(57)【要約】【課題】要素レンズを用いて要素画像を撮影する際に重複記録を除去することが可能な立体映像撮影装置を提供する。【解決手段】立体映像撮影装置１は、被写体の要素画像となる光を集光する要素レンズ５を２次元平面上に配置した要素レンズ群６と、この要素レンズ群６の各要素レンズ５の焦点距離となる焦平面に生成される要素画像群を撮影する撮影手段８と、を備えたインテグラルフォトグラフィによる立体映像撮影装置において、開口部３ａを有する遮蔽板３と、遮蔽板３をそれぞれの焦平面として、遮蔽板３よりも被写体側に配置された第１レンズ２および遮蔽板３よりも像側に配置された第２レンズ４と、を備えたテレセントリック光学系を、要素レンズ群６の被写体側に備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010066558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の要素画像となる光を集光する要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群と、この要素レンズ群の各要素レンズの焦点距離となる焦平面に生成される要素画像群を撮影する撮影手段と、を備えたインテグラルフォトグラフィ方式による立体映像撮影装置において、
開口部を有する遮蔽板と、当該遮蔽板がそれぞれの焦平面となるように、当該遮蔽板よりも被写体側に配置された第１レンズおよび当該遮蔽板よりも像側に配置された第２レンズと、を備えたテレセントリック光学系を、前記要素レンズ群の被写体側に備えることを特徴とする立体映像撮影装置。
【請求項２】
前記要素レンズの口径をＤ、前記要素レンズの焦点距離をｆ０、前記第２レンズの焦点距離をｆとしたとき、前記遮蔽板の開口部の縦横長は、２ｆｔａｎ−１（Ｄ／２ｆ０）であることを特徴とする請求項１に記載の立体映像撮影装置。
【請求項３】
前記第１レンズと前記第２レンズとが異なる焦点距離を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体映像撮影装置。
【請求項４】
前記開口部を前記遮蔽板の板面に沿った平面上で移動するように前記遮蔽板を駆動する遮蔽板駆動手段と、
前記撮影手段の撮影タイミングに同期して、前記テレセントリック光学系の光軸を中心に前記遮蔽板の板面に沿った平面上の予め定めた大きさの領域内で前記開口部の位置を順次移動させるように前記遮蔽板駆動手段を制御する開口位置制御手段と、
をさらに備え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立体映像撮影装置。
【請求項５】
前記開口位置制御手段は、前記開口部を移動させることで前記領域内に順次形成される複数箇所の開口領域が、当該領域内において部分的に重なる位置に前記開口部を移動させることを特徴とする請求項４に記載の立体映像撮影装置。
【請求項６】
前記開口部の位置が前記領域内で移動することで撮影された複数の要素画像を前記要素レンズごとに合成してフレーム画像を生成する合成手段を、さらに備えることを特徴とする請求項５に記載の立体映像撮影装置。
【請求項７】
前記遮蔽板に光の通過と遮断とを切り替える複数の開閉手段を備え、
前記撮影手段の撮影タイミングに同期して、前記複数の開閉手段を前記開口部として１箇所ずつ順次開放させることで、前記遮蔽板において前記開口部の位置を移動させる開閉制御手段をさらに備え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立体映像撮影装置。
【請求項８】
前記複数の開閉手段の開放により撮影された複数の要素画像を前記要素レンズごとに合成してフレーム画像を生成する合成手段をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の立体映像撮影装置。
【請求項９】
インテグラルフォトグラフィ方式により被写体を撮影する立体映像撮影方法であって、
前記被写体の物体光を被写体側の第１レンズにより集光する第１工程と、
この第１工程により集光し、前記第１レンズの焦点距離の位置に配置した遮蔽板の開口部を通過する光を、前記遮蔽板から像側の焦点距離の位置に配置した第２レンズにより受光し、複数の要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群に出射する第２工程と、
この第２工程により出射される光を、前記要素レンズ群を構成する個々の要素レンズにより集光する第３工程と、
この第３工程で集光した複数の要素レンズから出射される光を、前記要素レンズの焦点距離において、複数の要素画像からなる要素画像群として撮影する第４工程と、
を含むことを特徴とする立体映像撮影方法。
【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方式により被写体を立体像として撮影する立体映像撮影装置および立体映像撮影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然でリアルな表現が可能な立体映像を放送やコミュニケーションなどの情報伝達手段に適用させる検討が進められている。映像を立体表示させるには多数の方式があるが、その一方式であるホログラフィは、実際に物体が存在する場合と同じ光波場を再現することで空間に像を再生する方式であり、人間の視覚機能に負担をかけない立体表示方式と言われている。
【０００３】
これまでホログラフィの被写体は、静物やコンピュータグラフィックスが中心であったが、動いている物体を対象としてホログラムを取得するため、インテグラルフォトグラフィ（以下、「ＩＰ」という）方式で撮影された画像からホログラムを生成する手法が提案されている。
【０００４】
前記したＩＰ方式は、多数の微小なレンズ（ここでは、「要素レンズ」という）から構成されるレンズ板（要素レンズ群）を用いて立体像を記録、再生する技術である。このＩＰ方式により立体像を記録すると、要素レンズを通過した光が隣接する要素画像として重複記録され、再生される立体像が多重像として視認される現象が生じることが知られている。
【０００５】
ここで、図１２を参照して、要素画像が重複記録される要因について説明する。図１２は、従来の立体映像撮影装置における要素レンズと要素画像の記録状態を示す模式図である。図１２では、要素レンズ５（５１，５２，…）を使用した立体映像撮影装置において、被写体からの平行光ＰＲ１が要素レンズ５１によって要素レンズ群６の焦平面（記録面）に結像し、被写体からの平行光ＰＲ２が要素レンズ５２によって要素レンズ群６の焦平面に結像した状態を示している。
