(57)【要約】【課題】広い範囲の要素画像を撮像でき、また、広い範囲に対して立体像を表示することができるＩＰ方式の要素画像群撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置（要素画像群撮像装置）１は、被写体の像を結像して要素画像を生成する要素画像光学系１１１を同一平面上に複数配列した要素画像レンズ群１１と、対応する要素画像光学系１１１の主点を通る平行光、あるいは、被写体側のある点から要素画像光学系１１１の主点を通る光のいずれかを収束する第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２と、第１方向制御レンズ１２から出射した光の光路上に設置され、要素画像群を投影する投影光学系１３と、投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する撮像素子（撮像手段）１４と、第１の方向制御レンズ系及び／又は投影光学系を、光軸に直交する方向に移動させる方向変更手段とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2007316170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、
前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する投影光学系と、
前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する撮像手段と、
前記第１の方向制御レンズ系及び／又は前記投影光学系を、前記光軸に直交する方向に移動させる方向変更手段と、
を備えることを特徴とする要素画像群撮像装置。
【請求項２】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、
前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する複数の投影光学系と、
前記投影光学系の各々に対応し、その対応する前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する複数の撮像手段と、
を備えることを特徴とする要素画像群撮像装置。
【請求項３】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、
前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射した前記要素画像群からの光が収束される位置に複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、各々の前記開口を通過した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する複数の投影光学系と、
各々の前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する複数の撮像手段と、
を備えることを特徴とする要素画像群撮像装置。
【請求項４】
前記遮光手段を内部に有し、かつ、前記第１の方向制御レンズ系に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系の主点を通過した光を前記光軸に平行な光に変換する第２の方向制御レンズ系と、
前記第２の方向制御レンズ系及び前記投影光学系の間において、前記投影光学系に対応して当該投影光学系の光軸上に設置され、前記第２の方向制御レンズ系から出射した光を前記投影光学系に伝送する複数のフィールドレンズ系と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の要素画像群撮像装置。
【請求項５】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、
前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射した前記要素画像群からの光が収束される位置に開閉可能な複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向調整レンズ系を通過した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する投影光学系と、
前記開口を通過し、前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する撮像手段と、
を備えることを特徴とする要素画像群撮像装置。
【請求項６】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、
前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイ、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系、
前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する投影光学系、及び、
前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する撮像手段
を有する複数の撮像系と、
前記被写体からの光を前記撮像系に分配する光分配手段と、
を備えることを特徴とする要素画像群撮像装置。
【請求項７】
前記撮像系の少なくとも１つが、各々の前記要素画像光学系の主点を通過した光が集光された位置に開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する、前記光軸に直交する平面上に設けられた遮光手段を備え、
前記投影光学系が、前記開口の中心を通過した光を当該投影光学系の光軸に平行な光に変換することを特徴とする請求項６に記載の要素画像群撮像装置。
【請求項８】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記要素画像群を表示する表示手段と、
前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する投影光学系と、
前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記投影光学系の主点を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
前記第１の方向制御レンズ系及び／又は前記投影光学系を、前記光軸に直交する方向に移動させる方向変更手段と、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項９】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記要素画像群を表示する複数の表示手段と、
前記表示手段の各々に対応し、その対応する前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する複数の投影光学系と、
前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、各々の前記投影光学系の主点を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、各々の前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項１０】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記要素画像群を表示する複数の表示手段と、
各々の前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する複数の投影光学系と、
各々の前記投影光学系からの光が収束される位置に複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、
前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記開口の中心を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項１１】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記要素画像群を表示する表示手段と、
前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する投影光学系と、
前記表示手段からの光の光路上において開閉可能な複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、
前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記投影光学系によって前記光軸に平行な光が収束される位置に主点を有し、前記開口の中心を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項１２】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記要素画像群を表示する表示手段、
前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する投影光学系、
前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記投影光学系の主点を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系、及び、
前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイ、
を有する複数の表示系と、
複数の前記表示系からの光を統合する光統合手段と、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項１３】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、
各々の点灯と消灯との制御が可能な複数の点光源と、
前記点光源から出射された光を集光する、あるいは平行光にする第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射された光の光路上に設置され、前記要素画像群を表示する表示手段と、
前記表示手段から出射した光の光路上に設置され、前記表示手段に表示された各々の要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【請求項１４】
複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、
点光源と、
前記点光源から出射された光を集光する、あるいは平行光にする第１の方向制御レンズ系と、
前記第１の方向制御レンズ系から出射された光の光路上に設置され、前記要素画像群を表示する表示手段と、
前記表示手段から出射した光の光路上に設置され、前記表示手段に表示された各々の要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、
前記第１の方向制御レンズ系及び／又は前記点光源を、当該第１の方向制御レンズ系の光軸に直交する方向に移動させる方向変更手段と、
を備えることを特徴とする立体像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体像の映像を表示するための要素画像群を撮像、又は、立体像を表示する技術に係り、特に、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ；Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）方式の要素画像群撮像装置及び立体像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、任意の視点から観察することができる立体テレビジョン方式の１つとして平面状あるいは球面状に配列されたレンズ群を用いた、ＩＰ方式が開発されている。この方式を用いて高解像度の動画像を撮影する手法が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図２３を参照して、ＩＰ方式の原理を説明する。図２３は、従来のＩＰ方式を説明するための説明図、（ａ）は、ＩＰ方式の撮影装置の構成を示す模式図、（ｂ）は、ＩＰ方式の表示装置の構成を示す模式図である。図２３（ａ）に示すように、撮像装置１００は、同一平面上にアレイ状に配列された複数の凸レンズｌ、ｌ、…からなるレンズ群１０１と、被写体ｓ側から見てこのレンズ群１０１の後ろに設置された撮像部１０２とから構成され、レンズ群１０１の前に設置された被写体ｓを撮影する。この撮像部１０２には、各凸レンズｌ、ｌ、…によって被写体ｓの像ｉ、ｉ、…が形成され、撮影される。ここで撮影された被写体ｓの像ｉ、ｉ、…の各々の画像を要素画像という。
【０００４】
次に、図２３（ｂ）に示すように、表示装置１０５は、撮像装置１００［図２３（ａ）］のレンズ群１０１と同じレンズ群１０６（凸レンズｌ’、ｌ’、…）と、レンズ群１０６の後ろに撮像部１０２と同じ位置に設置された表示部１０７とから構成され、撮像装置１００によって撮影された画像を表示部１０７に表示すると、レンズ群１０６の前方の観察者ｏからは被写体ｓの立体再生像ｓ’を観察できる。
【特許文献１】特開２００１−３２０７３５号公報（段落番号００１４〜００２４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、隣接する要素画像間で重なりが生じた状態で要素画像を取得すると、表示の際に正しく分離されないため、図２３（ａ）及び（ｂ）に示すように、１つの要素画像の領域は幅ｗに限定される。従って、凸レンズｌを介して撮像する範囲及び凸レンズｌ’を通して表示する範囲（視域）は、角度θに制限される。そのため、この角度θの範囲の外の被写体を撮像して立体像を表示することができない上に、この角度θの範囲の外から観察者が観察すると、表示される立体像に幾何学的な歪みが生じたり、逆視が生じたりするという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の問題を解決するために成されたもので、広い範囲の要素画像を撮像でき、また、広い範囲に対して立体像を表示することができるＩＰ方式の要素画像撮像装置及び立体像表示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】
【０００７】
前記問題を解決するため、請求項１に記載の要素画像群撮像装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する投影光学系と、前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する撮像手段と、前記第１の方向制御レンズ系及び／又は前記投影光学系を、前記光軸に直交する方向に移動させる方向変更手段とを備えることとした。
【０００８】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、要素画像光学系アレイによって、被写体の要素画像群を生成し、投影光学系によって、要素画像群を撮像手段に対して投影して、撮像素子によって当該要素画像群を撮像する。ここで、各々の要素画像光学系は、当該要素画像光学系の主点から見て様々な方向の被写体の像を結像するが、この要素画像光学系アレイと、投影光学系との間に、第１の方向制御レンズ系を設けることで、撮像手段によって撮像される要素画像の撮影方向を制御することができる。つまり、第１の方向制御レンズ系は、要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、被写体側のある点から要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する。そして、この光が第１の方向制御レンズ系によって収束された位置、あるいは、第１の方向制御レンズ系及び投影光学系の間に設けられた他の光学系を介してこの光が再度収束された位置に投影光学系の主点を設置することで、投影光学系は、この光を中心とした要素画像から構成される要素画像群を撮像手段に対して投影することができる。
【０００９】
そして、要素画像群撮像装置は、方向変更手段によって、第１の方向制御レンズ系と投影光学系との一方もしくは両方を光軸に直交する方向に移動させて、撮像手段によって撮像することで、複数の方向を中心とした要素画像群を撮像することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の要素画像群撮像装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する複数の投影光学系と、前記投影光学系の各々に対応し、その対応する前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する複数の撮像手段とを備えることとした。
【００１１】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、要素画像光学系アレイによって、被写体の要素画像群を生成する。そして、要素画像群撮像装置は、投影光学系によって、第１の方向制御レンズ系と投影光学系との配置によって定められる撮影方向の要素画像から構成される要素画像群を撮像手段に対して投影する。ここで、要素画像群撮像装置は、複数の投影光学系を有しているため、各々の投影光学系に対応した方向を中心とした要素画像から構成される複数の要素画像群を、複数の撮像素子によって撮像することができる。
【００１２】
