(57)【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により被写体の立体映像を撮像するために、要素画像を形成する要素光学素子を２次元平面上に配置した要素光学素子群と、前記被写体からの物体光のうち不要光を除去する不要光除去手段と、前記要素光学素子群で形成された要素画像を撮像する撮像手段と、を備える立体映像撮像装置において、
前記要素光学素子群は、隣り合う前記要素光学素子間の中心間距離が最小となる２つの前記要素光学素子の中心を結んだ直線を基準線として、前記要素画像の長手方向に沿って当該要素画像の中心を通る直線と前記基準線が角度を持つように傾けて配置され、
前記不要光除去手段は、前記要素画像群を構成する要素画像が、他の前記要素画像と重なり合わないように、前記被写体からの物体光の光線群のうち不要な光線群を除去する開口窓を少なくとも有し、
前記開口窓の長手方向と前記要素画像の長手方向が平行となるように、前記要素光学素子群及び不要光除去手段を配置し、
前記不要光除去手段は、前記被写体と要素光学素子群との間に配置され、前記開口窓を形成した遮光マスクと、この遮光マスク及び前記要素光学素子群の間に配置された奥行制御レンズとを備え、前記遮光マスクが前記奥行制御レンズの前焦点の位置に配置され、
前記開口窓の長手方向開口径をＡとし、前記長手方向開口径に直交する短手方向開口径をＢとし、
前記奥行制御レンズの焦点をＦとし、
前記要素画像の画像長手長の大きさをｗｎとし、前記画像長手長に直交する画像短手長をｈｎとし、
前記要素光学素子の焦点をｆとしたときに、
Ａ＝（Ｆ／ｆ）ｗｎ、Ｂ＝（Ｆ／ｆ）ｈｎとしたことを特徴とする立体映像撮像装置。
【請求項２】
インテグラルフォトグラフィ方式により被写体の立体映像を撮像するために、要素画像を形成する要素光学素子を２次元平面上に配置した要素光学素子群と、前記被写体からの物体光のうち不要光を除去する不要光除去手段と、前記要素光学素子群で形成された要素画像を撮像する撮像手段と、を備える立体映像撮像装置において、
前記要素光学素子群は、隣り合う前記要素光学素子間の中心間距離が最小となる２つの前記要素光学素子の中心を結んだ直線を基準線として、前記要素画像の長手方向に沿って当該要素画像の中心を通る直線と前記基準線が角度を持つように傾けて配置され、
前記不要光除去手段は、前記要素画像群を構成する要素画像が、他の前記要素画像と重なり合わないように、前記被写体からの物体光の光線群のうち不要な光線群を除去する開口窓を少なくとも有し、
前記開口窓の長手方向と前記要素画像の長手方向が平行となるように、前記要素光学素子群及び不要光除去手段を配置し、
前記不要光除去手段は、前記被写体と要素光学素子群との間に第１レンズ、前記開口窓を有する遮光マスク、第２レンズとをその順序で備え、
前記第１レンズの前焦点の位置に前記被写体を配置すると共に、前記第１レンズの後焦点の位置に前記遮光マスクを配置し、
前記第２レンズの前焦点の位置に前記遮光マスクを配置する共に、前記第２レンズの後焦点の位置に前記要素光学素子群を配置し、
前記開口窓の長手方向開口径をＣとし、短手方向開口径をＤとし、
第１レンズの焦点距離をＦ１とし、第２レンズの焦点距離をＦ２とし、
前記要素画像の画像長手長の大きさをｗｎとし、前記画像長手長に直交する画像短手長の大きさをｈｎとし、
前記要素光学素子の焦点をｆとしたときに、
Ｃ＝（Ｆ２／ｆ）ｗｎ、Ｄ＝（Ｆ２／ｆ）ｈｎとしたことを特徴とする立体映像撮像装置。
【請求項３】
インテグラルフォトグラフィ方式により被写体の立体映像を撮像するために、要素画像を形成する要素光学素子を２次元平面上に配置した要素光学素子群と、前記被写体からの物体光のうち不要光を除去する不要光除去手段と、前記要素光学素子群で形成された要素画像を撮像する撮像手段と、を備える立体映像撮像装置において、
前記要素光学素子群は、隣り合う前記要素光学素子間の中心間距離が最小となる２つの前記要素光学素子の中心を結んだ直線を基準線として、前記要素画像の長手方向に沿って当該要素画像の中心を通る直線と前記基準線が角度を持つように傾けて配置され、
前記不要光除去手段は、前記要素画像群を構成する要素画像が、他の前記要素画像と重なり合わないように、前記被写体からの物体光の光線群のうち不要な光線群を除去する開口窓を少なくとも有し、
前記開口窓の長手方向と前記要素画像の長手方向が平行となるように、前記要素光学素子群及び不要光除去手段を配置し、
前記不要光除去手段は、前記要素光学素子群の前記被写体側となる正面に対面した前記開口窓を前記要素光学素子のそれぞれに形成した遮光マスクと、前記要素光学素子の背面に、要素画像の大きさで光軸方向に形成した遮光壁とを備え、
前記開口窓は、その長手方向開口径が前記要素光学素子の径と等しく、かつ、当該開口窓の短手方向開口径が前記要素画像の画像短手長と等しく形成され、
前記遮光壁は、要素光学素子の焦点距離の長さに形成されたことを特徴とする立体映像撮像装置。
【請求項４】
インテグラルフォトグラフィ方式により被写体の立体映像を撮像するために、要素画像を形成する要素光学素子を２次元平面上に配置した要素光学素子群と、前記被写体からの物体光のうち不要光を除去する不要光除去手段と、前記要素光学素子群で形成された要素画像を撮像する撮像手段と、を備える立体映像撮像装置において、
前記要素光学素子群は、隣り合う前記要素光学素子間の中心間距離が最小となる２つの前記要素光学素子の中心を結んだ直線を基準線として、前記要素画像の長手方向に沿って当該要素画像の中心を通る直線と前記基準線が角度を持つように傾けて配置され、
前記不要光除去手段は、前記要素画像群を構成する要素画像が、他の前記要素画像と重なり合わないように、前記被写体からの物体光の光線群のうち不要な光線群を除去する開口窓を少なくとも有し、
前記開口窓の長手方向と前記要素画像の長手方向が平行となるように、前記要素光学素子群及び不要光除去手段を配置し、
前記不要光除去手段は、前記要素光学素子と被写体との間に配置した第１開口窓を有する第１遮光マスクと、前記要素光学素子に対面して配置した第２開口窓を有する第２遮光マスクとを備え、
前記要素光学素子群と前記第１遮光マスクとの距離をｇとし、
前記要素光学素子の焦点距離をｆとし、前記要素光学素子間のピッチをｐとし、
前記要素画像の画像長手長の大きさをｗｎとし、その画像長手長に直交する画像短手長の大きさをｈｎとし、
前記第１遮光マスクの第１開口窓の長手方向開口径をａ１とすると共に短手方向開口径をｂ１とし、
前記第２遮光マスクの第２開口窓の長手方向開口径をａ２とすると共に短手方向開口径
をｂ２としたときに、
ａ１＋ａ２＝（ｇ／ｆ）ｗ、０＜ａ１≦ｍｉｎ［ｗ，（ｇ／ｆ）ｗ］、０＜ａ２≦ｐ、
ｂ１＋ｂ２＝（ｇ／ｆ）ｈ、０＜ｂ１≦ｍｉｎ［ｈ，（ｇ／ｆ）ｈ］、０＜ｂ２≦ｐ、
の範囲で示すように形成されたことを特徴とする立体映像撮像装置。
【請求項５】
前記開口窓は、要素画像の画像長手長の大きさが、隣り合う前記要素光学素子の中心間距離の最小値よりも大きい長辺を備える長方形の要素画像となるような形状に形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の立体映像撮像装置。
【請求項６】
前記要素光学素子群と撮像手段の間で、前記要素光学素子群により要素画像群が形成される面位置に、フィールドレンズ又は拡散スクリーンを配置したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の立体映像撮像装置。
【請求項７】
前記要素光学素子群は、その外周縁を回動自在に回動装置に支持されて設置したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の立体映像撮像装置。
【請求項８】
