(57)【要約】【課題】撮像素子が隙間のある状態で配列されていても、要素画像を欠けることなく撮像できる要素画像群撮像装置を提供する。【解決手段】要素画像群撮像装置１は、被写体Ｓの像を結像して要素画像を生成する凸レンズ（要素画像光学系）Ｌ１をアレイ状に複数配列した要素画像レンズ群１１と、対応する凸レンズＬ１からの光を集光する凸レンズ（第１の集光光学系）Ｌ２と、凸レンズＬ２からの光を集光する凸レンズ（第２の集光光学系）Ｌ３とから構成されるアフォーカル光学系１３１をアレイ状に複数配列したアフォーカル光学レンズ群１３と、対応する凸レンズＬ１及びアフォーカル光学系１３１によって結像された要素画像を撮像する複数の撮像素子（画像撮像手段）Ｄ１とを備え、凸レンズＬ２の焦点距離ｆＬ２が凸レンズＬ３の焦点距離ｆＬ３より大きいことを特徴とする。【選択図】図１
2007256673.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レンズ群と、
前記要素画像光学系の各々に対応し、その対応する前記要素画像光学系からの光を集光する第１の集光光学系、及び、前記第１の集光光学系の光軸上に設置され、前記第１の集光光学系からの光を集光する第２の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、
前記要素画像光学系及び前記アフォーカル光学系の各々に対応し、その対応する前記要素画像光学系及び前記アフォーカル光学系によって結像された前記要素画像を撮像する複数の画像撮像手段と、
を備え、
前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいことを特徴とする要素画像群撮像装置。
【請求項２】
前記アフォーカル光学レンズ群と前記要素画像レンズ群との間に設置され、前記要素画像光学系の被写体側のある点から出射して前記要素画像光学系の主点を通る光を平行光に変換する方向調整レンズ系を備えることを特徴とする請求項１に記載の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レンズ群と、
前記要素画像光学系の光軸を通って当該要素画像光学系を透過した光、あるいは、前記要素画像光学系の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一点に収束する第１の方向調整レンズ系と、
前記第１の方向調整レンズ系によって光が収束された点に主点を有し、前記要素画像レンズ群によって結像された要素画像群を別の位置に結像させる結像光学系と、
前記第１の方向調整レンズ系によって収束されて前記結像光学系の主点を通過した光を平行光に変換する第２の方向調整レンズ系と、
１つあるいは複数の前記要素画像光学系に対応し、その対応する前記要素画像光学系を通過して前記第２の方向調整レンズ系から入射した光を集光する第１の集光光学系、及び、前記第１の集光光学系の光軸上に設置され、前記第１の集光光学系からの光を集光する第２の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、
前記アフォーカル光学系の各々に対応し、その対応する前記アフォーカル光学系によって結像された像を撮像する複数の画像撮像手段と、
を備え、
前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいことを特徴とする要素画像群撮像装置。
【請求項４】
前記アフォーカル光学系と前記画像撮像手段との間に、アフォーカル機能を有し、前記アフォーカル光学系から入射した前記要素画像を、当該要素画像の中心について点対称に変換する複数の画像変換光学系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、
前記要素画像を表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段の各々に対応し、その対応する前記画像表示手段からの光を集光する第２の集光光学系、及び、前記第２の集光光学系の光軸上に設置され、前記第２の集光光学系からの光を集光する第１の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、
前記画像表示手段及び前記アフォーカル光学系の各々に対応し、その対応する前記アフォーカル光学系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レンズ群と、
を備え、
前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいことを特徴とする立体像表示装置。
【請求項６】
前記アフォーカル光学レンズ群と前記要素画像レンズ群との間に設置され、前記アフォーカル光学系の光軸を通って当該アフォーカル光学系を透過した光を一点に収束する方向調整レンズ系を備えることを特徴とする請求項５に記載の立体像表示装置。
【請求項７】
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、
１つあるいは複数の前記要素画像からなる画像を表示する複数の画像表示手段と、
前記画像表示手段の各々に対応し、その対応する前記画像表示手段からの光を集光する第２の集光光学系、及び、前記第２の集光光学系の光軸上に設置され、前記第２の集光光学系からの光を集光する第１の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、
前記アフォーカル光学系の光軸を通って当該アフォーカル光学系を透過した光を一点に収束する第２の方向調整レンズ系と、
前記第２の方向調整レンズ系によって光が収束された点に主点を有し、アフォーカル光学レンズ群によって結像された要素画像群を別の位置に結像させる結像光学系と、
前記第２の方向調整レンズ系によって収束されて前記結像光学系の主点を通過した光を平行光に変換する、あるいは、ある点に収束する第１の方向調整レンズ系と、
前記結像光学系によって結像された前記要素画像の各々に対応し、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レンズ群と、
を備え、
前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいことを特徴とする立体像表示装置。
【請求項８】
前記アフォーカル光学系と前記画像表示手段との間に、アフォーカル機能を有し、前記画像表示手段から入射した前記要素画像を、当該要素画像の中心について点対称に変換する複数の画像変換光学系を備えることを特徴とする請求項７に記載の立体像表示装置。
【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、いわゆるインテグラルフォトグラフィ（ＩＰ；Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）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１９を参照して、ＩＰ方式の原理を説明する。図１９は、従来のＩＰ方式を説明するための説明図、（ａ）は、従来のＩＰ方式によって要素画像群を撮影する装置の構成を模式的に示す模式図、（ｂ）は、従来のＩＰ方式によって立体像を表示する装置の構成を模式的に示す模式図である。
【０００４】
図１９（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写真フィルム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。この写真フィルム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。
【０００５】
次に、図１９（ｂ）に示すように、表示装置１１０は、撮像装置１００［図１９（ａ）］のレンズ群１０１と同じレンズ群１１１（凸レンズｌ’、ｌ’、…）と、レンズ群１１１の後ろに写真フィルム１０２と同じ位置に設置された表示部１１２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１１２に表示すると、レンズ群１１１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。
【０００６】
続いて、図２０を参照（適宜図１９参照）して、ＩＰ方式によって解像度の高い動画の立体映像の要素画像群を撮像する方法について説明する。図２０は、高解像度で要素画像群を撮像するための従来のＩＰ方式の撮像装置を模式的に示した模式図、（ａ）は、従来のＩＰ方式の撮像装置を模式的に示した模式図、（ｂ）は、（ａ）に示した撮像装置の断面を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素撮像素子ｄ及び凸レンズｌを縦に４個、横に５個配列した例を示したが、実際には、千から２千個以上の要素撮像素子ｄ及び凸レンズｌが配列される。そして、この撮像方法では、複数の要素撮像素子を用いて撮像するため、１つの撮像素子のみですべての要素画像を撮像する方法に比べて高い解像度で要素画像群を撮像することができる。
【０００７】
図２０（ａ）に示すように、撮像装置１００Ａは、図１９（ａ）の撮像装置１００の写真フィルム１０２に代えて１つのウェハ１０３Ａ上に要素撮像素子ｄが多数配列された撮像素子群１０４Ａ［図２０（ｂ）参照］と、各々の要素撮像素子ｄの前面に設置された複数の凸レンズｌからなるレンズ群１０５Ａ［図２０（ｂ）参照］とを備える。この要素撮像素子ｄの周囲には、当該要素撮像素子ｄを駆動させるための駆動信号を供給する駆動信号線や、要素撮像素子ｄからの信号を出力するための出力信号線を配置する必要があり、各要素撮像素子ｄを隙間なく密着させて配列させることはできない。そのため、隣接する凸レンズｌの間にも隙間があり、図２０（ｂ）に示すように、隣り合う凸レンズｌからの光が要素撮像素子ｄに入射しないように、光学遮蔽板１０６Ａが配置されている。そして、要素撮像素子ｄが十分に高精細な画素数で構成されていれば、解像度の高い動画での立体映像を表示するための要素画像群を撮影することが可能になる。そして、この撮像装置１００Ａによって得られた要素画像群を、撮像装置１００Ａのレンズ群１０５Ａと同一のレンズ群（図示せず）の背面の表示部（図示せず）に表示して、レンズ群の前方からレンズ群を介して表示部を見ると、観察者は立体再生像を観察することができる。
【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】
【０００８】
しかしながら、複数の要素撮像素子が配列された撮像素子群によって要素画像群を撮像すると、要素撮像素子の隙間の部分に入射する画像の情報が得られない。そのため、ここで撮像された要素画像群をＩＰ方式の表示装置に表示しても、隙間の部分からは立体像を得ることができない。
【０００９】
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、撮像素子あるいは表示素子が隙間のある状態で配列されていても、レンズ群の各々のレンズによって生成された要素画像を欠けることなく撮像でき、また、取得した要素画像の情報すべてを利用して立体像を再生できる要素画像群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】
【００１０】
