JP2005010547A - 遠近感を逆転する投影装置と立体像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠近感を逆転する投影装置を使ってインテグラルフォトグラフィに特有の問題を解決し、正しい遠近感を持った立体像を撮影することを可能にする。
【解決手段】ダブプリズムの反射面をダハ面が繰り返し並んだ面に換えたプリズムを壁を成すように並べ、このプリズム列の前後に凸レンズを置くことで遠近感を逆転する投影装置を構成する。この投影装置をインテグラルフォトグラフィの撮影装置と組み合わせれば、正しい遠近感を持った立体像を撮影することができる。また遠近感が逆転したインテグラルフォトグラフィの撮影像を、本投影装置を通して見ることによって正しい遠近感を持った像として観察することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体像を撮影する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、立体像を撮影、表示するには、水平方向に所定の距離を離して置いた二台のカメラで撮影し、偏光ガラスやカラーフィルタなどを用いた眼鏡や、専用のビュアーを使って二枚の撮影像を左右それぞれの目で見えるようにする方法や、レンチキュラーレンズを使って、それぞれ異なる角度から見えるようにしたものがある。
【０００３】
また、特殊なビュアーを使わずに見ることができる立体像を撮影、表示する方法としては、平面上に並んだ凸レンズ群を使って被写体の写真を撮り、同様の凸レンズ群を使って再生するインテグラルフォトグラフィや、単一波長の光を使って被写体からの反射光と参照光との干渉縞をフィルム上に記録し、これに参照光と同様の光を当てて再生するホログラムなどがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
眼鏡やビュアーを使って見なければならないものは、不特定の人に立体像を提供するにははなはだ不便である。またレンチキュラーレンズを使って複数の像を異なる角度から見えるようにしたものは、見る角度によって数枚の写真が切り替わって見えるため、見る位置によっては二重の像が見えたり、観察者が移動しながら見る時に不自然さを感じることがある。また良好な観察ができる角度範囲が比較的狭いという問題もある。
【０００５】
またインテグラルフォトグラフィは、撮影装置の製作が容易でない上にそのままでは遠近の逆転した不自然な立体像となってしまう問題がある。ホログラムは更に撮影が難しく、簡単な装置で気軽に立体像を楽しむことは困難である。
【０００６】
本発明者は、これらの課題を解決すべく従来とは異なる立体像の撮影及び表示方法を考案し、すでに特願２００２−１１２８２４および特願２００２−１３２４９９に出願済みであるが、その後さらに検討を続け、該出願特許の表示装置で表示ができる立体像を、より簡単に撮影できる撮影装置を発明するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように置かれた二つの凸レンズとからなる、遠近感を逆転する機能を有する投影装置である。
【０００８】
本発明の請求項２は、請求項１の二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれていることを特徴とする、請求項１に記載の投影装置である。
【０００９】
本発明の請求項３は、請求項１の二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズム列とそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項１に記載の投影装置である。
【００１０】
本発明の請求項４は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように置かれた二つの凸レンズと、その撮像面が該凸レンズの一方からその焦点距離だけ離れて置かれた撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に凸レンズが並んでなるレンズシートないし面上にピンホールが並んでなるピンホール板とからなることを特徴とする立体像撮影装置である。
【００１１】
本発明の請求項５は、請求項４のプリズム列を挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれることを特徴とする、請求項４に記載の立体像撮影装置である。
【００１２】
本発明の請求項６は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた凹レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に凸レンズが並んでなるレンズシートないし面上にピンホールが並んでなるピンホール板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＞ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、該凹レンズの焦点距離ｆ３（負の値）は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置である。
【００１３】