請求項２又は請求項３に記載の遮光マスクは、前記開口窓を長方形とし、前記開口窓の長方形の長辺と短辺の長さを視域角に応じて可変する可変機構を備えることを特徴とする請求項７に記載の立体映像撮像装置。
【請求項９】
前記要素光学素子は、平凸レンズ、凸レンズ、屈折率分布レンズ、非球面レンズ、フレネルゾーンプレート、キノフォーム、回折光学素子、ホログラフィック光学素子、液晶レンズ、又は、組み合わせレンズ、可変焦点レンズのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の立体映像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特殊なメガネを必要としないで３次元映像（立体映像）を撮像する立体映像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、任意の視点から自由に見られる立体映像方式として、インテグラルフォトグラフィ（Integral Photography、以下ＩＰと記載する場合がある）方式が知られている。このＩＰ方式は、例えば、図１８（ａ）に示すような撮影装置１００により被写体１１０の３次元映像を撮影している。図１８（ａ）に示すように、撮影時には、撮影装置１００は、撮影用の要素レンズ１２０１，１２０２…，１２０ｉ，…，１２０ｎが平面内に配列された撮影用の要素レンズ群１２０を介して被写体１１０を撮影する。撮影装置１００では、撮像素子１３０上に各撮影用の要素レンズ１２０ｉによって被写体１１０の像（要素画像１４０１，１４０２，…，１４０ｉ，…，１４０ｎ）が形成され、被写体１１０の要素画像群１４０が撮影される。
【０００３】
図１８（ｂ）に示すように、表示時には、表示装置２００が用いられ、被写体１１０を撮影した要素画像群１４０が表示された表示素子１５０を、表示用の要素レンズ１６０１，１６０２，…，１６０ｉ，…，１６０ｎからなる要素レンズ群１６０を通して見ることで、被写体１１０の３次元映像（立体再生映像）１７０が観測される。ただしこの場合、観測者Ｗｍには、被写体１１０の凹凸が逆転した３次元映像１７０が観測されていることになる。この被写体Ｗの凹凸が逆転する問題を回避する手法として、撮影用の要素レンズ１２０１〜１２０ｎを凸レンズではなく、長さを光の蛇行周期の３／４とした屈折率分布レンズ（GRadient INdexレンズ：GRINレンズ）を用いる方法（例えば、特許文献１参照）や、各要素画像を電子的に１８０度回転させる方法（例えば、非特許文献１）などが提案されている。
【０００４】
なお、ＩＰ方式では、撮像装置あるいは表示装置の画素数が、３次元映像の解像度、視域および奥行き範囲に振り分けられることが知られている。また、解像度、視域、奥行範囲の３つの情報は、トレードオフの関係となっている。また、このような解像度、視域、奥行き範囲の関係が分かった上で、視域角を広げる方法として、シミュレーションによって仮想的に要素光学素子の焦点距離を短くして撮像した画像を用いる技術が開示されている（非特許文献２）。また、従来の撮像装置では、要素光学素子のピッチを広げるという手法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５０６７５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】F. Okano et al., “Real-time pickup method for a three-dimensional image based on integral photography,” Applied Optics, Vol. 36, No. 7, pp. 1598-1603 (1997)
【非特許文献２】R. Lopez-Gulliver et al., “Towards an interactive box-shaped 3D display: study of the requirements for wide field of view,” Proc. IEEE Symposium on 3D User Interfaces 2008, pp. 157-158 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記した従来の撮像装置では、以下に示すような問題点が存在した。
従来の焦点距離を短くする構成の撮像装置では、前記したようにトレードオフの関係にある情報の一つを調整するため、撮像した三次元映像の奥行再現範囲が焦点距離を短くしたことにより低下してしまう問題点があった。
また、従来の要素光学素子のピッチを広げる構成の撮像装置では、同じ撮像範囲であると、要素光学素子のピッチが広がった分の三次元映像の解像度が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたもので、奥行再現範囲及び解像度を低下させることなく視域角を広げることができる立体映像撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る立体映像撮像装置は、前記課題を解決するため、以下に示すような構成とした。すなわち、立体映像撮像装置は、インテグラルフォトグラフィ方式により被写体の立体映像を撮像するために、要素画像を形成する要素光学素子を２次元平面上に配置した要素光学素子群と、前記被写体からの物体光のうち不要光を除去する不要光除去手段と、前記要素光学素子群で形成された要素画像を撮像する撮像手段と、を備える立体映像撮像装置において、前記要素光学素子群は、隣り合う前記要素光学素子間の中心間距離が最小となる２つの前記要素光学素子の中心を結んだ直線を基準線として、前記要素画像の長手方向に沿って当該要素画像の中心を通る直線と前記基準線が角度を持つように傾けて配置され、前記不要光除去手段は、前記要素画像群を構成する要素画像が、他の前記要素画像と重なり合わないように、前記被写体からの物体光の光線群のうち不要な光線群を除去する開口窓を少なくとも有し、前記開口窓の長手方向と前記要素画像の長手方向が平行となるように、前記要素光学素子群及び不要光除去手段を配置する構成とした。
【００１０】
かかる構成により、立体映像撮像装置は、被写体から不要光除去手段の開口窓を通過して物体光が送られ不要な光線群が除かれ、要素光学素子により要素画像が形成される。そして、立体映像撮像装置は、要素光学素子群において要素光学素子の長手方向に沿って当該要素画像の中心を通る直線である水平中心軸線が基準線に対して重ならないように傾斜しているので、その傾斜している状態の水平線上に隣り合う要素光学素子間で要素画像が形成されることになる。つまり、立体映像撮像装置は、開口窓からの物体光により隣り合う要素光学素子の間で要素画像を形成する要素光学素子の列が基準線に対して傾斜しているので、要素光学素子の数やピッチ及び奥行範囲を変えることがなく、視域角を広げることが可能となる。
【００１１】
さらに、前記立体映像撮像装置において、前記不要光除去手段は、前記被写体と要素光学素子群との間に配置され、前記開口窓を形成した遮光マスクと、この遮光マスク及び前記要素光学素子群の間に配置された奥行制御レンズとを備え、前記遮光マスクが前記奥行制御レンズの前焦点の位置に配置され、前記開口窓の長手方向開口径をＡとし、前記長手方向開口径に直交する短手方向開口径をＢとし、前記奥行制御レンズの焦点をＦとし、前記要素画像の画像長手長の大きさをｗｎとし、前記画像長手長に直交する画像短手長をｈｎとし、前記要素光学素子の焦点をｆとしたときに、Ａ＝（Ｆ／ｆ）ｗｎ、Ｂ＝（Ｆ／ｆ）ｈｎとして構成してもよい。
【００１２】
