(57)【要約】【課題】球状レンズを用いてＩＰ方式の要素画像群の撮像及び表示を可能とする。【解決手段】インテグラル光学系は、中心を同じくする第１球面と第２球面とが当該中心を含む第１平面を挟んで互いに反対側に凸となる球状レンズを、当該第１平面上に複数配列したレンズアレイと、各前記球状レンズの前記第２球面側の焦点と、第２平面に前記レンズアレイを前記第１平面の垂線方向に平行投影させて得られる当該第２平面の前記焦点に相当する領域との間で光を伝送する伝送部とを備える。【選択図】図１
2016031519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心を同じくする第１球面と第２球面とが当該中心を含む第１平面を挟んで互いに反対側に凸となる球状レンズを、当該第１平面上に複数配列したレンズアレイと、
各前記球状レンズの前記第２球面側の焦点と、第２平面に前記レンズアレイを前記第１平面の垂線方向に平行投影させて得られる当該第２平面の前記焦点に相当する領域との間で光を伝送する伝送部と
を備えるインテグラル光学系。
【請求項２】
前記伝送部は、前記レンズアレイと前記第２平面との間に、少なくとも前記レンズアレイ側にテレセントリックなテレセントリック光学系を有する
請求項１に記載のインテグラル光学系。
【請求項３】
前記伝送部は、前記球状レンズの焦点と当該焦点に相当する領域との間で光を伝送する複数の光ファイバを有する
請求項１に記載のインテグラル光学系。
【請求項４】
前記球状レンズの第２球面側の焦点の位置に、当該焦点に集光した光を拡散させる拡散部をさらに備える
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のインテグラル光学系。
【請求項５】
前記球状レンズは、前記第１球面から入射する光の焦点が前記第２球面上に存在する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載のインテグラル光学系。
【請求項６】
前記球状レンズは、前記第１平面において前記中心から所定の距離以上離れた位置を通過する光を遮断するアパーチャを有する
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のインテグラル光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インテグラルフォトグラフィを実現するためのインテグラル光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
任意の視点から自由に見られる立体映像方式として、インテグラルフォトグラフィ（ＩＰ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）方式が知られている。ＩＰ方式の撮影時には、複数の要素レンズを面内に配列したレンズアレイを介して、被写体を撮影する。これにより撮像素子上には各要素レンズによって結像された被写体の像が形成され、被写体の要素画像群が撮影される。ＩＰ方式の表示時には、被写体の要素画像群が表示された表示素子をレンズアレイを通して見ることで、被写体の立体像が観測される。
【０００３】
特許文献１には、球状レンズを用いて多視点立体画像を取得する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術は、具体的には、１つの球状レンズの周りに複数の撮像装置を配置することで、複数の視点の映像を取得する技術である。これは、球状レンズの表面付近に存在する焦点において画像を撮像するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７０９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＰ方式の要素画像群の撮像及び表示には、広い視野角を得ることができる球状レンズを要素レンズとして用いることが望まれている。他方、球状レンズのレンズアレイを用いる場合、特許文献１に記載のように各球状レンズの焦点に撮像装置を配置することは、撮像装置どうしが干渉するため困難である。
本発明の目的は、球状レンズを用いてＩＰ方式の要素画像群の撮像及び表示を可能とするインテグラル光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様は、中心を同じくする第１球面と第２球面とが当該中心を含む第１平面を挟んで互いに反対側に凸となる球状レンズを、当該第１平面上に複数配列したレンズアレイと、各前記球状レンズの前記第２球面側の焦点と、第２平面に前記レンズアレイを前記第１平面の垂線方向に平行投影させて得られる当該第２平面の前記焦点に相当する領域との間で光を伝送する伝送部とを備えるインテグラル光学系である。
