(57)【要約】【課題】  立体画像を表示するＩＰディスプレイに直接入力することができる立体画像撮像装置を提供する。【解決手段】  立体画像撮像装置１は、インテグラルフォトグラフィ方式の立体画像を撮像するものであって、複数の凹レンズ３ａ〜３ｅをアレー状に配置してなる凹レンズ板３と、撮像対象である被写体Ｈから凹レンズ板３までの距離を調整する位置に配置する対物レンズ５と、凹レンズ板３を通過した光を、被写体の要素画像として撮像する撮像手段７と、を備えた。【選択図】      図１
2006053351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インテグラルフォトグラフィ方式の立体画像を撮像する立体画像撮像装置であって、
複数の凹レンズを同一平面上にアレー状に配置してなる凹レンズ板と、
この凹レンズ板と撮像対象である被写体との間に配置される対物レンズと、
この対物レンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
前記凹レンズ板を通過した光を、前記被写体の要素画像として撮像する撮像手段と、
を備えることを特徴とする立体画像撮像装置。
【請求項２】
前記凹レンズ間における前記光の干渉を防止する遮蔽板を、前記凹レンズ板と前記撮像手段との間に介在させることを特徴とする請求項１に記載の立体画像撮像装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記光を電気信号に変換する光電変換素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【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方式の立体画像を撮像する立体画像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、観察者の任意の視点から立体画像を自由に観察することができる立体画像方式の１つとして、インテグラルフォトグラフィ方式（ＩＰ方式、Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１で開示されている立体画像撮像装置における立体画像の撮像（ＩＰ画像撮像）について図６から図８までを参照して説明し、立体画像の表示（ＩＰ画像表示）について図９を参照して説明する。
【０００４】
図６は、特許文献１で開示されている立体画像撮像装置の模式図である。この図６に示すように、立体画像撮像装置１０１は、平面状に５個の凹レンズ１０３ａ〜１０３ｅを配列した凹レンズ板１０３と、結像レンズおよび写真フィルムを備えて凹レンズ板１０３に合焦している（ピントが合っている）撮像カメラ１０５とによって構成されており、Ｈは被写体を示している。なお、説明を簡単にするために、凹レンズ板１０３における凹レンズ１０３ａ〜１０３ｅの数を５個としているが、実際には、凹レンズ板１０３には数千から数万個の数の凹レンズが用いられている。
【０００５】
この立体画像撮像装置１０１では、凹レンズ板１０３を通して、被写体Ｈが撮像カメラ１０５によって撮像される。撮像カメラ１０５によって撮像（取得）された画像を要素画像Ｇと表記し、この要素画像Ｇを図７に示す。この図７に示すように、要素画像Ｇは、凹レンズ板１０３の各凹レンズ１０３ａ〜１０３ｅに被写体Ｈが撮像されたものである。より詳細に述べると、凹レンズ１０３ａではレンズ中央に対して最右側（図６では最上部）の位置に被写体Ｈが撮像されており、凹レンズ１０３ｂではレンズ中央に対して右側（図６では上部）の位置に被写体Ｈが撮像されており、凹レンズ１０３ｃでは中央（図６では真ん中）の位置に被写体Ｈが撮像されており、凹レンズ１０３ｄではレンズ中央に対して左側（図６では下部）の位置に被写体Ｈが撮像されており、凹レンズ１０３ｅではレンズ中央に対して最左側（図６では最下部）の位置に被写体Ｈが撮像されている。
【０００６】
なお、図６では、凹レンズ板１０３の前方（撮像カメラ１０５が配置されている反対側）に被写体Ｈを配置した構成としている。しかし、非特許文献１に詳述されているように、ＩＰ方式では、凹レンズ板１０３の前方に被写体Ｈを配置する場合、被写体Ｈの再生像（像Ｚ）が凹レンズ板１０３付近に存在するように被写体Ｈの位置を調整する方が、再生される立体画像の解像度が比較的良いとされている。
【０００７】
そこで、実用的には、図８に示すような立体画像撮像装置１０１Ａのように構成されている。この立体画像撮像装置１０１Ａは、凹レンズ板１０３と撮像カメラ１０５との間に、凹レンズ板１０３を通過後の光線の向きを調整する凸レンズ１０７を配置している。
【０００８】
引き続き、立体画像の表示（ＩＰディスプレイによるＩＰ画像表示）について図９を参照して説明する。