本発明の請求項７は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた第３の凸レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に凸レンズが並んでなるレンズシートないし面上にピンホールが並んでなるピンホール板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＜ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、第３の凸レンズの焦点距離ｆ３は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置である。
【００１４】
本発明の請求項８は、請求項４のプリズム列を挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズム列とそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項４に記載の立体像撮影装置である。
【００１５】
本発明の請求項９は、請求項４〜８の立体像撮影装置において、該プリズム列を同様のプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた二本と、該プリズム以外を通過する光線を遮る遮光手段に置き換え、該プリズムと遮光手段を、該プリズムの反射面と垂直な方向に走査させて露光し撮影することを特徴とする立体像撮影装置である。
【００１６】
本発明の請求項１０は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように置かれた二つの凸レンズと、該凸レンズの一方からその焦点距離だけ離れて置かれた少なくとも一方の面に光線を屈折拡散する凹凸が形成された透明板と、該透明板の透過光を撮影するカメラとからなる立体像撮影装置である。
【００１７】
本発明の請求項１１は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）のそれぞれに面して置かれた二つの凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段とからなる、遠近感を逆転する機能を有する投影装置である。
【００１８】
本発明の請求項１２は、請求項１１の二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれることを特徴とする、請求項１１に記載の投影装置である。
【００１９】
本発明の請求項１３は、請求項１１の二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズムとそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項１１に記載の投影装置である。
【００２０】
本発明の請求項１４は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）のそれぞれに面して置かれた二つの凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段と、その撮像面が該凸レンズの一方からその焦点距離だけ離れて置かれた撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に該プリズムの長手軸と垂直な軸を有するシリンドリカルレンズが並んでなるレンチキュラーレンズないし面上に該プリズムの長手軸と垂直なスリットが並んでなるスリット板とからなることを特徴とする立体像撮影装置である。
【００２１】
本発明の請求項１５は、請求項１４のプリズムを挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれることを特徴とする、請求項１４に記載の立体像撮影装置である。
【００２２】
本発明の請求項１６は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）に面して、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段と、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた凹レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に該プリズムの長手軸と垂直な軸を有するシリンドリカルレンズが並んでなるレンチキュラーレンズないし面上に該プリズムの長手軸と垂直なスリットが並んでなるスリット板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＞ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、該凹レンズの焦点距離ｆ３（負の値）は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置である。
【００２３】
本発明の請求項１７は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）に面して、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段と、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた第３の凸レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に該プリズムの長手軸と垂直な軸を有するシリンドリカルレンズが並んでなるレンチキュラーレンズないし面上に該プリズムの長手軸と垂直なスリットが並んでなるスリット板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＜ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、第３の凸レンズの焦点距離ｆ３は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置である。