【０００７】
また、第２の態様は、第１の態様において、前記伝送部は、前記レンズアレイと前記第２平面との間に、少なくとも前記レンズアレイ側にテレセントリックなテレセントリック光学系を有するインテグラル光学系である。
【０００８】
また、第３の態様は、第１の態様において、前記伝送部は、前記球状レンズの焦点と当該焦点に相当する領域との間で光を伝送する複数の光ファイバを有するインテグラル光学系である。
【０００９】
また、第４の態様は、第１から第３の何れかの態様において、前記球状レンズの第２球面側の焦点の位置に、当該焦点に集光した光を拡散させる拡散部をさらに備えるインテグラル光学系である。
【００１０】
また、第５の態様は、第１から第４の何れかの態様において、前記球状レンズは、前記第１球面から入射する光の焦点が前記第２球面上に存在するインテグラル光学系である。
【００１１】
また、第６の態様は、第１から第５の何れかの態様において、前記球状レンズは、前記第１平面において前記中心から所定の距離以上離れた位置を通過する光を遮断するアパーチャを有するインテグラル光学系である。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様のうち少なくとも１つの態様のインテグラル光学系は、レンズアレイの各球状レンズの焦点に集光した光を、第２平面上に平行投影させることができる。また、上記態様のうち少なくとも１つの態様のインテグラル光学系は、第２平面に映る像を、レンズアレイの各球状レンズの焦点に投影させることができる。これにより、上記態様のインテグラル光学系は、球状レンズを用いてＩＰ方式の要素画像群の撮像及び表示を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略図である。
【図２】拡散層の特性を示す図である。
【図３】レンズアレイの焦点と拡散板に照射される光との関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る撮像装置の変形例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略図である。
【図６】第２の実施形態に係る撮像装置の変形例を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係る撮像装置の構成を示す概略図である。
【図８】第４の実施形態に係る表示装置の構成を示す概略図である。
【図９】第５の実施形態に係るインテグラル光学系の球状レンズの断面図である。
【図１０】第５の実施形態に係るインテグラル光学系の球状レンズの変形例を示す図である。
【図１１】第６の実施形態に係るインテグラル光学系のレンズアレイの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
《第１の実施形態》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置１の構成を示す概略図である。
本実施形態に係る撮像装置１は、被写体Ｏを撮像することでＩＰ方式の要素画像群を取得するものである。撮像装置１は、被写体Ｏ側から順に、レンズアレイ１１０、テレセントリック光学系１２０、拡散板１３０、及び撮像部２００を備える。なお、レンズアレイ１１０、テレセントリック光学系１２０及び拡散板１３０を含む光学系は、インテグラル光学系１００の一例である。
【００１５】
レンズアレイ１１０は、複数の球状レンズ１１１を同一平面（第１平面Ｌ１）上に並べた光学系である。球状レンズ１１１の並べ方としては、例えば、ハニカム配列や正方格子型配列などが挙げられる。つまり、全ての球状レンズ１１１の中心は、第１平面Ｌ１上に存在する。球状レンズ１１１は、全球状のレンズである。球状レンズ１１１の焦点は、球面の近傍に存在する。本実施形態において、球状レンズ１１１の球面のうち、第１平面Ｌ１より被写体Ｏに面する側の球面を第１球面１１２という。また、球状レンズ１１１の球面のうち、第１平面Ｌ１よりテレセントリック光学系１２０に面する側の球面を第２球面１１３という。つまり、第１球面１１２及び第２球面１１３は中心を同じくする球面であって、第１平面Ｌ１を挟んで互いに反対側に凸となっている。なお、レンズアレイ１１０において、球状レンズ１１１どうしの間には、図示しない遮光部が設けられ、これによって球状レンズ１１１に入射されない光が遮られる。
【００１６】