【０００６】
本来、ＩＰ方式において、要素レンズ５１によって生成される要素画像ＥＩ１と、要素レンズ５２によって生成される要素画像ＥＩ２とは、それぞれ独立して記録される必要がある。しかし、ここでは、要素レンズ５１に入射する平行光ＰＲ１が、要素レンズ群６の光軸に対して所定角度よりも大きいため、本来、要素画像ＥＩ１として記録されるべき光が、隣接する要素レンズ５２に対応する要素画像ＥＩ２として記録されている。すなわち、要素画像ＥＩ２には、要素レンズ５１からの光と、要素レンズ５２からの光とが重複して記録されることになる。この重複記録部分は、再生時に要素レンズ５２に対応する微小レンズでも再生されることになるため、本来の被写体と異なる場所に像を結ぶ妨害像となる。
【０００７】
この問題を解決する手法として、要素レンズに屈折率分布（ＧＲＩＮ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ）レンズを用いる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＧＲＩＮレンズを用いた場合、当該ＧＲＩＮレンズは、レンズ作用を有する光ファイバを立体的に積み重ねて２次元のレンズ群を構成していることから、各レンズが生成する要素画像が互いに重なることがない。
【０００８】
また、他の解決手法として、レンズ板の後側焦平面にレンズ板の大きさ以上の口径を持つフィールドレンズを備え、フィールドレンズの後側焦平面に開口部を有する遮蔽板を設け、当該開口部から出射される光のみを要素画像として撮影する手法が提案されている（非特許文献１参照）。この手法によれば、開口部に到達した光以外の光は遮蔽板により遮断されるため、開口部の幅を調整することで、レンズ板の要素レンズを通過する光のうち、所定の入射角を超える光を遮断し、要素画像の重複記録を抑えている。
【特許文献１】特許第３８３６５５０号公報
【非特許文献１】三科智之，山本健詞，大井隆太朗，奥井誠人，“ホログラフィ入力に適したインテグラルフォトグラフィ撮影のための複数要素画像の重複記録低減に関する検討”，映像情報メディア学会誌，ｖｏｌ．６２，ｎｏ．７，ｐｐ．１１３２〜１１３７，２００８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載されている屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズを用いて構成した立体映像撮影装置は、完全に要素画像の重複記録を除去することができるため、高品位な要素画像を撮影することができるという点で優れている。しかし、ＧＲＩＮレンズは、光ファイバを立体的に積み重ねるために製造に高度な技術が必要となり、製造が容易ではなかった。
【００１０】
また、非特許文献１に記載されているレンズ板の後側焦平面にフィールドレンズを備え、そのフィールドレンズの後側焦平面に開口部を有する遮蔽板を設けて構成した立体映像撮影装置は、構造が簡易なレンズ板を用いて、要素画像の重複記録を抑えることができるという点において優れている。しかし、この構造の立体映像撮影装置において、要素レンズ中心から離れた位置を通過する光ほど、所望の入射角の光線を通過させなかったり、所望しない入射角の光線を通過させてしまったりすることがあることは、非特許文献１に記載されている通りである。そのため、この構造の立体映像撮影装置は、完全には要素画像の重複記録を除去することができない。
そこで、製造が容易で、かつ、要素画像の重複記録を防止することが可能な立体映像撮影装置が望まれていた。
【００１１】
また、従来のＩＰ方式による立体映像撮影装置は、要素レンズを通過する光のうち、所定の入射角を超える光を遮断してしまうため、要素画像の画角が狭くなってしまうという問題がある。さらに、従来のＩＰ方式による立体映像撮影装置は、複数の要素レンズにより要素画像を撮影するため、各要素レンズに割り当てられる画素数が、撮影される画像全体の画素数の要素レンズ数分の１になり、画素数が減ってしまうという問題がある。
【００１２】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＧＲＩＮレンズを使用することなく、単レンズなどの要素レンズを用いて要素画像の重複記録を除去することが可能な立体映像撮影装置および立体映像撮影方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、要素画像の重複記録を除去しつつ、要素画像の広画角化かつ高画素化を実現することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の立体映像撮影装置は、被写体の要素画像となる光を集光する要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群と、この要素レンズ群の各要素レンズの焦点距離となる焦平面に生成される要素画像群を撮影する撮影手段と、を備えたインテグラルフォトグラフィ方式による立体映像撮影装置において、開口部を有する遮蔽板と、当該遮蔽板がそれぞれの焦平面となるように、当該遮蔽板よりも被写体側に配置された第１レンズおよび当該遮蔽板よりも像側に配置された第２レンズと、を備えたテレセントリック光学系を、前記要素レンズ群の被写体側に備える構成とした。
【００１４】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、開口部を有する遮蔽板を挟んだ第１レンズおよび第２レンズで構成されるテレセントリック光学系を、要素レンズ群の被写体側に設け、テレセントリック光学系で被写体光を入射し、要素レンズでテレセントリック光学系から出射される光を集光する。これによって、所定入射角で遮断された光により、要素レンズ群の焦平面に要素画像が生成される。
【００１５】
また、請求項２に記載の立体映像撮影装置は、請求項１に記載の立体映像撮影装置において、前記要素レンズの口径をＤ、前記要素レンズの焦点距離をｆ０、前記第２レンズの焦点距離をｆとしたとき、前記遮蔽板の開口部の縦横長を、２ｆｔａｎ−１（Ｄ／２ｆ０）として構成した。