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レンズ群と、前記要素画像光学系の各々に対応し、その対応する前記要素画像光学系からの光を集光する第１の集光光学系、及び、前記第１の集光光学系の光軸上に設置され、前記第１の集光光学系からの光を集光する第２の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、前記要素画像光学系及び前記アフォーカル光学系の各々に対応し、その対応する前記要素画像光学系及び前記アフォーカル光学系によって結像された前記要素画像を撮像する複数の画像撮像手段とを備え、前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいこととした。
【００１１】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、要素画像レンズ群の各々の要素画像光学系によって要素画像を生成し、アフォーカル光学レンズ群の各々のアフォーカル光学系によって要素画像を点対称に反転する。このとき、アフォーカル光学系を構成する第１の集光光学系の焦点距離は第２の集光光学系の焦点距離より大きいため、アフォーカル光学系によって生成される要素画像は横倍率が縮小される。そして、画像撮像手段によって、各々の要素画像を撮像する。これによって、第１の集光光学系と第２の集光光学系との焦点距離に応じて横倍率が縮小された要素画像を生成し、撮像することができる。
【００１２】
更に、請求項２に記載の要素画像群撮像装置は、請求項１に記載の要素画像群撮像装置において、前記アフォーカル光学レンズ群と前記要素画像レンズ群との間に設置され、前記要素画像光学系の被写体側のある点から出射して前記要素画像光学系の主点を通る光を平行光に変換する方向調整レンズ系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、方向調整レンズ系によって、当該方向調整レンズ系の物側焦点から出射して、要素画像レンズ群の各々の要素画像光学系の主点を通った光を平行光に変換する。これによって、要素画像群撮像装置は、すべての画像撮像手段によって、実空間上の同一の点を中心とする被写体の要素画像を撮像することができる。
【００１４】
また、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レンズ群と、前記要素画像光学系の光軸を通って当該要素画像光学系を透過した光、あるいは、前記要素画像光学系の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一点に収束する第１の方向調整レンズ系と、前記第１の方向調整レンズ系によって光が収束された点に主点を有し、前記要素画像レンズ群によって結像された要素画像群を別の位置に結像させる結像光学系と、前記第１の方向調整レンズ系によって収束されて前記結像光学系の主点を通過した光を平行光に変換する第２の方向調整レンズ系と、１つあるいは複数の前記要素画像光学系に対応し、その対応する前記要素画像光学系を通過して前記第２の方向調整レンズ系から入射した光を集光する第１の集光光学系、及び、前記第１の集光光学系の光軸上に設置され、前記第１の集光光学系からの光を集光する第２の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、前記アフォーカル光学系の各々に対応し、その対応する前記アフォーカル光学系によって結像された像を撮像する複数の画像撮像手段とを備え、前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいこととした。
【００１５】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、要素画像レンズ群の各々の要素画像光学系によって要素画像を生成し、結像光学系によって、要素画像レンズ群によって生成された要素画像群を別の位置に結像する。そして、この結像光学系によって結像された要素画像群からの光はアフォーカル光学レンズ群に入射し、要素画像群撮像装置は、アフォーカル光学レンズ群の各々のアフォーカル光学系によって、横倍率の縮小された１つあるいは複数の要素画像からなる画像を生成する。更に、要素画像群撮像装置は、画像撮像手段によって、各々の画像を撮像する。これによって、要素画像群撮像装置は、第１の集光光学系と第２の集光光学系との焦点距離に応じて横倍率が縮小された要素画像を生成し、撮像することができる。
【００１６】
更に、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、前記アフォーカル光学系と前記画像撮像手段との間に、アフォーカル機能を有し、前記アフォーカル光学系から入射した前記要素画像を、当該要素画像の中心について点対称に変換する複数の画像変換光学系を備えることとした。
【００１７】
かかる構成によれば、要素画像群撮像装置は、画像変換光学系によってアフォーカル光学系から入射する要素画像を当該要素画像の中心について点対称に変換する。これによって、要素画像光学系によって生成された、１つあるいは複数の要素画像を、各々の要素画像の中心について点対称に変換して撮像することができる。
【００１８】
また、請求項５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、前記要素画像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段の各々に対応し、その対応する前記画像表示手段からの光を集光する第２の集光光学系、及び、前記第２の集光光学系の光軸上に設置され、前記第２の集光光学系からの光を集光する第１の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、前記画像表示手段及び前記アフォーカル光学系の各々に対応し、その対応する前記アフォーカル光学系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レンズ群とを備え、前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいこととした。
【００１９】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、アフォーカル光学系によって、画像表示手段に表示された要素画像の横倍率を拡大し、要素画像レンズ群によって、拡大された要素画像群によって示される被写体の立体像を再生する。これによって、立体像表示装置は、第１の集光光学系と第２の集光光学系との焦点距離に応じて各々の要素画像の横倍率を拡大し、立体像を再生することができる。
【００２０】
更に、請求項６に記載の立体像表示装置は、請求項５に記載の立体像表示装置において、前記アフォーカル光学レンズ群と前記要素画像レンズ群との間に設置され、前記アフォーカル光学系の光軸を通って当該アフォーカル光学系を透過した光を一点に収束する方向調整レンズ系を備えることとした。
【００２１】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、方向調整レンズ系によってアフォーカル光学レンズ群から出射した平行光を集光し、当該方向調整レンズ系の焦点の位置に収束させる。そして、実空間上のこの焦点の位置を中心にして被写体を撮像した要素画像群を、立体像表示装置の画像表示手段に表示して立体像を再生することで、広い視域で立体像を表示することができる。
【００２２】
また、請求項７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、１つあるいは複数の前記要素画像からなる画像を表示する複数の画像表示手段と、前記画像表示手段の各々に対応し、その対応する前記画像表示手段からの光を集光する第２の集光光学系、及び、前記第２の集光光学系の光軸上に設置され、前記第２の集光光学系からの光を集光する第１の集光光学系から構成されるアフォーカル光学系を、当該アフォーカル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アフォーカル光学レンズ群と、前記アフォーカル光学系の光軸を通って当該アフォーカル光学系を透過した光を一点に収束する第２の方向調整レンズ系と、前記第２の方向調整レンズ系によって光が収束された点に主点を有し、アフォーカル光学レンズ群によって結像された要素画像群を別の位置に結像させる結像光学系と、前記第２の方向調整レンズ系によって収束されて前記結像光学系の主点を通過した光を平行光に変換する、あるいは、ある点に収束する第１の方向調整レンズ系と、前記結像光学系によって結像された前記要素画像の各々に対応し、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レンズ群とを備え、前記第１の集光光学系の焦点距離が前記第２の集光光学系の焦点距離より大きいこととした。
【００２３】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、アフォーカル光学レンズ群の各々のアフォーカル光学系によって、横倍率が拡大された１つあるいは複数の要素画像を結像し、結像光学系によって、アフォーカル光学レンズ群によって結像された要素画像群を別の位置に結像する。そして、この結像光学系によって結像された要素画像群からの光は要素画像レンズ群に入射し、立体像表示装置は、要素画像レンズ群の各々の要素画像光学系によって、拡大された要素画像群によって示される被写体の立体像を再生する。これによって、第１の集光光学系と第２の集光光学系との焦点距離に応じて各々の要素画像の横倍率を拡大し、立体像を再生することができる。
【００２４】
更に、請求項８に記載の立体像表示装置は、請求項７に記載の立体像表示装置において、前記アフォーカル光学系と前記画像表示手段との間に、アフォーカル機能を有し、前記画像表示手段から入射した前記要素画像を、当該要素画像の中心について点対称に変換する複数の画像変換光学系を備えることとした。
【００２５】
かかる構成によれば、立体像表示装置は、画像変換光学系によって、画像表示手段から入射される要素画像を当該要素画像の中心について点対称に変換する。これによって、点対称に変換された要素画像によって示される立体像を再生することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る要素画像群撮像装置及び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に記載の発明によれば、複数の画像撮像手段の間に隙間があっても、画像撮像手段によって撮像される要素画像は横倍率が縮小されているため、要素画像を欠けることなく撮像することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、方向調整レンズ系の焦点の位置を中心とした要素画像を撮像することで、各々の要素画像として結像される、実空間上における被写体の範囲を広くすることができる。そのため、ＩＰ方式の表示装置に表示して立体像を再生する際に観察者が正しく立体像を観察できる目の位置の範囲である視域の広い要素画像群を撮像することができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、複数の画像撮像手段の間に隙間があっても、画像撮像手段によって撮像される要素画像は横倍率が縮小されているため、要素画像を欠けることなく撮像することができるとともに、１つあるいは複数の要素画像光学系を１つの画像撮像手段に対応させて、それぞれの画像撮像手段によって１つあるいは複数の要素画像を撮像することができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、ＩＰ方式の表示装置に表示して立体像を再生する際に被写体と同じ奥行き方向の凹凸を有する立体像を再生できる要素画像群を撮像することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明によれば、画像表示手段の間に隙間があっても、画像表示手段によって表示される要素画像は横倍率が拡大されて隙間なく出射する。第１の集光光学系と第２の集光光学系との焦点距離に応じて横倍率が縮小された要素画像を生成し、撮像することができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、方向調整レンズ系の焦点の位置に、要素画像光学系の主点と通るすべての要素画像の中心からの光を交差させることで、視域を広くして立体像を再生することができる。