かかる構成により、立体映像撮像装置は、奥行制御レンズと、不要光除去手段の遮光マスクとが、奥行制御レンズの焦点距離との関係、及び、開口窓の形状により、被写体から物体光に対して要素光学素子への入射角を制限し、かつ、被写体の要素画像を要素光学素子付近に結像させる。そして、立体映像撮像装置は、奥行制御レンズ及び遮光マスクにより、遮光マスクの開口窓を通過した物体光の範囲において、被写体の要素画像を要素光学素子付近に結像させる。立体映像撮像装置では、奥行制御レンズ及び遮光マスクを備えることで、開口窓を通過した物体光により、水平線上に離間して中心が隣り合う要素光学素子間で要素画像を形成して、特定方向に視域角の広い要素画像を撮像手段により撮像することが可能となる。
【００１３】
さらに、前記立体映像撮像装置において、前記不要光除去手段は、前記被写体と要素光学素子群との間に第１レンズ、前記開口窓を有する遮光マスク、第２レンズとをその順序で備え、前記第１レンズの前焦点の位置に前記被写体を配置すると共に、前記第１レンズの後焦点の位置に前記遮光マスクを配置し、前記第２レンズの前焦点の位置に前記遮光マスクを配置する共に、前記第２レンズの後焦点の位置に前記要素光学素子群を配置し、前記開口窓の長手方向開口径をＣとし、短手方向開口径をＤとし、第１レンズの焦点距離をＦ１とし、第２レンズの焦点距離をＦ２とし、前記要素画像の画像長手長の大きさをｗｎとし、前記画像長手長に直交する画像短手長の大きさをｈｎとし、前記要素光学素子の焦点をｆとしたときに、Ｃ＝（Ｆ２／ｆ）ｗｎ、Ｄ＝（Ｆ２／ｆ）ｈｎとして構成してもよい。
【００１４】
かかる構成により、立体映像撮像装置は、不要光除去手段の遮光マスクが、第１レンズ及び第２レンズの焦点距離との関係で開口窓を特定の長方形あるいは長尺な形状として不要な物体光を遮光する。すなわち、立体映像撮像装置は、第１レンズで物体光を平行光にして、遮光マスクの開口窓から必要な物体光を通過させ、第２レンズにより集光光として、要素光学素子に送る。そして、立体映像撮像装置は、開口窓を通過して第２レンズで集光され物体光により、水平線上に離間して中心が隣り合う要素光学素子で、開口窓の長方形あるいは長尺な形状に対応する形状の要素画像を形成して視域角を広げて撮像手段により撮像することが可能となる。
【００１５】
そして、前記立体映像撮像装置において、前記不要光除去手段は、前記要素光学素子群の前記被写体側となる正面に対面した前記開口窓を前記要素光学素子のそれぞれに形成した遮光マスクと、前記要素光学素子の背面に、要素画像の大きさで光軸方向に形成した遮光壁とを備え、前記開口窓は、その長手方向開口径が前記要素光学素子の径と等しく、かつ、当該開口窓の短手方向開口径が前記要素画像の画像短手長と等しく形成され、前記遮光壁は、要素光学素子の焦点距離の長さに形成された構成としても構わない。
【００１６】
かかる構成により、立体映像撮像装置は、被写体からの物体光が要素光学素子に対面する遮光マスクの開口窓の様々な角度から入射して、遮光壁で遮光されなかった物体光により要素画像が形成される。したがって、立体映像撮像装置は、開口窓以外の遮光部分及び遮光壁で物体光の不要光を除去し、水平軸方向に離間して中心が隣り合う要素光学素子間に沿って横長な長方形あるいは長尺な形状の範囲で要素画像を形成し、撮像手段で視域角が拡がった要素画像を撮像することができる。
【００１７】
また、立体映像撮像装置において、前記不要光除去手段は、前記要素光学素子と被写体との間に配置した第１開口窓を有する第１遮光マスクと、前記要素光学素子に対面して配置した第２開口窓を有する第２遮光マスクとを備え、前記要素光学素子群と前記第１遮光マスクとの距離をｇとし、前記要素光学素子の焦点距離をｆとし、前記要素光学素子間のピッチをｐとし、前記要素画像の画像長手長の大きさをｗｎとし、その画像長手長に直交する画像短手長の大きさをｈｎとし、前記第１遮光マスクの第１開口窓の長手方向開口径をａ１とすると共に短手方向開口径をｂ１とし、前記第２遮光マスクの第２開口窓の長手方向開口径をａ２とすると共に短手方向開口径をｂ２としたときに、ａ１＋ａ２＝（ｇ／ｆ）ｗ、０＜ａ１≦ｍｉｎ［ｗ，（ｇ／ｆ）ｗ］、０＜ａ２≦ｐ、あるいは、ｂ１＋ｂ２＝（ｇ／ｆ）ｈ、０＜ｂ１≦ｍｉｎ［ｈ，（ｇ／ｆ）ｈ］、０＜ｂ２≦ｐ、の範囲で示すように形成される構成としても構わない。
【００１８】
かかる構成により、立体映像撮像装置は、第１遮光マスクに形成した第１開口窓と、第２遮光マスクに形成した第２開口窓と、要素光学系素子から第１遮光マスクまでの距離との関係により、第１開口窓及び第２開口窓を特定の形状大きさにして、要素光学素子に入射する不要な物体光を除去している。すなわち、立体映像撮像装置は、被写体からの物体光を第１遮光マスクで隣の要素画像に入り込む物体光を除去し、さらに、第２遮光マスクの開口窓から長方形あるいは長尺な形状となる要素画像に有効な物体光を要素光学素子に入射して要素画像を形成する。
【００１９】
また、前記立体映像撮像装置において、前記開口窓は、要素画像の画像長手長の大きさが、隣り合う前記要素光学素子の中心間距離の最小値よりも大きい長辺を備える長方形の要素画像となるような形状に形成されても構わない。
かかる構成により、立体映像撮像装置は、要素画像が長方形に形成されることで、隣接する要素画像との間が隙間無く形成される。なお、立体映像撮像装置は、要素画像が長方形であるために長辺に沿った長手方向に視域角を広げ、長方形の短辺に沿った短手方向の視域角を小さくすることになる。
【００２０】
さらに、立体映像撮像装置において、前記要素光学素子群と撮像手段の間で、前記要素光学素子群により要素画像群が形成される面位置に、フィールドレンズ又は拡散スクリーンを配置した構成としても構わない。
かかる構成により、立体映像撮像装置は、要素光学系素子から出力される要素画像がフィールドレンズ又は拡散スクリーンに形成され、その形成された要素画像を撮像手段が撮像する。
【００２１】
そして、請求項３又は請求項４に記載の立体映像撮像装置において、前記要素光学素子群は、その外周縁を回動自在に回動装置に支持されて設置した構成としてもよい。例えば、前記要素光学素子群は、その外周縁にフレームを介して回動装置に設置され、前記要素光学素子群は、前記回動装置により当該要素光学素子群の中心軸を回転中心として所定角度に回転するように構成されても構わない。
かかる構成により、立体映像撮像装置は、回動装置により要素光学素子群の中心を回転中心として回転させて、基準線と要素画像の水平中心軸線との角度を自在に調整することが可能となる。
【００２２】
また、請求項３又は請求項４に記載の立体映像撮像装置において、前記遮光マスクは、前記開口窓を長方形とし、前記開口窓の長方形の長辺と短辺の長さを視域角に応じて可変する可変機構を備える構成としてもよい。例えば、前記遮光マスクは、可変機構として、前記開口窓を長方形とし前記長方形の上下の長辺に沿って配置した上長辺板と下長辺板と、前記開口窓の短辺に沿って配置される右短辺板と左短辺板と、前記上長辺板及び前記下長辺板を互いに平行で近接離間するように移動させる第１移動機構と、前記右短辺板及び前記左短辺板を互いに平行で近接離間するように移動する第２移動機構と、を備える構成とすることや、あるいは、可変機構として、液晶シャッタとして構成してもよい。
【００２３】
かかる構成により、立体映像撮像装置は、第１移動機構及び第２移動機構及により、上長辺板と下長辺板、及び、右短辺板と左短辺板を互いに平行に離間近接するように移動することで、要素画像の長方形状の比率を自在にして視域角の大きさを任意に変更することが可能となる。
【００２４】
また、前記立体映像撮像装置において、前記要素光学素子は、平凸レンズ、凸レンズ、屈折率分布レンズ、非球面レンズ、フレネルゾーンプレート、キノフォーム、回折光学素子、ホログラフィック光学素子、液晶レンズ、又は、組み合わせレンズ、可変焦点レンズのいずれかであってもよい。