【００１６】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、遮蔽板の開口部の縦横長を、２ｆｔａｎ−１（Ｄ／２ｆ０）とすることで、要素レンズに入射する被写体光の入射角φが、ｔａｎ−１（Ｄ／２ｆ０）を超えた光を遮断することになり、ある要素レンズの要素画像を、隣接する要素レンズに対応する要素画像の領域に重ねて生成することを防止することができる。
【００１７】
さらに、請求項３に記載の立体映像撮影装置は、請求項１または請求項２に記載の立体映像撮影装置において、前記第１レンズと前記第２レンズとが異なる焦点距離を有する構成とした。
【００１８】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、異なる焦点距離の第１レンズおよび第２レンズにより、要素レンズに入射される光により生成される要素画像は、被写体が拡大または縮小された画像となる。
【００１９】
また、請求項４に記載の立体映像撮影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像撮影装置において、前記開口部を前記遮蔽板の板面に沿った平面上で移動するように前記遮蔽板を駆動する遮蔽板駆動手段と、前記撮影手段の撮影タイミングに同期して、前記テレセントリック光学系の光軸を中心に前記遮蔽板の板面に沿った平面上の予め定めた大きさの領域内で前記開口部の位置を順次移動させるように前記遮蔽板駆動手段を制御する開口位置制御手段と、をさらに備える構成とした。
【００２０】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、開口位置制御手段が撮影手段の撮影のタイミングと同期させて、遮蔽板駆動手段を介して遮蔽板を平面移動させることで、開口部の位置を変えて要素画像を撮影することができる。このように開口部の位置を変えることで、要素レンズごとに被写体光の入射角の異なる画像を要素画像として撮影することができる。
【００２１】
さらに、請求項５に記載の立体映像撮影装置は、請求項４に記載の立体映像撮影装置において、前記開口位置制御手段が、前記開口部を移動させることで前記領域内に順次形成される複数の開口領域が、当該領域内において部分的に重なる位置に前記開口部を移動させる構成とした。
【００２２】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、開口部が移動することで形成される複数の開口領域を部分的に重ねるように開口部を移動させることで、それぞれの撮影タイミングで撮影された要素画像そのものに重複した画像が撮影されることになる。これによって、立体映像撮影装置は、開口部を開口領域ごとに移動させる場合に比べて開口領域の境における画像を欠落することなく撮影することができる。
【００２３】
また、請求項６に記載の立体映像撮影装置は、請求項５に記載の立体映像撮影装置において、前記開口部の位置が前記領域内で移動することで撮影された複数の要素画像を前記要素レンズごとに合成してフレーム画像を生成する合成手段を、さらに備える構成とした。
【００２４】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、合成手段によって、要素レンズに入射する光の入射角を変えて撮影した複数の要素画像を合成することで、入射角の範囲を拡張し、かつ、画素数を増やした１枚の要素画像を生成することができる。
【００２５】
さらに、請求項７に記載の立体映像撮影装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体映像撮影装置において、前記遮蔽板に光の通過と遮断とを切り替える複数の開閉手段を備え、前記撮影手段の撮影タイミングに同期して、前記複数の開閉手段を前記開口部として１箇所ずつ順次開放させることで、前記遮蔽板において前記開口部の位置を移動させる開閉制御手段をさらに備える構成とした。
【００２６】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、開閉制御手段が撮影手段の撮影のタイミングと同期させて、開閉手段を１つずつ開放することで、光が通過する開口部の位置を変えて要素画像を撮影することができる。このように要素レンズに入射する光の入射角を変えることで、要素レンズごとに被写体光の入射角の異なる画像を要素画像として撮影することができる。
【００２７】
また、請求項８に記載の立体映像撮影装置は、請求項７に記載の立体映像撮影装置において、前記複数の開閉手段の開放により撮影された複数の要素画像を前記要素レンズごとに合成してフレーム画像を生成する合成手段をさらに備える構成とした。
【００２８】
かかる構成によれば、立体映像撮影装置は、合成手段によって、要素レンズに入射する光の入射角を開閉手段の開閉により変えて撮影した複数の要素画像を合成することで、入射角の範囲を拡張し、かつ、画素数を増やした１枚の要素画像を生成することができる。
【００２９】
さらに、請求項９に記載の立体映像撮影方法は、インテグラルフォトグラフィ方式により被写体を撮影する立体映像撮影方法であって、前記被写体の物体光を被写体側の第１レンズにより集光する第１工程と、この第１工程により集光し、前記第１レンズの焦点距離の位置に配置した遮蔽板の開口部を通過する光を、前記遮蔽板から像側の焦点距離の位置に配置した第２レンズにより受光し、複数の要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群に出射する第２工程と、この第２工程により出射される光を、前記要素レンズ群を構成する個々の要素レンズにより集光する第３工程と、この第３工程で集光した複数の要素レンズから出射される光を、前記要素レンズの焦点距離において、複数の要素画像からなる要素画像群として撮影する第４工程と、を含む手順とした。
【００３０】