【００２４】
本発明の請求項１８は、請求項１４のプリズム列を挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズムとそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項１４に記載の立体像撮影装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明請求項２の投影装置を使った請求項５の立体像撮影装置の光学系を斜視図をもって示す。本装置は同時に請求項１の投影装置および請求項４の立体像撮影装置の実施例でもある。なお以下の各実施例はその光学系のみを表し、光学系を収納するケースや構造材は省略する。本実施例は、断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム２を、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、これを挟むように置かれた二つの凸レンズ１と３により請求項１の投影装置を構成し、さらに面上に凸レンズが並んでなるレンズシート４と、撮像面５を持つ撮像手段とを加えて請求項４の立体像撮影装置を成している。本光学系を上方から見た平面図を図２に、側面から見た平面図を図３に示す。凸レンズ１と３の焦点距離ｆ１，ｆ２は等しく（ｆ１＝ｆ２）、凸レンズ３から撮像面５までの距離は凸レンズ３の焦点距離ｆ２（＝ｆ１）に等しい。従って本光学系は請求項２の投影装置を使った請求項５の立体像撮影装置でもある。
【００２６】
まず立体感を逆転する投影装置の原理について説明する。図４にプリズム２の拡大図を示す。本プリズムは断面が底角の等しい台形である角柱状で、角柱の軸方向（ｙ軸方向）に長い棒状である。一般に断面が底角の等しい台形である台形プリズムはダブプリズムと呼ばれ像回転作用を有するが、本プリズムはダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行（ｚ軸に平行）にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向（ｙ軸方向）に繰り返し並んだ面８に置き換えられている。これにより本プリズムはｘｚ面内においては通常のダブプリズムと同様に、一方の斜面から入射した光線の角度を反転してもう一方の斜面から出射する機能を有し、さらに図５にプリズムのｘｙ断面を示したように、一方の斜面からの入射光９ａは直交した二面８ａ，８ｂのいわゆるダハ面の作用により、ｘｙ面内で平行逆向きになるように反射してもう一方の斜面からの出射光９ｂとなるため、ｙｚ面内においても入射光の角度を反転する機能を有する。なおプリズム２は図４，５のように二本を反対向きに組み合わせたものを一対とし、図１，２に示すように並べることでｘ軸方向の対称性が得られる。ただこれは本発明の機能を実現するための必須条件ではない。さらに図２中に描かれたように隣あうプリズムの間に遮光手段７をはさむことは、迷光をカットして投影像の画質劣化を防ぐために有効である。
【００２７】
図２を使って本実施例のｘｚ面内の作用を説明する。凸レンズ１と３はその焦点距離と口径が等しくプリズム２の列から等しい距離に置かれ、さらに両レンズの中心軸（光軸）は一致している。凸レンズ１からその焦点距離ｆ１だけ離れた面６上で光軸からａだけ離れた点から発した光は、凸レンズ１によって光軸と所定の角度をなす平行光となり、プリズム２のダブプリズムの作用で角度を反転した平行光となって、凸レンズ３によって焦点距離ｆ２（＝ｆ１）だけ離れた撮像面５上で光軸からａだけ離れた点に集束される。このようにして撮像面５には面６の正立等倍像が形成される。ここでプリズム２を小さく、多数並べてプリズム列を構成することにより、凸レンズ１と３の光線の通過位置（ｘ座標）をほぼ等しくする事ができ、これによって撮像面５に向かう光線の角度α’，β’の大きさを、面６から発する光線の角度α，βにほぼ等しくすることができる。このようにして投影された等倍像は遠近感を逆転された像となっている。
【００２８】
このことをさらに詳しく説明する。図２１と図２２はそれぞれ面６に相当する被投影面６４と撮像面５に相当する投影面６５を表す平面図である。図２１において矢印Ｅの側から観察するとき、被投影面６４より距離Ｄｐだけ奥に存在する点Ｐは面６４を通過して観察者に届く光線によってその位置を認識されるが、この光線を代表するものとして点Ａを通過して面６４の法線と角度ａをなす光線Ｐａと点Ｂを通過して面６４の法線と角度ｂをなす光線Ｐｂを図示した。一方被投影面６４より距離Ｄｑだけ手前に存在する点Ｑから発する光は面６４を通過せずに直接観察者に届くが、この光線を進行方向と逆向きに延長すれば、面６４から点Ｑに向かう等価な光線に置き換えることができる。これを代表して点Ｃから面６４の法線と角度ｃをなしてＱに向かう光線Ｑｃと点Ｄから面６４の法線と角度ｄをなしてＱに向かう光線Ｑｄを図示した。
【００２９】