更に、請求項３に記載の要素画像群撮像装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射した前記要素画像群からの光が収束される位置に複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、各々の前記開口を通過した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する複数の投影光学系と、各々の前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する複数の撮像手段とを備えることとした。
【００１３】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、要素画像光学系アレイによって、被写体の要素画像群を生成し、開口を通過した要素画像群の光を、投影光学系によって、撮像手段に対して投影して、撮像素子によって当該要素画像群を撮像する。ここで、各々の要素画像光学系は、当該要素画像光学系の主点から見て様々な方向の被写体の像を結像するが、この要素画像光学系アレイと、投影光学系との間に、第１の方向制御レンズ系と、複数の開口を有する遮光手段を設けることで、撮像手段によって撮像される要素画像の撮影方向を制御することができる。つまり、第１の方向制御レンズ系は、要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、被写体側のある点から要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する。そして、第１の方向制御レンズ系によってこの光が収束した位置、あるいは、他の光学系を介してこの光が再度収束した位置に開口の中心を設置することで、投影光学系は、この光を中心とした要素画像から構成される要素画像群を撮像手段に対して投影することができる。
【００１４】
そして、要素画像群撮像装置は、複数の開口を有しているため、第１の方向制御レンズ系と各々の開口との配置によって定められる撮影方向を中心とした要素画像から構成される複数の要素画像群を、複数の撮像素子によって撮像することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の要素画像群撮像装置は、請求項３に記載の要素画像群撮像装置において、前記遮光手段を内部に有し、かつ、前記第１の方向制御レンズ系に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系の主点を通過した光を前記光軸に平行な光に変換する第２の方向制御レンズ系と、前記第２の方向制御レンズ系及び前記投影光学系の間において、前記投影光学系に対応して当該投影光学系の光軸上に設置され、前記第２の方向制御レンズ系から出射した光を前記投影光学系に伝送する複数のフィールドレンズ系とを備えることとした。
【００１６】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、第２の方向制御レンズ系によって、各々の開口を通過した要素画像群からの光を、光軸に直交する面に対して正対する方向に変換し、各々のフィールドレンズ系によって、投影光学系に伝送する。そして、要素画像群撮像装置は、投影光学系によって、この要素画像群からの光を撮像手段に投影し、撮像手段によって、要素画像群を撮像する。これによって、光軸に正対して設置された各々の撮像手段によって、異なる撮影方向の要素画像群を正対して撮像することができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の要素画像群撮像装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射した前記要素画像群からの光が収束される位置に開閉可能な複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向調整レンズ系を通過した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する投影光学系と、前記開口を通過し、前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する撮像手段とを備えることとした。
【００１８】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、要素画像光学系アレイによって、被写体の要素画像群を生成する。そして、要素画像群撮像装置は、開閉可能な複数の開口を有する遮光手段を備え、第１の方向制御レンズ系と開いている開口との配置によって定められる撮影方向の要素画像から構成される要素画像群を撮像手段によって撮像する。これによって、要素画像群撮像装置は、開口の開閉を切り替えて、それぞれの開口を１つずつ開いて撮像することで、各々の開口に対応した方向を中心とした要素画像から構成される複数の要素画像群を撮像することができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の要素画像群撮像装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を撮像する要素画像群撮像装置であって、前記被写体の像を結像して前記要素画像を生成する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイ、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記要素画像光学系の主点を通る平行光、あるいは、前記被写体側のある点から前記要素画像光学系の主点を通る光のいずれかを収束する第１の方向制御レンズ系、前記要素画像光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記要素画像群を投影する投影光学系、及び、前記投影光学系によって投影された要素画像群を撮像する撮像手段を有する複数の撮像系と、前記被写体からの光を前記撮像系に分配する光分配手段とを備えることとした。
【００２０】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、光分配手段によって被写体からの光を分配し、この分配された光が入射した複数の撮像系の各々によって、第１の方向制御レンズ系と投影光学系との配置によって定められる撮影方向の要素画像から構成される要素画像群を撮像する。これによって、要素画像群撮像装置は、複数の撮像系によって、複数の撮影方向の要素画像群を撮影することができる。
【００２１】
更に、請求項７に記載の要素画像群撮像装置は、請求項６に記載の要素画像群撮像装置において、前記撮像系の少なくとも１つが、各々の前記要素画像光学系の主点を通過した光が集光された位置に開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する、前記光軸に直交する平面上に設けられた遮光手段を備え、前記投影光学系が、前記開口の中心を通過した光を当該投影光学系の光軸に平行な光に変換することとした。
【００２２】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、複数の撮像系の少なくとも１つが、第１の方向制御レンズ系と開口との配置によって定められる撮影方向の要素画像から構成される要素画像群を撮像する。これによって、要素画像群撮像装置は、複数の撮像系によって、複数の撮影方向の要素画像群を撮影することができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の立体像表示装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、前記要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する投影光学系と、前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記投影光学系の主点を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、前記第１の方向制御レンズ系及び／又は前記投影光学系を、前記光軸に直交する方向に移動させる方向変更手段とを備えることとした。
【００２４】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、表示手段に表示された要素画像群を投影光学系によって投影し、要素画像光学系アレイによって、要素画像群によって示される立体像を再生する。ここで、表示手段からは、様々な方向に光が出射するが、この要素画像光学系アレイと、投影光学系との間に、第１の方向制御レンズ系を設けることで、要素画像光学系アレイによって表示される立体像の表示方向を制御することができる。つまり、第１の方向制御レンズ系は、投影光学系の主点を通る光を、観察者側のある点に集光する、あるいは、要素画像光学系の主点を通る平行光に変換する。そのため、表示装置は、集光される観察者側の点を中心とした視域の範囲内、あるいは、この平行光の方向を中心とした視域の範囲内の方向（表示方向）に対して立体像を表示することができる。
【００２５】
なお、ここで、観察者側の点とは、第１の方向制御レンズ系に対して、投影光学系の主点、あるいは、投影光学系の主点を通る光が第１の方向制御レンズ系及び投影光学系の間に設けられた他の光学系によって再度収束された点と共役の関係にある点である。また、平行光の方向は、投影光学系の主点、あるいは、投影光学系の主点を通る光が第１の方向制御レンズ系及び投影光学系の間に設けられた他の光学系によって再度収束された点と、第１の方向制御レンズ系の主点とを通る直線の方向である。そして、立体像表示装置は、方向変更手段によって、第１の方向制御レンズ系と投影光学系との一方もしくは両方を光軸に直交する方向に移動させることで、第１の方向制御レンズ系によって投影光学系の主点を通る光が集光される観察者側の点の位置、あるいは、変換される要素画像光学系の主点を通る平行光の向きが変化する。これによって、立体像表示装置は、複数の方向に対して立体像を表示することができる。
【００２６】
更に、請求項９に記載の立体像表示装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、前記要素画像群を表示する複数の表示手段と、前記表示手段の各々に対応し、その対応する前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する複数の投影光学系と、前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、各々の前記投影光学系の主点を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、各々の前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイとを備えることとした。
【００２７】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、要素画像光学系アレイによって、複数の表示手段に表示された各々の要素画像群によって示される立体像を再生する。ここで、立体像表示装置は、複数の投影光学系を有しているため、第１の方向制御レンズ系と各々の投影光学系との配置によって定められる複数の表示方向に対して立体像を表示することができる。
【００２８】
また、請求項１０に記載の立体像表示装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、前記要素画像群を表示する複数の表示手段と、各々の前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する複数の投影光学系と、各々の前記投影光学系からの光が収束される位置に複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記開口の中心を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイとを備えることとした。
【００２９】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、表示手段に表示された要素画像群を投影光学系によって投影し、要素画像光学系アレイによって、要素画像群によって示される立体像を再生する。ここで、表示手段からは、様々な方向に光が出射するが、この要素画像光学系アレイと、投影光学系との間に、第１の方向制御レンズ系と、複数の開口を有する遮光手段を設けることで、要素画像光学系アレイによって表示される立体像の表示方向を制御することができる。つまり、第１の方向制御レンズ系は、開口の中心を通る光を、観察者側のある点に集光する、あるいは、要素画像光学系の主点を通る平行光に変換する。そのため、表示装置は、集光される観察者側の点を中心とした視域の範囲内、あるいは、この平行光の方向を中心とした視域の範囲内の方向に対して立体像を表示することができる。
【００３０】
なお、ここで、観察者側の点とは、第１の方向制御レンズ系に対して、開口の中心、あるいは、開口の中心を通る光が第１の方向制御レンズ系及び遮光手段の間に設けられた他の光学系によって再度収束された点と共役の関係にある点である。また、平行光の方向は、開口の中心、あるいは、開口の中心を通る光が第１の方向制御レンズ系及び遮光手段の間に設けられた他の光学系によって再度収束された点と、第１の方向制御レンズ系の主点とを通る直線の方向である。そして、立体像表示装置は、複数の開口を有しているため、第１の方向制御レンズ系と各々の開口との配置によって定められる複数の表示方向に対して立体像を表示することができる。
【００３１】
更に、請求項１１に記載の立体像表示装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、前記要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する投影光学系と、前記表示手段からの光の光路上において開閉可能な複数の開口を有し、当該開口を通過する光以外の光を遮光する遮光手段と、前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記投影光学系によって前記光軸に平行な光が収束される位置に主点を有し、前記開口の中心を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイとを備えることとした。
【００３２】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、要素画像光学系アレイによって、表示手段に表示された要素画像群によって示される立体像を再生する。ここで、立体像表示装置は、開閉可能な複数の開口を有する遮光手段を備え、開口の開閉を切り替えてそれぞれの開口を１つずつ開いて表示することで、第１の方向制御レンズ系と開いている開口との配置によって定められる複数の表示方向に対して立体像を表示することができる。
【００３３】
また、請求項１２に記載の立体像表示装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、前記要素画像群を表示する表示手段、前記表示手段によって表示された要素画像群を投影する投影光学系、前記投影光学系の光軸に平行な光軸を有し、前記投影光学系の主点を通った光を集光する、あるいは、平行光にする第１の方向制御レンズ系、及び、前記第１の方向制御レンズ系から出射した光の光路上に設置され、前記投影光学系によって結像された各々の前記要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイを有する複数の表示系と、複数の前記表示系からの光を統合する光統合手段とを備えることとした。
【００３４】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、複数の表示系の各々によって、第１の方向制御レンズ系と投影光学系との配置によって定められる方向に対して立体像を表示する。そして、光統合手段によって、表示系から出射した光を統合して観察者に対して出射する。これによって、立体像表示装置は、複数の表示系によって、複数の表示方向に対して立体像を表示することができる。
【００３５】
更に、請求項１３に記載の立体像表示装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、各々の点灯と消灯との制御が可能な複数の点光源と、前記点光源から出射された光を集光する、あるいは平行光にする第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射された光の光路上に設置され、前記要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段から出射した光の光路上に設置され、前記表示手段に表示された各々の要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイとを備えることとした。
【００３６】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、表示手段に表示された要素画像群によって示される立体像を再生する。ここで、点光源と、第１の方向制御レンズ系とを設けることで、要素画像光学系アレイによって表示される立体像の表示方向を制御することができる。つまり、第１の方向制御レンズ系は、点光源からの光を、観察者側のある点に集光する、あるいは、要素画像光学系の主点を通る平行光に変換する。そのため、表示装置は、集光される観察者側の点を中心とした視域の範囲内、あるいは、この平行光の方向を中心とした視域の範囲内の方向に対して立体像を表示することができる。なお、ここで、観察者側の点とは、第１の方向制御レンズ系に対して、点光源の位置と共役の関係にある点である。また、平行光の方向は、点光源の位置と、第１の方向制御レンズ系の主点とを通る直線の方向である。
【００３７】