各球状レンズ１１１の第２球面１１３には、光を拡散透過させる拡散層１１４が設けられる。拡散層１１４は拡散部の一例である。拡散層１１４は、球状レンズ１１１の第２球面１１３を物理的に、または化学的に処理を施すことで形成されても良いし、球状レンズ１１１の第２球面１１３上に拡散フィルムを貼付することで形成されても良い。拡散層１１４の拡散角は、撮像装置１において得るべき要素画像群によって実現される立体画像の視野角以上の角度である。
【００１７】
図２は、拡散層１１４の特性を示す図である。
被写体Ｏから到来する光は、各球状レンズ１１１の第１球面１１２に入射する。入射した光は、球状レンズ１１１の第２球面１１３近傍の焦点に集光される。テレセントリック光学系１２０は、第１平面Ｌ１に直交する光のみを通過させるため、各焦点に集光された光を、第１平面Ｌ１に直交する方向に屈折させる必要がある。ここで、拡散層１１４の拡散角が角度θである場合、図２に示すように、被写体Ｏから到来する光のうち、第１平面Ｌ１に直交する直線となす角が角度θ以下の光を、第１平面Ｌ１に直交する光に変換してテレセントリック光学系１２０に入射することができる。つまり、拡散角が角度θの拡散層１１４を用いる場合、角度θ以下の視野角の立体画像を得ることができる。したがって、得るべき立体画像の視野角以上の角度の拡散角を有する拡散層１１４を用いることで、撮像装置１は、適切に要素画像群を取得することができる。
【００１８】
テレセントリック光学系１２０は、光軸と主光線とが平行となる光学系である。テレセントリック光学系１２０は、伝送部の一例である。本実施形態に係るテレセントリック光学系１２０は、第１レンズ１２１と、第２レンズ１２２と、絞り１２３とを備える。
第１レンズ１２１はレンズアレイ１１０側に設けられ、第２レンズ１２２は拡散板１３０側に設けられる。また、第１レンズ１２１及び第２レンズ１２２は、第１レンズ１２１の第２レンズ１２２側の焦点の位置と第２レンズ１２２の第１レンズ１２１側の焦点の位置が一致するように配置される。絞り１２３は、第１レンズ１２１の第２レンズ１２２側の焦点の位置、すなわち第２レンズ１２２の第１レンズ１２１側の焦点の位置に配置される。これにより、第１レンズ１２１から出射された光のうち、焦点を通過しないものが絞り１２３によって遮られる。つまり、第１レンズ１２１に入射される光のうち第１平面Ｌ１に直交する光のみが第２レンズ１２２に入射される。第２レンズ１２２から出射された光は、拡散板１３０に照射される。
なお、第１レンズ１２１としては、口径がレンズアレイ１１０の面積より大きいものを用いる。これは、レンズアレイ１１０から出射される第１平面Ｌ１に直交する光を全て第１レンズ１２１に入射させるためである。
【００１９】
図３は、レンズアレイ１１０の焦点と拡散板１３０に照射される光との関係を示す図である。
拡散板１３０は、テレセントリック光学系１２０の第２レンズ１２２から出射された光を拡散透過させる。つまり拡散板１３０は、透過スクリーンとして作用する。図３に示すように、レンズアレイ１１０の球状レンズ１１１の焦点Ａに集光された光は、テレセントリック光学系１２０を介して、拡散板１３０にレンズアレイ１１０を第１平面Ｌ１の垂線方向に平行投影させて得られる球状レンズ１１１の焦点Ａに相当する領域Ａ´に照射される。
なお、図３では、球状レンズ１１１の大きさと、拡散板１３０における当該球状レンズ１１１に相当する領域の大きさとが一致するように表されているが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、拡散板１３０における球状レンズ１１１に相当する領域の大きさは実際の球状レンズ１１１の大きさより小さいものであっても良いし、実際の球状レンズ１１１の大きさより大きいものであっても良い。
【００２０】
撮像部２００は、図示しない撮像レンズとＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの撮像素子を備える。撮像レンズは、拡散板１３０によって拡散透過された光を集光する。撮像素子は、撮像レンズによって集光された光を光電変換して画像を得る。
【００２１】
上記構成によれば、被写体Ｏから到来する光は、レンズアレイ１１０を構成する各球体レンズの第１球面１１２から入射する。球体レンズの第１球面１１２に入射した光は、球体レンズの第２球面１１３近傍の焦点に集光される。各球体レンズの焦点に集光された光は、第２球面１１３に設けられた拡散層１１４によって拡散される。拡散層１１４によって拡散された光のうち、第１平面Ｌ１の垂線方向に放出される光は、テレセントリック光学系１２０を介して、拡散板１３０のうち当該光が集光された焦点に対応する領域に照射される。拡散板１３０に照射された光は、撮像部２００によって光電変換される。これにより、撮像装置１は、テレセントリック光学系１２０によって第２平面Ｌ２に伝送された光を撮像することで、球状レンズ１１１を用いてＩＰ方式の要素画像群を撮像することができる。つまり、本実施形態に係る撮像方法は、テレセントリック光学系１２０によって第２平面Ｌ２に伝送された光を撮像するステップを有する。