かかる構成により、立体映像撮像装置は、装置の構成により適宜要素光学素子を選択して適切なものを使用することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る立体映撮像装置は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
立体映像表示装置は、ＩＰ方式において、要素光学素子の画素数を一定として、３次元映像の解像度と奥行き距離を維持したまま、特定方向の視域角を広げることができる。
【００２６】
立体映像撮像装置は、奥行制御レンズ及び開口窓を有する遮光マスクにより不要光除去手段を形成するので、簡易な構成で特定方向の視域角を広げることが可能となる。
立体映像撮像装置は、第１レンズ、開口窓を有する遮光マスク、第２レンズを所定の半角で配置することで、アフォーカル光学系を形成することができ、被写体の奥行きに応じた歪みが生じることなく、特定方向の視域角を広げることができる。
立体映像撮像装置は、要素光学素子ごとに開口窓を形成した遮光マスクと、遮光壁により不要光除去手段を形成して不要光を除去し、特定方向の視域角を広げることが可能となる。
【００２７】
立体映像撮像装置は、第１開口窓を有する第１遮光マスクと、第２開口窓を有する第２遮光マスクとにより不要光除去手段を形成し、特定方向の視域角を広げることが可能となる。
立体映像撮像装置は、要素画像が長方形となるように開口窓の形状を形成しているので、要素画像を要素光学素子により隙間無く長方形に効率よく形成することができる。
立体映像撮像装置は、フィールドレンズあるいは拡散スクリーンに表示される要素画像群を撮影手段で撮影することができる。
立体映像撮像装置は、回動装置により要素光学素子群を所定角度に傾斜することができるため、要素画像の調整が容易となる。また、立体映像撮像装置は、長方形の開口窓の大きさを任意に可変できる構成とすることで、回動装置と併せて、容易に要素画像の視域角の広さの調整をして撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る第１実施形態の立体映像撮像装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の立体映像撮像装置における各構成の位置を模式的に示す模式図であり、（ａ）は一部断面とした平断面模式図、（ｂ）は一部断面とした縦断面模式図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る第１実施形態の立体映像撮像置の要素光学素子群における基準線に対する要素画像の傾斜角度と要素画像の形状との関係を模式的に示す模式図、（ｂ）は、本発明に係る第１実施形態の立体映像撮像置の要素光学素子群の基準線に対する傾斜角度と正規化された要素画像の大きさとの関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態の立体映像撮像装置における要素光学素子の水平軸中心線と基準線との傾斜角度の関係から要素画像の状態を示す模式図であり、（ａ）は俵積み配列における要素光学素子群の基準線と水平軸中心線の傾斜角度と要素画像との関係を示す模式図、（ｂ）は（ａ）で示す水平軸中心線を水平として配列したときの要素光学素子と要素画像との関係を示す模式図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態の立体映像撮像装置を示す模式図であり、（ａ）は、一部断面とした平断面模式図、（ｂ）は一部断面とした縦断面模式図である。
【図６】本発明に係る第３実施形態の立体映像撮像装置の不要光除去手段を模式的に示す一部を断面にした断面図であり、（ａ）は一部を平断面とする平断面模式図、（ｂ）は一部を縦断面とする縦断面模式図である。
【図７】本発明に係る第３実施形態の立体映像撮像装置で使用される遮光マスクを示す正面図である。
【図８】本発明に係る第４実施形態の立体映像撮像装置の不要光除去手段を模式的に示す一部を断面にした断面図であり、（ａ）は一部を平断面とする平断面模式図、（ｂ）は一部を縦断面とする縦断面模式図である。
【図９】本発明に係る立体映像撮像装置の応用例を示す模式図であり、（ａ）は要素光学素子群の後焦平面にフィールドレンズを設置した状態を示す模式図、（ｂ）は要素光学素子群の後焦平面に拡散スクリーンを設置した状態を示す模式図である。
【図１０】（ａ）は、本発明に係る立体映像撮像置の応用例を示し正方配列における要素光学素子群の基準線に対する要素画像の傾斜角度と要素画像の形状との関係を模式的に示す模式図、（ｂ）は、本発明に係る立体映像撮像置の正方配列における要素光学素子群の基準線に対する傾斜角度と正規化された要素画像の大きさの関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明に係る立体映像撮像装置における要素光学素子の水平軸中心線と基準線との傾斜角度の関係から要素画像の状態を示す模式図であり、（ａ）は正方配列における要素光学素子群の基準線と水平軸中心線の傾斜角度と要素画像との関係を示す模式図、（ｂ）は（ａ）で示す水平軸中心線の傾斜角度を水平として配列したときの要素光学素子と要素画像との関係を示す模式図である。
【図１２】本発明に係る立体映像撮像装置の応用例を示し、基準線と要素画像の水平軸中心線との傾斜角度の異なる状態の遮光マスクの開口窓を示す正面図である。
【図１３】本発明に係る立体映像撮像装置の応用例を示し、遮光マスクにおける長方形の開口窓の大きさを自在に調整することができる構成を模式的に示す正面図である。
【図１４】本発明に係る立体映像撮像装置の応用例を示し、要素光学素子で形成される要素画像の水平軸中心の基準線に対する傾斜角度を自在に調整することができる構成を模式的に示す正面図である。
【図１５】本発明に係る立体映像撮像装置の応用例を示し、遮光マスクの開口窓の大きさと、要素光学素子群の傾斜角度を自在に調整して撮像する構成を模式的に示すブロック図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る第２実施形態の立体映像撮像装置と従来の立体映像撮像装置の構成を並列してそれぞれ模式的に示す斜視図である。
【図１７】本発明に係る実施形態の立体映像撮像装置で撮像した被写体の状態を従来の構成の立体映像撮像装置で撮像した要素画像と比較するための模式図であり、（ａ）は、第２実施形態で示す立体映像撮像装置で撮像した長方形の要素画像の水平軸方向における視域角での要素画像を示す模式図、（ｂ）は、第２実施形態で示す立体映像撮像装置で撮像した長方形の要素画像の垂直軸方向における視域角での要素画像を示す模式図、（ｃ）は、従来の立体撮像装置で撮像した要素画像の水平軸方向における視域角での要素画像を示す模式図、（ｄ）は、従来の立体撮像装置で撮像した要素画像の垂直軸方向における視域角での要素画像を示す模式図である。