そして、立体像表示装置は、各々の点灯と消灯との制御が可能な複数の点光源を有し、点光源の点灯と消灯とを切り替えてそれぞれの点光源を１つずつ点灯させることで、第１の方向制御レンズ系と点灯している点光源との配置によって定められる複数の表示方向に対して立体像を表示することができる。
【００３８】
また、請求項１４に記載の立体像表示装置は、複数の要素画像から構成され、被写体の立体像を表示するための画像である要素画像群を入力して前記立体像を表示する立体像表示装置であって、点光源と、前記点光源から出射された光を集光する、あるいは平行光にする第１の方向制御レンズ系と、前記第１の方向制御レンズ系から出射された光の光路上に設置され、前記要素画像群を表示する表示手段と、前記表示手段から出射した光の光路上に設置され、前記表示手段に表示された各々の要素画像に対応し、その対応する前記要素画像からの光を出射して、前記被写体の立体像を再生する要素画像光学系を、当該要素画像光学系の光軸に対して直交する同一平面上に複数配列した要素画像光学系アレイと、前記第１の方向制御レンズ系及び／又は前記点光源を、当該第１の方向制御レンズ系の光軸に直交する方向に移動させる方向変更手段とを備えることとした。
【００３９】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、表示手段に表示された要素画像群によって示される立体像を再生する。ここで、点光源と、第１の方向制御レンズ系とを設けることで、要素画像光学系アレイによって表示される立体像の表示方向を制御することができる。つまり、第１の方向制御レンズ系は、点光源からの光を、観察者側のある点に集光する、あるいは、要素画像光学系の主点を通る平行光に変換する。そのため、表示装置は、集光される観察者側の点を中心とした視域の範囲内、あるいは、この平行光の方向を中心とした視域の範囲内の方向に対して立体像を表示することができる。なお、ここで、観察者側の点とは、第１の方向制御レンズ系に対して、点光源の位置と共役の関係にある点である。また、平行光の方向は、点光源の位置と、第１の方向制御レンズ系の主点とを通る直線の方向である。
【００４０】
そして、立体像表示装置は、方向変更手段によって、第１の方向制御レンズ系と点光源との一方もしくは両方を光軸に直交する方向に移動させることで、複数の表示方向に対して立体像を表示することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る立体像表示装置では、以下のような優れた効果を奏する。請求項１及び請求項５に記載の発明によれば、ある時刻ではある方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、別の時刻では異なる方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができる。そのため、１方向のみの要素画像を撮像する場合に比べて、広い範囲の要素画像を撮像することができる。
【００４２】
請求項２、請求項３、請求項６及び請求項７に記載の発明によれば、同時に複数の方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができる。そのため、１方向のみの要素画像を撮像する場合に比べて、広い範囲の要素画像を撮像することができる。請求項４に記載の発明によれば、複数の方向の所定の角度範囲の要素画像群を正対して撮像することができる。
【００４３】
請求項８、請求項１１、請求項１３及び請求項１４に記載の発明によれば、ある時刻にある方向の所定の角度範囲に対して立体像を表示することができ、別の時刻では異なる方向の所定の角度範囲に対して立体像を表示することができる。そのため、１方向のみに立体像を表示する場合に比べて、広い範囲の被写体の立体像の情報を広い範囲に対して表示することができる。請求項９、請求項１０及び請求項１２に記載の発明によれば、同時に複数の方向の所定の角度範囲に対して立体像を表示することができる。そのため、１方向のみに立体像を表示する場合に比べて、広い範囲の被写体の立体像の情報を広い範囲に対して表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［撮像装置の構成（第一の実施の形態）］
まず、図１を参照して、本発明の第一の実施の形態である撮像装置１の構成について説明する。図１は、本発明の第一の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、両端の要素画像光学系１１１の主点を通る平行光と、中央の要素画像光学系１１１の主点を通る光の光路を模式的に図示した。また、ここでは、撮像装置１によって撮影する方向Ｄ１、Ｄ２（光の進行方向とは逆方向）を矢印で図示した。
【００４５】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１は、複数の方向から要素画像群を撮像するものである。撮像装置１は、要素画像光学系アレイ１１と、第１方向制御レンズ１２と、投影光学系１３と、撮像素子１４とを備える。
【００４６】
要素画像光学系アレイ１１は、被写体（図示せず）の要素画像群を生成するものである。この要素画像光学系アレイ１１は、光軸に直交する同一平面上にアレイ状に配列された複数の要素画像光学系１１１、１１１、…から構成される。
【００４７】
要素画像光学系１１１は、被写体からの光が入射して被写体の像を結像し、要素画像を生成するものである。なお、ここでは、要素画像光学系１１１は、凸レンズから構成されることとした。この要素画像光学系１１１から出射した光は、第１方向制御レンズ１２に入射する。そして、要素画像光学系１１１は、第１方向制御レンズ１２上に要素画像を生成する。
【００４８】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２は、後記する撮像素子１４によって要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２は凸レンズから構成され、第１方向制御レンズ１２から、当該第１方向制御レンズ１２の焦点距離だけ離れた位置に後記する投影光学系１３を設置することとした。そして、第１方向制御レンズ１２は、図示しない第１方向制御レンズ移動手段（方向変更手段）によって、当該第１方向制御レンズ１２の光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動する。
【００４９】
ここで、図１（ａ）に示すように、後記する投影光学系１３の主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上に配置されているとする。この投影光学系１３は、第１方向制御レンズ１２から、当該第１方向制御レンズ１２の焦点距離だけ離れた位置に設置される。そのため、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３の主点とを通る直線の向き［方向Ｄ１の逆方向（光軸方向）］に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る平行な光が、投影光学系１３の主点に収束する。そのため、この方向Ｄ１を中心とする要素画像が投影光学系１３によって後記する撮像素子１４に投影され、要素画像光学系アレイ１１の各々の要素画像光学系１１１によって要素画像を撮影する方向を、光軸方向（方向Ｄ１）に設定することができる。
【００５０】
ここで、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって第１方向制御レンズ１２を光軸に直交する方向に移動させ、図１（ｂ）に示すように、投影光学系１３の主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の左隣の要素画像光学系１１１の主点とを一直線上に配置させる。そうすると、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３の主点とを通る直線の向き（方向Ｄ２逆方向）に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る光が、投影光学系１３の主点に収束する。これによって、要素画像光学系アレイ１１の各々の要素画像光学系１１１によって要素画像を撮影する方向を、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３の主点とを通る直線の方向Ｄ２に設定することができる。なお、第１方向制御レンズ移動手段は、例えば、サーボモータや圧電素子のような駆動源に取り付けられた光学ステージから構成され、この光学ステージに第１方向制御レンズ１２を固定することで実現することができる。ただし、光学ステージの駆動源はこの限りではない。
【００５１】
このように、撮像装置１が、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって第１方向制御レンズ１２を光軸に直交する方向に移動させることで、撮像素子１４によって、２つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２の要素画像群を撮像することができる。これによって、従来のＩＰ方式の撮像装置では、１方向のみの所定の角度範囲の要素画像群しか撮像できなかったところ、撮像装置１によれば、ある時刻ではある方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、別の時刻では異なる方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができる。そのため、撮像装置１は、広い範囲の要素画像を撮像することができる。
【００５２】
投影光学系１３は、要素画像光学系アレイ１１によって第１方向制御レンズ１２上に結像された要素画像群を、撮像素子１４に投影するものである。ここでは、投影光学系１３は、凸レンズから構成されることとした。
【００５３】
撮像素子（撮像手段）１４は、要素画像光学系アレイ１１によって生成され、投影光学系１３によって投影された要素画像群を撮像するものである。
【００５４】
［撮像装置の動作（第一の実施の形態）］
次に、図１を参照して、本発明における撮像装置１が、要素画像群を撮像する動作について説明する。まず、被写体からの光が要素画像光学系アレイ１１の複数の要素画像光学系１１１、１１１、…に入射する。続いて、要素画像光学系アレイ１１から出射した光は、第１方向制御レンズ１２に入射し、当該第１方向制御レンズ１２上に要素画像を結像する。ここで、図１（ａ）に示すように、投影光学系１３の主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上に配置されていると、要素画像光学系１１１、１１１、…に入射した光軸に平行な光は、第１方向制御レンズ１２によって投影光学系１３の主点に集光される。そして、この光軸方向（方向Ｄ１）を中心とする要素画像が投影光学系１３によって撮像素子１４に投影され、撮像素子１４によって、この要素画像からなる要素画像群を撮像する。
【００５５】
続いて、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって第１方向制御レンズ１２を光軸に直交する方向に移動させ、図１（ｂ）に示すように、投影光学系１３の主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の左隣の要素画像光学系１１１の主点とを一直線上に配置させる。そして、被写体からの光が要素画像光学系アレイ１１の複数の要素画像光学系１１１、１１１、…に入射し、第１方向制御レンズ１２に入射して、当該第１方向制御レンズ１２上に要素画像を結像する。ここで、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３の主点とを通る直線の向きに入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る光が、投影光学系１３の主点に収束する。そして、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３の主点とを通る方向Ｄ２を中心とする要素画像が投影光学系１３によって撮像素子１４に投影され、撮像素子１４によって、この要素画像からなる要素画像群を撮像する。
【００５６】
更に、再度第１方向制御レンズ移動手段によって第１方向制御レンズ１２を光軸に直交する方向に移動させ、撮像素子１４によって要素画像を撮像することを繰り返す。これによって、撮像装置１は、撮像素子１４によって、２つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２の要素画像群を撮像することができる。なお、この第１方向レンズ移動手段は、例えば、撮像素子によって１フレームの要素画像群を撮像するごとに、第１方向制御レンズを移動させることとしてもよい。
【００５７】
なお、図１では、撮像装置１が、要素画像光学系１１１を９つ備える場合について示したが、要素画像光学系アレイ１１の有する要素画像光学系１１１の数はこれに限定されない。また、要素画像光学系１１１を、例えば、水平方向のみに配列することとしてもよいし、水平方向及び鉛直方向に二次元状に配列することとしてもよい。
【００５８】
なお、撮像装置１の第１方向制御レンズ１２は、３つ以上の異なる位置に、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって移動されることとしてもよい。これによって、３方向以上の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、広い範囲の要素画像を撮像することができる。
【００５９】
更に、ここでは、図示しない第１方向制御レンズ移動手段が、第１方向制御レンズ１２を、投影光学系１３の主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上になる位置と、投影光学系１３の主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の左隣の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上になる位置との間を移動させることとした。しかし、第１方向制御レンズ１２は、第１方向制御レンズ移動手段によって、投影光学系１３の主点と、当該第１方向制御レンズ１２の主点とを通る直線の向きが一致しない位置に移動されればよい。
【００６０】
また、図２（ａ）に示すように、撮像装置１’の第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２’が、投影光学系１３から光軸方向に当該第１方向制御レンズ１２’の焦点距離より離れた位置に設置されることとしてもよい。図２は、本発明の第一の実施の形態である撮像装置の変形例の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の点を中心として撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。
【００６１】
このとき、撮像装置１’の第１方向制御レンズ１２’上には、各々の要素画像光学系１１１によって生成された要素画像が結像する。そして、撮像装置１’は、撮像素子１４によって、第１方向制御レンズ１２’に対して、投影光学系１３の主点と共役の位置にある点Ｐ１を中心とした所定の幅Ｗ１の範囲に対応する要素画像からなる要素画像群を撮像する。また、図２（ｂ）に示すように、撮像装置１’の第１方向制御レンズ１２’が、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動されたとする。このとき、撮像装置１’は、撮像素子１４によって、第１方向制御レンズ１２’に対して、投影光学系１３の主点と共役の位置にある点Ｐ２を中心とした所定の幅Ｗ２の範囲に対応する要素画像からなる要素画像群を撮像する。
【００６２】
このように、撮像装置１’は、第１方向制御レンズ１２’を光軸に直交する方向に移動させて撮像することによって、実空間上の異なる範囲にある被写体の要素画像群を撮像することができる。
【００６３】
［撮像装置の構成（第二の実施の形態）］
次に、図３を参照して、本発明の第二の実施の形態である撮像装置１Ａの構成について説明する。図３は、本発明の第二の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、要素画像光学系１１１の主点を通る平行光の光路を模式的に図示した。図３に示すように、撮像装置１Ａは、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。
【００６４】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ａは、撮像装置１（図１参照）の投影光学系１３に代えて投影光学系１３Ａを、撮像素子１４に代えて撮像素子１４Ａを備える。更に、撮像装置１Ａは、図示しない投影光学系移動手段及び撮像素子移動手段を備える。撮像装置１Ａ内の投影光学系１３Ａ及び撮像素子１４Ａ以外の構成は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
投影光学系１３Ａは、要素画像光学系アレイ１１によって結像された要素画像群を、撮像素子１４Ａに投影するものである。そして、投影光学系１３Ａは、図示しない投影光学系移動手段（方向変更手段）によって、第１方向制御レンズ１２の位置に応じて当該投影光学系１３Ａの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動する。
【００６６】
撮像素子１４Ａは、要素画像光学系アレイ１１によって生成され、投影光学系１３Ａによって投影された要素画像群を撮像するものである。そして、撮像素子１４Ａは、図示しない撮像素子移動手段によって、第１方向制御レンズ１２の位置に応じて当該投影光学系１３Ａの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動する。