この被投影面６４を図１〜３の凸レンズ１，３及びプリズム２の列からなる投影装置にて投影すると、上記光線Ｐａ，Ｐｂ，Ｑｃ，Ｑｄは図２２の投影面６５を通過する光線Ｐａ’，Ｐｂ’，Ｑｃ’，Ｑｄ’となる。それぞれの光線について、面６５上の通過位置Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’の位置関係は図２１のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと等しく、また法線となす角ａ，ｂ，ｃ，ｄはプリズム２が十分小さいものとして図２１と大きさが等しいものとした。図２２から解るように、この投影像を矢印Ｅの側から見ると、被投影面６４より距離Ｄｐだけ奥に存在した点Ｐは、逆に投影面６５からＤｐだけ手前にある点Ｐ’の位置に存在するかのように見え、被投影面６４より距離Ｄｑだけ手前に存在した点Ｑは、逆に投影面６５からＤｑだけ奥にある点Ｑ’の位置に存在するかのように見える。このことから図１〜３の凸レンズ１，３及びプリズム２の列からなる投影装置が遠近感を逆転する作用を有することが解る。
【００３０】
以上は図２で示したｘｚ面内における作用を説明したものであるが、ｙｚ面内においても同様の作用を持つことを図３により説明する。凸レンズ１からその焦点距離ｆ１だけ離れた面６上で光軸からｂだけ離れた点から発した光は、凸レンズ１によって光軸と所定の角度をなす平行光となり、プリズム２の反射面に形成された屋根状に直交する面（ダハ面）の作用で角度を反転した平行光となって、凸レンズ３によって焦点距離ｆ２（＝ｆ１）だけ離れた撮像面５上で光軸からｂだけ離れた点に集束される。このようにして撮像面５には面６の正立等倍像が形成される。さらにここでプリズム２が細く、反射面に形成されたダハ面のピッチが小さければ凸レンズ１と３の光線の通過位置（ｙ座標）をほぼ等しくする事ができ、これによって撮像面５に向かう光線の角度γ’，δ’の大きさを、面６から発する光線の角度γ，δにほぼ等しくすることができる。このようにしてｙｚ面内においてもｘｚ面内と同様な機能が実現できることがわかる。
【００３１】
次に図１〜３に示した装置によって立体像が撮影できる原理を説明する。同装置において遠近感が逆転された像が投影される位置には、レンズシート４と撮像面５によってインテグラルフォトグラフィの光学系が構成される。図６に断面図を示すように、所定の角度をもってレンズシート４に入射した光線は各凸レンズによって撮像面上に集束され、各レンズごとに角度分布の情報が像として形成される。同様の機能はレンズシートの変わりに、図８に示したように面上にピンホールを並べたピンホール板１０を撮像面５の前に所定の間隔をおいて置くことでも実現できる。この場合はピンホールカメラの原理によって角度分布の像が形成され、焦点深度は深くなるが、一方でレンズシート４に比べて光線の利用効率が著しく低下し、撮影感度が低下する。撮像手段は感光フィルムや写真乾板あるいはＣＣＤなどの撮像素子であり、感光フィルムや写真乾板では撮像面５は感光面を表す。感光フィルムや写真乾板を用いて撮影する場合にはさらに露光を制御する手段が必要があるが、これにはレンチキュラーレンズ４あるいはピンホール板１０の前面にフォーカルプレーンシャッターを設けるなどすればよい。
【００３２】
本装置で撮影される立体像は、図９に示したごとく撮影像を記録した面１１の前にレンズシート１２を置くことによって再生される。通常のインテグラルフォトグラフィで撮影されたものを同表示装置で再生する場合には、遠近感が逆転する像になるという特有の問題が存在するが、本装置によって撮影される立体像は、遠近感を逆転する投影装置によってあらかじめ遠近感を逆転した像を撮影するため、これを図９の表示装置によって再生すれば遠近感が再び逆転し、結果として正しい遠近感で再生される。また本装置の撮影像は特願２００２−１１２８２４に記載されている負の点描立体像と互換性があり、同明細書に示された他の立体像表示装置によっても表示することができる。
【００３３】
図１〜３の装置に示されるように、凸レンズ１と３をプリズム２の列から等しい距離に置くことは被写体からの光線を有効に利用するために好ましい。すなわちプリズム２の作用によって凸レンズ１の等倍像がプリズム列の反対側の等しい距離の位置に形成されるため、口径の等しい凸レンズ３を同位置に置けば、凸レンズ１からプリズム列に向かった光線はもれなく凸レンズ３に達することになる。特に凸レンズ１と３の焦点距離が等しい請求項２や請求項５の場合には等倍像を投影する光学系となり、後で説明するような拡大・縮小に伴う問題を生じないため好ましい。
【００３４】
図１〜３の装置では、プリズム２は軸を縦にして水平方向に並んでいるが、図７のように同様のプリズム２’を、軸を水平にして縦に並べたものでも良い。またこのようなプリズムが高価で多数用いることが困難な場合には、図１０に示したように同様のプリズム１３を一対、遮光手段１４にはさんだものをプリズム列の変わりに置き、これを矢印の方向に走査して露光を積算することでプリズム列と同様な光線を伝えることができる（請求項９）。なおプリズム１３は一対でなくとも単一のプリズムであっても同様の機能は実現できるが、図４，５の説明に記した通り対称性のためには一対で用いることがより好ましい。本実施例では二本のプリズムが反射面を外に向けて向かう合うように置かれているが、反射面が相対するように置かれても同様の効果が得られる。ただこの方法は撮像手段にＣＣＤを用いた動画撮影に使用するのは困難である。
【００３５】
本発明の遠近感を逆転する投影装置の他の利用法として、例えばインテグラルフォトグラフィの表示装置への応用がある。図１〜３の装置において、撮像面５をインテグラルフォトグラフィによる撮影像に置き換えれば、レンズシート４と合わせてインテグラルフォトグラフィの表示装置になる。先に記した通りそのままでは再生像は遠近感の逆転した立体像であるが、凸レンズ１，３とプリズム２の列によって面６の位置に投影される像はもう一度遠近感が逆転されることによって正しい遠近感を有する像となる。このように本発明の投影装置はインテグラルフォトグラフィによる像を正しい遠近感の像に戻して観察するのにも応用することができる。