図９は、ＩＰディスプレイの模式図である。この図９に示すように、ＩＰディスプレイ１０９は、平面状に凸レンズを配列した凸レンズ板１１１と、透過型の写真フィルム等の表示素子１１３とによって構成されている。Ｒは立体像を示しており、この立体像Ｒが矢印で示した観察方向から観察される。なお、一般的なＩＰディスプレイにおいて、撮像時および表示時に凸レンズを用いた場合、撮像された要素画像を点対称に変換する必要が生じる。しかし、撮像時に凹レンズを用いれば、撮像された要素画像は、点対称に変換することなく、表示時に凸レンズを用いることが可能である。
【０００９】
すなわち、このＩＰディスプレイ１０９は、図６から図８を用いて説明した立体画像撮像装置１０１（１０１Ａ）の撮像カメラ１０５によって撮像（取得）された要素画像Ｇを、表示素子１１３に表示して、凸レンズ板１１１を通して観察方向から眺める（観察する）と、被写体Ｈが存在した位置に立体像Ｒを浮かび上がらせるものである。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−３０８０９１号公報（段落００１４、００１５、図１）
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．８，ｐ．２０５９−２０６５，１９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の凹レンズ板１０３を用いた立体画像撮像装置１０１（特許文献１）では、撮像した要素画像Ｇを、ＩＰディスプレイに直接入力できることが記載されているが、凹レンズ板１０３を用いた場合、奥行き位置に存在する被写体Ｈの要素画像Ｇは虚像として生成され、凹レンズ板１０３を通過した要素画像Ｇを撮像するために、結像レンズおよび写真フィルムを備えている撮像カメラ１０５を用いて、当該結像レンズによって、要素画像Ｇを再投影していた。このために、立体画像を表示するＩＰディスプレイ１０９に結像レンズを介さなければ直接入力することができないという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、立体画像を表示するＩＰディスプレイに直接入力することができる立体画像撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、請求項１記載の立体画像撮像装置は、インテグラルフォトグラフィ方式の立体画像を撮像する立体画像撮像装置であって、凹レンズ板と、対物レンズと、撮像手段と、を備える構成とした。
【００１４】
かかる構成によれば、立体画像撮像装置は、撮像対象である被写体から、凹レンズをアレー状に配置してなる凹レンズ板までの距離を調整する位置に、対物レンズを配置自在にすることで、凹レンズ板を通過した光（物質光）を、撮像手段によって、被写体を含む要素画像として撮像する。つまり、対物レンズを配置自在にして、被写体からの距離を調整しながら、凹レンズ板を通過した光を撮像している。また、従来のように撮像手段において、再投影させる結像レンズが必要ないので、撮像手段で撮像した要素画像を、そのまま、直接ＩＰディスプレイに入力することが可能になる。
【００１５】
なお、対物レンズの曲率の違うものを数種類用意しておいて、交換自在にする他に、対物レンズの位置を調整する対物レンズ位置調整手段を備えることも可能である。
【００１６】
請求項２記載の立体画像撮像装置は、請求項１に記載の立体画像撮像装置において、前記凹レンズ間における前記光の干渉を防止する遮蔽板を、前記凹レンズ板と前記撮像手段との間に介在させることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、立体画像撮像装置は、遮蔽板によって、凹レンズを通過した光の干渉が防止される。
【００１８】
請求項３記載の立体画像撮像装置は、請求項１または請求項２に記載の立体画像撮像装置において、前記撮像手段が、前記光を電気信号に変換する光電変換素子であることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、立体画像撮像装置は、撮影手段が光電変換素子によって構成されているので、立体画像となる要素画像を容易に、低コストで取得することができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、対物レンズを配置自在にして、距離を調整しながら、凹レンズ板を通過した光を撮像手段で撮像しており、また、撮像手段において再投影させる結像レンズを用意する必要がないので、この撮像手段で撮像した要素画像を、そのまま、直接ＩＰディスプレイに入力することが可能になる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、遮蔽板によって、凹レンズ板の各凹レンズを通過した光の干渉が防止されるので、撮像手段で撮像される要素画像を再生した際の立体画像が多重像になることを防止することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、光電変換素子によって構成された撮像手段により、立体画像となる要素画像を容易に、低コストで取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