【００６７】
ここで、図３（ａ）に示すように、撮像素子１４Ａの受光面（図示せず）の中心と、投影光学系１３Ａの主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上に配置されているとする。この投影光学系１３Ａは、第１方向制御レンズ１２から、当該第１方向制御レンズ１２の焦点距離だけ離れた位置に設置される。そのため、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３Ａの主点とを通る直線の向き［方向Ｄ１の逆方向（光軸方向）］に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る平行な光が、投影光学系１３Ａの主点に収束する。そのため、この方向Ｄ１を中心とする要素画像が投影光学系１３Ａによって撮像素子１４Ａに投影され、要素画像を撮影する方向を、光軸方向（方向Ｄ１）に設定することができる。
【００６８】
ここで、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって第１方向制御レンズ１２を光軸に直交する方向に移動させるとともに、投影光学系移動手段によって投影光学系１３Ａを、撮像素子移動手段によって撮像素子１４Ａを光軸に直交する方向に移動させ、図３（ｂ）に示すように、撮像素子１４Ａの受光面の中心と、投影光学系１３Ａの主点と、第１方向制御レンズ１２の主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点とを一直線上に配置させる。そうすると、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３Ａの主点とを通る直線の向き（方向Ｄ２逆方向）に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る光が、投影光学系１３Ａの主点に収束する。これによって、要素画像光学系アレイ１１の各々の要素画像光学系１１１によって要素画像を撮影する方向を、第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３Ａの主点とを通る直線の方向Ｄ２に設定することができる。なお、投影光学系移動手段及び撮像素子移動手段は、第１方向制御レンズ移動手段と同様に、例えば、サーボモータや圧電素子のような駆動源に取り付けられた光学ステージから構成され、この光学ステージに投影光学系１３Ａあるいは撮像素子１４Ａを固定することで実現することができる。ただし、光学ステージの駆動源はこの限りではない。
【００６９】
このように、撮像装置１Ａが、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって第１方向制御レンズ１２を、投影光学系移動手段によって投影光学系１３Ａを光軸に直交する方向に移動させることで、撮像素子１４Ａによって、２つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２の要素画像群を撮像することができる。これによって、撮像装置１Ａは、ある時刻ではある方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、別の時刻では異なる方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができる。そのため、撮像装置１Ａは、広い範囲の要素画像を撮像することができる。
【００７０】
更に、図３（ａ）のように第１方向制御レンズ１２の主点が投影光学系１３Ａの光軸上に配置されている場合に比べて、図３（ｂ）では、投影光学系１３Ａによって要素画像が、右側にずれた位置に投影される。そして、撮像素子移動手段は、撮像素子１４Ａを光軸に直交する方向に移動させて、投影光学系１３Ａによって要素画像が投影される位置に設置することで、より小さい面積の受光部を有する撮像素子１４Ａによって要素画像群を撮像することが可能になる。なお、ここでは、図示しない第１方向制御レンズ移動手段による第１方向制御レンズ１２及び投影光学系移動手段による投影光学系１３Ａの移動に応じて、当該第１方向制御レンズ１２の主点と投影光学系１３Ａの主点とを結ぶ直線が、撮像素子１４Ａの受光面の中心にくる位置に、図示しない撮像素子移動手段によって撮像素子を移動させることとした。つまり、ここでは、撮像素子移動手段が、第１方向制御レンズ１２及び投影光学系１３Ａの移動に伴って、当該第１方向制御レンズ１２の主点及び投影光学系１３Ａの主点を結ぶ直線と、撮像素子１４Ａの受光面との交点が移動する距離だけ、撮像素子を光軸に直交する方向に移動させることとした。
【００７１】
［撮像装置の構成（第三の実施の形態）］
次に、図４を参照して、本発明の第三の実施の形態である撮像装置１Ｂの構成について説明する。図４は、本発明の第三の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、要素画像光学系１１１の主点を通る平行光の光路を模式的に図示した。図４に示すように、撮像装置１Ｂは、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。
【００７２】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｂは、撮像装置１（図１参照）の第１方向制御レンズ１２に代えて第１方向制御レンズ１２Ｂを、投影光学系１３に代えて投影光学系１３Ｂを備える。更に、撮像装置１Ｂは、図示しない第１方向制御レンズ移動手段に代えて図示しない投影光学系移動手段を備える。撮像装置１Ｂ内の第１方向制御レンズ１２Ｂ及び投影光学系１３Ｂ以外の構成は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｂは、後記する撮像素子１４によって要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｂから、当該第１方向制御レンズ１２Ｂの焦点距離だけ光軸方向に離れた位置に後記する投影光学系１３Ｂを設置することとした。そして、この第１方向制御レンズ１２Ｂは、光軸に直交する方向に移動せず、要素画像光学系アレイ１１及び撮像素子１４に対して配置が固定されている。
【００７４】
投影光学系１３Ｂは、要素画像光学系アレイ１１によって結像された要素画像群を、撮像素子１４に投影するものである。そして、投影光学系１３Ｂは、図示しない投影光学系移動手段（方向変更手段）によって、当該投影光学系１３Ｂの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動する。
【００７５】
ここで、図４（ａ）に示すように、投影光学系１３Ｂの主点と、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上に配置されているとする。この投影光学系１３Ｂは、第１方向制御レンズ１２Ｂから、当該第１方向制御レンズ１２Ｂの焦点距離だけ離れた位置に設置される。そのため、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と投影光学系１３Ｂの主点とを通る直線の向き（光軸方向）に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る光が、投影光学系１３Ｂの主点に収束する。そして、この方向Ｄ１を中心とする要素画像が投影光学系１３Ｂによって後記する撮像素子１４に投影され、要素画像光学系アレイ１１の各々の要素画像光学系１１１によって要素画像を撮影する方向を、光軸方向（方向Ｄ１）に設定することができる。
【００７６】
ここで、図示しない投影光学系移動手段によって投影光学系１３Ｂを光軸に直交する方向に移動させ、図４（ｂ）に示すように、投影光学系１３Ｂの主点と、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の右隣の要素画像光学系１１１の主点とを一直線上に配置させる。そうすると、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と投影光学系１３Ｂの主点とを通る直線の向き（方向Ｄ２の逆方向）に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る光が、投影光学系１３Ｂの主点に収束する。これによって、要素画像光学系アレイ１１の各々の要素画像光学系１１１によって要素画像を撮影する方向を、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と投影光学系１３Ｂの主点とを通る直線の方向Ｄ２に設定することができる。
【００７７】
このように、撮像装置１Ｂが、図示しない投影光学系移動手段によって投影光学系１３Ｂを光軸に直交する方向に移動させることで、撮像素子１４によって、２つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２の要素画像群を撮像することができる。これによって、撮像装置１Ｂは、ある時刻ではある方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、別の時刻では異なる方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができるため、広い範囲の要素画像を撮像することができる。なお、撮像装置１Ｂの投影光学系１３Ｂは、３つ以上の異なる位置に、図示しない投影光学系移動手段によって移動されることとしてもよい。これによって、３方向以上の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、広い範囲の要素画像を撮像することができる。更に、投影光学系１３Ｂは、投影光学系移動手段によって、当該投影光学系１３Ｂの主点と、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点とを通る直線の向きが一致しない位置に移動されればよい。
【００７８】
［撮像装置の構成（第四の実施の形態）］
次に、図５を参照して、本発明の第四の実施の形態である撮像装置１Ｃの構成について説明する。図５は、本発明の第四の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、要素画像光学系１１１の主点を通る平行光の光路を模式的に図示した。図５に示すように、撮像装置１Ｃは、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。
【００７９】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｃは、撮像装置１Ｂ（図４参照）の投影光学系１３に代えて投影光学系１３Ｃａ及び投影光学系１３Ｃｂを、撮像素子１４に代えて撮像素子１４Ｃａ及び撮像素子１４Ｃｂを備える。撮像装置１Ｃ内の投影光学系１３Ｃａ、投影光学系１３Ｃｂ、撮像素子１４Ｃａ及び撮像素子１４Ｃｂ以外の構成は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
投影光学系１３Ｃａは、要素画像光学系アレイ１１によって結像された要素画像群を、撮像素子１４Ｃａに投影するものである。ここでは、投影光学系１３Ｃａの主点と、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上に配置されることとした。そして、この投影光学系１３Ｃａは、第１方向制御レンズ１２Ｂから、当該第１方向制御レンズ１２Ｂの焦点距離だけ離れた位置に設置されるため、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と投影光学系１３Ｃａの主点とを通る直線の向き（光軸方向）に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る光が、投影光学系１３Ｃａの主点に収束する。そのため、要素画像光学系アレイ１１の各々の要素画像光学系１１１によって要素画像を撮影する方向が、光軸方向（方向Ｄ１）に設定される。
【００８１】
投影光学系１３Ｃｂは、要素画像光学系アレイ１１によって結像された要素画像群を、撮像素子１４Ｃｂに投影するものである。ここでは、投影光学系１３Ｃｂの主点と、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の右隣の要素画像光学系１１１の主点とが一直線上に配置されることとした。そして、この投影光学系１３Ｃｂは、第１方向制御レンズ１２Ｂから、当該第１方向制御レンズ１２Ｂの焦点距離だけ離れた位置に設置されるため、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の右隣の要素画像光学系１１１の主点とを通る直線の向き（方向Ｄ２の逆方向）に入射した、各々の要素画像光学系１１１の主点を通る光が、投影光学系１３Ｃｂの主点に収束する。そのため、要素画像光学系アレイ１１の各々の要素画像光学系１１１によって要素画像を撮影する方向が、この直線の方向Ｄ２に設定される。
【００８２】
撮像素子１４Ｃａは、要素画像光学系アレイ１１によって生成され、投影光学系１３Ｃａによって投影された要素画像群を撮像するものである。ここで、投影光学系１３Ｃａには、各々の要素画像光学系アレイ１１によって光軸方向を中心に撮影された要素画像群の光が入射し、撮像素子１４Ｃａはこの要素画像群を撮像する。
【００８３】
撮像素子１４Ｃｂは、要素画像光学系アレイ１１によって生成され、投影光学系１３Ｃｂによって投影された要素画像群を撮像するものである。ここで、各々の要素画像光学系アレイ１１によって、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点と要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の右隣の要素画像光学系１１１の主点とを通る直線の方向Ｄ２に撮影された要素画像群の光が、投影光学系１３Ｃｂに入射し、撮像素子１４Ｃｂはこの要素画像群を撮像する。
【００８４】
このように、撮像装置１Ｃが、２つの投影光学系１３Ｃａ、１３Ｃｂと、２つの撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂとを備えることで、２つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２の要素画像群を撮像することができる。これによって、撮像装置１Ｃは、２方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、広い範囲の要素画像を撮像することができる。なお、撮像装置１Ｃは、３つ以上の投影光学系と撮像素子（図示せず）とを備えることとしてもよい。これによって、３方向以上の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、広い範囲の要素画像を撮像することができる。更に、投影光学系（図示せず）は、各々の投影光学系と、第１方向制御レンズ１２Ｂの主点とを通る直線の向きが一致しないように配置されていればよい。
【００８５】
［撮像装置の構成（第五の実施の形態）］
次に、図６を参照して、本発明の第五の実施の形態である撮像装置１Ｄの構成について説明する。図６は、本発明の第五の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、要素画像光学系１１１の主点を通る平行光の光路を模式的に図示した。図６に示すように、撮像装置１Ｄは、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。
【００８６】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｄは、撮像装置１Ｃ（図５参照）の第１方向制御レンズ１２Ｂに代えて第１方向制御レンズ１２Ｄを、投影光学系１３Ｃａに代えて投影光学系１３Ｄａを、投影光学系１３Ｃｂに代えて投影光学系１３Ｄｂを備え、更に、第２方向制御レンズ１５Ｄと、遮光手段１６Ｄと、フィールドレンズ１７Ｄａ、１７Ｄｂとを付加して構成した。撮像装置１Ｄ内の要素画像光学系アレイ１１及び撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂは、図５に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｄは、後記する撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂによって要素画像光学系アレイ１１の要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｄから、当該第１方向制御レンズ１２Ｄの焦点距離だけ離れた位置に後記する第２方向制御レンズ１５Ｄを設置することとした。そのため、第１方向制御レンズ１２Ｄは、第１方向制御レンズ１２Ｄに入射する平行光を第２方向制御レンズ１５Ｄ上の１点に収束させる。また、要素画像光学系アレイ１１によって、当該第１方向制御レンズ１２Ｄ上に要素画像群が結像する。
【００８８】
第２方向制御レンズ（第２の方向制御レンズ系）１５Ｄは、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点を通過した光を、当該第２方向制御レンズ１５Ｄの光軸に平行な光にするものである。ここでは、第２方向制御レンズ１５Ｄは、凸レンズから構成されることとした。更に、第２方向制御レンズ１５Ｄの物側焦点と、当該第１方向制御レンズ１２Ｄの主点とが一致することとした。これによって、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点を通過した光は、当該第２方向制御レンズ１５Ｄの光軸に平行な光となって出射する。第２方向制御レンズ１５Ｄの内部には、２つの開口１６Ｄａ、１６Ｄｂを有する遮光手段１６Ｄが設けられている。