【図１８】（ａ）は、従来のＩＰ方式の撮影装置を示す模式図、（ｂ）は、従来のＩＰ方式の表示装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る立体映像撮像装置の第１実施形態から第４実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、要素画像や要素光学素子等の構成についてデフォルメして示すものもある。また、第１実施形態から第４実施形態までを順次説明し、その後に応用例について説明する。さらに、第２実施形態の立体映像撮像装置を用い、特定の条件で構成した本発明と従来技術の立体映像撮像装置とにおいて撮像した要素画像の視域角の違いについて説明する。そして、各実施形態において既に説明した構成は同じ符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図１に示すように、立体映像撮像装置１は、被写体Ｗを視域角の広い３次元立体映像として撮像するものである。この立体映像撮像装置１は、不要光除去手段４として設置される遮光マスク２及び遮光マスク２からの物体光を制御する奥行制御レンズ３と、この奥行制御レンズからの物体光を入射する要素光学素子群としての要素レンズ群５と、この要素レンズ群５で形成された要素画像ｗを撮像する撮像手段としての撮影カメラ９とを備えている。また、図２に示すように、立体映像撮像装置１は、奥行制御レンズ３の前方で焦点距離Ｆの位置（前焦点位置）に遮光マスク２を設置し、奥行制御レンズ３の後方で所定距離ｌｂ離れた位置に要素レンズ群５を設置し、要素レンズ群５の要素レンズ６の焦点距離ｆよりも後方に撮影カメラ９を設定した位置関係としている。さらに、図２に示すように、立体映像撮像装置１は、奥行制御レンズ３から所定距離ｌａを離れた位置に被写体Ｗを配置する位置関係としている。
なお、立体映像撮像装置１は、遮光マスク２の開口窓２ａの形状と、要素レンズ群５の基準線ＳＬに対する水平中心軸線ｈＬの傾斜角度が所定の値をとることが従来の装置との違いである。
【００３１】
要素レンズ群５は、被写体Ｗの物体光を要素画像群に形成するものである。この要素レンズ群５は、凸レンズである要素レンズ６を二次元平面に並列させて形成している。要素レンズ群５では、要素レンズ６を俵積み配列とした場合について傾斜角度及び形成される要素画像ｗの形状について説明する。
【００３２】
図３に示すように、要素レンズ群５では、要素レンズ６の中心をＰ（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ）として隣と隣接する位置に要素レンズ６が配置され、最小中心間距離をｐとし、Ｏで示す中心の要素レンズ６を０行０列目の位置とし、Ｐｎで示す中心の要素レンズ６を１行ｎ列目（ｎは整数）の位置とする。そして、要素レンズ群５では、要素レンズ６の中心距離が最小として結んだ中心線を基準線ＳＬとし、要素画像ｗの長手方向に沿って当該要素画像ｗの中心を通る直線である要素画像ｗの水平中心軸線をｈＬとしたときに、線分ＯＰｎが要素画像ｗの長手方向とし、その要素画像ｗの長手方向の範囲を画像長手長ｗｎとし、短手方向の範囲を画像短手長ｈｎとする長方形に要素画像ｗが形成されている。また、要素レンズ群５では、基準線ＳＬと線分ＯＰｎのなす角をφｎとすると、要素画像ｗを以下の式（１）、（２）で表すことができる。
【００３３】
ｗｎ＝ｈ０／ｓｉｎφｎ                    …式（１）
ｈｎ＝（ｗ０ｈ０）／ｗｎ＝ｗ０ｓｉｎφｎ    …式（２）
ここで、式（１）、（２）中、ｗ０、ｈ０は、それぞれ長手方向の大きさを要素レンズ６間の最小中心距離とした場合に隙間無く配置可能な要素画像の長手方向と短手方向の大きさであり、俵積み配列の場合、
ｗ０＝ｐ                                …式（３）
ｈ０＝（√３）／２ｐ                    …式（４）
で示すことができる。
【００３４】
なお、要素レンズ群５では、基準線ＳＬと水平中心軸線ｈＬ１とのなす傾斜角度が大きくなると、要素画像ｗ１の形状も変化することが分かる。すなわち、水平中心軸線ｈＬ１線上に隣り合う中心Ｐ１と中心Ｏとの間で要素画像ｗ１を形成するようになる。つまり、要素レンズ群５では、基準線ＳＬと水平中心軸線ｈＬ、ｈＬ１等の線上で中心が隣り合う要素レンズ６，６間で要素画像ｗ、ｗ１を形成することになる。
【００３５】
図３（ｂ）に示すように、要素光学素子（要素レンズ）の傾き角φｎのときに、正規化された要素画像の大きさから分かるように、φｎが０度より大きくかつ６０度より小さいときに、要素画像ｗの長手方向の大きさが、要素レンズ６のピッチｐ（ｗｐ：図１参照）よりも大きくなることが分かる。特に、φｎが８度から３０度のときに、要素画像ｗの長手方向の大きさと、短手方向の大きさの比が２対１以上の長方形等の長尺な形状になることが分かる。なお、要素画像ｗは、傾斜角度φｎにより縦横比の関係が決まり、６０度、１２０度、１８０度、２４０度、２８０度の位置以外では、視域角を広くすることが可能となる。
【００３６】
ここでは、傾斜角度φｎの値を６０度に向かって大きくすることで、要素画像ｗの水平中心軸線方向の大きさ（画像長手長）ｗｎと垂直中心軸線方向の大きさ（画像短手長）ｈｎとの比率が近づく形状となる。たとえば、図３（ａ）に示すように、要素画像ｗ１は、要素画像ｗより傾斜角度φｎが６０度に近いため、その縦横比が小さくなった長方形状となっていることが分かる。つまり、要素画像ｗ１は、要素画像ｗよりも垂直方向の視域角は広いが、水平方向の視域角の範囲は狭くなっている。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、要素レンズ群５は、要素レンズ６を俵積み配列にしたときの基準線ＳＬに対して要素画像ｗの水平中心軸線ｈＬが傾斜するように設定され、図４（ｂ）に示すように、水平中心軸線ｈＬが水平になるように要素レンズ６が配列されている。したがって、図１に示すように、水平中心軸線ｈＬ上に中心が来る要素画像ｗ間であるピッチｗｐの要素レンズ６間において要素画像ｗが形成される。
【００３８】
図１及び図２に示すように、不要光除去手段４は、要素画像ｗを形成するときに不要な物体光を除去するためのものである。不要な物体光とは、要素画像群を形成するときに、一の要素画像の物体光の領域に他の要素画像の物体光が入射する光線群をいう。この不要光除去手段４は、ここでは、遮光マスク２と、奥行制御レンズ３とを備えている。
遮光マスク２は、矩形である長方形の開口窓２ａを備え、この開口窓２ａ以外では物体光を遮光するように構成されている。また、奥行制御レンズ３は、凸レンズであり、遮光マスク２の開口窓２ａからの物体光を要素レンズ６に入射角を制限して入射させるものである。また、奥行制御レンズ３は、被写体Ｗの光学像が要素レンズ付近に結像するようになる。ここで、奥行制御レンズ３の焦点距離Ｆと被写体Ｗまでの距離ｌａと要素レンズ群５までの距離ｌｂとの関係を次の式（５）に示す。
【００３９】
（１／ｌａ）＋（１／ｌｂ）＝１／Ｆ      …式（５）
そして、倍率Ｍは、
Ｍ＝ｌｂ／ｌａ                          …式（６）
である。
幾何学的に、遮光マスク２の開口窓２ａの長手方向開口径をＡとし、その短辺方向開口径をＢとしたときに、次の式（７）、（８）に示す大きさであれば、他の要素画像ｗの領域に入射する物体光を除去できる。
Ａ＝（Ｆ／ｆ）ｗｎ        …式（７）
Ｂ＝（Ｆ／ｆ）ｈｎ          …式（８）
【００４０】
そして、立体映像撮像装置１では、遮光マスク２の開口窓２ａの長手方向（水平中心線）と、要素レンズ６で形成される要素画像ｗの水平中心軸線ｈＬが平行（開口窓２ａの水平中心線と要素画像ｗの水平中心軸線ｈＬのレベルが一致）になるように配置されている。なお、立体映像撮像装置１は、ここでは、開口窓２ａの中心（光軸中心）と、奥行制御レンズ３の光軸中心と、要素レンズ群５の光軸中心と、撮影カメラ９の光軸中心とが一致する位置にそれぞれ配置されている。
撮影カメラ９は、要素画像ｗを撮像（撮影）するものである。この撮影カメラ９は、一般的なＴＶカメラ等である。
【００４１】