【００２２】
なお、本実施形態では、レンズアレイ１１０に拡散層１１４が設けられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、レンズアレイ１１０が拡散層１１４を備えなくても良い。ただし、この場合、テレセントリック光学系１２０の第１レンズ１２１は、各球体レンズの焦点に集光された光のうち、得るべき要素画像群の視野角に相当する範囲の光を入射可能な開口数を有する必要がある。
【００２３】
また、本実施形態では、インテグラル光学系１００が拡散板１３０を備える場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、テレセントリック光学系１２０の第２レンズ１２２が出射する光を、撮像部２００に直接入射させても良い。
【００２４】
図４は、第１の実施形態に係る撮像装置１の変形例を示す図である。
また、本実施形態では、テレセントリック光学系１２０が両側テレセントリックである場合について説明したが、これに限られない。例えば、本実施形態の変形例として、図４に示すように、テレセントリック光学系１２０は、レンズアレイ１１０側にテレセントリックであっても良い。この場合、拡散板１３０は、絞り１２３から出射される光を全て透過できる位置に設けられる。絞り１２３から出射される光は拡散板１３０に照射され、撮像装置１は、拡散板１３０によって拡散透過された光を撮像する。これにより、本変形例に係る撮像装置１、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２５】
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態に係る撮像装置１の構成を示す概略図である。
本実施形態に係る撮像装置１は、被写体Ｏを撮像することでＩＰ方式の要素画像群を取得するものである。撮像装置１は、被写体Ｏ側から順に、レンズアレイ１１０、ファイバプレート１４０、及び撮像部２００を備える。なお、レンズアレイ１１０及びファイバプレート１４０を含む光学系は、インテグラル光学系１００の一例である。
【００２６】
レンズアレイ１１０は、複数の球状レンズ１１１を同一平面（第１平面Ｌ１）上に並べた光学系である。レンズアレイ１１０において、球状レンズ１１１どうしの間には、図示しない遮光部が設けられ、これによって球状レンズ１１１に入射されない光が遮られる。なお、本実施形態に係る各球状レンズ１１１の第２球面１１３には、拡散層１１４が設けられない。
【００２７】
ファイバプレート１４０は、複数の光ファイバを束にした光学系である。ファイバプレート１４０は、伝送部の一例である。なお、ファイバプレート１４０を構成する光ファイバの径は、得るべき要素画像群の１画素に相当する大きさより小さいものとする。ファイバプレート１４０を構成する各光ファイバのレンズアレイ１１０側の端は、各球状レンズ１１１の第２球面１１３に密着される。これにより、各光ファイバは、球状レンズ１１１の第２球面１１３近傍の焦点に集光した光を光ファイバの一端に入射させ、当該光ファイバの他端から出射させる。また、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端は、平面をなす。これにより、レンズアレイ１１０の球状レンズ１１１の焦点に集光された光は、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面（第２平面Ｌ２）にレンズアレイ１１０を第１平面Ｌ１の垂線方向に平行投影させて得られる球状レンズ１１１の焦点に相当する領域から出射される。
【００２８】
撮像部２００は、図示しない撮像レンズと撮像素子を備える。撮像レンズは、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面から出射される光を集光する。撮像素子は、撮像レンズによって集光された光を光電変換して画像を得る。
【００２９】