〈立体画像撮像装置の構成〉
図１は、立体画像撮像装置の模式図である。この図１に示すように、立体画像撮像装置１は、被写体Ｈの立体画像を撮像するためのもので、凹レンズ板３と、対物レンズ５と、撮像手段７とを備えている。この図１において、符号Ｈは被写体を示しており、符号Ｚは、この被写体Ｈの像を示している。
【００２４】
凹レンズ板３は、複数（５個）の凹レンズ３ａ〜３ｅを同一平面上にアレー状に配置したものである。この凹レンズ板３は、対物レンズ５と撮像手段７との間に、それぞれに対向するように配置されている。凹レンズ板３を構成しているそれぞれの凹レンズ３ａ〜３ｅは、対物レンズ５を介して入射される被写体Ｈの像Ｚである要素画像を生成する。
【００２５】
対物レンズ５は、凹レンズ板３と撮像対象である被写体Ｈとの間に配置されており、被写体Ｈから凹レンズ板３までの距離を調整するものである。この対物レンズ５は、図示を省略した移動手段によって、凹レンズ板３と被写体Ｈとの間を、光軸方向に平行移動するように構成されている。ちなみに、この対物レンズ５の口径は、凹レンズ板３を構成する全ての凹レンズ３ａ〜３ｅに光を入射可能な大きさを備えている。
【００２６】
なお、この対物レンズ５は、１つの凸レンズによって構成されている。また、この対物レンズ５は、１つの凸レンズの他に、１つの凹レンズ、屈折率分布レンズ、回折格子、或いは、これらのいずれかの光学素子の組み合わせによって構成される。この場合、凸レンズの焦点距離が凹レンズ３ａ〜３ｅの焦点距離に対して短ければよく、対物レンズ５は、１つの凸レンズと同様の作用となるので、凹レンズ板３の近傍に被写体Ｈの実像を生成する。
【００２７】
対物レンズ５の焦点距離をｆ０、被写体Ｈから対物レンズ５の主点までの距離をＬ２１、対物レンズ５の主点から被写体Ｈの像Ｚまでの距離をＬ２２とすると、次に示す数式（１）によって、これらの関係を表すことができる。
【００２８】
Ｌ２２＝ｆ０・Ｌ２１／（Ｌ２１＋ｆ０）・・・数式（１）
【００２９】
従って、立体画像撮像装置１では、対物レンズ５から距離Ｌ２２の位置に被写体Ｈの像Ｚが生成されるので、像Ｚに焦点が合うように、像Ｚから距離Ｌ１１の位置に凹レンズ板３を配置し、この凹レンズ板３から距離Ｌ１２の位置に撮像手段７を配置すれば、被写体Ｈに対して、解像度の良い要素画像を取得することができる。そして、この立体画像撮像装置１で撮像された要素画像を、背景技術で説明した従来のＩＰディスプレイ１０９（図９参照）に入力することで立体画像を生成することができる。
【００３０】
撮像手段７は、凹レンズ板３の凹レンズ３ａ〜３ｅで生成された要素画像（像Ｚ）を撮像するものである。この実施形態では、撮像手段７は写真フィルムで構成されている。ここで、撮像手段７で撮像された、各凹レンズ３ａ〜３ｅによる要素画像を図２に示す。
【００３１】
この図２に示すように、要素画像において、凹レンズ３ａには被写体Ｈの像Ｚの下端部の黒い部分のみが撮像されており、凹レンズ３ｂには被写体Ｈの像Ｚの下端近傍の白黒部分が途中まで撮像されており、凹レンズ３ｃには被写体Ｈの像Ｚの中央の黒部分とその両側の白部分が撮像されており、凹レンズ３ｄには被写体Ｈの像Ｚの上端近傍の白黒部分が途中まで撮像されており、凹レンズ３ｅには被写体Ｈの像Ｚの下端部の黒い部分のみが撮像されている。
【００３２】
ここで、凹レンズ３ａ〜３ｅの焦点距離をｆｃ、凹レンズ３ａ〜３ｅ（凹レンズ板３）から被写体Ｈの像Ｚ（被写体Ｈの対物レンズ５による像Ｚ）までの距離をＬ１１とすると、像Ｚの要素画像は、凹レンズ３ａ〜３ｅから距離Ｌ１２の位置に生成される。焦点距離ｆｃと距離Ｌ１１と距離Ｌ１２との関係を次に示す数式（２）で表す。また、凹レンズ３ｃと要素画像との様子を図３に示す。
【００３３】
Ｌ１２＝ｆｃ・Ｌ１１／（Ｌ１１＋ｆｃ）・・・数式（２）
【００３４】
この図３に示すように、凹レンズ３ｃから距離Ｌ１１のところに、被写体Ｈによる像Ｚが生成され、この像Ｚの要素画像は距離Ｌ１２のところに生成されることになる。つまり、凹レンズ３ｃ（凹レンズ板３）から距離Ｌ１２のところに撮像手段７を配置するようにしている。
【００３５】
なお、この撮像手段７は、写真フィルム以外に、入射された光である被写体Ｈの像Ｚによる要素画像を電気信号に変換する光電変換素子によって構成してもよい。光電変換素子は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等である。
【００３６】