以上のように構成された立体映像撮像装置１では、被写体Ｗからの物体光が遮光マスク２の開口窓２ａから要素レンズ６に送られる。このとき、遮光マスク２の開口窓２ａを通過できない光が不要な光線群として除去される。そして、要素レンズ群５に入射した物体光は、各要素レンズ６により要素画像が形成される。例えば、被写体Ｗを撮影した場合には、ここでは従来の俵積み配列の要素レンズ群と比較して、長方形となる水平視域角が広い要素画像ｗを撮影することが可能となる。ただし、要素画像ｗは、水平視域角が拡がる分、垂直視域角が狭くなる。立体映像撮像装置１では、要素レンズ群５で形成された要素画像群を撮影カメラ９により撮影することで３次元立体映像を撮影する。なお、立体映像撮像装置１では、被写体Ｗは、静止している物体であっても、動きがともなうものであっても同様に撮影（撮像）することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態を図５を参照して説明する。
立体映像撮像装置１１は、被写体Ｗの３次元立体映像を撮像するためのものである。この立体映像撮像装置１１は、不要光除去手段１４としての第１レンズ１３Ａ、遮光マスク１２、第２レンズ１３Ｂと、要素光学素子群としての要素レンズ群５と、撮像手段としての撮影カメラ９とを備えている。この立体映像撮像装置１１では、第１レンズ１３Ａ及び第２レンズ１３Ｂによりアフォーカル光学系を形成している。
【００４３】
第１レンズ１３Ａは、その焦点距離Ｆ１の前焦点（前焦点面）の位置に被写体Ｗを配置し、その後焦点（後焦点面）の位置に遮光マスク１２を配置している。
第２レンズ１３Ｂは、その焦点距離Ｆ２の前焦点（前焦点面）の位置に遮光マスク１２を配置し、その後焦点（後焦点面）の位置に要素レンズ群５を配置している。
そして、アフォーカル光学系において、第１レンズ１３Ａの後焦点面と、第２レンズ１３Ｂの前焦点面とが一致している構成になっている。
この第１レンズ１３Ａ及び第２レンズ１３Ｂのアフォーカル光学系により被写体Ｗの光学像が要素レンズ群５の付近に結像することになる。
【００４４】
遮光マスク１２は、開口窓１２ａを備え、この開口窓１２ａ以外では物体光を遮光するように構成されている。この遮光マスク１２は、その開口窓１２ａの長手方向開口径Ｃと短手方向開口径Ｄとが、以下の式で示すように構成されている。
Ｃ＝（Ｆ２／ｆ）ｗｎ            …式（９）
Ｄ＝（Ｆ２／ｆ）ｈｎ            …式（１０）
【００４５】
なお、式中、ｆは要素レンズの焦点距離、ｗｎは要素画像ｗの画像長手長、ｈｎは要素画像の画像短手長である。
そして、倍率Ｍは、Ｍ＝Ｆ２／Ｆ１である。
立体映像撮像装置１１では、式（９）、（１０）に示すように遮光マスク１２の開口窓１２ａを形成することで、他の要素画像ｗの領域に入射する光線を除去することができ、特定方向に視域角の広い要素画像ｗを撮影カメラ９により撮影することが可能となる。
【００４６】
つまり、立体映像撮像装置１１では、被写体Ｗからの物体光を第１レンズ１３Ａで平行光にして遮光マスク１２に送る。立体映像撮像装置１１は、遮光マスクで開口窓１２ａを通過できる物体光を第２レンズ１３Ｂに送ることで、物体光の不要な光線群を除去している。立体映像撮像装置１１は、不要な光線群を除去した物体光を第２レンズ１３Ｂから要素レンズ群５に送り各要素レンズ６で要素画像ｗを形成する。立体映像撮像装置１１は、要素画像ｗを長方形あるいは長尺な形状として形成し、その要素画像群を撮影カメラ９で撮影する。
【００４７】
次に、本発明の第３実施形態について、図６、図７を参照して説明する。
図６に示すように、立体映像撮像装置２１は、被写体Ｗから要素レンズ群５までの間には、レンズ等の光学系を設定していない構成である。立体映像撮像装置２１は、被写体Ｗに対向する位置に配置した要素光学素子としての要素レンズ６を二次元平面上に配置した要素光学素子群としての要素レンズ群５と、この要素レンズ群５の各要素レンズ６の正面側に開口窓２２ａを形成した遮光マスク２２及び各要素レンズ６の背面側に形成した遮光壁２３を有する不要光除去手段２４と、この不要光除去手段２４で不要な光線群を除去して形成した要素画像ｗを撮像する撮像手段としての撮影カメラ９とを備えている。
【００４８】
不要光除去手段２４は、遮光マスク２２及び遮光壁２３により被写体Ｗの物体光の光線群のうち不要な光線群を除去するものである。
遮光マスク２２は、図６（ａ）、（ｂ）及び図７に示すように、各要素レンズ６の正面に対面して設けられ、ここでは、要素レンズ６の正面に開口窓２２ａを開口してレンズ面に取り付けられている。そして、開口窓２２ａは、その長手方向開口径をＡ１とし、その短手方向開口径をＢ１としたときに、長手方向開口径Ａ１をレンズ幅に形成され、短手方向開口径Ｂ１を要素画像ｗの画像短手長ｈｎとして形成されている。
ここで、不要光除去手段２４では、遮光マスク２２の開口窓２２ａに被写体Ｗからの物体光が入射されると、隣の要素画像に入射する物体光の光線群がまだあるため、遮光壁２３によりその不要光を除去するようにしている。
【００４９】
遮光壁２３は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、開口窓２２ａに入射して要素レンズ６から出力される被写体Ｗの物体光のうち、他の要素画像ｗの領域に入射する不要光を除去するものである。この遮光壁２３は、要素画像ｗの画像長手長ｗｎと画像短手長ｈｎとに合わせた範囲に光軸方向に沿って形成され、かつ、要素レンズ６の焦点距離ｆの長さにおいて形成されている。なお、遮光壁２３は、遮光マスク２２の背面及び要素レンズ６の背面に接着剤あるいは溶着等の取付手段により取り付けられている。この遮光壁２３は、光を吸収することで遮光するものである。
【００５０】
以上のように構成された立体映像撮像装置２１は、被写体Ｗからの不要な物体光が遮光マスク２２の遮光面で遮光され、さらに、開口窓２２ａから入射した物体光のうち要素レンズ６を通過した傾斜角度が大きな隣の要素画像ｗの領域に入射する光線群を遮光壁２３で遮光して不要光を除去する。そして、立体映像撮像装置２１は、要素レンズ６により要素画像ｗが図７の点線で示すように長方形に形成されることになる。したがって、特定方向（ここでは水平方向）に視域角が広い要素画像ｗを撮影カメラ９が撮影することができる。
【００５１】
つぎに、本発明の第４実施形態について、図８を参照して説明する。
立体映像撮像装置３１は、被写体Ｗに対面する位置に設けた不要光除去手段３４としての第１遮光マスク３２及び第２遮光マスク３３と、この第２遮光マスク３３に対面して設けた要素レンズ群５と、この要素レンズ群５からの要素画像群を撮像する撮像手段としての撮影カメラ９とを備えている。
【００５２】
この立体映像撮像装置３１は、要素レンズ群５の要素レンズ６の焦点距離ｆの位置（焦平面）に要素画像ｗが形成されるようになる。また、立体映像撮像装置３１は、要素レンズ群５から第１遮光マスク３２までの距離をｇとして、第１遮光マスク３２の第１開口窓３２ａの長手方向開口径ａ１、短手方向開口径ｂ１とし、第２遮光マスク３３の第２開口窓３３ａの長手方向開口径ａ２、短手方向開口径ｂ２とし、要素レンズ（要素光学素子）６間（又は要素レンズの直径）のピッチをｐとしたときに、
【００５３】
ａ１＋ａ２＝（ｇ／ｆ）ｗｎ、０＜ａ１≦ｍｉｎ［ｗｎ，（ｇ／ｆ）ｗｎ］、０＜ａ２≦ｐ  …式（１１）、
ｂ１＋ｂ２＝（ｇ／ｆ）ｈｎ、０＜ｂ１≦ｍｉｎ［ｈｎ，（ｇ／ｆ）ｈｎ］、０＜ｂ２≦ｐ  …式（１２）で示す関係に形成されている。
なお、ａ１は、０より大きく、かつ、ｗｎと（ｇ／ｆ）ｗｎの値の小さい方における範囲になる。また、ｂ１は、０より大きく、かつ、ｈｎと（ｇ／ｆ）ｈｎの値の小さい方における範囲になる（なお、図１では要素レンズ６間のピッチはｐｗで表示）。
【００５４】
このような関係により形成された立体映像撮像装置３１は、第１遮光マスク３２の第１開口窓３２ａと、第２遮光マスク３３の第２開口窓３３ａとにより、被写体Ｗからの物体光のうち不要な光線群を除去して特定方向（水平方向）に視域角が広い要素画像ｗを形成することができる。
【００５５】