【００３６】
さらに本発明の投影装置は特願２００２−１１２８２４および特願２００２−１３２４９９に記載される立体像撮影装置と組み合わせて使うことができる。図１１は請求項２の投影装置を特願２００２−１３２４９９の立体像撮影装置と組み合わせた本発明の請求項１０の実施例である。請求項２の投影装置によって遠近感の逆転された像が投影される位置に凹凸を有する透明板１５が置かれ、その透過光を光学絞り１７を通して投影レンズ１８により撮像面１９上に投影し、透明板１５の像が撮影される。このようにして撮影された像は図１２の表示装置を用いて立体像として再生される。
【００３７】
本表示装置は透過光制御手段２４に記録した撮影像を、電球２６のフィラメント２７を点光源とし、リレーコンデンサーレンズ２５（フレネルレンズ）と投影レンズ２１によって、撮影時に用いた透明板１５と同様の凹凸を有する透明板２０に投影するもので、透明板２０の透過光により立体像が再生される。ここで光学絞り２２を備えた遮光板２３は迷光を除いて画質を向上させるために設けられたものである。本発明の投影装置を用いないで撮影した場合には、特願２００２−１３２４９９に記載されるように透明板２０には透明板１５の凹凸を反転した凹凸を形成したものを使わなければならないが、本発明の投影装置を用いることで透明板１５と同じ透明板が使うことができる。このため一種類の透明板で撮影と表示の両方ができ便利である。なお図１１および図１２には図示されていないが、必要に応じて透明板１５および２０に面して凸レンズを置いて透過光を集束することは、撮影・表示される立体像の視野角を改善する効果があり好ましい。
【００３８】
また図１１の透明板１５に、特願２００２−１１２８２４に記されるようにレンズシートやレンチキュラーレンズを使うこともできる。特願２００２−１１２８２４では凸レンズが並んだレンズシートによって正の点描立体像、凹レンズが並んだレンズシートによって負の点描立体像、シリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズによって正の線描立体像、シリンドリカル凹レンズが並んだレンチキュラーレンズによって負の線描立体像が撮影されるが、本発明の投影装置を用いた場合には凸レンズが並んだレンズシートによって負の点描立体像、凹レンズが並んだレンズシートによって正の点描立体像、シリンドリカル凸レンズが並んだレンチキュラーレンズによって負の線描立体像、シリンドリカル凹レンズが並んだレンチキュラーレンズによって正の線描立体像が撮影されることになる。
【００３９】
本発明の請求項４の立体像撮影装置において拡大ないし縮小像を撮影する場合には、プリズム列をはさむ二つの凸レンズの焦点距離を異なるものとすればよい。先に記したように、二つの凸レンズをプリズム列から等距離に置けば、二つの凸レンズの口径を等しくすることで効率よく光線を利用でき好ましいが、この条件の基で二つの凸レンズの焦点距離を異なるものとすると、被写体側から光軸に平行に入射した光が投影側では平行光とはならず、集束光あるいは拡散光になり、さらにこれを撮影したものは撮影時と同じピッチのレンズシートでは正しく再生できないという問題を生じる。この撮影像を正しく表示するためのレンズシートのピッチは計算によって求めることができるが、撮影時と同じピッチのレンズシートが使えれば手間が省けて好ましい。このためにはレンズシートの手前に凸レンズないし凹レンズを加え、被写体側から光軸に平行に入射した光をレンズシートの前で再び平行光になるようにすればよい。
【００４０】
図１３は被写体を拡大撮影する請求項７の立体像撮影装置の実施例である。本実施例のｘｚ面における平面図を図１４に示した。本装置では第２の凸レンズ３０の焦点距離ｆ２は第１の凸レンズ２８の焦点距離ｆ１より長く、両レンズはプリズム２９の列から等しい距離に置かれ、レンズシート３２の前に第３の凸レンズ３１が置かれている。凸レンズ３０と凸レンズ３１の距離Ｌ１はｆ２より小さく、凸レンズ３１の焦点距離ｆ３は数１で表される。被写体のピント面３４は凸レンズ２８からｆ１だけ離れた位置に存在する。図１４の平面図において被写体よりｚ軸（光軸）に平行に進む光線３５は、凸レンズ３０を出た時点で広がる光線になるが、凸レンズ３１の働きで再びｚ軸に平行な光線３６になってレンズシート３２に入射する。このようにして被写体からｚ軸に平行に発した光線がレンズシート３２に入射する際にもｚ軸に平行になることにより、撮影された立体像は撮影時のレンズシートとピッチの等しいレンズシートで再生できるものとなる。なお凸レンズ３１により焦点面が移動するため、凸レンズ３０と撮像面３３までの距離は数２で表されるＬ２に等しくするのが好ましい。
【００４１】
以上はｆ１＜ｆ２で拡大撮影する装置について説明したが、請求項６のようにｆ１＞ｆ２であれば縮小撮影の装置となる。図１５は縮小像を撮影する請求項６の立体像撮影装置の平面図である。本装置では第２の凸レンズ３９の焦点距離ｆ２は第１の凸レンズ３７の焦点距離ｆ１より短く、レンズシート４１の前には凹レンズ４０が置かれている。ここで凹レンズ４０の負の焦点距離ｆ３は数１で表され、凸レンズ３９と撮像面４２までの距離Ｌ２は数２で表される。同図において被写体よりｚ軸に平行に進む光線４４は、凸レンズ３９を出た時点で集束する光線になるが、凹レンズ４０の働きで再びｚ軸に平行な光線４５になってレンズシート４１に入射する。本装置を用いれば撮影時のレンズシートとピッチの等しいレンズシートで再生できる立体像が撮影できる。
【００４２】