【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、複数の画像表示手段の間に隙間があっても、各々のアフォーカル光学系によって第２の方向調整レンズ系上に結像される要素画像は横倍率が縮小されているため、要素画像からの光は隙間なく出射するとともに、１つの画像表示手段に、１つあるいは複数の要素画像光学系を対応させて、それぞれの画像表示手段に１つあるいは複数の要素画像を表示して立体像を再生することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明によれば、被写体と同じ奥行き方向の凹凸を有する立体像を再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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模式的に示した模式図である。なお、ここでは、アフォーカル光学レンズ群１３に平行光となって入射する光の光路を模式的に図示した。
【００３５】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１は、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。撮像装置１は、要素画像レンズ群１１と、遮光手段１２と、アフォーカル光学レンズ群１３と、撮像素子群１４とを備える。
【００３６】
要素画像レンズ群１１は、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群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凸レンズＬ１、Ｌ１、…から構成される。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１は、アレイ状に配列された複数の凸レンズＬ１から構成されることとしたが、例えば、アレイ状に配列された複数の屈折率分布レンズ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を光軸に直交する方向にアレイ状に配列して構成されることとしてもよい。
【００３７】
凸レンズ（要素画像光学系）Ｌ１は、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像を結像し、要素画像を生成するものである。この凸レンズＬ１から出射した光は、凸レンズＬ２に入射する。この凸レンズＬ１は、後記する凸レンズＬ２から光軸方向に、凸レンズＬ１の焦点距離ｆＬ１及び凸レンズＬ２の焦点距離ｆＬ２の和だけ離れた位置に設置される。
【００３８】
遮光手段１２は、後記するアフォーカル光学レンズ群１３のアフォーカル光学系１３１の光軸上に開口Ｈを有し、アフォーカル光学系１３１の凸レンズＬ２から出射した光のうち、当該開口Ｈを通る光以外を遮光するものである。この遮光手段１２は、アフォーカル光学系１３１の凸レンズＬ２及び凸レンズＬ３の間において、凸レンズＬ２から当該凸レンズＬ２の焦点距離ｆＬ２だけ離れた位置に設置される。
【００３９】
アフォーカル光学レンズ群１３は、要素画像レンズ群１１からの光が入射し、要素画像レンズ群１１によって生成される要素画像群の各々の要素画像の横倍率を縮小させるものである。このアフォーカル光学レンズ群１３は、要素画像レンズ群１１の凸レンズＬ１、Ｌ１、…の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アフォーカル光学系１３１から構成される。
【００４０】
アフォーカル光学系１３１は、要素画像レンズ群１１の各々の凸レンズＬ１に対応し、その対応する凸レンズＬ１によって生成される要素画像の横倍率を縮小するものである。ここでは、アフォーカル光学系１３１は、凸レンズＬ２と、凸レンズＬ３とから構成されることとした。なお、ここでは、対応する凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の光軸が一致し、かつ、口径が同一であることとした。
【００４１】
凸レンズ（第１の集光光学系）Ｌ２は、対応する凸レンズＬ１からの光が入射し、この光を集光するものである。凸レンズ（第２の集光光学系）Ｌ３は、対応する凸レンズＬ２から出射して遮光手段１２の開口Ｈを通過した光が入射し、この光を集光するものである。ここで、凸レンズＬ２及び凸レンズＬ３の光軸方向の距離は、当該凸レンズＬ２の焦点距離ｆＬ２及び凸レンズＬ３及び焦点距離ｆＬ３の和に等しい。そのため、凸レンズＬ２に入射した平行光は、光軸上の凸レンズＬ２から焦点距離ｆＬ２だけ離れた位置で収束した後に凸レンズＬ３に入射し、再び平行光となって出射する。
【００４２】
また、ここでは、凸レンズＬ２と凸レンズＬ３との間には遮光手段１２が設置され、遮光手段１２には凸レンズＬ２、Ｌ３の光軸上に開口Ｈが設けられている。そして、凸レンズＬ３は、遮光手段１２から光軸方向に、この凸レンズＬ２の焦点距離ｆＬ２だけ離れた位置に設置される。これによって、凸レンズＬ２に入射した平行光のみが開口Ｈを通過し、凸レンズＬ３によって平行光に変換される。ここで凸レンズＬ３から出射した平行光は、撮像素子Ｄ１に入射する。このように、開口Ｈ、Ｈ、…を有する遮光手段１２を設置することで、遮光手段１２は、凸レンズＬ２から当該凸レンズＬ２に対応する凸レンズＬ３以外の凸レンズＬ３に向かって出射した光を遮光することができる。なお、この遮光手段１２は設置されないこととしてもよい。
【００４３】
更に、凸レンズＬ２の焦点距離ｆＬ２は、凸レンズＬ３の焦点距離ｆＬ３より大きい。そのため、凸レンズＬに入射した平行光は、この平行光の口径より小さい径の平行光に変換されて、凸レンズＬ３から出射される。これによって、アフォーカル光学系１３１は、凸レンズＬ１によって生成される要素画像の横倍率を縮小することができる。
【００４４】
撮像素子群１４は、要素画像レンズ群１１によって生成され、アフォーカル光学レンズ群１３によって要素画像ごとに横倍率の縮小された要素画像群を撮像するものである。この撮像素子群１４は、要素画像レンズ群１１及びアフォーカル光学レンズ群１３の光軸に直交する同一平面上において凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の光軸上に配列された複数の撮像素子Ｄ１から構成される。ここで、撮像素子群１４の撮像素子Ｄ１（撮像素子Ｄ１の受光部）は、駆動信号線や出力信号線等を設置するために、所定の間隔だけ離隔して配列されている。
【００４５】
撮像素子（画像撮像手段）Ｄ１は、凸レンズＬ１及びアフォーカル光学系１３１に対応し、凸レンズＬ１及びアフォーカル光学系１３１によって結像された要素画像を撮像するものである。ここで、撮像素子Ｄ１の幅は凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の口径より小さくなるが、アフォーカル光学系１３１によって要素画像は凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の口径より小さく縮小されるため、要素画像は撮像素子Ｄ１によって、入射した要素画像全体が欠けることなく撮像される。
【００４６】
なお、図１では、撮像装置１が、凸レンズＬ１、凸レンズＬ２及びアフォーカル光学系１３１をそれぞれ３つずつ備える場合について示したが、凸レンズＬ１、凸レンズＬ２及びアフォーカル光学系１３１の数は同数であればよく、それぞれ４つ以上備えることとしてもよい。また、凸レンズＬ１、凸レンズＬ２及びアフォーカル光学系１３１の各々を、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。
【００４７】
［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。
【００４８】
まず、被写体Ｓからの光が要素画像レンズ群１１の複数の凸レンズＬ１、Ｌ１、…に入射する。続いて、要素画像レンズ群１１から出射した光は、アフォーカル光学レンズ群１３の凸レンズＬ２、Ｌ２、…に入射して、遮光手段１２に出射する。ここで、凸レンズＬ１、Ｌ１、…を通り、凸レンズＬ２、Ｌ２、…に入射した平行光は、凸レンズＬ２、Ｌ２、…によって開口Ｈに集光されて、開口Ｈを通過して凸レンズＬ３、Ｌ３、…に入射する。また、凸レンズＬ２、Ｌ２、…に入射したそれ以外の光は遮光手段１２によって遮光される。
【００４９】
更に、凸レンズＬ３、Ｌ３、…に入射した光は、凸レンズＬ３、Ｌ３、…によってそれぞれ凸レンズＬ２の口径より小さい径の平行光に変換され、撮像素子群１４に入射する。そして、撮像装置１は、撮像素子群１４のそれぞれの撮像素子Ｄ１によって、凸レンズＬ３、Ｌ３、…から出射した光を撮像する。これによって、横倍率が縮小された要素画像が、各々の撮像素子Ｄ１によって撮像される。
【００５０】
［撮像装置の構成（第二の実施の形態）］
次に、図２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２は、本発明の第二の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、アフォーカル光学レンズ群１３に平行光となって入射する光の光路を模式的に図示した。図２に示すように、撮像装置１Ａは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００５１】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ａは、撮像装置１（図１参照）にフィールドレンズ群１５Ａを付加して構成した。撮像装置１Ａ内のフィールドレンズ群１５Ａ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。
【００５２】
フィールドレンズ群１５Ａは、要素画像レンズ群１１の各々の凸レンズＬ１の中心（主点）を通り、当該凸レンズＬ１から入射する光を平行光に変換するものである。このフィールドレンズ群１５Ａ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Ｌ４Ａ、Ｌ４Ａ、…から構成される。
【００５３】
フィールドレンズＬ４Ａは、要素画像レンズ群１１の各々の凸レンズＬ１に対応し、その対応する凸レンズＬ１の主点を通って当該凸レンズＬ１から入射する光を平行光に変換するものである。なお、ここでは、フィールドレンズＬ４Ａと、対応する凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３との光軸が一致し、かつ、口径が同一であることとした。このように要素画像レンズ群１１とアフォーカル光学レンズ群１３の間にフィールドレンズ群１５Ａを設けることで、要素画像レンズ群１１からの光をアフォーカル光学レンズ群１３に効率よく伝送することができる。
【００５４】
［撮像装置の構成（第三の実施の形態）］