かかる手順によれば、立体映像撮影方法は、第１工程により、被写体の物体光を第１レンズで集光し、第２工程により、遮蔽板の開口部を通過する光のみを第２レンズで出射する。ここで、第１レンズ、開口部を有する遮蔽板、第２レンズで構成される光学系は、テレセントリック光学系となるため、第１工程および第２工程により出射される光は、開口部により、光が通過する入射角の範囲が制限されたものとなる。そこで、第３工程において、要素レンズにより集光される光は、光軸に対して所定角度の光が遮断された光となる。そして、立体映像撮影方法は、第４工程で、光の入射角度が制限された光を要素画像として撮影する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る立体映像撮影装置および立体映像撮影方法は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項１，９に記載の発明によれば、テレセントリック光学系によって、所定の入射角度より大きい光を遮断した光が要素レンズに入射されるため、各要素レンズにより生成される要素画像間の重複記録を防止することができる。また、請求項１に記載の発明によれば、ＧＲＩＮレンズを用いることなく、第１レンズ、開口部を有する遮蔽板、第２レンズで構成されるテレセントリック光学系に要素レンズ群を組み合わせることで構成可能であるため、汎用性に優れている。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、要素レンズに入射する被写体光の最大入射角を特定することができるため、要素画像の重複記録がなく、かつ、最大の入射角で要素画像を撮影することができる。
【００３３】
請求項３に記載の発明によれば、奥行き制御レンズ等の他の構成を設けることなく、被写体を拡大または縮小して要素画像を撮影することができる。
【００３４】
請求項４に記載の発明によれば、開口部の位置を移動させることで、１つの要素レンズについて、被写体光の入射角が異なる複数の要素画像を撮影することができる。このため、撮影された複数の要素画像は、１箇所で開口部の位置を固定して撮影した要素画像に対して、被写体光の撮影範囲が拡大したものとなり、要素画像を広画角化かつ高画素化することができる。
【００３５】
請求項５に記載の発明によれば、開口領域が重なるように開口部の位置を移動させるため、１つの要素レンズに対応する複数の要素画像が、それぞれ重なった画像となる。このため、開口領域ごとに開口部の位置を移動させる場合に比べ、１つの要素レンズに対応する要素画像間の区切りでの画像の欠落を防止することができる。
【００３６】
請求項６に記載の発明によれば、１つの要素レンズに対応して撮影範囲の異なる複数の要素画像を合成するため、広画角化かつ高画素化した要素画像で構成されるフレーム画像を逐次生成して出力することができる。これによって、要素画像の重複記録がない鮮明な映像で立体動画像を撮影することができる。
【００３７】
請求項７に記載の発明によれば、開閉手段を順次開放させることで、１つの要素レンズについて、被写体光の入射角が異なる複数の要素画像を撮影することができため、撮影された複数の要素画像は、１箇所で開閉手段を開放して撮影した要素画像に対して、被写体光の撮影範囲が拡大したものとなり、要素画像を広画角化かつ高画素化することができる。
【００３８】
請求項８に記載の発明によれば、１つの要素レンズに対応して撮影範囲の異なる複数の要素画像を合成するため、広画角化かつ高画素化した要素画像で構成されるフレーム画像を逐次生成して出力することができる。これによって、要素画像の重複記録がない鮮明な映像で立体動画像を撮影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明に係る立体映像撮影装置および立体映像撮影方法について図面を参照して説明する。
［立体映像撮影装置：第１実施形態］
（立体映像撮影装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体映像撮影装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る立体映像撮影装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【００４０】
立体映像撮影装置１は、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ）方式により、被写体を、立体映像を構成するための複数の要素画像（要素画像群）として撮影するものである。ここでは、立体映像撮影装置１は、第１レンズ２と、開口部３ａを形成した遮蔽板３と、第２レンズ４と、複数の要素レンズ５から構成される要素レンズ群６と、フィールドレンズ７と、撮影手段８と、を備えている。
【００４１】
第１レンズ２は、入射する光の束から平行な光どうしを集めて、焦点距離の平面上に集合させるレンズであって、例えば、単レンズである凸レンズで構成される。この第１レンズ２の効果により、第１レンズ２に入射した被写体Ｗの物体光は、所望の入射角以下の光のみが開口部３ａの内部に平行光ごとに集合することになる。
【００４２】
遮蔽板３は、所定位置に開口部３ａを形成して、第１レンズ２から入射される物体光のうち、開口部３ａに入射する光のみを通過させるものである。この遮蔽板３は、第１レンズ２の後側（像側）焦平面に配置される。なお、この遮蔽板３は、開口部３ａ以外では光を通過させないものであれば、特に限定されるものではなく、金属、ガラス、プラスチック等、あるいは透明素材に光を通過させない塗料を塗布して形成されたものでもよい。また、遮蔽板３の開口部３ａは、第１レンズ２の光軸を中心に所定形状となるように形成されている。この開口部３ａの形状は、光を部分的に遮断するものであればよく、矩形、正方形、ひし形等の形状であってもよいし、円形、楕円等の形状であってもよい。ここでは、一例として、開口部３ａの形状を正方形として説明を行う。なお、この開口部３ａの最適な大きさについては、後で説明を行うこととする。
【００４３】
第２レンズ４は、第１レンズ２により遮蔽板３の面において１点に集合された光を平行な光に戻すためのレンズであって、例えば、単レンズである凸レンズで構成される。ここでは、第２レンズ４は、当該第２レンズ４の焦点距離だけ遮蔽板３から離間して配置され、遮蔽板３の開口部３ａを通過した光のみを出射する。このように、第１レンズ２、遮蔽板３（開口部３ａ）および第２レンズ４で構成されるレンズ系は、テレセントリック光学系（両側テレセントリック光学系）を構成することになる。ここで、テレセントリック光学系は、遮蔽板３の開口部３ａによって、入射角が所定の範囲の光のみを通過させるため、テレセントリック光学系を通過した被写体光は、光軸に対し、所定の最大入射角度より大きい被写体光が遮断された光となる。
【００４４】