以上、本発明の第１から第４実施形態について説明したが、各構成において、下記に示すような応用例としても構わない。
すなわち、図９（ａ）に示すように、立体映像撮像装置１，１１，２１，３１は、要素レンズ群５の要素レンズ６の焦点距離ｆの位置にフィールドレンズ８Ａを配置し、そのフィールドレンズ８Ａに形成された要素画像ｗを撮影カメラ９で撮影する構成としても構わない。また、図９（ｂ）に示すように、立体映像撮像装置１，１１，２１，３１は、要素レンズ群５の要素レンズ６の焦点距離ｆの位置に拡散スクリーン８Ｂを配置して、その拡散スクリーン８Ｂに表示される要素画像ｗを撮影カメラ９で撮影する構成としても構わない。なお、図９（ａ）、（ｂ）では、立体映像撮像装置１１の不要光除去手段１４を具体的に図示して示したが、他の実施形態の構成であってもよい。
【００５６】
さらに、要素レンズ群５は、俵積み配列の例として説明したが、図１０（ａ）で示すように正方配列として構成されたもので、基準線ＳＬと水平中心軸線ｈＬとの傾斜角度φｎを所定の角度にして要素画像ｗを形成するようにしても構わない。図１０（ｂ）に示すように、俵積み配列との構成の差は、要素レンズ群５では、レンズピッチｐが１となることが異なる。また、図１０（ｂ）に示すように、要素画像ｗは、傾斜角度φｎにより縦横比の関係が決まり、９０度、１８０度、２７０度の位置以外では、視域角を広くできることが可能となる。
【００５７】
図１１（ａ）に示すように、要素レンズ群５は、要素レンズ６を正方配列にしたときの基準線ＳＬに対して要素画像ｗの水平中心軸線ｈＬが傾斜するように設定され、図１１（ｂ）に示すように、水平中心軸線ｈＬが水平になるように要素レンズ６が配列されている。したがって、要素レンズ群５では、水平中心軸線ｈＬ上に中心が来る要素画像ｗ間であるピッチｗｐの要素レンズ６間において要素画像ｗが形成される。
【００５８】
また、要素レンズ６に対面する開口窓２２ａ、３３ａを形成する場合には、図１２に示すように、傾斜角度φｎの値が変わると、開口窓２２ａ、３３ａの縦横比の関係も変わる。図１２では、俵積み配列の例として開口窓２２ａを形成しているので、傾斜角度φｎの値を６０度に向かって大きくすることで、要素画像ｗの水平中心軸線方向の大きさｗｎと垂直中心軸線方向の大きさｈｎとの比率が近づく形状となる。なお、図７では、要素画像ｗは、要素レンズ６を約２つ飛ばした位置の間で形成され、図１２では、要素画像が、要素レンズ６を約１つ飛ばした位置の間で形成されることになる。
【００５９】
また、遮光マスク２、１２の開口窓２ａ、１２ａの大きさを自在に調整できる可変機構として図１３に示すような構成にしても構わない。すなわち、図１３に示すように、可変機構となる不要光除去装置５２は、その開口窓５２ａの開口径が自在に調整できる構成である。この不要光除去装置５２は、支持脚５２ｂと、この支持脚５２ｂに支持される支持板５２ｃと、この支持板５２ｃに取り付けられる第１移動機構５３と、第２移動機構５４と、第１移動機構５３で移動する上長辺板５５及び下長辺板５６と、第２移動機構５４で移動する右短辺板５７及び左短辺板５８と、を備えている。なお、支持板５２ｃは、その中央に貫通する貫通孔５２ｄが形成され、上長辺板５５、下長辺板５６、右短辺板５７、左短辺板５８で形成する開口窓５２ａの設定される最大開口よりも大きくなるように形成されている。
【００６０】
第１移動機構５３は、上側移動機構５３Ａと、下側移動機構５３Ｂとを備えている。
上側移動機構５３Ａは、上側駆動モータ５３Ａ１と、上側送りネジ５３Ａ２と、上側ガイド５３Ａ３と、を備えている。そして、上長辺板５５は、その一端側に設けた上側送りネジ５３Ａ２に螺合する螺合部５５ａと、その他端側に設けた上側ガイド５３Ａ３に沿ってスライドする係合部５５ｂと、開口窓５２ａの上長辺を形成する上遮蔽板５５ｃとを備えている。
【００６１】
下側移動機構５３Ｂは、下側駆動モータ５３Ｂ１と、下側送りネジ５３Ｂ２と、下側ガイド５３Ｂ３と、を備えている。そして、下長辺板５６は、その一端側に設けた下側送りネジ５３Ｂ２に螺合する螺合部５６ａと、その他端側に設けた下側ガイド５３Ｂ３に沿ってスライドする係合部５６ｂと、開口窓５２ａの下長辺を形成する下遮蔽板５６ｃとを備えている。
【００６２】
第２移動機構５４は、右側移動機構５４Ａと、左側移動機構５４Ｂとを備えている。
右側移動機構５４Ａは、右側駆動モータ５４Ａ１と、右側送りネジ５４Ａ２と、右側ガイド５４Ａ３と、を備えている。そして、右短辺板５７は、その一端側に設けた右側送りネジ５４Ａ２に螺合する螺合部５７ａと、その他端側に設けた右側ガイド５４Ａ３に沿ってスライドする係合部５７ｂと、開口窓５２ａの右短辺を形成する右遮蔽板５７ｃとを備えている。
【００６３】
左側移動機構５４Ｂは、左側駆動モータ５４Ｂ１と、左側送りネジ５４Ｂ２と、左側ガイド５４Ｂ３と、を備えている。そして、左短辺板５８は、その一端側に設けた左側送りネジ５４Ｂ２に螺合する螺合部５８ａと、その他端側に設けた左側ガイド５４Ｂ３に案内されてスライドする係合部５８ｂと、開口窓５２ａの左短辺を形成する左遮蔽板５８ｃとを備えている。
【００６４】
不要光除去装置５２は、以上のように構成されているので、第１移動機構５３の上側移動機構５３Ａ及び下側移動機構５３Ｂとを同期して移動させることで、開口窓５２ａの短手方向径を可変することができ、また、第２移動機構５４の右側移動機構５４Ａ及び左側移動機構５４Ｂを同期して移動させることで、開口窓５２ａの長手方向径を可変させることができる。なお、不要光除去装置５２は、上長辺板５５、下長辺板５６、右短辺板５７、左短辺板５８を個別に移動させて開口窓５２ａを形成する構成としても構わない。
【００６５】
さらに、図１４に示すように、要素レンズ６を俵積み配列で整列した要素レンズ群５は、支持枠６１で支持されると共に、回転装置６０により所定角度に回転するように構成されている。回転装置６０は、支持枠６１を回転自在に保持する保持フレーム６２と、この保持フレームを所定高さに支持する脚部６３と、支持枠６１に設けた従動歯車６４と、この従動歯車６４に噛合して回転させる駆動歯車６５と、この駆動歯車６５を図示しない減速機構を介して駆動する駆動モータ６６とを備えている。要素レンズ群５は、回転装置６０の駆動により光軸中心ＧＰを回転中心として所定角度の位置で停止することで、基準線ＳＬと要素画像ｗの水平中心軸線ｈＬとの傾斜角度φｎを設定するように構成されている。
【００６６】
また、不要光除去装置５２及び回転装置６０を使用して、撮影する被写体Ｗによって、特定方向の視域角の異なる要素画像ｗを撮影することができる。例えば、図１５に示すように、立体映像撮像装置９１は、被写体Ｗを入力手段８０からの操作により制御装置７０を介して、不要光除去装置５２の開口窓５２ａを自在に設定する共に、回転装置６０を所定角度に回転させて、特定方向の視域角が広い要素画像ｗとして撮影カメラ９により撮影する構成である。この立体映像撮像装置９１は、撮影する被写体Ｗが変わる度に、開口窓５２ａの大きさと、要素レンズ群５の傾斜角度を変化させて撮影カメラ９で撮影することが可能となる。なお、制御装置７０は、予め記憶手段９０に入力手段８０から撮影する入力手順を入力しておき、その予め記憶されている入力手順に基づいて開口窓５２ａや要素レンズ群５の傾斜角度を設定して撮影カメラ９で撮影するようにしても構わない。
さらに、特定方向に視域角を広げる場合に、水平方向について説明したが、広げたい視域の向きに合わせて基準線に対する要素レンズ群５の傾斜角度の向きを変えることで任意に設定することで構わない。
【００６７】
また、可変機構として不要光除去装置５２を機械的に動作させる構成として説明したが、液晶スクリーンを可変機構として設置しても構わない。つまり、液晶スクリーンは、透過させたい部分以外を物体光を通過させないように制御し、物体光の透過させたい領域のみを例えば長方形に制御することで開口窓として使用することができる。