次に、図３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３は、本発明の第三の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、アフォーカル光学レンズ群１３に平行光となって入射する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１Ｂは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００５５】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｂは、撮像装置１（図１参照）の要素画像レンズ群１１に代えて要素画像レンズ群１１Ｂを備え、更に、フィールドレンズ群１５Ｂ及び撮影方向調整レンズ１６Ｂを付加して構成した。撮像装置１Ｂ内の要素画像レンズ群１１Ｂ、フィールドレンズ群１５Ｂ及び撮影方向調整レンズ１６Ｂ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。
【００５６】
要素画像レンズ群１１Ｂは、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群１１Ｂ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凸レンズＬ１Ｂ、Ｌ１Ｂ、…から構成される。
【００５７】
凸レンズ（要素画像光学系）Ｌ１Ｂは、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像を結像し、要素画像を生成するものである。この凸レンズＬ１Ｂから出射した光は、フィールドレンズＬ４Ｂに入射する。
【００５８】
フィールドレンズ群１５Ｂは、要素画像レンズ群１１Ｂを通過した光を、後記する撮影方向調整レンズ１６Ｂに伝送するものである。このフィールドレンズ群１５Ｂ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Ｌ４Ｂ、Ｌ４Ｂ、…から構成される。
【００５９】
フィールドレンズＬ４Ｂは、要素画像レンズ群１１Ｂの各々の凸レンズＬ１Ｂに対応し、その対応する凸レンズＬ１Ｂから入射する光を、後記する撮影方向調整レンズ１６Ｂに伝送するものである。なお、ここでは、後記する撮影方向調整レンズ１６Ｂの物側焦点（点Ｏ）からそれぞれの凸レンズＬ１Ｂの中心を通る直線上に、対応するフィールドレンズＬ４Ｂの中心がくるように設置され、凸レンズＬ１ＢとフィールドレンズＬ４Ｂの口径は、点Ｏからの光軸方向の距離に比例する。そして、要素画像レンズ群１１Ｂの各々の凸レンズＬ１Ｂの主点を通り、対応するフィールドレンズＬ４Ｂから出射した光は、撮影方向調整レンズ１６Ｂを通過後に平行光となる。このように要素画像レンズ群１１Ｂと撮影方向調整レンズ１６Ｂの間にフィールドレンズ群１５Ｂを設けることで、要素画像レンズ群１１Ｂからの光を撮影方向調整レンズ１６Ｂに効率よく伝送することができる。
【００６０】
撮影方向調整レンズ（方向調整レンズ系）１６Ｂは、要素画像レンズ群１１Ｂによって生成される要素画像を撮影する方向を調整するものである。ここでは、撮影方向調整レンズ１６Ｂは、当該撮影方向調整レンズ１６Ｂの物側焦点（点Ｏ）と、各々の凸レンズＬ１Ｂ及びフィールドレンズＬ４Ｂの主点とを通る光を平行にし、要素画像レンズ群１１Ｂによって生成される要素画像を撮影する方向を、各々の凸レンズＬ１の中心から撮影方向調整レンズ１６Ｂの物側焦点（点Ｏ）への方向にすることができる。このようにすることで、撮像装置１Ｂによって撮像された要素画像をＩＰ方式の表示装置に表示して立体像を再生する際に、観察者が正しく立体像を観察できる目の位置の範囲である視域を広くすることができる。
【００６１】
［撮像装置の構成（第四の実施の形態）］
次に、図４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４は、本発明の第四の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｃの凸レンズＬ１Ｃの光軸を通って当該要素画像レンズ群１１Ｃの凸レンズＬ１Ｃに入射する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１Ｃは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００６２】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｃは、撮像装置１（図１参照）の要素画像レンズ群１１に代えて要素画像レンズ群１１Ｃを備え、更に、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃと、結像レンズ１８Ｃと、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃとを付加して構成した。撮像装置１Ｃ内の要素画像レンズ群１１Ｃ、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃ、結像レンズ１８Ｃ及び第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ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。
【００６３】
要素画像レンズ群１１Ｃは、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群１１Ｃ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凸レンズＬ１Ｃ、Ｌ１Ｃ、…から構成される。
【００６４】
凸レンズ（要素画像光学系）Ｌ１Ｃは、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像を結像し、要素画像を生成するものである。この凸レンズＬ１Ｃから出射した光は、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに入射する。なお、ここでは、各々の凸レンズＬ１Ｃは、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃ上に要素画像を形成することとした。
【００６５】
第１撮影方向調整レンズ（第１の方向調整レンズ系）１７Ｃは、要素画像レンズ群１１Ｃによって生成される要素画像を撮影する方向を調整するものである。ここでは、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃから、当該第１撮影方向調整レンズ１７Ｃの焦点距離ｆ１７Ｃだけ離れた位置に後記する結像レンズ１８Ｃを設置し、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃが、当該第１撮影方向調整レンズ１７Ｃの光軸に平行な光を結像レンズ１８Ｃの主点に集光することとした。これによって、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃは、要素画像レンズ群１１Ｃの各々の凸レンズＬ１Ｃによって要素画像を撮影する方向を光軸方向に設定することができる。
【００６６】
結像レンズ（結像光学系）１８Ｃは、要素画像レンズ群１１Ｃの各々の凸レンズＬ１Ｃによって第１撮影方向調整レンズ１７Ｃ上に形成される要素画像を第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ上に結像するものである。そして、結像レンズ１８Ｃに対して、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃが設置される位置と、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃが設置される位置とが共役の関係になるように、当該結像レンズ１８Ｃの焦点距離を設定する。
【００６７】
第２撮影方向調整レンズ（第２の方向調整レンズ系）１９Ｃは、結像レンズ１８Ｃから光軸方向に当該第２撮影方向調整レンズ１９Ｃの焦点距離ｆ１９Ｃだけ離れた位置に設置され、凸レンズＬ１Ｃの主点と結像レンズ１８Ｃの主点とを通る光を平行光にする。
【００６８】
このように第１撮影方向調整レンズ１７Ｃ、結像レンズ１８Ｃ及び第２撮影方向調整レンズ１９Ｃを設置することで、要素画像レンズ群１１Ｃによって第１撮影方向調整レンズ１７Ｃ上に形成された要素画像群が、結像レンズ１８Ｃによって第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ上に形成され、更に、各々のアフォーカル光学系１３１によって横倍率が縮小されて、対応する撮像素子Ｄ１上に形成される。
【００６９】
そして、このとき、１つのアフォーカル光学系１３１と撮像素子Ｄ１とに、１つの凸レンズＬ１Ｃ及び要素画像が対応することとしてもよいし、複数の凸レンズＬ１Ｃ、Ｌ１Ｃ、…及び複数の要素画像が対応することとしてもよい。これによって、例えば、要素画像レンズ群１１Ｃが数百万個の凸レンズＬ１Ｃを備えていても、１つの撮像素子Ｄ１に複数の凸レンズＬ１Ｃを対応させることで、撮像装置１Ｃは、任意の数の撮像素子Ｄ１から構成される撮像素子群１４によって数百万個の要素画像を撮像することができる。
【００７０】
また、図４では、撮像装置１Ｃが、アフォーカル光学系１３１を３つ備える場合について示したが、アフォーカル光学系１３１を４つ以上備えることとしてもよい。また、凸レンズＬ１、凸レンズＬ２及びアフォーカル光学系１３１の各々を、例えば、水平方向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。
【００７１】
［撮像装置の構成（第五の実施の形態）］
次に、図５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５は、本発明の第五の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｃの凸レンズＬ１Ｃの主点を通って、点Ｏから当該要素画像レンズ群１１Ｃの凸レンズＬ１Ｃに入射する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１Ｄは、被写体Ｓ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）１Ｄは、撮像装置１Ｃ（図４参照）の第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに代えて第１撮影方向調整レンズ１７Ｄを備える。撮像装置１Ｄ内の第１撮影方向調整レンズ１７Ｄ以外の構成は、図４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撮影方向調整レンズ（第１の方向調整レンズ系）１７Ｄは、要素画像レンズ群１１Ｃによって生成される要素画像を撮影する方向を調整するものである。ここでは、第１撮影方向調整レンズ１７Ｄに対して、要素画像レンズ群１１Ｃから見て被写体Ｓ側の点Ｏと、結像レンズ１８Ｃの主点とが共役の関係になるように、第１撮影方向調整レンズ１７Ｄと結像レンズ１８Ｃとを当該第１撮影方向調整レンズ１７Ｄの焦点距離より大きい距離だけ離して設置することとした。これによって、第１撮影方向調整レンズ１７Ｄは、要素画像レンズ群１１Ｃによって生成される要素画像を撮影する方向を、各々の凸レンズＬ１Ｃの中心から点Ｏへの方向にすることができる。このようにすることで、撮像装置１Ｄによって撮像された要素画像をＩＰ方式の表示装置に表示して立体像を再生する際の視域を広くすることができる。