上記構成によれば、被写体Ｏから到来する光は、レンズアレイ１１０を構成する各球体レンズの第１球面１１２から入射する。球体レンズの第１球面１１２に入射した光は、球体レンズの第２球面１１３近傍の焦点に集光される。各球体レンズの焦点に集光された光は、第２球面１１３に密着されたファイバプレート１４０の一端に入射され、ファイバプレート１４０の他端から出射される。ファイバプレート１４０の他端から出射された光は、撮像部２００によって光電変換される。これにより、撮像装置１は、球状レンズ１１１を用いてＩＰ方式の要素画像群を撮像することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、レンズアレイ１１０に拡散層１１４が設けられない場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、レンズアレイ１１０が拡散層１１４を備え、当該拡散層１１４によって拡散された光がファイバプレート１４０に入射されても良い。これにより、球状レンズ１１１の焦点に集光された光をファイバプレート１４０によって取り込まれやすくすることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、インテグラル光学系１００が拡散板１３０を備えない場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面に拡散板１３０を密着させ、撮像部２００が拡散板１３０によって拡散された光を撮像しても良い。これにより、各球状レンズ１１１の焦点に集光した光を一様に撮像部２００に撮像させることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、球状レンズ１１１にファイバプレート１４０を密着させる場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、ファイバプレート１４０のレンズアレイ１１０側の端を、各球状レンズ１１１の焦点面に一致させても良い。
【００３３】
図６は、第２の実施形態に係る撮像装置１の変形例を示す図である。
なお、本実施形態では、ファイバプレート１４０が球状レンズ１１１の焦点に集光される像を等倍で第２平面Ｌ２へ伝送する場合について説明したが、これに限られない。例えば、本実施形態の変形例として、図６に示すように、ファイバプレート１４０が球状レンズ１１１の焦点に集光される像を縮小して第２平面Ｌ２へ伝送しても良い。この場合、ファイバプレート１４０としては、撮像装置１側へ縮径する光ファイバを束ねたものや、第２の実施形態に係るファイバプレート１４０を熱処理等によってテーパ状に形成したものを用いることができる。
また、この場合、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面と撮像部２００の撮像素子とを密着させることで、光の損失を低減させることができる。また、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面と撮像素子とを密着させることで、撮像装置１のサイズを小さくすることができる。なお、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面と撮像素子とを密着させる場合、撮像素子の平面が、第２平面Ｌ２と一致する。
【００３４】
《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態について説明する。
図７は、第３の実施形態に係る撮像装置１の構成を示す概略図である。
本実施形態に係る撮像装置１は、第２の実施形態に係る撮像装置１に加え、さらに複数の屈折率分布型レンズ１５０（ＧＲａｄｉｅｎｔ  ＩＮｄｅｘ  Ｌｅｎｓｅｓ：ＧＲＩＮ）を備える。屈折率分布型レンズ１５０の口径は、球状レンズ１１１の径と等しい。屈折率分布型レンズ１５０は、それぞれファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面（第２平面Ｌ２）上に、当該端面の垂線と光軸が平行になるように配列される。具体的には、各屈折率分布型レンズ１５０は、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面（第２平面Ｌ２）にレンズアレイ１１０を第１平面Ｌ１の垂線方向に平行投影させて得られる各球状レンズ１１１に相当する領域に配置される。
【００３５】
屈折率分布型レンズ１５０の仕様は、以下の通りである。すなわち、屈折率分布型レンズ１５０の光軸方向の長さをＬ、その屈折率分布型レンズ１５０の蛇行周期をＰとし、下記の式（１）を満たす仕様の屈折率分布型レンズ１５０が用いられる。ただし、式（１）において、ｎは正整数である。
【００３６】
【数１】
2016031519.tif 000003
【００３７】
球状レンズ１１１によって焦点に集光された像Ｉ１は、被写体Ｏの倒立実像となる。そのため、ファイバプレート１４０の撮像部２００側の端面に映る像Ｉ２も、被写体Ｏの倒立実像となる。そこで、式（１）を満たす仕様の屈折率分布型レンズ１５０を用いることにより、屈折率分布型レンズ１５０の撮像部２００側の端面上または撮像部２００側の端面の外側に、被写体Ｏの正立実像Ｉ３を現出させることができる。屈折率分布型レンズ１５０の正立実像Ｉ３を撮像部２００側の端面上に現出させるためには、下記の式（２）を満たす仕様の屈折率分布型レンズ１５０を用いる。ただし、式（２）において、ｎは正整数である。