【００８９】
遮光手段１６Ｄは、開口１６Ｄａ、１６Ｄｂを有し、第２方向制御レンズ１５Ｄに入射した光のうち、当該開口１６Ｄａ、１６Ｄｂを通る光以外を遮光するものである。ここでは、遮光手段１６Ｄは第２方向制御レンズ１５Ｄの内部に設けられ、当該第２方向制御レンズ１５Ｄの光軸上に開口１６Ｄａを、その左に所定間隔だけ離隔した位置に開口１６Ｄｂを有する。
【００９０】
ここで、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の主点と、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点と、開口１６Ｄａの中心は一直線上に配置されている。そして、要素画像光学系１１１、１１１、…の主点を通過した光軸に平行な光は、第１方向制御レンズ１２Ｄによって集光されて開口１６Ｄａに収束する。また、要素画像光学系アレイ１１の中央の要素画像光学系１１１の右隣の要素画像光学系１１１の主点と、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点と、開口１６Ｄｂの中心は一直線上に配置されている。そして、この直線に平行で、要素画像光学系１１１、１１１、…の主点を通過した光は、第１方向制御レンズ１２Ｄによって集光されて開口１６Ｄｂに収束する。このように、開口１６Ｄａ、１６Ｄｂを有する遮光手段１６Ｄを設置することで、遮光手段１６Ｄは、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点と、各々の開口１６Ｄａ、１６Ｄｂとを結ぶ方向Ｄ１、Ｄ２を中心とする所定の角度範囲の要素画像からの光のみを、各々の開口１６Ｄａ、１６Ｄｂから通過させ、それ以外の光を遮光する。
【００９１】
フィールドレンズ（フィールドレンズ系）１７Ｄａは、開口１６Ｄａに対応し、その対応する開口１６Ｄａからの光を投影光学系１３Ｄａに伝送するものである。このフィールドレンズ１７Ｄａは、第１方向制御レンズ１２Ｄに平行光として入射し、第２方向制御レンズ１５Ｄ上の１点に収束した光を、投影光学系１３Ｄａの主点に再度収束させる。
【００９２】
フィールドレンズ１７Ｄｂは、開口１６Ｄｂに対応し、その対応する開口１６Ｄｂからの光を投影光学系１３Ｄｂに伝送するものである。このフィールドレンズ１７Ｄｂは、第１方向制御レンズ１２Ｄに平行光として入射し、第２方向制御レンズ１５Ｄ上の１点に収束した光を、投影光学系１３Ｄｂの主点に再度収束させる。
【００９３】
投影光学系１３Ｄａは、フィールドレンズ１７Ｄａに対応し、その対応するフィールドレンズ１７Ｄａと投影光学系１３Ｄａとの間に結像された要素画像群を、撮像素子１４Ｃａに投影するものである。なお、ここでは、フィールドレンズ１７Ｄａと、投影光学系１３Ｄａと、第２方向制御レンズ１５Ｄとの光軸が一致することとした。
【００９４】
投影光学系１３Ｄｂは、フィールドレンズ１７Ｄｂに対応し、その対応するフィールドレンズ１７Ｄｂと投影光学系１３Ｄｂとの間に結像された要素画像群を、撮像素子１４Ｃｂに投影するものである。なお、ここでは、フィールドレンズ１７Ｄｂと、対応する投影光学系１３Ｄｂとの光軸が一致し、かつ、第２方向制御レンズ１５Ｄの光軸に平行になるように、投影光学系１３Ｄｂが配置されることとした。
【００９５】
このように構成することで、撮像装置１Ｄは、撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂによって、各々異なる方向Ｄ１、Ｄ２の要素画像群を撮像することができ、広い範囲の要素画像を撮像することができる。また、第２方向制御レンズ１５Ｄによって、第１方向制御レンズ１２Ｄを通過した光の主光線の向きを光軸方向に変えることで、撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂによって正対して要素画像を撮像することができる。なお、撮像装置１Ｄは、３つ以上の開口とフィールドレンズと投影光学系と撮像素子（図示せず）とを備えることとしてもよい。これによって、３方向以上の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、広い範囲の要素画像を撮像することができる。更に、各々の開口１６Ｄａ、１６Ｄｂの中心と、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点とを通る直線の向きが一致しないように開口１６Ｄａ、１６Ｄｂが配置されていればよく、開口１６Ｄａ、１６Ｄｂの大きさは、異なる方向Ｄ１、Ｄ２からの光がお互いに漏れこまない程度に設定されていればよい。
【００９６】
［撮像装置の構成（第六の実施の形態）］
次に、図７を参照して、本発明の第六の実施の形態である撮像装置１Ｅの構成について説明する。図７は、本発明の第六の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、要素画像光学系１１１の主点を通る平行光の光路を模式的に図示した。図７に示すように、撮像装置１Ｅは、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。
【００９７】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｅは、撮像装置１Ｄ（図６参照）の第２方向制御レンズ１５Ｄと、フィールドレンズ１７Ｄａ、１７Ｄｂを備えず、投影光学系１３Ｄａ、１３Ｄｂに代えて投影光学系１３Ｅを、遮光手段１６Ｄに代えて遮光手段１６Ｅを、撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂに代えて撮像素子１４Ｅを備える。撮像装置１Ｅ内の要素画像光学系アレイ１１及び第１方向制御レンズ１２Ｄは、図６に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９８】
投影光学系１３Ｅは、要素画像光学系アレイ１１と第１方向制御レンズ１２Ｄとの間に結像される要素画像群を撮像素子１４Ｅに投影するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｄの像側焦点と、投影光学系１３Ｅの主点とが一致することとした。投影光学系１３Ｅの内部には、２つの開口１６Ｅａ、１６Ｅｂを有する遮光手段１６Ｅが設けられている。
【００９９】
遮光手段１６Ｅは、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂを有し、投影光学系１３Ｅに入射した光のうち、当該開口１６Ｅａ又は開口１６Ｅｂを通る光以外を遮光するものである。ここでは、遮光手段１６Ｅは投影光学系１３Ｅの内部に設けられ、当該投影光学系１３Ｅの光軸上に開口１６Ｅａを、その左に所定間隔だけ離隔した位置に開口１６Ｅｂを有する。この開口１６Ｅａ、１６Ｅｂは、開閉可能である。この遮光手段１６Ｅは、例えば、液晶素子によって構成することができる。ここで、この遮光手段１６Ｅでは、ある時刻において開口１６Ｅａのみが開口し、また別の時刻において開口１６Ｅｂのみが開口する。これによって、遮光手段１６Ｅは、ある時刻において、図７（ａ）に示すように、第１方向制御レンズ１２Ｄと要素光学系アレイ１１との間に結像された光軸方向（方向Ｄ１）を中心とした要素画像からの光を通過させ、別の時刻において、図７（ｂ）に示すように、第１方向制御レンズ１２Ｄと要素光学系アレイ１１との間に結像された、開口１６Ｅｂと第１方向制御レンズ１２Ｄの主点とを結ぶ方向Ｄ２を中心とした要素画像からの光を通過させることができる。
【０１００】
このように、撮像装置１Ｅが、遮光手段１６Ｅの開口１６Ｅａ、１６Ｅｂを切り替えて開口することで、撮像素子１４Ｅによって、２つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２の要素画像群を撮像することができる。これによって、ある時刻ではある方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、別の時刻では異なる方向の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができる。そのため、撮像装置１Ｅは、広い範囲の要素画像を撮像することができる。なお、撮像装置１Ｅの遮光手段１６Ｅは、３つ以上の開口（図示せず）を有することとしてもよい。これによって、３方向以上の所定の角度範囲の要素画像群を撮像することができ、広い範囲の要素画像を撮像することができる。更に、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂは、当該開口１６Ｅａ、１６Ｅｂの中心と第１方向制御レンズ１２Ｄの主点とを通る直線の向きが一致しない位置に設置されればよく、また、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂの大きさは、異なる方向Ｄ１、Ｄ２からの光がお互いに漏れこまない程度に設定されていればよい。
【０１０１】
［撮像装置の構成（第七の実施の形態）］
次に、図８を参照して、本発明の第七の実施の形態である撮像装置１Ｆの構成について説明する。図８は、本発明の第七の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。なお、図８では、異なる時刻に開口する２つの開口１６Ｅａ、１６Ｅｂが両方開いている場合の、各々の開口１６Ｅａ、１６Ｅｂを通る光の光路及び各々の開口に対応する撮像素子１４Ｆの位置を、実線と１点鎖線とで示した。図８に示すように、撮像装置１Ｆは、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。
【０１０２】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｆは、撮像装置１Ｅ（図７参照）の撮像素子１４Ｅに代えて撮像素子１４Ｆを備える。撮像装置１Ｅ内の撮像素子１４Ｆ以外の構成は、図７に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０３】
撮像素子１４Ｆは、要素画像光学系アレイ１１によって生成され、投影光学系１３Ｅによって投影された要素画像群を撮像するものである。そして、撮像素子１４Ｆは、図示しない撮像素子移動手段によって、開いている開口（１６Ｅａ又は１６Ｅｂ）の位置に応じて当該投影光学系１３Ｅの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動させられる。
【０１０４】
ここで、例えば、図７（ｂ）に示すように、撮像装置１Ｅでは、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点より左方向にずれた位置にある開口１６Ｅｂが開いている場合には、図７（ａ）のように第１方向制御レンズ１２Ｄの主点と一致する開口１６Ｅａが開いている場合に比べて、投影光学系１３Ｅによって要素画像が左側にずれた位置に投影される。そのため、撮像装置１Ｅでは、広い面積の受光部を有する撮像素子１４Ｅが要求された。しかし、図８に示すように、撮像装置１Ｆは、開いている開口（１６Ｅａ又は１６Ｅｂ）の位置に応じて、撮像素子１４Ｆを光軸に直交する方向に移動させて、投影光学系１３Ｅによって要素画像が投影される位置に設置することで、撮像装置１Ｅの撮像素子１４Ｅより小さい面積の受光部を有する撮像素子１４Ｆによって要素画像群を撮像することが可能になる。
【０１０５】
［撮像装置の構成（第二〜七の実施の形態の変形例）］
また、撮像装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｆ（図３〜図５、図７、図８参照）の第１方向制御レンズ１２、１２Ｂ、１２Ｄは、投影光学系１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃａ、１３Ｃｂ、１３Ｅから当該第１方向制御レンズ１２、１２Ｂの焦点距離より大きく光軸方向に隔てた位置に設置されることとしてもよい。また、撮像装置１Ｄ（図６参照）の第１方向制御レンズ１２Ｄは、第２方向制御レンズ１５Ｄ、１５Ｅから当該第１方向制御レンズ１２Ｄの焦点距離より大きく光軸方向に隔てた位置に設置されることとしてもよい。
【０１０６】
ここで、図９を参照して、第１方向制御レンズ１２Ｄ’が投影光学系１３Ｅから焦点距離より大きく光軸方向に隔てた位置に設置された撮像装置１Ｆ’について説明する。図９は、本発明の第七の実施の形態である撮像装置の変形例の構成を示した模式図である。なお、ここでは、撮像装置１Ｆを変形した場合を例に挙げて説明するが、撮像装置１Ａ〜１Ｅの構成に対して同様に変形した場合においても、同様の作用が得られる。
【０１０７】
図９に示すように、撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｆ’は、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。撮像装置１Ｆ’は、撮像装置１Ｆ（図８参照）の第１方向制御レンズ１２Ｄに代えて第１方向制御レンズ１２Ｄ’を備える。撮像装置１Ｆ’内の第１方向制御レンズ１２Ｄ’以外の構成は、図８に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０８】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｄ’は、撮像素子１４Ｆによって要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｄ’から、当該第１方向制御レンズ１２Ｄ’の焦点距離より大きい距離だけ離れた位置に投影光学系１３Ｅを設置することとした。そして、第１方向制御レンズ１２Ｄ’に対して、開口１６Ｅａの中心と、点Ｐ１とが共役の位置になり、開口１６Ｅｂの中心と点Ｐ２とが共役の位置になる。これによって、撮像装置１Ｆ’は、開口１６Ｅａが開いているときには、撮像素子１４Ｆによって点Ｐ１を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像し、開口１６Ｅｂが開いているときには、点Ｐ２を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像することができる。
【０１０９】
［撮像装置の構成（第一〜七の実施の形態の他の変形例）］
更に、撮像装置１、１’、１Ａ〜１Ｆ（図１〜図８参照）の要素画像光学系１１１は、被写体（図示せず）の像を結像して要素画像を生成する光学系であればよく、例えば、凹レンズから構成されることとしてもよい。
【０１１０】
ここで、図１０を参照して、凹レンズからなる要素画像光学系１１１”を有する撮像装置１Ｆ”について説明する。図１０は、本発明の第七の実施の形態である撮像装置の他の変形例の構成を示した模式図である。なお、ここでは、撮像装置１Ｆ’を変形した場合を例に挙げて説明するが、撮像装置１、１’、１Ａ〜１Ｅの構成に対して同様に変形した場合においても、同様の作用が得られる。
【０１１１】
図１０に示すように、撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｆ”は、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。撮像装置１Ｆ”は、撮像装置１Ｆ’（図９参照）の要素画像光学系アレイ１１に代えて要素画像光学系アレイ１１”を備える。撮像装置１Ｆ”内の要素画像光学系アレイ１１”以外の構成は、図９に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１２】
要素画像光学系アレイ１１”は、被写体（図示せず）の要素画像群を生成するものである。この要素画像光学系アレイ１１”は、光軸に直交する同一平面上にアレイ状に配列された複数の要素画像光学系１１１”、１１１”、…から構成される。
【０１１３】
要素画像光学系１１１”は、被写体からの光が入射して被写体の像を結像し、要素画像を生成するものである。この要素画像光学系１１１”は、凹レンズから構成され、被写体の要素画像を、当該要素画像光学系１１１”の像側焦平面Ｆに生成する。
【０１１４】
そして、像側焦平面Ｆに結像した要素画像群は、第１方向制御レンズ１２Ｄ’及び第２方向制御レンズ１５Ｅによって、撮像素子１４Ｆ上に再度結像されて、撮像素子１４Ｆによって撮像される。
【０１１５】
なお、要素画像光学系１１１、１１１”は、例えば、屈折率分布レンズや回折光学素子から構成されることとしてもよいし、また、光軸方向に複数のレンズが配列されたレンズ系から構成されることとしてもよい。更に、要素画像光学系１１１、１１１、…（１１１”、１１１”、…）が水平方向のみに配列される場合には、水平方向のみに有限の曲率を有する凸状あるいは凹状のシリンドリカルレンズから構成されることとしてもよい。
【０１１６】
［撮像装置の構成（第八の実施の形態）］
次に、図１１を参照して、本発明の第八の実施の形態である撮像装置１Ｇの構成について説明する。図１１は、本発明の第八の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、要素画像光学系アレイ１１Ｇａ、１１Ｇｂの要素画像光学系１１１Ｇａ、１１１Ｇｂの主点と、投影光学系１３Ｇａ、１３Ｇｂの主点とを通る光の光路を模式的に図示した。図１１に示すように、撮像装置１Ｇは、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものである。
【０１１７】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｇは、ハーフミラー２０Ｇと、第１撮像系１Ｇａと、第２撮像系１Ｇｂとを備える。ハーフミラー（光分配手段）２０Ｇは、被写体（図示せず）からの光を、第１撮像系１Ｇａ及び第２撮像系１Ｇｂに分配するものである。ここで、ハーフミラー２０Ｇは、被写体からの光の一部を反射し、一部を透過する。そして、反射光の光路上には第１撮像系１Ｇａが設置され、反射光は第１撮像系１Ｇａに入射する。また、透過光の光路上には第２撮像系１Ｇｂが設置され、透過光は第２撮像系１Ｇｂに入射する。