【００７４】
［撮像装置の構成（第六の実施の形態）］
次に、図６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６は、本発明の第六の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｅの凹レンズＬ１Ｅの光軸を通って当該要素画像レンズ群１１Ｅの凹レンズＬ１Ｅに入射する光の光路を模式的に図示した。更に、像側焦点面Ｇ上に結像する虚像のある点からの光の光路を模式的に太線で図示した。図６に示すように、撮像装置１Ｅは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００７５】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｅは、撮像装置１Ｃ（図４参照）の要素画像レンズ群１１Ｃに代えて要素画像レンズ群１１Ｅを、結像レンズ１８Ｃに代えて結像レンズ１８Ｅを備える。撮像装置１Ｅ内の要素画像レンズ群１１Ｅ及び結像レンズ１８Ｅ以外の構成は、図４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。
【００７６】
要素画像レンズ群１１Ｅは、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群１１Ｅ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凹レンズＬ１Ｅ、Ｌ１Ｅ、…から構成される。
【００７７】
凹レンズ（要素画像光学系）Ｌ１Ｅは、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像（虚像）を結像し、要素画像を生成するものである。この凹レンズＬ１Ｅから出射した光は、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに入射する。ここで、凹レンズＬ１Ｅは、負の焦点距離を有し、像側焦点面Ｇ上に要素画像の虚像を結像する。
【００７８】
結像レンズ（結像光学系）１８Ｅは、要素画像レンズ群１１Ｅの各々の凹レンズＬ１Ｅによって形成される要素画像を別の位置に結像するものである。そして、結像レンズ１８Ｅに対して、像側焦点面Ｇと、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃが設置される位置とが共役の関係になるように、当該結像レンズ１８Ｅの焦点距離を設定する。
【００７９】
このように結像レンズ１８Ｅを設置することで、要素画像レンズ群１１Ｅによって像側焦点面Ｇ上に形成された要素画像群の虚像が、結像レンズ１８Ｅによって第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ上に形成され、更に、各々のアフォーカル光学系１３１によって横倍率が縮小されて、対応する撮像素子Ｄ１上に形成される。
【００８０】
［撮像装置の構成（第七の実施の形態）］
次に、図７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７は、本発明の第七の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｅの凹レンズＬ１Ｅの主点を通って、点Ｏから当該要素画像レンズ群１１Ｅの凹レンズＬ１Ｅに入射する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１Ｆは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００８１】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｆは、撮像装置１Ｅ（図６参照）の第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに代えて第１撮影方向調整レンズ１７Ｆを備える。撮像装置１Ｆ内の第１撮影方向調整レンズ１７Ｆ以外の構成は、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。
【００８２】
第１撮影方向調整レンズ（第１の方向調整レンズ系）１７Ｆは、要素画像レンズ群１１Ｅによって生成される要素画像を撮影する方向を調整するものである。ここでは、第１撮影方向調整レンズ１７Ｆに対して、要素画像レンズ群１１Ｅから見て被写体Ｓ側の点Ｏと、結像レンズ１８Ｅの主点とが共役の関係になるように、第１撮影方向調整レンズ１７Ｆと結像レンズ１８Ｅとを当該第１撮影方向調整レンズ１７Ｆの焦点距離より大きい距離だけ離して設置することとした。これによって、第１撮影方向調整レンズ１７Ｆは、要素画像レンズ群１１Ｅによって生成される要素画像を撮影する方向を、各々の凹レンズＬ１Ｅの中心から点Ｏへの方向にすることができる。このようにすることで、撮像装置１Ｆによって撮像された要素画像をＩＰ方式の表示装置に表示して立体像を再生する際の視域を広くすることができる。
【００８３】
［撮像装置の構成（第八の実施の形態）］
次に、図８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８は、本発明の第八の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｇの凸レンズＬ１Ｇの光軸を通って当該要素画像レンズ群１１Ｇの凸レンズＬ１Ｇに入射する光の光路を模式的に図示した。図８に示すように、撮像装置１Ｇは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００８４】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｇは、撮像装置１Ｃ（図４参照）の要素画像レンズ群１１Ｃに代えて要素画像レンズ群１１Ｇを、結像レンズ１８Ｃに代えて結像レンズ１８Ｇを備え、更に、フィールドレンズ群１５Ｇを付加して構成した。撮像装置１Ｇ内の要素画像レンズ群１１Ｇ、フィールドレンズ群１５Ｇ及び結像レンズ１８Ｇ以外の構成は、図４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。
【００８５】
要素画像レンズ群１１Ｇは、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群１１Ｇ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凸レンズＬ１Ｇ、Ｌ１Ｇ、…から構成される。
【００８６】
凸レンズ（要素画像光学系）Ｌ１Ｇは、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像を結像し、要素画像を生成するものである。この凸レンズＬ１Ｇから出射した光は、対応するフィールドレンズＬ４Ｇに入射する。なお、ここでは、各々の凸レンズＬ１Ｇは、対応するフィールドレンズＬ４Ｇ上に要素画像を形成することとした。
【００８７】
フィールドレンズ群１５Ｇは、要素画像レンズ群１１Ｇから入射する光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに伝送するものである。このフィールドレンズ群１５Ｇ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Ｌ４Ｇ、Ｌ４Ｇ、…から構成される。
【００８８】
フィールドレンズＬ４Ｇは、要素画像レンズ群１１Ｇの各々の凸レンズＬ１Ｇに対応し、その対応する凸レンズＬ１Ｇから入射する光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに伝送するものである。このように要素画像レンズ群１１Ｇと第１撮影方向調整レンズ１７Ｃの間にフィールドレンズ群１５Ｇを設けることで、要素画像レンズ群１１Ｇからの光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに効率よく伝送することができる。
【００８９】
結像レンズ（結像光学系）１８Ｇは、要素画像レンズ群１１Ｇの各々の凸レンズＬ１Ｇによって形成される要素画像を別の位置に結像するものである。そして、結像レンズ１８Ｇに対して、フィールドレンズ群１５Ｇが設置される位置と、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃが設置される位置とが共役の関係になるように、当該結像レンズ１８Ｃの焦点距離を設定する。
【００９０】
このように結像レンズ１８Ｇを設計することで、要素画像レンズ群１１Ｇの各々の凸レンズＬ１Ｇによって対応するフィールドレンズＬ４Ｇ上に形成された要素画像が、結像レンズ１８Ｇによって第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ上に形成され、更に、各々のアフォーカル光学系１３１によって横倍率が縮小されて、対応する撮像素子Ｄ１上に形成される。
【００９１】
［撮像装置の構成（第九の実施の形態）］
次に、図９を参照して、本発明の第九の実施の形態である撮像装置１Ｈの構成について説明する。図９は、本発明の第九の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｈの凸レンズＬ１Ｈの主点を通って、点Ｏから当該要素画像レンズ群１１Ｈの凸レンズＬ１Ｈに入射する光の光路を模式的に図示した。更に、要素画像レンズ群１１Ｈの両端の凸レンズＬ１Ｈの主点に入射し、フィールドレンズ群１５ＨのフィールドレンズＬ４Ｈの外縁部を通過する光の光路を模式的に図示した。図９に示すように、撮像装置１Ｈは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００９２】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｈは、撮像装置１Ｇ（図８参照）の要素画像レンズ群１１Ｇに代えて要素画像レンズ群１１Ｈを、フィールドレンズ群１５Ｇに代えてフィールドレンズ群１５Ｈを、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに代えて第１撮影方向調整レンズ１７Ｈを備える。撮像装置１Ｈ内の要素画像レンズ群１１Ｈ、フィールドレンズ群１５Ｈ及び第１撮影方向調整レンズ１７Ｈ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。
【００９３】
要素画像レンズ群１１Ｈは、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群１１Ｈ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凸レンズＬ１Ｈ、Ｌ１Ｈ、…から構成される。
【００９４】
凸レンズ（要素画像光学系）Ｌ１Ｈは、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像を結像し、要素画像を生成するものである。この凸レンズＬ１Ｈから出射した光は、フィールドレンズＬ４Ｈに入射する。
【００９５】
フィールドレンズ群１５Ｈは、要素画像レンズ群１１Ｈから入射する光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｈに伝送するものである。このフィールドレンズ群１５Ｈ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Ｌ４Ｈ、Ｌ４Ｈ、…から構成される。
【００９６】
