ズの動作と前記立体画像表示装置の可変焦点レンズの動
   作とを連動させる連動手段とを具備し、 前記画像表示手段は、前記撮像素子で撮影された複数の
   画像を時分割で表示し、 前記連動手段は、前記立体画像撮影装置の可変焦点レン
   ズが複数の被写体のうち、より手前の被写体をレンズ群
   の近傍に結像させているときは、前記立体画像表示装置
   のレンズ群の近傍にできた空間像が当該レンズ群からよ
   り遠い位置で再生されるように、前記立体画像表示装置
   の可変焦点レンズの動作を連動させることを特徴とする
   立体画像撮影表示システム。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記撮像素子が撮影した画像から、前記立体画像撮影装
   置のレンズ群の近傍に結像した被写体が映っている部分
   だけを取り出し、前記画像表示手段に供給する非合焦部
   分除去手段を、さらに有することを特徴とする立体画像
   撮影表示システム。
5. 【請求項５】 請求項３または４において、 前記画像表示手段に複数の画像を時分割で表示する際
   に、前記それぞれの表示画像の表示範囲内に、前記画像
   表示手段から、より遠い位置に空間像が再生される別の
   画像の少なくとも一部が重複する場合は、当該表示画像
   の表示の際に、前記重複部分を非発光とする陰面部分除
   去手段を、さらに有することを特徴とする立体画像撮影
   表示システム。