また、図４に示すように、凹レンズ板３と撮像手段７との間には、凹レンズ３ａ〜３ｅをそれぞれ通過する光の干渉を防止する遮蔽板９が設けられている。つまり、この遮蔽板９は、平面状に凹レンズ３ａ〜３ｅを配置（配列）した凹レンズ板３と撮像手段７との間に介在して、隣接する凹レンズ３ａ〜３ｅで通過する光、すなわち、被写体Ｈの像Ｚによる要素画像が干渉しないようにしているものである。仮に、隣接する凹レンズ３ａ〜３ｅから得られた要素画像間で干渉が生じている場合、これらの要素画像を用いて生成される立体画像は多重像となってしまう。この遮蔽板９によって、立体画像が多重像になってしまうことを防止することができる。
【００３７】
図１に戻って、立体画像撮像装置１の構成の説明を続ける。
この立体画像撮像装置１によれば、凹レンズ板３を構成している凹レンズ３ａ〜３ｅを通過した通過後の光を、凹レンズ板３の背後に、写真フィルム等によって構成した撮像手段７を配置する構成としているので、撮像媒体である撮像手段７に投影するために、従来の立体画像撮像装置において配置していた再投影用レンズを用いる必要がなく、撮像された要素画像を、そのままＩＰディスプレイに入力することができる。
【００３８】
また、この立体画像撮像装置１によれば、撮像手段７を、写真フィルムや光電変換素子によって構成することにより、立体画像となる要素画像を容易に、低コストで取得することができる。
【００３９】
さらに、この立体画像撮像装置１によれば、遮蔽板９によって、凹レンズ板３の各凹レンズ３ａ〜３ｅを通過した光の干渉が防止されるので、撮像手段７で撮像される要素画像を再生した際の立体画像が多重像になることを防止することができる。
【００４０】
なお、この立体画像撮像装置１では、一つの被写体Ｈに焦点が合った状態となるように凹レンズ板３の凹レンズ３ａ〜３ｅの焦点距離ｆｃを設定しているが、複数の異なる奥行きに存在する被写体（図示せず）に焦点が合うように凹レンズ３ａ〜３ｅの焦点距離ｆｃを設定してもよい。例えば、奥行きの異なる被写体に焦点が合うように、焦点距離ｆｃおよびｆｃ′（図示せず）を持つ凹レンズを一つおきに配置した凹レンズ板を構成してもよい。
【００４１】
また、この立体画像撮像装置１では、凹レンズ板３が５個の凹レンズ３ａ〜３ｅによって構成した例について説明したが、実際には、凹レンズ板３として、数万以上の光学素子により光学素子群を形成して、この光学素子群に対応するように遮蔽板９（光学遮蔽板）を配置してもよい。
【００４２】
〈立体画像撮像装置の動作〉
次に、図５に示すフローチャートを参照して、立体画像撮像装置１の動作を説明する（適宜、図１参照）。
まず、立体画像撮像装置１において、事前に、被写体Ｈから凹レンズ板３までの距離を、対物レンズ５によって調整しておく（ステップＳ１）。
【００４３】
そして、立体画像撮像装置１は、被写体Ｈからの光、つまり、被写体Ｈの像Ｚを、対物レンズ５を介して、凹レンズ板３に通過させる（ステップＳ２）。そうすると、立体画像撮像装置１は、撮像手段７によって、凹レンズ板３を通過した光（被写体Ｈの像Ｚ）による要素画像を撮像する（ステップＳ３）。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、立体画像撮像装置１の各構成による一つずつの過程を、立体画像を撮像する方法と捉えた立体画像撮像方法とみなすことも可能である。この場合、立体画像撮像装置１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る立体画像撮像装置の模式図である。
【図２】図１に示した立体画像撮像装置で撮像した要素画像の例を説明した図である。
【図３】凹レンズを通過した像と要素画像との関係を説明した図である。
【図４】遮蔽板を示した模式図である。
【図５】図１に示した立体画像撮像装置の動作を説明したフローチャートである。
【図６】従来の立体画像撮像装置の模式図である。
【図７】従来の立体画像撮像装置で撮像した要素画像の例を説明した図である。
【図８】従来の別の立体画像撮像装置の模式図である。
【図９】従来のＩＰディスプレイの模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１          立体画像撮像装置
３          凹レンズ板
３ａ〜３ｅ  凹レンズ
５          対物レンズ
７          撮像手段
９          遮蔽板
【図１】
2006053351.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006053351.tif 000006
【図５】
2006053351.tif 000007
【図６】
2006053351.tif 000008
【図７】
2006053351.tif 000009
【図８】
2006053351.tif 000010
【図９】
2006053351.tif 000011