【０１１８】
第１撮像系（撮像系）１Ｇａは、点Ｐ１を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像するものである。第１撮像系１Ｇａは、要素画像光学系アレイ１１Ｇａと、フィールドレンズアレイ１９Ｇａと、第１方向制御レンズ１２Ｇａと、投影光学系１３Ｇａと、撮像素子１４Ｇａとを備える。なお、第１撮像系１Ｇａの投影光学系１３Ｇａと撮像素子１４Ｇａは、撮像装置１’（図２参照）の投影光学系１３と撮像素子１４と同一であるので、説明を省略する。
【０１１９】
要素画像光学系アレイ１１Ｇａは、被写体（図示せず）の要素画像からなる要素画像群を生成するものである。この要素画像光学系アレイ１１Ｇａは、光軸に直交する同一平面上にアレイ状に配列された複数の要素画像光学系１１１Ｇａ、１１１Ｇａ、…から構成される。
【０１２０】
要素画像光学系１１１Ｇａは、ハーフミラー２０Ｇによって反射された、被写体からの光が入射して被写体の像を結像し、要素画像を生成するものである。この要素画像光学系１１１Ｇａから出射した光は、対応するフィールドレンズ１９１Ｇａに入射する。そして、要素画像光学系１１１Ｇａは、対応するフィールドレンズ１９１Ｇａ上に要素画像を生成する。
【０１２１】
フィールドレンズアレイ１９Ｇａは、要素画像光学系アレイ１１Ｇａによって内部に要素画像群が結像され、要素画像光学系アレイ１１Ｇａから入射した光を第１方向制御レンズ１２Ｇａに伝送するものである。フィールドレンズアレイ１９Ｇａは、光軸に直交する同一平面上にアレイ状に配列された複数のフィールドレンズ１９１Ｇａ、１９１Ｇａ、…から構成される。
【０１２２】
フィールドレンズ１９１Ｇａは、要素画像光学系１１１Ｇａの各々に対応し、その対応する要素画像光学系１１１Ｇａから入射した光を第１方向制御レンズ１２Ｇａに伝送するものである。フィールドレンズ１９１Ｇａは、凸レンズから構成されることとした。このフィールドレンズ１９１Ｇａの内部には、対応する要素画像光学系１１１Ｇａによって要素画像が結像される。なお、点Ｐ１から出射した光は、ハーフミラー２０Ｇによって向きが曲げられた後に、要素画像光学系１１１Ｇａの主点と、この要素画像光学系１１１Ｇａに対応するフィールドレンズ１９１Ｇａの主点とを通るように、要素画像光学系１１１Ｇａ及びフィールドレンズ１９１Ｇａが配置されている。これによって、フィールドレンズ１９１Ｇａの内部には、点Ｐ１を中心とした要素画像が要素画像光学系１１１Ｇａによって結像される。
【０１２３】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｇａは、撮像素子１４Ｇａによって要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｇａから、当該第１方向制御レンズ１２Ｇａの焦点距離より離れた位置に投影光学系１３Ｇａを設置することとした。そして、この第１方向制御レンズ１２Ｇａは、投影光学系１３Ｇａの光軸上に主点を有する。そして、当該投影光学系１３Ｇａの光軸がハーフミラー２０Ｇによって曲げられ、この曲げられた光軸上の点Ｐ１と、投影光学系１３Ｇａの主点とが、当該第１方向制御レンズ１２Ｇａに関して共役の位置になる。そのため、各々の要素画像光学系１１１Ｇａによって生成された、点Ｐ１を中心とした所定の幅Ｗ１の範囲についての要素画像が、投影光学系１３Ｇａによって撮像素子１４Ｇａに投影される。そして、第１撮像系１Ｇａは、撮像素子１４Ｇａによって点Ｐ１を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像する。
【０１２４】
第２撮像系（撮像系）１Ｇｂは、点Ｐ２を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像するものである。第２撮像系１Ｇｂは、要素画像光学系アレイ１１Ｇｂと、フィールドレンズアレイ１９Ｇｂと、第１方向制御レンズ１２Ｇｂと、投影光学系１３Ｇｂと、撮像素子１４Ｇｂとを備える。なお、第２撮像系１Ｇｂの投影光学系１３Ｇｂと撮像素子１４Ｇｂは、撮像装置１’（図２参照）の投影光学系１３と撮像素子１４と同一であるので、説明を省略する。
【０１２５】
要素画像光学系アレイ１１Ｇｂは、被写体（図示せず）の要素画像からなる要素画像群を生成するものである。この要素画像光学系アレイ１１Ｇｂは、光軸に直交する同一平面上にアレイ状に配列された複数の要素画像光学系１１１Ｇｂ、１１１Ｇｂ、…から構成される。
【０１２６】
要素画像光学系１１１Ｇｂは、ハーフミラー２０Ｇを透過した、被写体からの光が入射して被写体の像を結像し、要素画像を生成するものである。この要素画像光学系１１１Ｇｂから出射した光は、対応するフィールドレンズ１９１Ｇｂに入射する。そして、要素画像光学系１１１Ｇｂは、対応するフィールドレンズ１９１Ｇｂ上に要素画像を生成する。
【０１２７】
フィールドレンズアレイ１９Ｇｂは、要素画像光学系アレイ１１Ｇｂによって内部に要素画像群が結像され、要素画像光学系アレイ１１Ｇｂから入射した光を第１方向制御レンズ１２Ｇｂに伝送するものである。フィールドレンズアレイ１９Ｇｂは、光軸に直交する同一平面上にアレイ状に配列された複数のフィールドレンズ１９１Ｇｂ、１９１Ｇｂ、…から構成される。
【０１２８】
フィールドレンズ１９１Ｇｂは、要素画像光学系１１１Ｇｂの各々に対応し、その対応する要素画像光学系１１１Ｇｂから入射した光を第１方向制御レンズ１２Ｇｂに伝送するものである。このフィールドレンズ１９１Ｇｂの内部には、対応する要素画像光学系１１１Ｇｂによって要素画像が結像される。なお、点Ｐ２から出射した光は、ハーフミラー２０Ｇを透過した後に、要素画像光学系１１１Ｇｂの主点と、この要素画像光学系１１１Ｇｂに対応するフィールドレンズ１９１Ｇｂの主点とを通るように、要素画像光学系１１１Ｇｂ及びフィールドレンズ１９１Ｇｂが配置されている。これによって、フィールドレンズ１９１Ｇｂの内部には、点Ｐ２を中心とした要素画像が要素画像光学系１１１Ｇｂによって結像される。
【０１２９】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｇｂは、撮像素子１４Ｇｂによって要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｇｂから、当該第１方向制御レンズ１２Ｇｂの焦点距離より光軸方向に離れた位置に投影光学系１３Ｇｂを設置することとした。そして、この第１方向制御レンズ１２Ｇｂは、投影光学系１３Ｇｂの主点と点Ｐ２を結んだ線上に主点を有し、当該第１方向制御レンズ１２Ｇｂに関して、投影光学系１３Ｇｂの主点と、点Ｐ２とが共役の位置になる。そのため、各々の要素画像光学系１１１Ｇｂによって生成された、点Ｐ２を中心とした所定の幅Ｗ２の範囲についての要素画像が、投影光学系１３Ｇｂによって撮像素子１４Ｇｂに投影される。そして、第２撮像系１Ｇｂは、撮像素子１４Ｇｂによって点Ｐ２を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像する。
【０１３０】
これによって、撮像装置１Ｇは、第１撮像系１Ｇａによって点Ｐ１を中心とした所定の幅Ｗ１の範囲についての要素画像を、第２撮像系１Ｇｂによって点Ｐ２を中心とした所定の幅Ｗ２の範囲についての要素画像を撮像することができる。なお、ここでは、第１撮像系１Ｇａ及び第２撮像系１Ｇｂによって撮像される範囲が重複しない場合について説明した。しかし、この範囲は重複していてもよく、第１撮像系１Ｇａと第２撮像系１Ｇｂのそれぞれによって撮像される要素画像の中心となる点Ｐ１、Ｐ２が異なる位置にある、つまり、第１方向制御レンズ１２Ｇａ、Ｇｂに対して、投影光学系１３Ｇａ、１３Ｇｂの主点と共役の関係にある点Ｐ１、Ｐ２が異なる位置にあるようにすればよい。
【０１３１】
［撮像装置の構成（第九の実施の形態）］
次に、図１２を参照して、本発明の第九の実施の形態である撮像装置の構成について説明する。図１２は、本発明の第九の実施の形態である撮像装置の第２撮像系の構成を示した模式図である。なお、ここでは、要素画像光学系アレイ１１Ｇｂの要素画像光学系１１１Ｇｂの主点と、開口１６１Ｈｂの中心とを通る光の光路を模式的に図示した。第９の実施の形態である撮像装置（要素画像群撮像装置、図示せず）は、被写体（図示せず）の要素画像群を撮像するものであり、図１１に示す撮像装置１Ｇの第２撮像系１Ｇｂを、図１２に示す第２撮像系１Ｈｂに置き換えて構成した。
【０１３２】
第２撮像系（撮像系）１Ｈｂは、第２撮像系１Ｇｂ（図１１参照）の第１方向制御レンズ１２Ｇｂに代えて第１方向制御レンズ１２Ｈｂを、投影光学系１３Ｇｂに代えて投影光学系１３Ｈｂを、撮像素子１４Ｇｂに代えて撮像素子１４Ｈｂを備え、更に、遮光手段１６Ｈｂを付加して構成した。第２撮像系１Ｈｂ内の第１方向制御レンズ１２Ｈｂ、投影光学系１３Ｈｂ、撮像素子１４Ｈｂ及び遮光手段１６Ｈｂ以外の構成は、図７に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１３３】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｈｂは、後記する撮像素子１４Ｈｂによって要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｈｂから、当該第１方向制御レンズ１２Ｈｂの焦点距離より光軸方向に離れた位置に後記する遮光手段１６Ｈｂを設置することとした。そして、この第１方向制御レンズ１２Ｈｂは、開口１６１Ｈｂの中心と点Ｐ２を結んだ線上に主点を有し、当該第１方向制御レンズ１２Ｈｂに関して、遮光手段１６Ｈｂの開口１６１Ｈｂの中心と、点Ｐ２とが共役の位置になる。そのため、各々の要素画像光学系１１１Ｇｂによって生成された、点Ｐ２を中心とした所定の幅Ｗ２の範囲についての要素画像からの光が、遮光手段１６Ｈｂの開口１６１Ｈｂの中心に集光する。遮光手段１６Ｈｂは、開口１６１Ｈｂを有し、投影光学系１３Ｈｂに入射する光のうち、当該開口１６１Ｈｂを通る光以外を遮光するものである。
【０１３４】
投影光学系１３Ｈｂは、開口１６１Ｈｂを通過した光を後記する撮像素子１４Ｈｂに投影するものである。ここで、投影光学系１３Ｈｂの焦点は、開口１６１Ｈｂの中心と一致し、かつ、投影光学系１３Ｈｂの光軸は、要素画像光学系１１１Ｇｂ、フィールドレンズ１９１Ｇｂ及び第１方向制御レンズ１２Ｈｂの光軸に平行になるように、投影光学系１３Ｈｂが配置されることとした。
【０１３５】
撮像素子（撮像手段）１４Ｈｂは、要素画像光学系アレイ１１Ｇｂによって生成され、投影光学系１３Ｈｂによって投影された要素画像群を撮像するものである。ここで、各々の要素画像光学系アレイ１１Ｇｂによって、第１方向制御レンズ１２Ｈｂの主点と開口１６１Ｈｂとを通る直線の上の点Ｐ２を中心とした要素画像群の光が、投影光学系１３Ｈｂに入射し、撮像素子１４Ｈｂはこの要素画像群を撮像する。
【０１３６】
このように構成することで、第２撮像系１Ｈｂは、撮像素子１４Ｈｂによって、正対して要素画像を撮像することができる。ここで、第２撮像系１Ｈｂによって撮像される要素画像の中心となる点Ｐ２、つまり、第１方向制御レンズ１２Ｈｂに対して開口１６１Ｈｂの中心と共役の関係にある点Ｐ２と、第１撮像系（図示せず）によって撮像される要素画像の中心となる点（図示せず）とが異なる位置になるように設定されていればよい。
【０１３７】
［撮像装置の構成（第八、第九の実施の形態の変形例）］
ここで、撮像装置１Ｇ（図１１参照）では、第１方向制御レンズ１２Ｇａ、１２Ｇｂが、投影光学系１３Ｇａ、１３Ｇｂから光軸方向に当該第１方向制御レンズ１２Ｇａ、１２Ｇｂの焦点距離より隔てて配置し、撮影方向が点Ｐ１、Ｐ２に収斂することとした。また、第２撮像系１Ｈｂ（図１２参照）では、第１方向制御レンズ１２Ｈｂが、開口１６１Ｈｂから光軸方向に当該第１方向制御レンズ１２Ｈａ、１２Ｈｂの焦点距離より隔てて配置し、撮影方向が点Ｐ２に収斂することとした。しかし、本発明の撮像装置では、撮影方向が平行になる構成としてもよい。
【０１３８】
このとき、撮像装置１Ｇ（図１１参照）の第１方向制御レンズ１２Ｇａ、１２Ｇｂを、投影光学系１３Ｇａ、１３Ｇｂの主点から光軸方向に当該第１方向制御レンズ１２Ｇａ、１２Ｇｂの焦点距離だけ隔てて配置すればよい。また、第２撮像系１Ｈｂ（図１２参照）の第１方向制御レンズ１２Ｈｂを、開口１６１Ｈｂの中心から光軸方向に当該第１方向制御レンズ１２Ｈｂの焦点距離だけ隔てて配置すればよい。
【０１３９】
［撮像装置の構成（第八、第九の実施の形態の他の変形例１）］
また、第１撮像系１Ｇａ及び第２撮像系１Ｇｂ（図１１参照）、１Ｈｂ（図１２参照）では、要素画像光学系１１１Ｇａ、１１１Ｇｂが凸レンズから構成されることとしたが、要素画像光学系１１１Ｇａ、１１１Ｇｂは、被写体（図示せず）の像を結像して要素画像を生成する光学系であればよく、例えば、凹レンズから構成されることとしてもよい。
【０１４０】
例えば、図１３のように、第１撮像系１Ｉａの要素画像光学系１１１Ｉａを、凹レンズから構成することとしてもよい。図１３は、本発明の第八の実施の形態の第１撮像系の変形例の構成を示した模式図である。なお、ここでは、撮像装置１Ｇの第１撮像系１Ｇａを変形して、第１撮像系１Ｉａとした場合を例に挙げて説明するが、第２撮像系１Ｇｂ、１Ｈｂ（図１１、図１２参照）の構成に対して同様に変形した場合においても、同様の作用が得られる。
【０１４１】
図１３に示すように、第１撮像系（撮像系）１Ｉａは、点Ｐ１を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像するものである。第１撮像系１Ｉａは、第１撮像系１Ｇａ（図１１参照）の要素画像光学系アレイ１１Ｇａに代えて要素画像光学系アレイ１１Ｉａを備える。第１撮像系１Ｉａ内の要素画像光学系アレイ１１Ｉａ以外の構成は、図１１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１４２】
要素画像光学系アレイ１１Ｉａは、被写体（図示せず）の要素画像群を生成するものである。この要素画像光学系アレイ１１Ｉａは、光軸に直交する同一平面上にアレイ状に配列された複数の要素画像光学系１１１Ｉａ、１１１Ｉａ、…から構成される。
【０１４３】
要素画像光学系１１１Ｉａは、被写体からの光が入射して被写体の像を結像し、要素画像を生成するものである。この要素画像光学系１１１Ｉａは、凹レンズから構成され、被写体の要素画像を、当該要素画像光学系１１１Ｉａの像側焦平面Ｆに生成する。そして、像側焦平面Ｆに結像した要素画像群は、第１方向制御レンズ１２Ｇａ及び投影光学系１３Ｇａによって撮像素子１４Ｇａに投影されて、撮像素子１４Ｇａによって撮像される。
【０１４４】
［撮像装置の構成（第八、第九の実施の形態の他の変形例２）］
更に、第１撮像系１Ｇａ（図１１参照）、１Ｉａ及び第２撮像系１Ｇｂ、１Ｈｂ（図１２参照）は、それぞれ１つの投影光学系１３Ｇａ、１３Ｇｂ、１３Ｈｂ及び１つの撮像素子１４Ｇａ、１４Ｇｂ、１４Ｈｂによって撮像することとしたが、各々の第１撮像系１Ｇａ、１Ｉａ及び第２撮像系１Ｇｂ、１Ｈｂについて、複数の投影光学系及び複数の撮像素子によって撮像することとしてもよい。
【０１４５】
例えば、図１４のように、第１撮像系１Ｊａにおいて、複数の投影光学系１３Ｊａ、１３Ｊａ、１３Ｊａ及び複数の撮像素子１４Ｊａ、１４Ｊａ、１４Ｊａによって撮像することとしてもよい。図１４は、本発明の第八の実施の形態の第１撮像系の他の変形例の構成を示した模式図である。なお、ここでは、撮像装置１Ｇの第１撮像系１Ｇａを変形して、第１撮像系１Ｊａとした場合を例に挙げて説明するが、第１撮像系１Ｉａ（図１３参照）、第２撮像系１Ｇｂ、１Ｈｂ（図１１、図１２参照）の構成に対して同様に変形した場合においても、同様の作用が得られる。
【０１４６】
図１４に示すように、第１撮像系（撮像系）１Ｊａは、点Ｐ１を中心とした要素画像からなる要素画像群を撮像するものである。第１撮像系１Ｊａは、第１撮像系１Ｇａ（図１１参照）の第１方向制御レンズ１２Ｇａに代えて第１方向制御レンズ１２Ｊａを、投影光学系１３Ｇａに代えて投影光学系１３Ｊａ、１３Ｊａ、１３Ｊａを、撮像素子１４Ｇａに代えて撮像素子１４Ｊａ、１４Ｊａ、１４Ｊａを備え、更に遮光手段１６Ｊａを付加して構成した。第１撮像系１Ｊａ内の要素画像光学系アレイ１１Ｇａ及びフィールドレンズアレイ１９Ｇａは、図１１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１４７】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｊａは、後記する撮像素子１４Ｊａ、１４Ｊａ、１４Ｊａによって要素画像を撮影する方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｊａの物側焦点と点Ｐ１とが一致することとした。
【０１４８】
投影光学系１３Ｊａは、要素画像光学系アレイ１１Ｇａによってフィールドレンズアレイ１９Ｇａ上に結像された要素画像群を、対応する撮像素子１４Ｊａに投影するものである。ここで、第１撮像系１Ｊａは、３つの投影光学系１３Ｊａ、１３Ｊａ、１３Ｊａを有することとした。そして、こと投影光学系１３Ｊａの各々は、複数の要素画像光学系１１１Ｇａ、１１１Ｇａ、…及び複数のフィールドレンズ１９１Ｇａ、１９１Ｇａ、…に対応するとともに、１つの撮像素子１４Ｊａに対応する。そして、対応する要素画像光学系１１１Ｇａ、１１１Ｇａ、…によって結像された複数の要素画像を、対応する撮像素子１４Ｇａに投影する。
【０１４９】
ここでは、投影光学系１３Ｊａは、２つの凸レンズ１３１Ｊａ、１３２Ｊａから構成され、アフォーカル光学系を形成している。この２つの凸レンズ１３１Ｊａ、１３２Ｊａは、後記する遮光手段１６Ｊａを挟んで光軸方向に、２つの凸レンズ１３１Ｊａ、１３２Ｊａの焦点距離の和だけ隔てて配列されている。なお、投影光学系１３Ｊａは、焦点距離の等しい凸レンズ１３１Ｊａ、１３２Ｊａから構成されていてもいいし、凸レンズ１３２Ｊａが、凸レンズ１３１Ｊａに比べて焦点距離の小さいこととしてもよい。このとき、各々の撮像素子１４Ｊａには、横倍率が縮小された複数の要素画像が投影される。
