(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を、１平面上に配列されたレンズ群を介して１台のテレビジョンカメラにより撮影する立体画像撮像装置において、
前記レンズ群は、
前記被写体との距離よりも十分短い短焦点距離を有し、かつ、該短焦点距離の焦点面の近傍に前記被写体の小画像を結像させる複数の凸レンズからなり、
前記１台のテレビジョンカメラは、
前記レンズ群全体に渡る前記各凸レンズの焦点面の近傍に結像した前記各小実像を集光する１個のレンズと、
前記１個のレンズにより集光された前記レンズ群全体に渡る前記各凸レンズによって形成された前記各小実像を、該１個のレンズの焦点位置である撮像面上に同時に結像させることにより、前記被写体に対応した立体像を再生する撮像素子と
を具え、
前記被写体からの光を前記１平面上に配列されたレンズ群に直接導くことによって、該レンズ群の各凸レンズの焦点面の近傍の位置に前記被写体の小実像を結像させ、
前記各凸レンズの焦点面の近傍の位置で結像した前記被写体の小実像を、前記１台のテレビジョンカメラの前記１個のレンズで集光することによって、該集光された前記被写体の小実像の全てを前記撮像素子に導くことを特徴とする立体画像撮像装置。
【請求項２】
被写体を、１平面上に配列されたレンズ群を介して複数のテレビジョンカメラにより領域分割して撮影する立体画像撮像装置において、
前記レンズ群は、
前記被写体との距離よりも十分短い短焦点距離を有し、かつ、該短焦点距離の焦点面の近傍に前記被写体の小画像を結像させる複数の凸レンズからなり、
前記複数のテレビジョンカメラの各々は、前記レンズ群を領域分割して撮像するように配置され、
前記レンズ群の分割された領域内の各凸レンズの焦点面の近傍に結像した前記各小実像を集光する１個のレンズと、
前記１個のレンズにより集光された前記レンズ群の分割された領域内の前記各凸レンズによって形成された前記各小実像を、該１個のレンズの焦点位置である撮像面上に同時に結像させることにより、前記被写体に対応した立体像を再生する撮像素子と
を具え、
前記被写体からの光を前記１平面上に配列されたレンズ群に直接導くことによって、該レンズ群の各凸レンズの焦点面の近傍の位置に前記被写体の小実像を結像させ、
前記各凸レンズの焦点面の近傍の位置で結像した前記被写体の小実像を、前記各テレビジョンカメラで領域分割して前記１個のレンズにより集光することによって、該領域分割して集光された前記被写体の小実像の全てを前記撮像素子に導くことを特徴とする立体画像撮像装置。
【請求項３】
被写体を、球面状に配列されたレンズ群を介して複数のテレビジョンカメラにより領域分割して撮影する立体画像撮像装置において、
前記レンズ群は、
前記被写体との距離よりも十分短い短焦点距離を有し、かつ、該短焦点距離の焦点面の近傍に前記被写体の小画像を結像させる複数の凸レンズからなり、
前記複数のテレビジョンカメラの各々は、前記レンズ群を領域分割して撮像するように配置され、
前記レンズ群の分割された領域内の各凸レンズの焦点面の近傍に結像した前記各小実像を集光する１個のレンズと、
前記１個のレンズにより集光された前記レンズ群の分割された領域内の前記各凸レンズによって形成された前記各小実像を、該１個のレンズの焦点位置である撮像面上に同時に結像させることにより、前記被写体に対応した立体像を再生する撮像素子と
を具え、
前記被写体からの光を前記球面状に配列されたレンズ群に直接導くことによって、該レンズ群の各凸レンズの焦点面の近傍の位置に前記被写体の小実像を結像させ、
前記各凸レンズの焦点面の近傍の位置で結像した前記被写体の小実像を、前記各テレビジョンカメラで領域分割して前記１個のレンズにより集光することによって、該領域分割して集光された前記被写体の小実像の全てを前記撮像素子に導くことを特徴とする立体画像撮像装置。
【請求項４】
前記球面状に配列された複数の凸レンズからなる領域分割されたレンズ群は、複数の凸レンズを平面状の領域で複数構成し、該複数の平面領域を組み合わせて多面体として構成したことを特徴とする請求項３記載の立体画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は立体テレビジョンに関し、特にレンズ群またはピンホール群を利用した立体テレビジョン、いわゆる integral photography (IP)  の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