【００３８】
【数２】
2016031519.tif 000004
【００３９】
式（２）を満たす屈折率分布型レンズ１５０を用いることにより、要素画像単位で被写体Ｏの正立画像Ｉ３を得ることが出来る。つまり、屈折率分布レンズは、第２平面における球状レンズに相当する領域に、蛇行する光路の１周期の２分の１を超え１周期未満の長さを有すると共に外側から中心へ向かって屈折率が増加する屈折率分布を有する。本実施形態に係る撮像装置１によれば、要素画像間のクロストークを抑制することができ、奥行きの正しい立体画像を実現する要素画像群を得ることができる。
【００４０】
《第４の実施形態》
次に、第４の実施形態について説明する。
図８は、第４の実施形態に係る表示装置２の構成を示す概略図である。
本実施形態に係る表示装置２は、要素画像群をレンズアレイ１１０に投影することでＩＰ方式の立体画像を表示するものである。表示装置２は、視聴者側から順に、レンズアレイ１１０、テレセントリック光学系１２０、拡散板１３０、及び投影部３００を備える。なお、レンズアレイ１１０、テレセントリック光学系１２０及び拡散板１３０を含む光学系は、インテグラル光学系１００の一例である。また、本実施形態に係るインテグラル光学系１００は、第１の実施形態に係るインテグラル光学系１００と同じものである。つまり、本実施形態に係る表示装置２は、第１の実施形態に係る撮像装置１の撮像部２００を、投影部３００に置き換えたものである。
【００４１】
投影部３００は、拡散板１３０へＩＰ方式の要素画像群を投影する。なお、投影部３００は、拡散板１３０に投影される各要素画像が、球体レンズに対応する拡散板１３０の各領域に照射されるように、設置位置が調整される。
【００４２】
上記構成によれば、要素画像群の各画素に対応する光は、投影部３００によって球体レンズに対応する拡散板１３０の各領域に照射される。拡散板１３０に照射された光は、拡散板１３０によって拡散された光のうち、第１平面Ｌ１の垂線方向に放出される光は、テレセントリック光学系１２０を介して、レンズアレイ１１０を構成する各球体レンズの拡散層１１４に入射する。拡散層１１４によって拡散された光は、球体レンズの第２球面１１３に入射され、球体レンズの第１球面１１２から出射される。
これにより、表示装置２は、拡散板１３０すなわち第２平面Ｌ２に要素画像群を投影することで、球状レンズ１１１を用いてＩＰ方式の立体画像を表示することができる。つまり、本実施形態に係る表示方法は、第２平面Ｌ２に要素画像群を投影するステップを有する。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１の実施形態に係るインテグラル光学系１００を用いて表示装置２を実現したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、第２の実施形態や第３の実施形態など、異なる実施形態に係るインテグラル光学系１００を用いて表示装置２を実現しても良い。
【００４４】
《第５の実施形態》
次に、第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態に係るインテグラル光学系１００は、第１〜第４の実施形態と球状レンズ１１１の構造が異なる。なお、球状レンズ１１１以外の構成については、第１〜第４の実施形態に係るインテグラル光学系１００の構成と同じである。つまり、他の実施形態に係る撮像装置１及び表示装置２は、第１〜第４の実施形態に係るインテグラル光学系１００に代えて、本実施形態に係るインテグラル光学系１００を備えても良い。
【００４５】
図９は、第５の実施形態に係るインテグラル光学系１００の球状レンズ１１１の断面図である。具体的には、図９は、球状レンズ１１１を第１平面Ｌ１に直交し、第１球面１１２及び第２球面１１３の中心を通る平面における断面図である。なお、第１平面Ｌ１に直交する平面は無数に存在するが、いずれの平面の断面図も図９と同じである。
【００４６】
本実施形態に係るインテグラル光学系１００の球状レンズ１１１は、第１球面１１２と第２球面１１３の半径が異なり、また第１球面１１２と第２球面１１３の間にアパーチャ１１５を有する。具体的には、球状レンズ１１１の第１球面１１２の半径は、第２球面１１３の半径より短い。