【０１５０】
遮光手段１６Ｊａは、開口１６１Ｊａ、１６１Ｊａ、１６１Ｊａを有し、この開口を通過する光以外の光を遮光するものである。この遮光手段１６Ｊａは、２つの凸レンズ１３１Ｊａ、１３２Ｊａの間において、凸レンズ１３１Ｊａから当該凸レンズ１３１Ｊａの焦点距離だけ光軸方向に離れた位置に設けられ、投影光学系１３Ｊａ、１３Ｊａ、１３Ｊａの光軸上に開口１６１Ｊａ、１６１Ｊａ、１６１Ｊａを有する。
【０１５１】
この開口１６１Ｊａの中心には、凸レンズ１３１Ｊａに入射した光軸に平行な光が収束する。そのため、点Ｐ１を通り、要素画像光学系１１１Ｇａ及びフィールドレンズ１９１Ｇａの主点を通って、第１方向制御レンズ１２Ｊａによって光軸に平行な光に変換された光を中心とする複数の要素画像の光が、対応する各々の開口１６１Ｊａを通過して凸レンズ１３２Ｊａに入射して、対応する撮像素子１４Ｊａに投影される。なお、第１撮像系１Ｊａは、この遮光手段１６Ｊａを備えないこととしてもよい。
【０１５２】
撮像素子１４Ｊａは、投影光学系１３Ｊａによって投影された複数の要素画像を撮像するものである。ここで、投影光学系１３Ｊａは、要素画像光学系アレイ１１Ｇａによって生成される要素画像群を構成する複数の要素画像のうちの一部の要素画像を、対応する撮像素子１４Ｊａに投影する。これによって、第１撮像系１Ｊａは、複数の撮像素子１４Ｊａ、１４Ｊａ、１４Ｊａによって１つの要素画像群を撮像することができる。このように複数の撮像素子１４Ｊａ、１４Ｊａ、１４Ｊａによって撮像することで、撮像される要素画像群の解像度を向上させることができる。なお、要素画像光学系１１１Ｇａ及びフィールドレンズ１９１Ｇａが同数と、投影光学系１３Ｊａ及び撮像素子１４Ｊａが同数ずつ配列されていればよく、前記の数に限定されない。
【０１５３】
［表示装置の構成（第一の実施の形態）］
次に、図１５を参照して、本発明の第一の実施の形態である表示装置５の構成について説明する。図１５は、本発明の第一の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、両端の要素画像光学系１１１の主点を通る平行光と、中央の要素画像光学系１１１の主点を通る光の光路を模式的に図示した。また、ここでは、表示装置５において観察者によって観察される方向Ｄ１’、Ｄ２’（光の進行方向とは逆方向）を矢印で図示した。
【０１５４】
表示装置（立体像表示装置）５は、要素画像群によって示される立体像（図示せず）を表示するものである。表示装置５は、撮像装置１（図１参照）の撮像素子１４に代えて表示素子５４を備えることとした。表示装置５内の表示素子５４以外の構成は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１５５】
表示素子（表示手段）５４は、外部から入力された要素画像群を表示するものである。この表示素子５４からは、当該表示素子の背面（観察者のいる側の反対側の面）に設置された図示しないバックライトからの光が出射する。ここで表示される要素画像群は、撮像装置１によって撮像されたもの、あるいは、計算機（図示せず）によって生成されたものである。なお、被写体（図示せず）の空間的な位置情報が既知であれば、撮像装置１’、１Ａ〜１Ｇ（図２〜図１１参照）や、図２３（ａ）に示すような従来の撮像装置１００における光路を被写体から逆にさかのぼることで、計算機によって被写体の要素画像群を生成することが可能である。
【０１５６】
ここで、第１方向制御レンズ１２は、図示しない第１方向制御レンズ移動手段（方向変更手段）によって光軸に直交する方向に移動され、この第１方向制御レンズ１２の位置に応じて、このときの第１方向制御レンズ１２と投影光学系１３の主点を結ぶ方向（Ｄ１’又はＤ２’の逆方向）を撮影した要素画像群が表示素子５４に表示される。ここで表示された要素画像群からの光は、第１方向制御レンズ１２に入射する。そして、この光は、撮像装置１によって被写体からの光が要素画像光学系アレイ１１を通過して撮像素子１４に到達するまでの光路を逆にたどる。これによって、表示装置５は、被写体の立体像（図示せず）を再生することができる。
【０１５７】
そして、観察者が光軸方向［図１５（ａ）の方向Ｄ１’］を中心とした所定の角度範囲Ｒ１（視域）内の方向から表示装置５を見た際には、第１方向制御レンズ１２の主点が光軸上にあるときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。また、観察者が方向Ｄ２’［図１５（ｂ）参照］を中心とした所定の角度範囲Ｒ２（視域）内の方向から表示装置５を見た際には、第１方向制御レンズ１２の主点が光軸より左側にあるときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。このように、本発明の表示装置５によれば、複数の方向を中心とした所定の角度範囲内の方向に対して立体像を表示することができ、１つの方向を中心とした所定の角度範囲内の方向に対してのみ立体像を表示する従来のＩＰ方式の表示装置に比べて、広い範囲の被写体の情報を広い範囲に対して表示することができる。
【０１５８】
なお、表示装置５の第１方向制御レンズ１２は、３つ以上の異なる位置に、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって移動されることとしてもよい。これによって、３方向以上の所定の角度範囲に立体像を表示することができる。更に、第１方向制御レンズ１２は、第１方向制御レンズ移動手段によって、投影光学系１３の主点と、当該第１方向制御レンズ１２の主点とを通る直線の向きが一致しない位置に移動されればよい。
【０１５９】
同様に、撮像装置１’、１Ａ〜１Ｄ（図２〜図６参照）の撮像素子１４、１４Ａ、１４Ｃａ、１４Ｃｂに代えて表示素子（図示せず）を備える表示装置（図示せず）に、撮像装置１’、１Ａ〜１Ｄ（図２〜図６参照）によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群を入力することでも、当該要素画像群によって示される立体像（図示せず）を、複数の方向に対して表示することができる。
【０１６０】
［表示装置の構成（第二の実施の形態）］
次に、図１６を参照して、本発明の第二の実施の形態である表示装置５Ｅの構成について説明する。図１６は、本発明の第二の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂを通る光の光路を模式的に図示した。
【０１６１】
表示装置（立体像表示装置）５Ｅは、撮像装置１Ｅ（図７参照）によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群によって示される立体像（図示せず）を再生するものである。表示装置５Ｅは、撮像装置１Ｅの撮像素子１４Ｅに代えて表示素子５４Ｅを備えることとした。表示装置５Ｅ内の表示素子５４Ｅは図１５に示した表示装置５の表示素子５４と同一であり、また、表示装置５Ｅ内の表示素子５４Ｅ以外の構成は図７に示したものと同一であるので、説明を省略する。
【０１６２】
ここで、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂは交互に開口され、どちらの開口（１６Ｅａ又は１６Ｅｂ）が開いているかに応じて、このときの第１方向制御レンズ１２Ｄと開いている開口（１６Ｅａ又は１６Ｅｂ）とを結ぶ方向（Ｄ１’又はＤ２’の逆方向）を撮影した要素画像群が表示素子５４Ｅに表示される。
【０１６３】
そして、観察者が光軸方向［図１６（ａ）の方向Ｄ１’］を中心とした所定の角度範囲（視域）内の方向から表示装置５Ｅを見た際には、開口１６Ｅａが開いているときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。また、観察者が方向Ｄ２’［図１６（ｂ）］を中心とした所定の角度範囲（視域）内の方向から表示装置５Ｅを見た際には、開口１６Ｅｂが開いているときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。このように、本発明の表示装置５Ｅによれば、複数の方向を中心とした所定の角度範囲内の方向に対して立体像を表示することができ、従来のＩＰ方式の表示装置に比べて、広い範囲の被写体の情報を広い範囲に対して表示することができる。
【０１６４】
なお、表示装置５Ｅの遮光手段１６Ｅは、３つ以上の異なる位置に開口（図示せず）を有することとしてもよい。更に、遮光手段１６Ｅの開口（図示せず）は、当該開口の中心と、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点とを通る直線の向きが一致しない位置に設けられればよい。
【０１６５】
同様に、撮像装置１Ｆ、１Ｆ’、１Ｆ”（図８〜図１０参照）の撮像素子１４Ｆに代えて表示素子（図示せず）を備える表示装置（図示せず）に、撮像装置１Ｆ、１Ｆ’、１Ｆ”（図８〜図１０参照）によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群を入力することでも、当該要素画像群によって示される立体像（図示せず）を、複数の方向に対して表示することができる。
【０１６６】
［表示装置の構成（第三の実施の形態）］
次に、図１７を参照して、本発明の第三の実施の形態である表示装置５Ｇの構成について説明する。図１７は、本発明の第三の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、投影光学系１３Ｇａ、１３Ｇｂの主点と、要素画像光学系アレイ１１Ｇａ、１１Ｇｂの要素画像光学系１１１Ｇａ、１１１Ｇｂの主点とを通る光の光路を模式的に図示した。
【０１６７】
表示装置（立体像表示装置）５Ｇは、撮像装置１Ｇ（図１１参照）によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群によって示される立体像（図示せず）を再生するものである。表示装置５Ｇは、ハーフミラー２０Ｇと、第１表示系（表示系）５Ｇａと、第２表示系（表示系）５Ｇｂとから構成され、撮像装置１Ｇの撮像素子１４Ｇａ、１４Ｇｂに代えて表示素子５４Ｇａ、５４Ｇｂを備えることとした。表示装置５Ｇ内の表示素子５４Ｇａ、５４Ｇｂは図１５に示した表示装置５の表示素子５４と同一であり、また、表示装置５Ｅ内の表示素子５４Ｇａ、５４Ｇｂ以外の構成は図１１に示したものと同一であるので、説明を省略する。ここで、ハーフミラー（光統合手段）２０Ｇは、第１表示系５Ｇａからの光の一部を反射して残りを透過するとともに、第２表示系５Ｇｂからの光の一部を反射して残りを透過する。そして、第１表示系５Ｇａの反射光と、第２表示系５Ｇｂの透過光とが観察者（図示せず）の方向に出射する。
【０１６８】
そして、観察者が点Ｐ１周辺の位置から表示装置５Ｇを見た際には、第１表示系５Ｇａによって示される立体像を観察する。また、観察者が点Ｐ２周辺の位置から表示装置５Ｇを見た際には、第２表示系５Ｇｂによって示される立体像を観察する。このように、本発明の表示装置５Ｇによれば、複数の位置から観察できる立体像を表示することができ、従来のＩＰ方式の表示装置に比べて、広い範囲の被写体の情報を広い範囲に対して表示することができる。
【０１６９】
同様に、撮像装置１Ｇの第１撮像系１Ｇａを第１撮像系１Ｉａ、１Ｊａとした撮像装置（図示せず）や、第２撮像系１Ｇｂを第２撮像系１Ｈｂとした撮像装置（図示せず）の撮像素子１４Ｇａ、１４Ｈｂに代えて表示素子（図示せず）を備える表示装置（図示せず）に、これらの撮像装置によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群を入力することでも、当該要素画像群によって示される立体像（図示せず）を、複数の位置に対して表示することができる。
【０１７０】
［表示装置の構成（第四の実施の形態）］
次に、図１８を参照して、本発明の第四の実施の形態である表示装置５Ｋの構成について説明する。図１８は、本発明の第四の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。なお、ここでは、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂから出射する光の光路を模式的に図示した。
【０１７１】
表示装置（立体像表示装置）５Ｋは、撮像装置１Ｅ（図７参照）によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群によって示される立体像（図示せず）を再生するものである。表示装置５Ｋは、表示装置５Ｅ（図１６参照）の第２方向制御レンズ１５Ｅと、第３方向制御レンズ１８Ｅと、投影光学系１３Ｅとを備えず、表示素子５４Ｅに代えて表示素子５４Ｋを備え、更に、バックライト６１Ｋを備えることとした。表示装置５Ｋ内の要素画像光学系アレイ１１、第１方向制御レンズ１２Ｄ及び遮光手段１６Ｅは図１６に示したものと同一であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１７２】
表示素子（表示手段）５４Ｋは、外部から入力された要素画像群を表示するものである。ここで、この表示素子５４Ｋは、第１方向制御レンズ１２Ｄの前側（観察者側）に隣接して設けられ、当該第１方向制御レンズ１２Ｄからの光が透過することで、表示された要素画像群の光を出射する。
【０１７３】
バックライト６１Ｋは、表示素子５４Ｋの光源である。このバックライト６１Ｋは、遮光手段１６Ｅの背面に隣接して設けられ、開いている開口（１６Ｅａ又は１６Ｅｂ）を通過する光以外のバックライト６１Ｋからの光は、遮光手段１６Ｅによって遮光される。そのため、このバックライト６１Ｋと、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂを有する遮光手段１６Ｅとによって、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂの位置に点光源を設置した場合と同じ状態となる。そして、第１方向制御レンズ１２Ｄは、遮光手段１６Ｅから光軸方向に当該第１方向制御レンズ１２Ｄの焦点距離だけ隔てた位置に設置されているため、開口１６Ｅａを通過した光は、第１方向制御レンズ１２Ｄによって光軸に平行な光に変換され、開口１６Ｅｂを通過した光は方向Ｄ２’と逆向きの平行光に変換される。
【０１７４】
ここで、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂは交互に開口され、どちらの開口（１６Ｅａ又は１６Ｅｂ）が開いているかに応じて、このときの第１方向制御レンズ１２Ｄの主点と開いている開口（１６Ｅａ又は１６Ｅｂ）とを結ぶ方向（Ｄ１’又はＤ２’の逆方向）を撮影した要素画像群が表示素子５４Ｋに表示される。
【０１７５】
そして、観察者が光軸方向［図１８（ａ）の方向Ｄ１’］を中心とした所定の角度範囲（視域）内の方向から表示装置５Ｋを見た際には、開口１６Ｅａが開いているときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。また、観察者が方向Ｄ２’［図１８（ｂ）］を中心とした所定の角度範囲（視域）内の方向から表示装置５Ｋを見た際には、開口１６Ｅｂが開いているときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。このように、本発明の表示装置５Ｋによれば、複数の方向を中心とした所定の角度範囲内の方向に対して立体像を表示することができ、従来のＩＰ方式の表示装置に比べて、広い範囲の被写体の情報を広い範囲に対して表示することができる。
【０１７６】
なお、バックライト６１Ｋと遮光手段１６Ｅを設置する代わりに、開口１６Ｅａ、１６Ｅｂの位置に交互に点灯する点光源（図示せず）を設置することとしてもよい。また、表示装置５Ｋの遮光手段１６Ｅは、３つ以上の異なる位置に開口（図示せず）を有することとしてもよい。更に、遮光手段１６Ｅの開口（図示せず）は、当該開口の中心と、第１方向制御レンズ１２Ｄの主点とを通る直線の向きが一致しない位置に設けられればよい。
【０１７７】
また、図１９（ａ）に示すように、表示装置５Ｋ’の第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｄ’が、遮光手段１６Ｅから光軸方向に当該第１方向制御レンズ１２Ｄ’の焦点距離より離れた位置に設置されることとしてもよい。図１９は、本発明の第四の実施の形態の表示装置の変形例の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の点を中心とした所定の範囲に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。
【０１７８】
そして、図１９（ａ）に示すように、開口１６Ｅａが開いていて、開口１６Ｅｂが閉じている場合には、第１方向制御レンズ１２Ｄ’は、開口１６Ｅａからの光を、当該第１方向制御レンズ１２Ｄ’に対して、開口１６Ｅａの中心と共役の位置にある点Ｐ１に収束する。そして、この光は表示素子５４Ｋに入射し、この表示素子５４Ｋから、点Ｐ１に収束する方向に要素画像群の光が出射する。そのため、表示装置５Ｋ’は、要素画像光学系アレイ１１によって、点Ｐ１の周辺の観察者に対して立体像を表示することができる。
【０１７９】
また、図１９（ｂ）に示すように、開口１６Ｅａが閉じていて、開口１６Ｅｂが開いている場合には、第１方向制御レンズ１２Ｄ’は、開口１６Ｅｂからの光を、当該第１方向制御レンズ１２Ｄ’に対して、開口１６Ｅｂの中心と共役の位置にある点Ｐ２に収束する。そして、この光は表示素子５４Ｋに入射し、この表示素子５４Ｋから、点Ｐ１に収束する方向に要素画像群の光が出射する。そのため、表示装置５Ｋ’は、要素画像光学系アレイ１１によって、点Ｐ２の周辺の観察者に対して立体像を表示することができる。このように、表示装置５Ｋ’は、複数の点Ｐ１、Ｐ２を中心とした所定の範囲に対して立体像を表示することができる。
【０１８０】