要素レンズ５は、第２レンズ４から出射される光を集光し、要素レンズ５の焦点距離となる焦平面に要素画像を生成するものである。例えば、要素レンズ５は、単レンズである微小な凸レンズで構成される。この要素レンズ５に入射する光は、テレセントリック光学系により、所定入射角よりも大きい被写体光が遮断された光であるため、ある要素レンズ５から出射された光が、隣接する要素レンズ５に対応する要素画像の領域に重複するように出射されることがない。
【００４５】
要素レンズ群６は、要素レンズ５を２次元平面上に複数配列して形成したものである。例えば、直径１ｍｍ程度の大きさの要素レンズ５を２次元平面上に配列した場合、縦３０ｃｍ×横４０ｃｍの要素レンズ群６は、１２万個の要素レンズ５で構成することができる。このように、要素レンズ群６は、２次元平面上に複数の要素レンズ５を配列することで、要素画像群を生成することができる。
【００４６】
フィールドレンズ７は、光軸に対して所定の最大入射角度の光を、フィールドレンズ７の後側焦点の方向に向いた光にし、かつ、その光の角度を所定の最大入射角度にするレンズであって、例えば、単レンズである凸レンズで構成される。ここでは、フィールドレンズ７は、要素レンズ群６で生成される要素画像の光を撮影手段８に向けて出射する。このフィールドレンズ７の大きさは、要素レンズ群６と同等以上の大きさが必要となる。例えば、要素レンズ群６が長方形に形成されている場合、フィールドレンズ７の直径は、その長方形の要素レンズ群６の対角線の長さと同じまたはそれ以上の長さとなる。
【００４７】
撮影手段８は、フィールドレンズ７から出射される光を受光して撮影するものである。この撮影手段８によって、フィールドレンズ７から出射される光が要素画像群として撮影されることになる。なお、この撮影手段８は、被写体Ｗを静止画、動画として撮影可能なものであれば、特に限定したものを用いる必要はない。例えば、被写体Ｗを静止画として撮影する場合、撮影手段８には、アナログ写真カメラやデジタルカメラを用いることができる。また、被写体Ｗを動画として撮影する場合、撮影手段８には、ビデオカメラを用いることができる。
【００４８】
なお、ここでは、フィールドレンズ７を介して撮影手段８によって、要素画像群を撮影する構成としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、要素レンズ群６の焦点距離となる焦平面に、撮影手段として、記録媒体（例えば、フィルム等）や、撮像素子（例えば、ＣＣＤ等）を配置することで、要素レンズ群６の焦点距離となる焦平面上の光を要素画像群として撮影する構成としてもよい。
【００４９】
（開口部の大きさについて）
次に、図２および図３を参照して、遮蔽板３に形成される開口部３ａの大きさについて説明する。図２は、被写体の物体光と開口部の大きさとの関係を示した模式図である。図３は、要素レンズに入射する光と焦平面との関係を示した模式図である。
【００５０】
本発明では、図２に示すように、第１レンズ２、遮蔽板３（開口部３ａ）および第２レンズ４によりテレセントリック光学系を構成している。そこで、図３に示すように、要素レンズ５１に入射する光が、要素レンズ５１に隣接する要素レンズ５２に対応する要素画像ＥＩ２として撮影されない最大の入射角度φで制限したい場合には、図２に示すように、第１レンズ２に入射した光を光軸に対して±φ以下に抑えればよい。
【００５１】
ここで、ある要素レンズ（要素レンズ５１）の光が、隣接する要素レンズ（要素レンズ５２）に対応する要素画像として撮影されないようにするための要素レンズ５１に入射する光の最大入射角φは、要素レンズ５の口径をＤ、要素レンズ５の焦点距離をｆ０としたとき、以下の（１）式で表すことができる。
【００５２】
【数１】
2010066558.tif 000003
【００５３】
一方、第１レンズ２および第２レンズ４の焦点距離をｆとしたとき、第１レンズ２の入射光を最大入射角φで遮断するには、開口部３ａの大きさ（縦横長）ａと最大入射角φとの関係は、以下の（２）式で表すことができる。
【００５４】
【数２】
2010066558.tif 000004
【００５５】
よって、この（２）式に（１）式の最大入射角φを代入することで、開口部３ａの大きさ（縦横長）ａは、以下の（３）式となる。
【００５６】
【数３】
2010066558.tif 000005
【００５７】
このように立体映像撮影装置１を構成することで、立体映像撮影装置１は、光軸に対して最大入射角φよりも大きい入射角で入射する光を遮断することができ、要素画像の重複記録を防止することができる。
【００５８】
なお、図２では、第１レンズ２および第２レンズ４の焦点距離を同一のｆとして説明したが、第１レンズ２の焦点距離をｆ′、第２レンズ４の焦点距離をｆというように異なる構成としてもよい。この場合であっても、開口部３ａの大きさ（縦横長）ａは、前記（３）式と同じである。
【００５９】
このように、第１レンズ２と第２レンズ４とで異なる焦点距離のレンズを用いることで、要素レンズ群６により要素画像として生成される被写体の大きさを変えることができる。この場合、例えば、第２レンズ４を可変焦点レンズとし、遮蔽板３の開口部３ａを絞り機構とし、第２レンズ４の焦点距離に応じて、第１レンズ２の位置と遮蔽板３の位置と開口部３ａの大きさとを変化させる構成としてもよい。また，例えば、第１レンズ２を可変焦点レンズとし、遮蔽板３の開口部３ａを絞り機構とし、第１レンズ２の焦点距離に応じて、第１レンズ２の位置を変化させる構成としてもよい。このように構成することで、動画像を撮影する際に、適宜被写体の拡大縮小を制御することが可能になる。
【００６０】
なお、開口部３ａの開口部３ａの大きさ（縦横長）は、前記した（３）式で求められた値ａ以下であれば、要素画像の重複記録を防止することができる。しかし、被写体光の入射角を最大にするためには、開口部３ａの大きさ（縦横長）を、前記した（３）式で求められた値ａとすることが望ましい。
【００６１】
（立体映像撮影装置を用いた撮影方法）
次に、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体映像撮影装置を用いた撮影方法（立体映像撮影方法）について説明する。
【００６２】
本発明に係る立体映像撮影方法では、まず、第１レンズ２が、被写体Ｗからの物体光を集光し、遮蔽板３に出射する（第１工程）。そして、立体映像撮影方法は、遮蔽板３から焦点距離だけ離して配置した第２レンズ４が、遮蔽板３の開口部３ａを通過した光のみを受光し、要素レンズ群６に対して出射する（第２工程）。