一方でプリズム列を挟む二つの凸レンズをプリズム列から等距離に置くという条件が無ければ、新たに凸レンズないし凹レンズを追加することなく、撮影時のレンズシートとピッチの等しいレンズシートで再生できる立体像を拡大・縮小撮影することができる。図１６は請求項３の投影装置を使った請求項８の立体像撮影装置の平面図である。本装置では凸レンズ４６の焦点距離ｆ１とプリズム列からの距離Ｄ１および凸レンズ４８の焦点距離ｆ２とプリズム列からの距離Ｄ２の間には Ｄ２−Ｄ１＝ｆ２−ｆ１ の関係があり、被写体よりｚ軸に平行に進む光線５２は、凸レンズ４６によって集束光になるが、凸レンズ４８によって再びｚ軸に平行な光線５３になってレンズシート４９に入射する。撮像面５０には面５１の被写体をｆ２／ｆ１に拡大した像が投影される。このように本装置を用いても撮影時のレンズシートとピッチの等しいレンズシートで再生できる立体像が撮影できる。ただ二つの凸レンズ４６，４８がプリズム列から等距離に置かれていないため、凸レンズ４６から凸レンズ４８の間で効率よく光線を伝えるために凸レンズ４８の口径を凸レンズ４６より大きくするなどの対策を講ずる必要がある。
【００４３】
なお上記した立体像撮影装置にて拡大・縮小撮影した撮影像は、撮影時のレンズシートとピッチの等しいレンズシートで再生することができるが、正確な立体像を再生するためには、レンズシートの厚さと各単レンズの焦点距離を撮影時のレンズシートとは異なるものとしなければならない。簡単には表示装置のレンズシートの厚さと各単レンズの焦点距離は、それぞれ撮影時のレンズシートの厚さと各単レンズの焦点距離を撮影倍率で除したものとすればよい。
【００４４】
以上説明した本発明の請求項１〜１０は、垂直および水平の視点移動に対して対応できる投影装置と立体像撮影装置であったが、人が左右の眼の視差によって遠近感を感じることから、水平方向の視点移動にのみ対応した立体像であっても実用性があり、画質の点からはむしろ有利である。図１７は水平方向の立体感のみを有する立体像を撮影する請求項１４および１５の立体像撮影装置である。本実施例において、凸レンズ５４〜５７までは図７の凸レンズ１〜３による投影装置のプリズム２’の列の一対（図１７中ではプリズム５５で示されている）を残して、他を遮光手段５６に置き換えた構成になっている。図１２に側面から見た平面図を示す通り、この投影装置は縦方向（ｙ方向）には平面的な正立像を投影する機能を有し、一方で水平面内（ｘｚ面内）では図３で示した遠近感を逆転した立体像を投影する機能を有している。このため図１７の装置では、撮像面５９の前面に水平面内でのみレンズ機能を示すシリンドリカルレンズが並んだレンチキュラーレンズ５８を置いて、水平面内でのみ角度分布を記録する立体像を撮影している。レンチキュラーレンズ５８は図１９に示した、縦のスリットが並んだスリット板６１に置き換えても同様の立体像が撮影できるが、レンチキュラーレンズ５８を使う場合に比べて撮影感度は低下する。またプリズム５５は一本のみでも機能的には同じであるが、この場合撮影像には上下方向に非対称な明るさの勾配を生ずる可能性がある。図４のように一対にして使うことで非対称な明るさの勾配はキャンセルされる。
【００４５】
本立体像撮影装置の撮影像は、図２０に示すように撮影像６２の上にレンチキュラーレンズ５８と同様のレンチキュラーレンズ６３を重ねることで再生することができる。また本装置の撮影像は特願２００２−１１２８２４に記載されている負の線描立体像と互換性があり、同明細書に示された他の立体像表示装置によっても表示することができる。
【００４６】
さらに本装置で拡大・縮小撮影を行うためには、請求項３，６〜８の手法がそのまま適応できる（請求項１３，１６〜１８）。
【００４７】
本発明の投影装置および立体像撮影装置の説明において、凸レンズおよび凹レンズと書かれているものは単一のレンズに限るものではなく、複数枚のレンズによる組み合わせレンズであっても良いことはもちろんである。また本発明の立体像撮影装置を使って視野角の広い立体像を撮影するためには、焦点距離と口径の比が小さい凸レンズが必要であり、また投影装置に使われる二つの凸レンズの口径は被写体の大きさの数倍程度は必要になる。このような大口径・厚肉のレンズは通常かなり高価で重量も大きなものとなるが、フレネルレンズを使用すれば低価格で軽量な立体像撮影装置が実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の投影装置によれば、被写体の像を遠近感を逆転して投影するができ、これをインテグラルフォトグラフィの撮影装置と組み合わせることで、正しい遠近感を示す立体像を撮影することができる。さらに撮影した立体像は簡単な表示装置で見ることができ、特殊な眼鏡やビュアーを使う必要がないので、不特定の複数の人間が同時に鑑賞することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１および請求項２による投影装置を用いた請求項４および請求項５の立体像撮影装置の実施例である。
【図２】図１の実施例を上方から見た平面図である。
【図３】図１の実施例を側面から見た平面図である。
【図４】図１の実施例に使われるプリズムの拡大図である。
【図５】図４のプリズムの断面図である。
【図６】レンズシートによって立体像が撮影される原理を説明する図である。
【図７】請求項１および請求項２による投影装置を用いた請求項４および請求項５の立体像撮影装置の他の実施例である。
【図８】レンズシートに置き換えられるピンホール板の斜視図である。
【図９】本発明による撮影像を表示する立体像表示装置の一例である。
【図１０】請求項９による立体像撮影装置の実施例である。