［表示装置の構成（第四の実施の形態の変形例）］
次に、図２０を参照して、本発明の第四の実施の形態である表示装置５Ｌの他の変形例の構成について説明する。図２０は、本発明の第四の実施の形態である表示装置の他の変形例の構成を示した模式図である。なお、ここでは、開口１６Ｌａから出射する光の光路を模式的に図示した。
【０１８１】
表示装置（立体像表示装置）５Ｌは、撮像装置１（図１参照）によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群によって示される立体像（図示せず）を再生するものである。表示装置５Ｌは、表示装置５Ｋの第１方向制御レンズ１２Ｄに代えて第１方向制御レンズ１２Ｌを、遮光手段１６Ｅに代えて遮光手段１６Ｌを備えることとした。表示装置５Ｌ内の第１方向制御レンズ１２Ｌ及び遮光手段１６Ｌ以外の構成は図１８に示したものと同一であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１８２】
第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）１２Ｌは、バックライト６１Ｋから出射し、後記する遮光手段１６Ｌの開口１６Ｌａを通過した光の出射方向を制御するものである。ここでは、第１方向制御レンズ１２Ｌから、当該第１方向制御レンズ１２Ｌの焦点距離だけ光軸方向に離れた位置に遮光手段１６Ｌを設置し、第１方向制御レンズ１２Ｌが、開口１６Ｌａから出射した光を平行光に変換することとした。そして、第１方向制御レンズ１２Ｌは、図示しない第１方向制御レンズ移動手段（方向変更手段）によって、当該第１方向制御レンズ１２Ｌの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動する。
【０１８３】
遮光手段１６Ｌは、開口１６Ｌａを有し、開口１６Ｌａを通過する光以外のバックライト６１Ｋからの光を遮光するものである。そのため、このバックライト６１Ｋと開口１６Ｌａを有する遮光手段１６Ｌによって、開口１６Ｌａの位置に点光源を設置した場合と同じ状態となる。
【０１８４】
ここで、図２０（ａ）に示すように、開口１６Ｌａが第１方向制御レンズ１２Ｌの光軸上にあるときには、第１方向制御レンズ１２Ｌは、開口１６Ｌａを通過した光を光軸に平行な光に変換する。また、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって、第１方向制御レンズ１２Ｌが、当該第１方向制御レンズ１２Ｌの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動させられ、開口１６Ｌａが、第１方向制御レンズ１２Ｌの主点と当該第１方向制御レンズ１２Ｌの光軸上にある要素画像光学系１１１の右隣の要素画像光学系１１１の主点とを通る直線（方向Ｄ２’の直線）上にあるときには、第１方向制御レンズ１２Ｌは、開口１６Ｌａを通過した光をこの直線に平行な光（方向Ｄ２’と逆向きの平行光）に変換する。
【０１８５】
そして、第１方向制御レンズ１２Ｌの位置に応じて、第１方向制御レンズ１２Ｌの主点と開口１６Ｌａとを結ぶ方向（Ｄ１’又はＤ２’の逆方向）を撮影した要素画像群が表示素子５４Ｋに表示される。そのため、観察者が光軸方向［図２０（ａ）の方向Ｄ１’］を中心とした所定の角度範囲（視域）内の方向から表示装置５Ｌを見た際には、開口１６Ｌａが第１方向制御レンズ１２Ｌの光軸上にあるときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。また、観察者が方向Ｄ２’［図２０（ｂ）参照］を中心とした所定の角度範囲（視域）内の方向から表示装置５Ｌを見た際には、開口１６Ｌａが第１方向制御レンズ１２Ｌの主点を通る方向Ｄ２’の直線上にあるときに表示された要素画像群によって示される立体像を観察する。このように、本発明の表示装置５Ｌによれば、複数の方向を中心とした所定の角度範囲内の方向に対して立体像を表示することができ、従来のＩＰ方式の表示装置に比べて、広い範囲の被写体の情報を広い範囲に対して表示することができる。
【０１８６】
なお、表示装置５Ｌの第１方向制御レンズ１２Ｌは、３つ以上の異なる位置に、図示しない第１方向制御レンズ移動手段によって移動されることとしてもよい。更に、第１方向制御レンズ１２Ｌは、第１方向制御レンズ移動手段によって、開口１６Ｌａの中心と、当該第１方向制御レンズ１２Ｌの主点とを通る直線の向きが一致しない位置に移動されればよい。
【０１８７】
また、バックライト６１Ｋと開口１６Ｌａを有する遮光手段１６Ｌの代わりに点光源（図示せず）を設置することとしてもよい。また、このとき、表示装置５Ｌは、第１方向制御レンズ１２Ｌの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動させる第１方向制御レンズ移動手段（方向変更手段）の代わりに、当該点光源を第１方向制御レンズ１２Ｌの光軸に直交する方向に所定の幅だけ移動させる図示しない点光源移動手段（方向変更手段）を備えることとしてもよい。
【０１８８】
［表示装置の構成（第一〜四の実施の形態の変形例）］
更に、各々の撮像装置１、１’、１Ａ〜１Ｇ（図１〜図１１参照）の撮像素子１４、１４Ａ、１４Ｃａ、１４Ｃｂ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇａ、１４Ｇｂを、要素画像群を表示する表示素子とした表示装置（図示せず）において、対応する撮像装置１、１’、１Ａ〜１Ｇによって撮像された、あるいは、計算機（図示せず）によって生成された要素画像群に、各々の要素画像の周縁部をマスクした（情報を表示しない、あるいは、黒い領域とする）要素画像群を表示素子に表示することとしてもよい。
【０１８９】
ここで、図２１及び図２２を参照して、表示装置５Ｍに、マスク処理を施した要素画像群を表示する場合について説明する。図２１は、本発明の第五の実施の形態である撮像装置の撮像素子を表示素子とした表示装置の変形例の構成を示した模式図である。図２２は、第１方向制御レンズ上の要素画像群からの光の光路とマスク処理を説明するための説明図、（ａ）は、マスク処理を施さない要素画像群からの光の光路を示した模式図、（ｂ）は、マスク処理を施した要素画像群からの光の光路を示した模式図、（ｃ）は、マスク処理を施した要素画像群の例を示した模式図、（ｄ）は、マスク処理を施した要素画像群の他の例を示した模式図である。なお、ここでは、表示装置５Ｍに適用した場合を例に挙げて説明するが、本発明の他の構成の表示装置に対して同様に適用した場合においても、同様の作用が得られる。
【０１９０】
表示装置（立体像表示装置）５Ｍは、要素画像群によって示される立体像（図示せず）を再生するものである。表示装置５Ｍは、撮像装置１Ｄ（図６参照）の撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂに代えて表示素子５４Ｃａ、５４Ｃｂを、第１方向制御レンズ１２Ｄに代えて第１方向制御レンズ１２Ｄ’を備えることとした。表示装置５Ｍ内の表示素子５４Ｃａ、５４Ｃｂは図１５に示した表示装置５の表示素子５４と同一であり、また、表示装置５Ｅ内の第１方向制御レンズ１２Ｄ’は、図９に示した撮像装置１Ｆ’の第１方向制御レンズ１２Ｄ’と同一であるので、説明を省略する。なお、ここでは、表示装置５Ｍの要素画像光学系アレイ１１が、水平方向に９つの要素画像光学系１１１ａ〜１１１ｉから構成されることとした。
【０１９１】
ここで表示される要素画像群は、当該表示装置５Ｍの表示素子５４Ｃａ、５４Ｃｂを撮像素子１４Ｃａ、１４Ｃｂ（図６参照）に代えた撮像装置（図示せず）によって撮像された要素画像群、あるいは、計算機（図示せず）によって生成されたものである。なお、被写体（図示せず）の空間的な位置情報が既知であれば、撮像装置１、１Ａ〜１Ｇ（図１〜図１１参照）や、図２３（ａ）に示すような従来の撮像装置１００における光路を被写体から逆にさかのぼることで、計算機によって被写体の要素画像群を生成することが可能である
【０１９２】
そして、表示装置５Ｍは、表示素子５４Ｃａに表示された要素画像群によって示される立体像を点Ｐ１の周辺の観察者に対して表示することができ、表示素子５４Ｃｂに表示された要素画像群によって示される立体像を点Ｐ２の周辺の観察者に対して表示することができる。このように、表示装置５Ｍは、複数の点Ｐ１、Ｐ２を中心とした所定の範囲に対して立体像を表示することができる。
【０１９３】
ここで、例えば、表示素子５４Ｃａに表示された要素画像群は、フィールドレンズ１７Ｄａと投影光学系１３Ｄａとの間に結像した後に、第１方向制御レンズ１２Ｄ’上に結像される。そして、表示素子５４Ｃａ上のある点Ｐ５からの光は、第１方向制御レンズ１２Ｄ’上において１点に収束された後に角度Ｒ３の範囲で拡散して要素画像光学系アレイ１１に入射する。
【０１９４】
ここで、図２２（ａ）を参照して、マスク処理が施されていない要素画像群を表示素子５４Ｃａ（図２１参照）に表示した場合について説明する。ここで、図２２（ａ）において斜線で示した領域は、第１方向制御レンズ１２Ｄ’（図２１参照）上に結像した要素画像ｇａ〜ｇｉを模式的に示している。マスク処理が施されていない要素画像群を表示素子５４Ｃａ（図２１参照）に表示すると、第１方向制御レンズ１２Ｄ’にこの要素画像群ｇ（要素画像ｇａ〜ｇｉ）が結像し、結像した要素画像群ｇからの光が要素画像光学系アレイ１１に入射する。例えば、要素画像ｇｅ上の、要素画像ｇｆと隣接する画素ｐ１からの光は、第１方向制御レンズ１２Ｄ’を通過した後に角度Ｒ３で拡散するため、当該要素画像ｇｅに対応する要素画像光学系１１１ｅと、隣接する要素画像光学系１１１ｆとに入射する。このように、各々の要素画像ｇａ〜ｇｉの境界付近（周縁部）の画素からの光は、対応する要素画像光学系１１１ａ〜１１１ｉに隣接する要素画像光学系１１１ａ〜１１１ｉにも入射し、立体像を生成する際の妨害となる。
【０１９５】
そこで、隣接する要素画像光学系１１１ａ〜１１１ｉに光が入射する位置にある周縁部の画素を、予めマスクすることによって、隣接する要素画像光学系１１１ａ〜１１１ｉへの光の入射を防ぐことができる。例えば、図２２（ｂ）において、表示素子５４Ｃａ（図２１参照）に各々の要素画像ｇ’ａ〜ｇ’ｉ（斜線部）の境界付近の白い領域で示したマスク領域ｍが形成された要素画像群ｇ’が表示されると、この要素画像群ｇ’が第１方向制御レンズ１２Ｄ’上に結像する。そして、要素画像ｇ’ｅ上の、マスク領域ｍと隣接する画素ｐ’１からの光も、第１方向制御レンズ１２Ｄ’を通過した後に角度Ｒ３で拡散するが、この拡散する幅の分だけマスク領域ｍが形成されているため、この光は当該要素画像ｇ’ｅに対応する要素画像光学系１１１ｅのみに入射する。このように、各々の要素画像ｇ’ａ〜ｇ’ｉの境界付近（周縁部）をマスクすることで、各々の要素画像ｇ’ａ〜ｇ’ｉから、対応する要素画像光学系１１１ａ〜１１１ｉに隣接する要素画像光学系１１１ａ〜１１１ｉに光が入射することを回避することができる。
【０１９６】
このとき、図２１に示す第１方向制御レンズ１２Ｄ’には、表示素子５４Ｃｂに表示された要素画像群（図示せず）も結像する。そして、この要素画像群には、表示素子５４Ｃａに表示された要素画像群ｇ’（図２２参照）とは異なる撮影方向で撮影された被写体の情報を記録できるため、この表示素子５４Ｃｂに表示された要素画像群によって、要素画像群ｇ’のマスクされたマスク領域ｍ（図２２参照）に記録されていた情報に対応する情報を提示することが可能である。このようにすることで、表示装置５Ｍは、観察者が観察位置を移動しても、位置に応じて連続して被写体の立体像を表示することができる。
【０１９７】
なお、図２２（ｃ）に示すように、要素画像ｇ’ａ〜ｇ’ｉの形状は矩形であってもよく、この矩形の要素画像ｇ’ａ〜ｇ’ｉの周縁部をマスクしたマスク領域ｍを形成することとしてもよい。また、図２２（ｄ）に示すように、要素画像ｇ’ａ〜ｇ’ｉの形状は円形であってもよく、この円形の要素画像ｇ’ａ〜ｇ’ｉの周縁部をマスクしたマスク領域ｍを形成することとしてもよい。そして、このマスク処理は、要素画像群の撮像時に行うこととしてもよいし、撮像後に要素画像群に行うこととしてもよい。例えば、撮像後に、要素画像群に画像処理を施すことによってマスク領域を形成することとしてもよい。また、撮像時に、撮像装置（図示せず）の撮像素子に近接して、撮像素子の一部をマスクするマスク手段を設けることとしてもよいし、表示する際に、表示装置５Ｍの表示素子５４Ｃａ、５４Ｃｂに近接して、当該表示素子５４Ｃａ、５４Ｃｂの一部をマスクするマスク手段を設けることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】本発明の第一の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態である撮像装置の変形例の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の点を中心として撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。
【図７】本発明の第六の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図、（ａ）は、撮像装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向を撮像するときの撮像装置の構成を示した模式図である。
【図８】本発明の第七の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。
【図９】本発明の第七の実施の形態である撮像装置の変形例の構成を示した模式図である。
【図１０】本発明の第七の実施の形態である撮像装置の他の変形例の構成を示した模式図である。
【図１１】本発明の第八の実施の形態である撮像装置の構成を示した模式図である。
【図１２】本発明の第九の実施の形態である撮像装置の第２撮像系の構成を示した模式図である。
【図１３】本発明の第八の実施の形態の第１撮像系の変形例の構成を示した模式図である。
【図１４】本発明の第八の実施の形態の第１撮像系の他の変形例の構成を示した模式図である。
【図１５】本発明の第一の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。
【図１６】本発明の第二の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。
【図１７】本発明の第三の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図である。
【図１８】本発明の第四の実施の形態である表示装置の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の方向に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。
【図１９】本発明の第四の実施の形態の表示装置の変形例の構成を示した模式図、（ａ）は、表示装置の構成を示した模式図、（ｂ）は、他の点を中心とした所定の範囲に立体像を表示するときの表示装置の構成を示した模式図である。
【図２０】本発明の第四の実施の形態である表示装置の他の変形例の構成を示した模式図である。
【図２１】本発明の第五の実施の形態である撮像装置の撮像素子を表示素子とした表示装置の変形例の構成を示した模式図である。
【図２２】本発明の表示装置の第１方向制御レンズ上の要素画像群からの光の光路とマスク処理を説明するための説明図、（ａ）は、マスク処理を施さない要素画像群からの光の光路を示した模式図、（ｂ）は、マスク処理を施した要素画像群からの光の光路を示した模式図、（ｃ）は、マスク処理を施した要素画像群の例を示した模式図、（ｄ）は、マスク処理を施した要素画像群の他の例を示した模式図である。
【図２３】従来のＩＰ方式を説明するための説明図、（ａ）は、ＩＰ方式の撮影装置の構成を示す模式図、（ｂ）は、ＩＰ方式の表示装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１９９】
１、１’、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｆ’、１Ｆ”、１Ｇ、１Ｈ  撮像装置（要素画像群撮像装置）
１Ｇａ、１Ｉａ、１Ｊａ  第１撮像系（撮像系）
１Ｇｂ、１Ｈｂ  第２撮像系（撮像系）
１１、１１”、１１Ｇａ、１１Ｇｂ、１１Ｉａ  要素画像光学系アレイ
１１１、１１１”、１１１Ｇａ、１１１Ｇｂ、１１１Ｉａ  要素画像光学系
１２、１２’、１２Ｂ、１２Ｄ、１２Ｄ’、１２Ｇａ、１２Ｇｂ、１２Ｈｂ、１２Ｊａ、１２Ｌ  第１方向制御レンズ（第１の方向制御レンズ系）
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃａ、１３Ｃｂ、１３Ｄａ、１３Ｄｂ、１３Ｅ、１３Ｇａ、１３Ｇｂ、１３Ｈｂ、１３Ｊａ  投影光学系
１４、１４Ａ、１４Ｃａ、１４Ｃｂ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇａ、１４Ｇｂ、１４Ｈｂ、１４Ｊａ  撮像素子（撮像手段）
１５Ｄ、１５Ｅ  第２方向制御レンズ（第２の方向制御レンズ系）
１６Ｄ、１６Ｄ’、１６Ｅ、１６Ｈｂ、１６Ｊａ、１６Ｌ  遮光手段
１６Ｄａ、１６Ｄｂ、１６Ｄａ’、１６Ｄｂ’、１６Ｅａ、１６Ｅｂ、１６１Ｇｂ、１６１Ｈｂ、１６１Ｊａ，１６Ｌａ  開口
１７Ｄａ、１７Ｄｂ  フィールドレンズ（フィールドレンズ系）
１８Ｅ  第３方向制御レンズ（集光光学系）
２０Ｇ  ハーフミラー（光分配手段、光統合手段）
５、５Ｅ、５Ｇ、５Ｋ、５Ｋ’、５Ｌ、５Ｍ  表示装置（立体像表示装置）
５Ｇａ  第１表示系（表示系）
５Ｇｂ  第２表示系（表示系）
５４、５４Ｃａ、５４Ｃｂ、５４Ｅ、５４Ｇａ、５４Ｇｂ、５４Ｋ  表示素子
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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