【００６３】
そして、立体映像撮影方法は、要素レンズ群６を構成する複数の要素レンズ５が、第２工程で第２レンズ４から出射される光を要素レンズ５ごとに個別に集光する（第３工程）。これによって、要素レンズ５の焦点距離となる焦平面に、個々の要素レンズ５に対応した要素画像が生成されることになる。
【００６４】
そして、立体映像撮影方法は、撮影手段８が、第３工程で要素レンズ５の焦点距離となる焦平面に生成された要素画像を撮影する（第４工程）。なお、本実施の形態においては、第４工程として、要素レンズ群６の焦平面上に配置したフィールドレンズ７によって、第３工程により集光した光を、フィールドレンズ７の焦点距離に配置した撮影手段８で撮影することとしている。もちろん、第４工程として、要素レンズ群６の焦平面上に記録媒体（例えば、フィルム等）や、撮像素子（例えば、ＣＣＤ等）を配置して撮影することとしてもよい。
【００６５】
以上の手順によって、立体映像撮影方法は、予め第２工程までの手順により、テレセントリック光学系が所定角度以上の入射角の光を遮断するため、第３工程以降において個々の要素レンズ５には、隣接する要素レンズからの光が入射されず、要素画像の重複記録を防止することができる。
【００６６】
（要素画像の重複記録の低減例）
ここで、図４を参照して、立体映像撮影装置１において、要素画像の重複記録が低減される例について説明する。図４は、立体映像撮影装置の撮影例を説明するための図である。図４（ａ）は、被写体Ｗを示し、ここでは、「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ」の文字を書いた紙を被写体Ｗとしている。図４（ｂ）は、テレセントリック光学系、すなわち、第１レンズ２、遮蔽板３（開口部３ａ）および第２レンズ４がない状態で撮影した要素画像である。図４（ｃ）は、本発明に係る立体映像撮影装置、すなわち、テレセントリック光学系を備えた構成で撮影した要素画像である。
【００６７】
図４（ｂ）に示すように、テレセントリック光学系がない状態で撮影した要素画像は、「Ａ〜Ｉ」の各文字が同一の要素画像に重複して記録されるため、文字を読むことができない。一方、図４（ｃ）に示すように、テレセントリック光学系を備えた状態で撮影した要素画像には重複記録がなく、「Ｅ」の文字が要素画像として視認することができる。
【００６８】
［立体映像撮影装置：第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る立体映像撮影装置について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る立体映像撮影装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【００６９】
立体映像撮影装置１Ｂは、立体映像撮影装置１（図１参照）と同様、ＩＰ方式により、被写体を、立体映像を構成するための複数の要素画像（要素画像群）として撮影するものである。なお、立体映像撮影装置１Ｂは、立体映像撮影装置１に要素画像を広画角化かつ高画素化する機能を付加している。
【００７０】
ここでは、立体映像撮影装置１Ｂは、第１レンズ２と、開口部３ａを形成した遮蔽板３と、第２レンズ４と、複数の要素レンズ５から構成される要素レンズ群６と、フィールドレンズ７と、撮影手段８Ｂと、遮蔽板駆動手段９と、開口位置制御手段１０と、合成手段１１と、を備えている。
【００７１】
撮影手段８Ｂ、遮蔽板駆動手段９、開口位置制御手段１０および合成手段１１以外の構成については、図１で説明した立体映像撮影装置１と同一の構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７２】
撮影手段８Ｂは、フィールドレンズ７から出射される光を受光して撮影するものである。なお、撮影手段８Ｂは、後記する開口位置制御手段１０から出力される同期信号によって、開口部３ａの移動と同期して撮影を行うこととする。この撮影手段８Ｂで撮影された画像は、合成手段１１に出力される。
【００７３】
遮蔽板駆動手段９は、開口部３ａを遮蔽板３の板面に沿った平面上で移動するように遮蔽板３を駆動させるものである。なお、遮蔽板駆動手段９は、後記する開口位置制御手段１０から通知される移動量（例えば、水平方向移動量、垂直方向移動量）に応じて遮蔽板３を移動させることとする。
【００７４】
開口位置制御手段１０は、撮影手段８Ｂの撮影タイミングと同期して、開口部３ａの位置を、テレセントリック光学系の光軸（第１レンズ２、第２レンズ４の光軸）を中心に遮蔽板３の板面に沿った平面上の予め定めた大きさの領域内で順次移動させるように遮蔽板駆動手段９を制御するものである。なお、この開口部３ａの大きさは、図２で説明したものと同じ大きさである。
【００７５】
この開口位置制御手段１０は、例えば、開口部３ａの位置を予め定めた位置に順次移動させる移動量を遮蔽板駆動手段９に通知し、その移動のタイミングに応じて同期信号を撮影手段８Ｂに出力する。これによって、撮影手段８Ｂは、移動後の開口部３ａの位置における要素画像を撮影することができる。
【００７６】
ここで、図６および図７を参照（適宜図５参照）して、開口部３ａの位置を移動させることで、要素画像が広画角化かつ高画素化される仕組みについて説明する。図６は、被写体の物体光と開口部の位置および大きさとの関係を示した模式図である。図７は、要素レンズに入射する光と要素画像の位置との関係を示した模式図である。
【００７７】
この図６では、図２で説明した大きさａの開口部３ａの位置をａだけ図中下方に移動させ、図２に比べ、被写体光の主軸を角度２φだけ上方からの光として入射した状態を表している。この場合、図７に示すように、要素レンズ群６の焦平面に生成される要素画像ＥＩ１は、焦平面上で１つの要素画像分だけ下方にずれた位置で生成される。このとき、平行光ＰＲ１および平行光ＰＲ２は、それぞれ主光線に対して最大入射角φ以上の光が遮断されているため、要素レンズ５１に対応する要素画像ＥＩ１と、要素レンズ５２に対応する要素画像ＥＩ２とは、重複することがない。
【００７８】