フィールドレンズＬ４Ｈは、要素画像レンズ群１１Ｈの各々の凸レンズＬ１Ｈに対応し、その対応する凸レンズＬ１Ｈから入射する光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｈに伝送するものである。なお、ここでは、被写体Ｓ側の点Ｏからそれぞれの凸レンズＬ１Ｈの中心を通る直線上に、対応するフィールドレンズＬ４Ｈの中心がくるように設置され、凸レンズＬ１ＨとフィールドレンズＬ４Ｈの口径は、点Ｏからの光軸方向の距離に比例する。そして、凸レンズＬ１Ｈの主点を通り、フィールドレンズＬ４Ｈの外縁部を通って当該フィールドレンズＬ４Ｈから出射した光の光路が、点Ｏからこの外縁部を通る直線（図９において点線で示す）の延長線と一致するように、凸レンズＬ１Ｈ及びフィールドレンズＬ４Ｈを配置する。そして、要素画像レンズ群１１Ｈの各々の凸レンズＬ１Ｈの主点を通り、フィールドレンズＬ４Ｈから出射した光は、結像レンズ１８Ｇの主点に収束した後、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃを通って平行光となる。このように要素画像レンズ群１１Ｈと第１撮影方向調整レンズ１７Ｈの間にフィールドレンズ群１５Ｈを設けることで、要素画像レンズ群１１Ｈからの光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｈに効率よく伝送することができる。
【００９７】
第１撮影方向調整レンズ（第１の方向調整レンズ系）１７Ｈは、要素画像レンズ群１１Ｈによって生成される要素画像を撮影する方向を調整するものである。ここでは、第１撮影方向調整レンズ１７Ｈに対して、要素画像レンズ群１１Ｈから見て被写体Ｓ側の点Ｏと、結像レンズ１８Ｇの主点とが共役の関係になるように、第１撮影方向調整レンズ１７Ｈと結像レンズ１８Ｇとを当該第１撮影方向調整レンズ１７Ｈの焦点距離より大きい距離だけ離して設置することとした。これによって、第１撮影方向調整レンズ１７Ｈは、要素画像レンズ群１１Ｈによって生成される要素画像を撮影する方向を、各々の凸レンズＬ１Ｈの中心から点Ｏへの方向にすることができる。このようにすることで、撮像装置１Ｈによって撮像された要素画像をＩＰ方式の表示装置に表示して立体像を再生する際の視域を広くすることができる。
【００９８】
［撮像装置の構成（第十の実施の形態）］
次に、図１０を参照して、本発明の第十の実施の形態である撮像装置１Ｉの構成について説明する。図１０は、本発明の第十の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｉの凹レンズＬ１Ｉの光軸を通って当該要素画像レンズ群１１Ｉの凹レンズＬ１Ｉに入射する光の光路を模式的に図示した。図１０に示すように、撮像装置１Ｉは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【００９９】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｉは、撮像装置１Ｇ（図８参照）の要素画像レンズ群１１Ｇに代えて要素画像レンズ群１１Ｉを、結像レンズ１８Ｇに代えて結像レンズ１８Ｉを備える。撮像装置１Ｉ内の要素画像レンズ群１１Ｉ及び結像レンズ１８Ｉ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。
【０１００】
要素画像レンズ群１１Ｉは、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群１１Ｉ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凹レンズＬ１Ｉ、Ｌ１Ｉ、…から構成される。
【０１０１】
凹レンズ（要素画像光学系）Ｌ１Ｉは、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像（虚像）を結像し、要素画像を生成するものである。この凹レンズＬ１Ｉから出射した光は、対応するフィールドレンズＬ４Ｇに入射する。ここで、凹レンズＬ１Ｉは、負の焦点距離を有し、像側焦点面Ｇ上に要素画像の虚像を結像する。
【０１０２】
結像レンズ（結像光学系）１８Ｉは、要素画像レンズ群１１Ｉの各々の凹レンズＬ１Ｉによって形成される要素画像を別の位置に結像するものである。そして、結像レンズ１８Ｉに対して、像側焦点面Ｇと、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃが設置される位置とが共役の関係になるように、当該結像レンズ１８Ｉの焦点距離を設定する。
【０１０３】
このように結像レンズ１８Ｉを設置することで、要素画像レンズ群１１Ｉによって像側焦点面Ｇ上に形成された要素画像群の虚像が、結像レンズ１８Ｉによって第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ上に形成され、更に、各々のアフォーカル光学系１３１によって横倍率が縮小されて、対応する撮像素子Ｄ１上に形成される。
【０１０４】
［撮像装置の構成（第十一の実施の形態）］
次に、図１１を参照して、本発明の第十一の実施の形態である撮像装置１Ｊの構成について説明する。図１１は、本発明の第十一の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、要素画像レンズ群１１Ｊの凹レンズＬ１Ｊの主点を通って、点Ｏから当該要素画像レンズ群１１Ｊの凹レンズＬ１Ｊに入射する光の光路を模式的に図示した。更に、像側焦点面Ｇ上に結像する虚像のある点からの光の光路を模式的に太線で模式的に図示し、また、要素画像レンズ群１１Ｊの右端の凹レンズＬ１Ｊの主点に入射してフィールドレンズ群１５ＪのフィールドレンズＬ４Ｊの外縁部を通過す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１Ｊは、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。
【０１０５】
撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｊは、撮像装置１Ｉ（図１０参照）の要素画像レンズ群１１Ｉに代えて要素画像レンズ群１１Ｊを、フィールドレンズ群１５Ｇに代えてフィールドレンズ群１５Ｊを、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃに代えて第１撮影方向調整レンズ１７Ｊを備える。撮像装置１Ｊ内の要素画像レンズ群１１Ｊ、フィールドレンズ群１５Ｊ及び第１撮影方向調整レンズ１７Ｊ以外の構成は、図１０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。
【０１０６】
要素画像レンズ群１１Ｊは、被写体Ｓの要素画像群を生成するものである。この要素画像レンズ群１１Ｊ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凹レンズＬ１Ｊ、Ｌ１Ｊ、…から構成される。
【０１０７】
凹レンズ（要素画像光学系）Ｌ１Ｊは、被写体Ｓからの光が入射して被写体Ｓの像（虚像）を結像し、要素画像を生成するものである。この凹レンズＬ１Ｊから出射した光は、対応するフィールドレンズＬ４Ｊに入射する。ここで、凹レンズＬ１Ｊは、負の焦点距離を有し、像側焦点面Ｇ上に要素画像の虚像を結像する。
【０１０８】
フィールドレンズ群１５Ｊは、要素画像レンズ群１１Ｊから入射する光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｊに伝送するものである。このフィールドレンズ群１５Ｊ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Ｌ４Ｊ、Ｌ４Ｊ、…から構成される。
【０１０９】
フィールドレンズＬ４Ｊは、要素画像レンズ群１１Ｊの各々の凹レンズＬ１Ｊに対応し、その対応する凹レンズＬ１Ｊから入射する光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｊに伝送するものである。なお、ここでは、被写体Ｓ側の点Ｏからそれぞれの凹レンズＬ１Ｊの中心を通る直線上に、対応するフィールドレンズＬ４Ｊの中心がくるように設置され、凹レンズＬ１ＪとフィールドレンズＬ４Ｊの口径は、点Ｏからの光軸方向の距離に比例する。そして、凹レンズＬ１Ｊの主点を通り、フィールドレンズＬ４Ｊの外縁部を通って当該フィールドレンズＬ４Ｊから出射した光の光路が、点Ｏからこの外縁部を通る直線（図１１において点線で示す）の延長線と一致するように、凹レンズＬ１Ｊ及びフィールドレンズＬ４Ｊを配置する。そして、要素画像レンズ群１１Ｊの各々の凹レンズＬ１Ｊの主点を通り、フィールドレンズＬ４Ｊから出射した光は、結像レンズ１８Ｉの主点に収束した後、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃを通って平行光となる。このように要素画像レンズ群１１Ｊと第１撮影方向調整レンズ１７Ｊの間にフィールドレンズ群１５Ｊを設けることで、要素画像レンズ群１１Ｊからの光を第１撮影方向調整レンズ１７Ｊに効率よく伝送することができる。
【０１１０】
第１撮影方向調整レンズ（第１の方向調整レンズ系）１７Ｊは、要素画像レンズ群１１Ｊによって生成される要素画像を撮影する方向を調整するものである。ここでは、第１撮影方向調整レンズ１７Ｊに対して、要素画像レンズ群１１Ｊから見て被写体Ｓ側の点Ｏと、結像レンズ１８Ｉの主点とが共役の関係になるように、第１撮影方向調整レンズ１７Ｊと結像レンズ１８Ｉとを当該第１撮影方向調整レンズ１７Ｊの焦点距離より大きい距離だけ離して設置することとした。これによって、第１撮影方向調整レンズ１７Ｊは、要素画像レンズ群１１Ｊによって生成される要素画像を撮影する方向を、各々の凹レンズＬ１Ｊの中心から点Ｏへの方向にすることができる。このようにすることで、撮像装置１Ｊによって撮像された要素画像をＩＰ方式の表示装置に表示して立体像を再生する際の視域を広くすることができる。
【０１１１】
［第四、五、八、九の実施の形態の変形例］
なお、撮像装置１Ｃ、１Ｄ、１Ｇ、１Ｈは、アフォーカル光学レンズ群１３のそれぞれの凸レンズＬ３と、撮像素子Ｄ１との間に、要素画像を点対称に反転する画像変換光学系を備えることとしてもよい。ここで、図１２及び図１３を参照して、画像変換光学系２０を備える撮像装置１Ｈ’について説明する。図１２は、画像変換光学系を備える撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。図１３は、画像変換光学系の例を模式的に示した模式図、（ａ）は、屈折率分布レンズから構成される画像変換光学系を模式的に示した模式図、（ｂ）は、厚肉凸レンズから構成される画像変換光学系を模式的に示した模式図、（ｃ）は、フィールドレンズと凸レンズから構成される画像変換光学系を模式的に示した模式図、（ｄ）は、フィールドレンズと凸レンズから構成される他の画像変換光学系を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、撮像装置１Ｈの構成に画像変換光学系２０を付加した場合を例に挙げて説明するが、撮像装置１Ｃ、１Ｄ、１Ｇの構成に画像変換光学系２０を付加することとしてもよい。
【０１１２】
図１２に示すように、撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｈ’は、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。撮像装置１Ｈ’は、撮像装置１Ｈ（図９参照）に、画像変換光学系２０を付加して構成した。撮像装置１Ｈ’内の画像変換光学系２０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。