任意の視点から自由に見られる立体テレビジョン方式の一つとして、平面状に配列された凸レンズ群あるいはピンホール群を用いたいわゆる integral photography (IP)  が知られている。この方式をレンズ群を用いた場合について以下に説明する。
【０００３】
まず、図４に示すように、同一平面上に配置された複数の凸レンズ２1 ，２2 ，・・・，２n からなるレンズ群２の後ろに写真フィルム３を置き、レンズ群２の前においた被写体１を撮影する。写真フィルム３には各凸レンズ２1 ，２2 ，・・・，２n により被写体１の像３1 ，３2 ，・・・，３n が結像し、撮影される。次に図５に示すように、撮影、現像した写真４をレンズ群２に対して撮影したときのフィルムと同じ位置に配置する。この状態でレンズ群２の前方から写真状の像４1 ，４2 ，・・・，４n を見ると、立体再生像５が見える。１３は目を示す。この場合、レンズ群から被写体を見て凹に見えるものが、立体再生像では被写体を裏側から見たようになるために、凸に見えてしまう。つまり、凹と凸が反転してしまう。これを避けるために、現像した写真を何らかの手段で処理を行い、凹凸変換することが必要であり、いくつかの方法が考案されている。これらのことは、例えば大越孝敬著「三次元画像工学」（朝倉書店、１９９１年）などに記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、IP  方式ではレンズ群と同じ大きさの写真フィルムが必要になること、また一度写真に撮影するため、静止画しか立体像にすることができないこと、の二つの問題があった。この問題を解決するために、テレビジョンカメラを利用する方法がある。例えば、図６に示すように、図４に示した写真フィルムのかわりに拡散板による半透明スクリーン６を置き、ここに被写体１の像６1 ，６2 ，・・・，６n を結像させ、それらを更に後方に設置したレンズ８および撮像素子９を備えたテレビジョンカメラ７で撮影し、撮像素子上に結像した像９1 ，９2 ，・・・，９n を、図７に示すように、レンズ群２の後ろに設置した表示装置１０上に像１０1 ，１０2 ，・・・，１０n として表示し、レンズ群２の前から表示装置１０を見れば動画の立体像５が再生できる。従って、先に述べた問題のうち、後者の問題、すなわち動画の撮影の問題は解決できる。しかし、この場合は拡散板によって光量が落ち、テレビジョンカメラに対して高感度が要求されること、また、画像の質の面から、結像した被写体像よりもはるかに細かい材質、つまり粒状性が問題にならない拡散板が必要になるという問題がある。なお、拡散板を用いた場合にも、先に説明した凹凸変換を何らかの手段で行うことが必要である。
【０００５】
本発明は上述した問題を解決し、拡散板を用いずに立体像を撮像することのできる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、立体テレビジョンシステムの立体画像を撮影する撮像装置において、通常のテレビジョンカメラの前に多くの凸レンズで構成したレンズ群を設置し、そのレンズ群全体をテレビジョンカメラで撮像し、各凸レンズで撮影した多くの画像を一つのカメラで撮像することにより、立体画像を容易に撮像できるようにしたものである。
【０００７】
本発明は、被写体を、１平面上に配列されたレンズ群を介して１台のテレビジョンカメラにより撮影する立体画像撮像装置において、前記レンズ群は、前記被写体との距離よりも十分短い短焦点距離を有し、かつ、該短焦点距離の焦点面の近傍に前記被写体の小画像を結像させる複数の凸レンズからなり、前記１台のテレビジョンカメラは、前記レンズ群全体に渡る前記各凸レンズの焦点面の近傍に結像した前記各小実像を集光する１個のレンズと、前記１個のレンズにより集光された前記レンズ群全体に渡る前記各凸レンズによって形成された前記各小実像を、該１個のレンズの焦点位置である撮像面上に同時に結像させることにより、前記被写体に対応した立体像を再生する撮像素子と