【図１１】請求項１０による立体像撮影装置の実施例である。
【図１２】請求項１０の立体像撮影装置による撮影像を表示する表示装置の実施例である。
【図１３】請求項７による立体像撮影装置の実施例である。
【図１４】図１３の実施例を上方から見た平面図である。
【図１５】請求項６による立体像撮影装置の実施例の平面図である。
【図１６】請求項３による投影装置を用いた請求項８による立体像撮影装置の実施例である。
【図１７】請求項１１および請求項１２による投影装置を用いた請求項１４および請求項１５による立体像撮影装置の実施例である。
【図１８】図１７の実施例を側面から見た平面図である。
【図１９】レンチキュラーレンズに置き換えられるスリット板の斜視図である。
【図２０】本発明による撮影像を表示する立体像表示装置の一例である。
【図２１】本発明の投影装置によって遠近感が逆転することを示す説明図である。
【図２２】本発明の投影装置によって遠近感が逆転することを示す説明図である。
【符号の説明】
１，３，２８，３０，３７，３９，４６，４８，５４，５７ ・・・ 凸レンズ
２，２’，１３，２９，３８，４７，５５ ・・・ プリズム
４，１２，３２，４１，４９ ・・・ レンズシート
５，１９，３３，４２，５０，５９ ・・・ 撮像面
６，３４，４３，５１，６０ ・・・ ピント面
７ ・・・ 遮光板
８ ・・・ 屋根状に直交する２面
９ ・・・ プリズム中を伝わる光線
１０ ・・・ ピンホール板
１１ ・・・ 撮影像が記録された面
１４，５６ ・・・ 遮光手段
１５，２０ ・・・ 凹凸を有する透明板
１６，２３ ・・・ 光学絞りを有する遮光板
１７，２２ ・・・ 光学絞り
１８，２１ ・・・ 投影レンズ
２４ ・・・ 撮影像を記録した透過光制御手段
２５ ・・・ リレーコンデンサーレンズ（フレネルレンズ）
２６ ・・・ 電球
２７ ・・・ フィラメント
３１ ・・・ 第３の凸レンズ
３５，４４，５２ ・・・ 被写体よりｚ軸に平行に入射する光線
３６，４５，５３ ・・・ レンズシートに入射するｚ軸に平行な光線
４０ ・・・ 凹レンズ
５８，６３ ・・・ レンチキュラーレンズ
６１ ・・・ スリット板
６２ ・・・ 撮影像が記録された面
６４ ・・・ ピント面（被写体側）
６５ ・・・ 焦点面（投影像側）

Claims (18)

1. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように置かれた二つの凸レンズとからなる、遠近感を逆転する機能を有する投影装置。
2. 請求項１の二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれていることを特徴とする、請求項１に記載の投影装置。
3. 請求項１の二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズム列とそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項１に記載の投影装置。
4. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように置かれた二つの凸レンズと、その撮像面が該凸レンズの一方からその焦点距離だけ離れて置かれた撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に凸レンズが並んでなるレンズシートないし面上にピンホールが並んでなるピンホール板とからなることを特徴とする立体像撮影装置。
5. 請求項４のプリズム列を挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれることを特徴とする、請求項４に記載の立体像撮影装置。
6. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた凹レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に凸レンズが並んでなるレンズシートないし面上にピンホールが並んでなるピンホール板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＞ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、該凹レンズの焦点距離ｆ３（負の値）は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置。
   

   

   
7. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように、該プリズム列から等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた第３の凸レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に凸レンズが並んでなるレンズシートないし面上にピンホールが並んでなるピンホール板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＜ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、第３の凸レンズの焦点距離ｆ３は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置。
8. 請求項４のプリズム列を挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズム列とそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項４に記載の立体像撮影装置。