【０１１３】
画像変換光学系２０は、凸レンズＬ３から入力される要素画像を点対称に反転するものである。この画像変換光学系２０は、各々の撮像素子Ｄ１に対応して二次元状に配列されている。ここで反転された要素画像は、撮像素子Ｄ１に出力される。
【０１１４】
ここで、撮像装置１Ｃ、１Ｄ、１Ｇ、１Ｈによって撮像された要素画像群を従来のＩＰ方式の表示装置に表示すると、撮像された被写体Ｓと比較して奥行きが反転された立体像（図示せず）が再生される。しかし、画像変換光学系２０によって、各々の要素画像を点対称に反転させることで、撮像された要素画像群を従来のＩＰ方式の表示装置に表示すると、被写体Ｓと同じ奥行きの立体像を再生することができる。
【０１１５】
この画像変換光学系２０は、アフォーカル機能を有する光学系から構成することができる。ここで、図１３を参照して、画像変換光学系２０の例について説明する。画像変換光学系２０は、例えば、図１３（ａ）に示すように、半径方向に屈折率が減少する屈折率分布レンズ２１、２１、…から構成されることとしてもよい。なお、図１３（ａ）では、横方向に５つの屈折率分布レンズ２１、２１、…が配列されている場合を示したが、画像変換光学系２０は、撮像素子Ｄ１によって撮像される要素画像の数と同数の屈折率分布レンズ２１から構成される。例えば、撮像素子Ｄ１によって１つの要素画像を撮像する場合には１つの屈折率分布レンズ２１から構成され、複数の要素画像を撮像する場合には、それぞれの要素画像が入射される位置に配置された複数の屈折率分布レンズ２１、２１、…から構成される。そして、この屈折率分布レンズ２１は、アフォーカル機能を有し、入射された要素画像を、当該屈折率分布レンズ２１の光軸を中心に点対称に反転させて撮像素子Ｄ１に出射する。
【０１１６】
また、画像変換光学系２０は、図１３（ｂ）に示すように、厚肉凸レンズ２２、２２、…から構成されることとしてもよい。この画像変換光学系２０は、撮像素子Ｄ１によって撮像される要素画像の数と同数の厚肉凸レンズ２２から構成される。そして、この厚肉凸レンズ２２は、アフォーカル機能を有し、入射された要素画像を、当該厚肉凸レンズ２２の光軸を中心に点対称に反転させて撮像素子Ｄ１に出射する。
【０１１７】
更に、画像変換光学系２０は、図１３（ｃ）に示すように、光軸方向に配列されたフィールドレンズ２３ａと、アフォーカル光学系を構成する２つの凸レンズ２３ｂ、２３ｃとからなる要素画像変換光学系２３、２３、…から構成されることとしてもよい。この画像変換光学系２０は、撮像素子Ｄ１によって撮像される要素画像の数と同数の要素画像変換光学系２３から構成される。そして、この要素画像変換光学系２３は、アフォーカル機能を有し、入射された要素画像を、当該要素画像変換光学系２３の光軸を中心に点対称に反転させて撮像素子Ｄ１に出射する。なお、フィールドレンズ２３ａによって、凸レンズ２３ｂに効率よく光を入射させることができる。
【０１１８】
また、画像変換光学系２０は、図１３（ｄ）に示すように、光軸方向に配列されたフィールドレンズ２４ａと、凸レンズ２４ｂとからなる要素画像変換光学系２４、２４、…から構成されることとしてもよい。この画像変換光学系２０は、撮像素子Ｄ１によって撮像される要素画像の数と同数の要素画像変換光学系２４から構成される。ここで、アフォーカル光学系１３１（図１２参照）によって要素画像が結像される位置にフィールドレンズ２４ａを設置し、このフィールドレンズ２４ａから凸レンズ２４ｂの焦点距離ｆ２４ｂの２倍隔てた位置に凸レンズ２４ｂを配置することで、当該凸レンズ２４ｂから更に焦点距離ｆ２４ｂの２倍隔てた位置に、アフォーカル光学系１３１よって結像された要素画像に対して横倍率が−１の要素画像が生成される。そのため、この位置に撮像素子Ｄ１を設置することで、画像変換光学系２０は、入射された要素画像を各々の要素画像変換光学系２４の光軸を中心に点対称に反転させた要素画像を撮像素子Ｄ１上に結像することができる。
【０１１９】
［第四、五、八、九の実施の形態の他の変形例］
更に、撮像装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｇ、１Ｈは、撮像素子Ｄ１によって撮像された要素画像を点対称に反転する演算処理部を備えることとしてもよい。ここで、図１４を参照して、演算処理部２５を備える撮像装置１Ｈ”について説明する。図１４は、演算処理部を備える撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。なお、ここでは、撮像装置１Ｈの構成に演算処理部２５を付加する場合を例に挙げて説明するが、撮像装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｇの構成に演算処理部２５を付加することとしてもよい。
【０１２０】
図１４に示すように、撮像装置（要素画像群撮像装置）１Ｈ”は、被写体Ｓの要素画像群を撮像するものである。撮像装置１Ｈ”は、撮像装置１Ｈ（図９参照）に、演算処理部２５を付加して構成した。撮像装置１Ｈ”内の演算処理部２５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。
【０１２１】
演算処理部２５は、撮像素子Ｄ１によって撮像された要素画像の各々を、電気的計算処理によって点対称に反転するものである。ここで、撮像装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｇ、１Ｈによって撮像された要素画像群を従来のＩＰ方式の表示装置に表示すると、撮像された被写体Ｓと比較して奥行きが反転された立体像が再生されるが、演算処理部２５によって、各々の要素画像を点対称に反転させることで、撮像された要素画像群を従来のＩＰ方式の表示装置に表示すると、被写体Ｓと同じ奥行きの立体像を再生することができる。
【０１２２】
［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模式的に示した模式図である。なお、ここでは、表示素子Ｄ５の表面から垂直に出射する光の光路を模式的に図示した。
【０１２３】
表示装置（立体像表示装置）５は、撮像装置１、１Ａ（図１及び図２参照）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）の撮像素子群１４に代えて表示素子群５４を備えることとした。表示装置５内の表示素子群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。
【０１２４】
表示素子群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。この表示素子群５４は、要素画像レンズ群１１及びアフォーカル光学レンズ群１３の光軸に直交する同一平面上において凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の光軸上に配列された複数の表示素子Ｄ５から構成される。ここで、表示素子群５４の表示素子Ｄ５は、駆動信号線や出力信号線等を設置するために、所定の間隔だけ離隔して配列されている。そして、ここで表示される要素画像群は、撮像装置１、１Ａ（図１及び図２参照）によって撮像されたもの、あるいは、計算機によって生成されたものであり、各々の表示素子Ｄ５に対応する要素画像から構成される。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。また、被写体の空間的な位置情報が既知であれば、従来のＩＰ方式の撮像装置（図示せず）や、撮像装置１Ｂ〜１Ｊ、１Ｈ’、１Ｈ”（図３〜図１２及び図１４参照）における光路を被写体から逆にさかのぼることでも、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。
【０１２５】
表示素子（画像表示手段）Ｄ５は、凸レンズＬ１及びアフォーカル光学系１３１に対応し、外部から入力された要素画像を表示するものである。ここで表示された要素画像からの光は、凸レンズＬ３に入射する。そして、この光は、撮像装置１、１Ａによって被写体Ｓ（図１及び図２参照）からの光が要素画像レンズ群１１及びアフォーカル光学レンズ群１３を通過して撮像素子群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。
【０１２６】
なお、表示素子Ｄ５の幅は凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の口径より小さく、表示素子Ｄ５同士が所定の間隔を隔てて配置されているが、アフォーカル光学系１３１によって各々の表示素子Ｄ５に表示された要素画像が凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の口径の大きさに拡大されて出射するため、要素画像の情報すべてを利用して立体像を再生することができる。
【０１２７】
ここで、表示素子群５４に要素画像群を表示する際に、撮像装置１、１Ａによって撮像された要素画像群をそのまま表示すると、撮像対象となる被写体（図示せず）と比較して奥行きが反転した立体像が再生される。そのため、各々の要素画像を、当該要素画像の中心について点対称に反転した情報を表示素子群５４に入力することとしてもよい。そして、この反転の処理は、ソフトウェア及びハードウェアのいずれの手法で実現することとしてもよい。
【０１２８】
同様に、撮像装置１Ａ（図２参照）の撮像素子群１４に代えて表示素子群５４を備える表示装置（図示せず）に、撮像装置１、１Ａ（図１及び図２参照）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、当該要素画像群によって示される立体像（図示せず）を再生することができる。
【０１２９】
［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５Ｂ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模式的に示した模式図である。なお、ここでは、表示素子Ｄ５の表面から垂直に出射する光の光路を模式的に図示した。
【０１３０】
表示装置（立体像表示装置）５Ｂは、撮像装置１Ｂ（図３参照）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５Ｂは、撮像装置１Ｂの撮像素子群１４に代えて表示素子群５４を備えることとした。表示装置５Ｂ内の表示素子群５４は図１５に示した表示装置５の表示素子群５４と同一であり、また、表示装置５Ｂ内の表示素子群５４以外の構成は図３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。
【０１３１】
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１Ｂ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とともに、従来のＩＰ方式の撮像装置（図示せず）や、撮像装置１、１Ａ、１Ｃ〜１Ｊ、１Ｈ’、１Ｈ”（図１、図２、図４〜図１２及び図１４参照）における光路を被写体から逆にさかのぼることでも、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。
【０１３２】
この表示装置５Ｂの表示素子Ｄ５に表示された要素画像の光は、撮像装置１Ｂによって被写体Ｓ（図３参照）からの光が要素画像レンズ群１１、フィールドレンズ群１５Ｂ、撮影方向調整レンズ１６Ｂ及びアフォーカル光学レンズ群１３を通過して撮像素子群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５Ｂは、被写体の立体像（図示せず）を再生することができる。