を具え、前記被写体からの光を前記１平面上に配列されたレンズ群に直接導くことによって、該レンズ群の各凸レンズの焦点面の近傍の位置に前記被写体の小実像を結像させ、前記各凸レンズの焦点面の近傍の位置で結像した前記被写体の小実像を、前記１台のテレビジョンカメラの前記１個のレンズで集光することによって、該集光された前記被写体の小実像の全てを前記撮像素子に導くことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、被写体を、１平面上に配列されたレンズ群を介して複数のテレビジョンカメラにより領域分割して撮影する立体画像撮像装置において、前記レンズ群は、前記被写体との距離よりも十分短い短焦点距離を有し、かつ、該短焦点距離の焦点面の近傍に前記被写体の小画像を結像させる複数の凸レンズからなり、前記複数のテレビジョンカメラの各々は、前記レンズ群を領域分割して撮像するように配置され、前記レンズ群の分割された領域内の各凸レンズの焦点面の近傍に結像した前記各小実像を集光する１個のレンズと、前記１個のレンズにより集光された前記レンズ群の分割された領域内の前記各凸レンズによって形成された前記各小実像を、該１個のレンズの焦点位置である撮像面上に同時に結像させることにより、前記被写体に対応した立体像を再生する撮像素子とを具え、前記被写体からの光を前記１平面上に配列されたレンズ群に直接導くことによって、該レンズ群の各凸レンズの焦点面の近傍の位置に前記被写体の小実像を結像させ、前記各凸レンズの焦点面の近傍の位置で結像した前記被写体の小実像を、前記各テレビジョンカメラで領域分割して前記１個のレンズにより集光することによって、該領域分割して集光された前記被写体の小実像の全てを前記撮像素子に導くことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、被写体を、球面状に配列されたレンズ群を介して複数のテレビジョンカメラにより領域分割して撮影する立体画像撮像装置において、前記レンズ群は、前記被写体との距離よりも十分短い短焦点距離を有し、かつ、該短焦点距離の焦点面の近傍に前記被写体の小画像を結像させる複数の凸レンズからなり、前記複数のテレビジョンカメラの各々は、前記レンズ群を領域分割して撮像するように配置され、前記レンズ群の分割された領域内の各凸レンズの焦点面の近傍に結像した前記各小実像を集光する１個のレンズと、前記１個のレンズにより集光された前記レンズ群の分割された領域内の前記各凸レンズによって形成された前記各小実像を、該１個のレンズの焦点位置である撮像面上に同時に結像させることにより、前記被写体に対応した立体像を再生する撮像素子とを具え、前記被写体からの光を前記球面状に配列されたレンズ群に直接導くことによって、該レンズ群の各凸レンズの焦点面の近傍の位置に前記被写体の小実像を結像させ、前記各凸レンズの焦点面の近傍の位置で結像した前記被写体の小実像を、前記各テレビジョンカメラで領域分割して前記１個のレンズにより集光することによって、該領域分割して集光された前記被写体の小実像の全てを前記撮像素子に導くことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記球面状に配列された複数の凸レンズからなる領域分割されたレンズ群は、複数の凸レンズを平面状の領域で複数構成し、該複数の平面領域を組み合わせて多面体として構成することによって、立体画像撮像装置を構成する。
【００１１】
【作用】
本発明においては拡散板を用いないので、拡散板による感度の低下がない。また、本発明の装置によって撮像された信号から再生される立体画像は原理的に任意の視点から自由に見ることができる。
【００１２】
【実施例】
本発明による立体画像撮像装置の実施例を図１に示す。この実施例は、複数の凸レンズ２1 ，２2 ，・・・，２n が一平面上に配列されたレンズ群２と、レンズ８および撮像素子９を備え、レンズ群２の全体を撮像するテレビジョンカメラ７とから構成される。レンズ群２の各凸レンズの焦点距離ｆ１は、焦点がレンズの直後となる短焦点距離のものとする。被写体１をこの焦点距離より十分離れた距離（図において最も近い距離をｄ１、最も遠い距離をｄ２で示す）に置くと、被写体の実像１１1 ，１１2 ，・・・，１１n が、各レンズによってそれらの焦点の近傍、すなわち各レンズの焦点が形成する焦点面１１の近傍に作られる。実像はそこに物体があると考えてよいから、その実像をさらに後ろに設置したテレビジョンカメラで改めてレンズ群全体を撮像すれば、実像の位置にフィルムを設置して個々のレンズによる像を撮像したと同様に、レンズ群２による個々の実像を撮像素子９上に、像９1 ，９2 ，・・・，９n として結像させ、画像信号（テレビジョン信号）を得ることができる。このテレビジョン信号を図４に示したと同様に、表示装置に表示し、その表示装置の前面に設置されたレンズ群を通して、その表示装置を見ることで、立体像が再生される。再生用のレンズ群の焦点距離は撮像用のレンズ群の焦点距離と異なってもよい。