このように、図２の状態で撮影した要素画像が、光軸に対し±φの範囲である入射角２φの範囲の光により生成された画像であるのに対し、図６の状態で撮影した要素画像は、図２で撮影した要素画像のさらに上方の入射角２φの範囲の光により生成された画像になる。同様に、開口部３ａの位置を上下左右方向に所定数だけ移動させて要素画像を撮影することで、要素レンズ５ごとに、入射角度の異なる要素画像が開口部３ａを移動させた数だけ撮影されることになる。よって、これら複数の要素画像を合成することで、広い画角の要素画像を生成（広画角化）することができ、かつ、１つの要素画像の総画素を多くする（高画素化）ことができる。図５に戻って説明を続ける。
【００７９】
合成手段１１は、撮影手段８Ｂで撮影された開口部３ａの位置に応じた画像（要素画像群）を合成するものである。すなわち、合成手段１１は、開口位置制御手段１０によって開口部３ａの位置が移動した後に、撮影手段８Ｂによって撮影された画像のうちで、それぞれの要素レンズ５に対応する要素画像を合成することで、１つの要素画像（合成要素画像）を生成する。そして、合成手段１１は、このように生成した要素画像（合成要素画像）を１つのフレーム画像に含まれる要素画像として出力する。
【００８０】
（要素画像の広画角化・高画素化の例について）
ここで、図８および図９を参照して、要素画像が広画角化かつ高画素化される仕組みについて例を示して説明する。図８は、開口部の位置を移動させることで撮影した要素画像を合成する仕組みを説明するための説明図である。図９は、要素画像を合成する一例を説明するための説明図である。なお、ここでは説明を簡略化するため、上下左右および斜め方向に開口部３ａの大きさだけ開口部３ａを移動させて撮影した９枚の要素画像を合成する例について説明する。
【００８１】
まず、図８を参照（適宜図５参照）して、開口部の位置を移動させることで撮影した要素画像を合成する仕組みについて説明する。
図８（ａ）に示すように、遮蔽板３を上下左右および斜め方向に移動させることで、開口部３ａが９箇所に移動し、それぞれの位置において、要素画像が撮影される。このとき、ある要素レンズに着目すると、図８（ｂ）に示すように９つの撮影方向の異なる要素画像（ＥＩ１〜ＥＩ９）が撮影されたことになる。そこで、合成手段１１は、図８（ｃ）に示すように、図８（ｂ）の個々の要素画像を合成し、１つの要素画像（合成要素画像）を生成する。なお、ここでは、図８（ｃ）に示すように、合成された要素画像（合成要素画像）を正方形の画像として生成したが、この形状に限定されるものではない。例えば、図８（ｄ）に示すように、合成要素画像が円形となるように、複数の要素画像ＥＩのうち、中心から予め定めた距離以内に含まれる要素画像のみを合成してもよい。
【００８２】
次に、図９を参照（適宜図５参照）して、要素画像を合成する一例について説明する。図９（ａ）は、被写体Ｗを示し、ここでは、「ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ」の文字を書いた紙を被写体Ｗとしている。図９（ｂ）は、開口部３ａを光軸の中心に配置して、被写体Ｗを撮影した各要素画像の内容を示している。ここでは各要素レンズ５により、要素画像として「Ｅ」の文字を撮影したことを示している。
【００８３】
図９（ｃ）は、開口部３ａの位置を図９（ｂ）で撮影した位置に対し、上下左右および斜め方向に移動させることで、異なる撮影方向を撮影した要素画像の内容を示している。すなわち、図９（ｃ）では、被写体Ｗの「Ｅ」の周辺の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」…の各文字を要素画像として撮影したことを示している。
【００８４】
そして、図９（ｄ）に示すように、合成手段１１は、図９（ｂ）（ｃ）の要素画像を合成することで、合成要素画像を生成する。なお、図９（ｄ）の破線部分は、開口部３ａの位置を１箇所に固定して撮影した要素画像を示している。これに対し、立体映像撮影装置１Ｂは、破線部分の周辺まで１つの要素画像（合成要素画像）として撮影することができる。このように、立体映像撮影装置１Ｂは、１つの要素画像として、被写体Ｗの「Ｅ」のみではなく、その周辺（ここでは「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」…）まで撮影することができ、広い画角の画像を撮影することができる。また、その結果、より多くの画素数で１つの要素画像（合成要素画像）を生成することができる。
【００８５】
なお、ここでは、一例として、９つの開口部３ａの位置で要素画像を撮影した例について説明したが、この開口部３ａの位置は、これに限定されるものではない。また、ここでは、遮蔽板３の板面に沿った平面上の予め定めた大きさの領域内において、開口部３ａの位置を開口部３ａの大きさ（開口領域）ごとに移動させたが、開口部３ａを移動させることで領域内に順次形成される複数箇所の開口領域が、当該領域内において部分的に重なる位置に開口部３ａを移動させてもよい。例えば、開口部３ａを右水平方向に移動させる場合、移動前の開口部３ａの位置と、移動後の開口部３ａの位置とにおいて、移動前の開口部３ａの開口領域の右側１／２の領域と、移動後の開口部３ａの開口領域の左側１／２の領域とが重なる位置に開口部３ａを移動させる。もちろん、開口部３ａを左水平方向に移動させる場合や、上下方向に移動させる場合でも考え方は同じである。これによって、開口部３ａの開口領域ごとに移動させる場合に比べて、合成時の要素画像間の隙間の発生を防止することができる。
【００８６】
以上説明したように、立体映像撮影装置１Ｂを構成することで、立体映像撮影装置１Ｂは、個々の要素画像について重複記録を防止することができるとともに、個々の要素画像を広画角化かつ高画素化することができる。
【００８７】
例えば、撮影手段８Ｂの撮像素子の画素数をＡ［ピクセル］×Ｂ［ピクセル］、要素レンズの数をＩ［個］×Ｊ［個］、要素画像のサイズをＮ［ピクセル］×Ｍ［ピクセル］、フレームレートをＦ［ｆｐｓ］としたとき、フレームレートＦにおいて、以下の（４）式、（５）式に示すように、要素画像のサイズＮ，Ｍは、要素レンズ数分の１となる。
【００８８】
【数４】
2010066558.tif 000006
【００８９】
しかし、本発明においては、図１０に示すように、開口部３ａをＳ［箇所］×Ｔ［箇所］の領域内で切り換える（移動させる）構成とした場合、つまり、Ｓ×Ｔフレームで１つの要素画像を生成する場合、フレームレートはＦ／ＳＴ［ｆｐｓ］に落ちるが、要素画像のサイズＮ，Ｍは、以下の（６）式、（７）式に示すように、従来（（４）式、（５）式）に比べ、横方向、縦方向にそれぞれＳ倍、Ｔ倍と広画角化かつ高画素化される。