【０１３３】
ここで、ＩＰ方式の表示装置によって立体像を再生する際には、観察者（図示せず）が移動すると、観察位置に伴って立体像が変化する。このとき、観察者が正しく立体像を観察できる移動範囲を視域という。そして、ある位置から観察者が観察する場合、すべての要素画像の中心からの光がこの位置において交差するときに視域が最大となる。そのため、点Ｏから観察者が観察する場合に、この表示装置５Ｂのように、撮影方向調整レンズ１６Ｂによってこの点Ｏにすべての要素画像の中心からの光を交差させることで、図１５に示す表示装置５に比べて視域を広くすることができる。
【０１３４】
［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５Ｃ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模式的に示した模式図である。なお、ここでは、表示素子Ｄ５の表面から垂直に出射する、要素画像の中心からの光の光路を模式的に図示した。
【０１３５】
表示装置（立体像表示装置）５Ｃは、撮像装置１Ｃ、１Ｅ、１Ｇ、１Ｉ（図４、図６、図８及び図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５Ｃは、撮像装置１Ｃ（図４参照）の撮像素子群１４に代えて表示素子群５４を備えることとした。表示装置５Ｃ内の表示素子群５４は図１５に示した表示装置５の表示素子群５４と同一であり、また、表示装置５Ｃ内の表示素子群５４以外の構成は図４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。
【０１３６】
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１Ｃ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とともに、従来のＩＰ方式の撮像装置（図示せず）や、撮像装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｈ’、１Ｈ”（図１〜図３、図５、図７、図９、図１１、図１２及び図１４参照）における光路を被写体から逆にさかのぼることでも、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。
【０１３７】
この表示装置５Ｃの表示素子Ｄ５に表示された要素画像の光は、撮像装置１Ｃによって被写体Ｓ（図４参照）からの光が要素画像レンズ群１１Ｃ、第１撮影方向調整レンズ１７Ｃ、結像レンズ１８Ｃ、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ及びアフォーカル光学レンズ群１３を通過して撮像素子群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５Ｃは、被写体の立体像（図示せず）を再生することができる。
【０１３８】
そして、表示素子Ｄ５の幅は凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の口径より小さく、表示素子Ｄ５同士が所定の間隔を隔てて配置されているが、アフォーカル光学系１３１によって各々の表示素子Ｄ５に表示された要素画像が凸レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の口径の大きさに拡大されて出射するため、要素画像の情報すべてを利用して立体像を再生することができる。
【０１３９】
［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５Ｄ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模式的に示した模式図である。なお、ここでは、表示素子Ｄ５の表面から垂直に出射する、要素画像の中心からの光の光路を模式的に図示した。
【０１４０】
表示装置（立体像表示装置）５Ｄは、撮像装置１Ｄ、１Ｆ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｈ’、１Ｈ”（図１〜図３、図５、図７、図９、図１１、図１２及び図１４参照）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５Ｄは、撮像装置１Ｄの撮像素子群１４に代えて表示素子群５４を備えることとした。表示装置５Ｄ内の表示素子群５４は図１５に示した表示装置５の表示素子群５４と同一であり、また、表示装置５Ｄ内の表示素子群５４以外の構成は図５に示したものと同一であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４１】
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１Ｄ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とともに、従来のＩＰ方式の撮像装置（図示せず）や、撮像装置１、１Ａ〜１Ｃ、１Ｅ、ＩＧ、１Ｉ（図１〜図４、図６、図８、図１０参照）における光路を被写体から逆にさかのぼることでも、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。
【０１４２】
この表示装置５Ｄの表示素子Ｄ５に表示された要素画像の光は、撮像装置１Ｄによって被写体Ｓ（図５参照）からの光が要素画像レンズ群１１Ｃ、第１撮影方向調整レンズ１７Ｄ、結像レンズ１８Ｃ、第２撮影方向調整レンズ１９Ｃ及びアフォーカル光学レンズ群１３を通過して撮像素子群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５Ｄは、被写体の立体像（図示せず）を再生することができる。
【０１４３】
そして点Ｏから観察者が観察する場合に、この表示装置５Ｄのように、第１撮影方向調整レンズ１７Ｄによってこの点Ｏにすべての要素画像の中心からの光を交差させることで、図１７に示す表示装置５Ｃに比べて視域を広くすることができる。
【０１４４】
同様に、撮像装置１Ｅ〜１Ｊ、１Ｈ’（図６〜図１２参照）の撮像素子群１４に代えて表示素子群５４を備える表示装置（図示せず）に、各々に対応する撮像装置１Ｃ〜１Ｊ、１Ｈ’、１Ｈ”（図４〜図１４参照）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、当該要素画像群によって示される立体像（図示せず）を再生することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【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模式的に示した模式図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図４】本発明の第四の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図５】本発明の第五の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図６】本発明の第六の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図７】本発明の第七の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図８】本発明の第八の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図９】本発明の第九の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図１０】本発明の第十の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
【図１１】本発明の第十一の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に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が、更に画像変換光学系を備える場合の構成を模式的に示した模式図である。
【図１３】画像変換光学系の例を模式的に示した模式図、（ａ）は、屈折率分布レンズから構成される画像変換光学系を模式的に示した模式図、（ｂ）は、厚肉凸レンズから構成される画像変換光学系を模式的に示した模式図、（ｃ）は、フィールドレンズと凸レンズから構成される画像変換光学系を模式的に示した模式図、（ｄ）は、フィールドレンズと凸レンズから構成される他の画像変換光学系を模式的に示した模式図である。
【図１４】本発明の第九の実施の形態である撮像装置が、更に演算処理部を備える場合の構成を模式的に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模式的に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模式的に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模式的に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模式的に示した模式図である。
【図１９】従来のＩＰ方式を説明するための説明図、（ａ）は、従来のＩＰ方式によって要素画像群を撮影する装置の構成を模式的に示す模式図、（ｂ）は、従来のＩＰ方式によって立体像を表示する装置の構成を模式的に示す模式図である。
【図２０】高解像度で要素画像群を撮像するための従来のＩＰ方式の撮像装置を模式的に示した模式図、（ａ）は、従来のＩＰ方式の撮像装置を模式的に示した模式図、（ｂ）は、（ａ）に示した撮像装置の断面を模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ、１Ｈ’、１Ｈ”  撮像装置（要素画像群撮像装置）
１１、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｅ、１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｉ、１１Ｊ  要素画像レンズ群
Ｌ１、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｃ、Ｌ１Ｅ、Ｌ１Ｇ、Ｌ１Ｈ、Ｌ１Ｉ、Ｌ１Ｊ  凸レンズ（要素画像光学系）
１３    アフォーカル光学レンズ群
１３１  アフォーカル光学系
Ｌ２    凸レンズ（第１の集光光学系）
Ｌ３    凸レンズ（第２の集光光学系）
Ｄ１    撮像素子（画像撮像手段）
１６Ｂ  撮影方向調整レンズ（方向調整レンズ系）
１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｆ、１７Ｈ、１７Ｊ  第１撮影方向調整レンズ（第１の方向調整レンズ系）
１８Ｃ、１８Ｅ、１８Ｇ、１８Ｉ  結像レンズ（結像光学系）
１９Ｃ  第２撮影方向調整レンズ（第２の方向調整レンズ系）
２０    画像変換光学系
５、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ  表示装置（立体像表示装置）
Ｄ５    表示素子（画像表示手段）
【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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