【００１３】
本発明ではテレビジョンカメラを用いるので、動画の撮像は自由である。また、従来例のように拡散板を用いる場合には、その材質や製法にもよるが、感度が数分の一から数十分の一に減少する。本発明では、拡散板を用いない。そのために、感度の低下がなく、構造も簡単である。
【００１４】
図２に本発明の他の実施例の構成を示す。この実施例は、凸レンズ群のレンズの数に対して、テレビジョンカメラの画素数が少ない場合に有効な実施例である。図２に示すように、複数のテレビジョンカメラでレンズ群を領域分割してレンズ群全体を撮像する。図２には、テレビジョンカメラ７Ａ，７Ｂ，７Ｃおよび７Ｄで、レンズ群２の領域２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄをそれぞれ撮像する例を示してある。
【００１５】
図３に本発明のさらに他の実施例の構成を示す。被写体の周囲全体を覆うように凸レンズ群を球面状に配置する。例えば、それぞれ複数の凸レンズで球面の一部をなす領域１２1 ，１２2 ，・・・，１２n を構成し、それらを組合せて球面状のレンズ群１２を形成する。その周囲に複数のテレビジョンカメラ７1 ，７2 ，・・・，７n を各カメラがレンズ群の各領域のそれぞれのレンズが結像した被写体の実像を撮像し、カメラ全体でレンズ群による被写体の実像全体を撮像するように配置する。各テレビジョンカメラで被写体の実像を撮像して撮像素子上に結像させ、画像信号（テレビジョン信号）を得る。このテレビジョン信号によりそれぞれの被写体像を表示する複数の表示装置を球状に配置し、さらに、表示装置の全面に複数のレンズ群を球状に配置する。このようにして、レンズ群を通して表示装置に表示された被写体の像を見ることによって、どこから見ても被写体の立体像を見ることのできる装置を実現できる。被写体を撮影するために球面上にレンズ群を配置して各領域を構成する場合には、その球面の曲率はレンズ群を撮像するテレビジョンカメラのピントが合致する範囲内の曲率でなければならない。
【００１６】
球状のレンズ群を構成するためには、複数の凸レンズを配列した平面状の領域を複数構成し、この複数の領域を組合せて多面体を構成し、近似的な球面としてもよい。
【００１７】
以上に実施例では、被写体の撮影に凸レンズ群を用いた例を説明したが、凸レンズに替えて、ピンホール群を用いることもできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、拡散板を用いないので、感度が低下することがなく、構造も簡単にできる。さらに、本発明の方式で撮像して得られた画像信号から再生される立体画像は原理的に任意の視点から自由に見ることができるため、立体テレビジョンとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例の構成を示す図である。
【図４】従来のIP方式を説明する図である。
【図５】従来のIP方式による立体写真の再生法を説明する図である。
【図６】従来のIP方式において拡散板を使用した例を説明する図である。
【図７】従来のIP方式による立体テレビジョン画像の再生法を説明する図である。
【符号の説明】
１  被写体
２  凸レンズ群
２1 ，２2 ，・・・，２n   凸レンズ
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ  領域
３  写真フィルム
３1 ，３2 ，・・・，３n   撮像された像
４  現像された写真
４1 ，４2 ，・・・，４n   現像された像
５  再生像
６  半透明スクリーン
６1 ，６2 ，・・・，６n   半透明スクリーン上の像
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７1 ，７2 ，・・・，７n   テレビジョンカメラ
８  レンズ
９  撮像素子
９1 ，９2 ，・・・，９n   撮像された像
１０  表示装置
１０1 ，１０2 ，・・・，１０n   表示装置に表示された像
１１  焦点面
１１1 ，１１2 ，・・・，１１n   実像
１２  球面状レンズ群
１２1 ，１２2 ，・・・，１２n   領域
１３  目
【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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