【００９０】
【数５】
2010066558.tif 000007
【００９１】
以上、要素画像の重複記録の防止と、要素画像の広画角化かつ高画素化を実現する立体映像撮影装置１Ｂについて説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。ここでは、遮蔽板３を移動させることで、開口部３ａの位置を変化させて要素画像の広画角化かつ高画素化を行ったが、遮蔽板３に複数の開閉手段を備え、１箇所ずつ順次開放する構成としてもよい。
【００９２】
［立体映像撮影装置：第３実施形態］
次に、図１１を参照して、本発明の第３実施形態に係る立体映像撮影装置について説明する。図１１は、本発明の第３実施形態に係る立体映像撮影装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【００９３】
立体映像撮影装置１Ｃは、立体映像撮影装置１Ｂ（図５参照）と同様、ＩＰ方式により、被写体を、立体映像を構成するための複数の要素画像（要素画像群）として撮影する際に、要素画像の重複記録を防止するとともに、要素画像を広画角化かつ高画素化するものである。
【００９４】
ここでは、立体映像撮影装置１Ｃは、第１レンズ２と、開口部３ａとして複数の開閉手段３ｂを備えた遮蔽板３Ｂと、第２レンズ４と、複数の要素レンズ５から構成される要素レンズ群６と、フィールドレンズ７と、撮影手段８Ｂと、合成手段１１と、開閉制御手段１２と、を備えている。遮蔽板３Ｂと、開閉制御手段１２以外の構成については、図５で説明した立体映像撮影装置１Ｂと同一の構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
遮蔽板３Ｂは、開口部３ａとして、所定位置に複数の開閉手段３ｂを備え、開閉制御手段１２から通知される開閉の指示に応じて、開閉手段３ｂを開閉するものである。
開閉手段３ｂは、光の通過と遮断を切り替えるもので、例えば、液晶シャッタ等で構成される。開閉手段３ｂを液晶シャッタで構成した場合、開閉手段３ｂは、液晶配列を電圧により制御することで、第１レンズ２から第２レンズ４への光を通過させたり、遮断したりする。なお、開閉手段３ｂの光の通過領域の大きさは、図２で説明した開口部３ａの大きさと同じである。
【００９６】
開閉制御手段１２は、撮影手段８Ｂの撮影タイミングに同期して、開閉手段３ｂを１つずつ開放して開口部３ａを形成することで、光の通過位置となる開口部３ａの位置を移動させるものである。この開閉制御手段１２は、例えば、ある開閉手段３ｂに開放を指示し、前に開放されていた開閉手段３ｂに閉鎖を指示することで、順次開口部３ａの位置を移動させる。これによって、撮影手段８Ｂは、順次開放された開口の位置における要素画像を撮影することができる。
【００９７】
なお、この開閉手段３ｂを順次開閉することで撮影される要素画像に重複記録がないことは、図６で説明した通りである。また、この開閉手段３ｂを順次開閉することで撮影される要素画像を合成することで、要素画像が広画角化かつ高画素化される仕組みについては図７で説明した通りである。
【００９８】
以上説明したように、立体映像撮影装置１，１Ｂ，１Ｃは、被写体の物体光を、テレセントリック光学系を介して、所定入射角以内の光に限定して要素レンズに入射することができるため、所定入射角度よりも大きい光によって発生する要素画像の重複記録を防止することができる。また、立体映像撮影装置１Ｂ，１Ｃは、さらに、テレセントリック光学系の開口部の位置を変えて要素画像を撮影した後、合成するため、被写体の物体光の入射角を広げた要素画像を取得することができる。これによって、立体映像撮影装置１Ｂ，１Ｃは、各要素画像を広画角化かつ高画素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体映像撮影装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【図２】被写体の物体光と開口部の大きさとの関係を示した模式図である。
【図３】要素レンズに入射する光と焦平面との関係を示した模式図である。
【図４】立体映像撮影装置の撮影例を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る立体映像撮影装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【図６】被写体の物体光と開口部の位置および大きさとの関係を示した模式図である。
【図７】要素レンズに入射する光と要素画像の位置との関係を示した模式図である。
【図８】開口部の位置を移動させることで撮影した要素画像を合成する仕組みを説明するための説明図である。
【図９】要素画像を合成する一例を説明するための画像例である。
【図１０】開口部の水平および垂直方向の移動位置を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る立体映像撮影装置の全体構成を模式的に示す構成図である。
【図１２】従来の立体映像撮影装置における要素レンズと要素画像の記録状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１００】
１      立体映像撮影装置
２      第１レンズ
３      遮蔽板
３ａ    開口部
３ｂ    開閉手段
４      第２レンズ
５      要素レンズ
６      要素レンズ群
７      フィールドレンズ
８      撮影手段
９      遮蔽板駆動手段
１０    開口位置制御手段
１１    合成手段
１２    開閉制御手段
【図１】
2010066558.tif 000008
【図５】
2010066558.tif 000009
【図６】
2010066558.tif 000010
【図７】
2010066558.tif 000011
【図８】
2010066558.tif 000012
【図９】
2010066558.tif 000013
【図１０】
2010066558.tif 000014
【図１１】
2010066558.tif 000015
【図１２】
2010066558.tif 000016
【図２】
2010066558.tif 000017
【図３】
2010066558.tif 000018
【図４】
2010066558.tif 000019