9. 請求項４〜８の立体像撮影装置において、該プリズム列を同様のプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた二本と、該プリズム以外を通過する光線を遮る遮光手段に置き換え、該プリズムと遮光手段を、該プリズムの反射面と垂直な方向に走査させて露光し撮影することを特徴とする立体像撮影装置。
10. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズムを、該反射面を平行にして該反射面に垂直な方向に並べたプリズムの列と、該プリズム列を挟むように置かれた二つの凸レンズと、該凸レンズの一方からその焦点距離だけ離れて置かれた少なくとも一方の面に光線を屈折拡散する凹凸が形成された透明板と、該透明板の透過光を撮影するカメラとからなる立体像撮影装置。
11. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）のそれぞれに面して置かれた二つの凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段とからなる、遠近感を逆転する機能を有する投影装置。
12. 請求項１１の二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれることを特徴とする、請求項１１に記載の投影装置。
13. 請求項１１の二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズムとそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項１１に記載の投影装置。
14. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）のそれぞれに面して置かれた二つの凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段と、その撮像面が該凸レンズの一方からその焦点距離だけ離れて置かれた撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に該プリズムの長手軸と垂直な軸を有するシリンドリカルレンズが並んでなるレンチキュラーレンズないし面上に該プリズムの長手軸と垂直なスリットが並んでなるスリット板とからなることを特徴とする立体像撮影装置。
15. 請求項１４のプリズムを挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれることを特徴とする、請求項１４に記載の立体像撮影装置。
16. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）に面して、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段と、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた凹レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に該プリズムの長手軸と垂直な軸を有するシリンドリカルレンズが並んでなるレンチキュラーレンズないし面上に該プリズムの長手軸と垂直なスリットが並んでなるスリット板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＞ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、該凹レンズの焦点距離ｆ３（負の値）は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置。
17. 断面が底角の等しい台形である角柱棒状のダブプリズムの反射面、すなわち該台形の底辺に当たる面を、稜線を該底辺に平行にして屋根状に直交する二面が、該角柱の軸方向に繰り返し並んだ面に置き換えたプリズム一本、ないし該反射面を平行にして向かい合うように置かれた同様のプリズム二本と、該プリズムの入射面および出射面（該台形断面の斜辺に当たる面）に面して、該プリズムから等しい距離を離れた位置に置かれた第１および第２の凸レンズと、該二つの凸レンズの間を該プリズムを通らずに直接伝わる光を遮る遮光手段と、第２の凸レンズから距離Ｌ１だけ離れて置かれた第３の凸レンズと、さらに第２の凸レンズから距離Ｌ２だけ離れた位置に撮像面を持つ撮像手段と、該撮像面の前に置かれた、面上に該プリズムの長手軸と垂直な軸を有するシリンドリカルレンズが並んでなるレンチキュラーレンズないし面上に該プリズムの長手軸と垂直なスリットが並んでなるスリット板とからなり、第１および第２の凸レンズの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とするとき、ｆ１＜ｆ２かつｆ２＞Ｌ１であって、第３の凸レンズの焦点距離ｆ３は数１で示され、さらにＬ２が数２で表されることを特徴とする立体像撮影装置。
18. 請求項１４のプリズム列を挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該プリズムとそれぞれの凸レンズの距離は、焦点距離の長い凸レンズが、焦点距離の短い凸レンズより両レンズの焦点距離の差だけ長いことを特徴とする、請求項１４に記載の立体像撮影装置。

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