【００６８】
さらに、ＩＰ方式により３次元映像を表示することについて説明したが、多眼方式（１次元ＩＰ方式を含む）による立体映像撮像装置であっても構わない。多眼方式では特定方向の視差のみを有する。そのため、要素レンズ群５を構成する要素レンズ６として、シリンドリカルレンズを適用する。前記シリンドリカルレンズは、視差を有する方向に集光作用があるように設置する。要素画像群を構成する要素画像ｗは、視域を拡大する方向に長いものとし、その方向に直交する方向の視差が拡大する方向よりも小さいか、あるいは視差を有さないものとなる。なお、シリンドリカルレンズを使用する場合には、被写体が要素光学素子群の近く（直前あるいはほぼ密着）にあるか、または奥行き制御レンズを用いる必要がある。
【００６９】
また、要素画像ｗは、長方形の外径線を描く範囲の情報として示したが、長尺な形状であれば、要素画像ｗの中心と要素レンズ（要素光学素子）６の光軸中心点とが一致し要素画像ｗと同じ形状の開口窓２ａ，１２ａに形状することで、特定方向に要素光学素子の大きさを超えて長い形状において、例えば、ひし形、長い楕円形や多角形など任意の形とすることも可能となる。
【００７０】
さらに、要素光学素子は、凸レンズである要素レンズとして説明したが、平凸レンズ、非球面レンズ、屈折率分布レンズ、フレネルゾーンプレート、キノフォーム、回折光学素子、ホログラフィック光学素子、液晶レンズ、又は、組み合わせレンズ、ピンホール、可変焦点レンズのいずれかである。
【実施例】
【００７１】
次に、立体映像撮像装置を具体的に特定して実際に３次元立体映像を撮像して、特定方向の視域角の広がりを検証する。ここでは、図１６（ａ）に示すように、既に説明した立体映像撮像装置１１の構成と、図１６（ｂ）に示すように、比較する立体映像撮像装置Ｓａの構成とにより実際に視域角の広がりについて、比較してその違いを確認したので、以下に説明する。
【００７２】
まず、立体映像撮像装置１１は、第１レンズ１３Ａと、遮光マスク１２と、第２レンズ１３Ｂと、要素レンズ群５と、拡散スクリーン８Ｂと、撮影カメラ９とを備える。そして、立体映像撮像装置１１の構成として、要素レンズ群５の傾き角φｎを３０度とし、三次元映像の水平視域角をΩｈとし、垂直視域角をΩｖとしたときに、
Ωｈ＝２ｔａｎ−１（ｗｎ／（２ｆ））        …式（１３）
Ωｖ＝２ｔａｎ−１（ｈｎ／（２ｆ））        …式（１４）
となる。そのため、それぞれ、三次元映像の水平視域角Ωｈは３１．９となり、垂直視域角Ωｖは９．４度となる。ここで、要素画像ｗの画像長手長ｗｎと画像短手長ｈｎとは、式（１）、（２）より、それぞれ（√３）ｍｍと１／２ｍｍであり、遮光マスク１２の開口窓１２ａの長手方向開口径Ｃ及び短手方向開口径Ｄは、
【００７３】
Ｃ＝Ｆ２ｔａｎ（Ωｈ／２）          …式（１５）
Ｄ＝Ｆ２ｔａｎ（Ωｖ／２）          …式（１６）
および、式（１５）、（１６）、（１）、（２）から
Ｃ＝（Ｆ２／ｆ）［（√３ｐ）／（２ｓｉｎφｎ）］      …式（１７）
Ｄ＝（Ｆ２／ｆ）ｐｓｉｎφｎ                          …式（１８）
により、Ｃ＝８５．７ｍｍ、Ｄ＝２４．８ｍｍとした。
なお、立体映像撮像装置１１では、要素レンズ６のレンズピッチｐ＝１ｍｍ、要素レンズ６の焦点距離ｆ＝３．０３ｍｍ、基準線ＳＬと要素画像ｗの水平中心軸線ｈＬとの傾斜角φｎ＝３０度、第１レンズ１３Ａの焦点距離Ｆ１＝１５０ｍｍ、第２レンズ１３Ｂの焦点距離Ｆ２＝１５０ｍｍとした。
【００７４】
また、図１６（ｂ）に示すように、比較する立体映像撮像装置Ｓａは、第１レンズ１３Ａと、遮光マスク２０２と、第２レンズ１３Ｂと、要素レンズ群２５０と、拡散スクリーン８Ｂと、撮影カメラ９と、を備える。要素レンズ群２５０は、基準線ＳＬと要素画像ｗの水平中心軸線ｈＬとの傾斜角φｎ＝０度として、他の構成は本発明と同じものを使用し遮光マスクの開口を以下に示すようにした。比較する立体映像撮像装置Ｓａにおいて、水平視域角Ωｈ及び垂直視域角Ωｖは、次式に示すように共に等しい値となり、
Ωｈ＝Ωｖ＝２ｔａｎ−１（ｐ／（２ｆ））            …式（１９）
ここでは、Ωｈ＝Ωｖ＝１８．７度となる。
【００７５】
また、要素画像の直径は、要素レンズのピッチと一致しているため、１ｍｍである。
さらに、要素レンズに対する入射角が（Ωｈ＝Ωｖ）／２より大きな光線は、要素画像間のクロストークとなるため、取り除く必要がある。したがって、式（１９）、（１５）、（１６）により、遮光マスクの開口窓２０２ａは直径４９．５ｍｍの円形開口とした。
ここでは、比較する立体映像撮像装置Ｓａは、要素レンズ郡２５０の後方（要素レンズ６の焦点距離）に拡散スクリーン８Ｂを挿入して、拡散スクリーン８Ｂ上に投影された要素画像群を撮影カメラ９により撮影した。
【００７６】
＜再生実験＞
立体映像撮像装置１１及び従来の立体映像撮像装置で撮像した要素画像群を、計算機により再生計算を行った。ここで、撮影系と同様に、表示系においても要素レンズ群を傾斜して配置することで、撮影した要素画像群を光学的に再生することも可能である。したがって、計算機で計算するときには、撮像系と同じ要素レンズ群の構成とした。ここで、撮像系と表示系で同じ要素レンズ群を用いた場合、いわゆる奥行反転現象が生じる。そこで、各要素画像を１８０度回転させることで、奥行を元にもどして計算した。
【００７７】
観察者の水平観察方向と垂直観察方向に対する三次元映像の変化を、図１７に示す。ここで、θｘ、θｙは、それぞれ観察者の水平観察方向と垂直観察方向とを表し、０度は真正面から観察した状態を表す。従来手法では、図１７（ｃ）に示すように、水平視域角が１８．７度であるため、水平観察方向が９度のときに視域の端から観察している状態になり、１２度より大きいときにはサイドローブから観察している状態になっていることが分かる。一方、本発明の立体映像撮像装置１１で撮像した場合、図１７（ａ）に示すように、水平視域角が３１．９度であるため、水平観察方向が１２度でもメインローブ内で観察している状態であることが分かる。
【００７８】
また、図１７（ｂ）、（ｄ）に示すように、垂直観察方向に対する三次元映像の変化に関しては、本発明の立体映像撮像装置１１の視域角が狭く（小さく）なっていることが分かる（図１７（ｂ）が本発明、図１７（ｄ）が従来装置）。ここで、本発明の立体映像撮像装置１１と比較する立体映像撮像装置Ｓａとの垂直視域角は、それぞれ、９．４度と、１８．７度である。これらの結果より、水平視域角及び垂直視域角の比率を変えることを確認できた。
【符号の説明】
【００７９】
１，１１，２１，３１、９１    立体映像撮像装置
２、１２        遮光マスク
２ａ、１２ａ、２２ａ、５２ａ    開口窓
３      奥行制御レンズ
４，１４，２４，３４、５２    不要光除去手段
５      要素レンズ群
６      要素レンズ
８Ａ    フィールドレンズ
８Ｂ    拡散スクリーン
９      撮影カメラ
１３Ａ  第１レンズ
１３Ｂ  第２レンズ
２３    遮光壁
３２    第１遮光マスク
３２ａ  第１開口窓
３３    第２遮光マスク
３３ａ  第２開口窓
６０    回転装置
７０    制御装置
８０    入力手段
９０    記憶手段
ＧＰ    光軸中心
Ｗ      被写体
ｈＬ    水平中心軸線
ｈｎ    画像短手長
ｗ      要素画像
ｗｎ    画像長手長
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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