つまり、球状レンズ１１１は、第１の半径を有する半球と、第１の半径より大きい第２の半径を有する半球とを、中心を一致させながらアパーチャ１１５を介して接合することで得ることができる。つまり、第１球面１１２及び第２球面１１３は中心を同じくする球面であって、第１平面Ｌ１を挟んで互いに反対側に凸となっている。
【００４７】
全球形状の球状レンズ１１１の焦点は、材質によってレンズの表面より外側に存在する。そのため、本実施形態の球状レンズ１１１は、光が入射する側の球面（第１球面１１２）の半径より、光が出射する側の球面（第２球面１１３）の半径を大きくすることで、第１球面から入射する光の焦点を第２球面上に存在させる。これにより、拡散層１１４は、焦点に集光された光を確実に拡散させることができる。
また、球状レンズ１１１がアパーチャ１１５を有することで、第１平面において球状レンズ１１１の中心から所定の距離以上離れた位置を通過する光を遮断する。これにより、球状レンズ１１１は、第１球面１１２に入射される光のうち収差の高い光軸から外れた平行光を遮ることができる。
【００４８】
図１０は、第５の実施形態に係るインテグラル光学系１００の球状レンズ１１１の変形例を示す図である。
なお、本実施形態では、２つの異なる半径の半球によって、球状レンズ１１１が形成される場合について説明したが、これに限られない。例えば、図１０に示すように、全球形状レンズの撮像部２００側に、当該レンズと異なる透過率を有する透明なスペーサ１１６を備えることで、当該スペーサ１１６の表面に第１球面１１２に入射される光の焦点を存在させても良い。つまり、スペーサ１１６によって第２球面１１３が形成されても良い。なお、拡散層１１４はスペーサ１１６の表面に設けられる。
【００４９】
また、本実施形態では、球状レンズ１１１がアパーチャ１１５を備える場合について説明したが、これに限られず、他の実施形態では半径の異なる２つの球面を有する球状レンズ１１１が、アパーチャ１１５を備えていなくても良い。
【００５０】
《第６の実施形態》
次に、第６の実施形態について説明する。
第６の実施形態に係るインテグラル光学系１００は、第１〜第５の実施形態と球状レンズ１１１の構造が異なる。なお、球状レンズ１１１以外の構成については、第１〜第５の実施形態に係るインテグラル光学系１００の構成と同じである。つまり、他の実施形態に係る撮像装置１及び表示装置２は、第１〜第５の実施形態に係るインテグラル光学系１００に代えて、本実施形態に係るインテグラル光学系１００を備えても良い。
【００５１】
図１１は、第６の実施形態に係るインテグラル光学系１００のレンズアレイ１１０の概略図である。
本実施形態に係るインテグラル光学系１００の球状レンズ１１１は、全球形状のレンズのうち、得るべき立体画像の視野角を外れる部分を、第１平面Ｌ１に直交する平面で削ったものである。つまり、球状レンズ１１１は、中心を同じくする球面であって、第１平面Ｌ１を挟んで互いに反対側に凸となっている第１球面１１２及び第２球面１１３を有する。本実施形態に係る球状レンズ１１１の第１平面Ｌ１における断面は、平面充填可能な多角形（例えば、正方形や正六角形）である。
【００５２】
このように、球状レンズ１１１の第１平面Ｌ１における断面を平面充填可能な多角形とすることで、レンズアレイ１１０から球状レンズ１１１間の隙間をなくすことができる。これにより、撮像装置１または表示装置２が当該インテグラル光学系１００を用いることで、撮像画素または表示画素の精細化を図ることができる。
【００５３】
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、第１平面Ｌ１と第２平面Ｌ２とが平行する場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、テレセントリック光学系１２０の内部に反射鏡を設けたり、ファイバプレート１４０が曲率を有したりすることにより、第１平面Ｌ１と第２平面Ｌ２が交差する関係にあっても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１…撮像装置  ２…表示装置  １００…インテグラル光学系  １１０…レンズアレイ  １１１…球状レンズ  １１２…第１球面  １１３…第２球面  １１４…拡散層  １１５…アパーチャ  １１６…スペーサ  １２０…テレセントリック光学系  １２１…第１レンズ  １２２…第２レンズ  １２３…絞り  １３０…拡散板  １４０…ファイバプレート  １５０…屈折率分布型レンズ  ２００…撮像部  ３００…投影部  Ｌ１…第１平面  Ｌ２…第２平面  Ｏ…被写体
【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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