JP2005077962A - 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】 屈折率分布型ロッドレンズを長さをλ／２にして、光軸を平行に二次元的に多数並べ、このロッドレンズ群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

本発明は、立体像を撮影する装置に関する。

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。

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。

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。

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。

本発明者はこれらの課題を解決すべく、特殊なプリズムを使って遠近感を逆転する投影装置とこれを使った立体像撮影装置を考案し、すでに特願2003-175773に出願済みであるが、その後さらに検討を続け、ラインイメージセンサやＬＥＤプリンタなどに使われ、現在では比較的安価になったロッドレンズを使って同様の投影装置と立体像撮影装置を構成する方法を発見した。

本発明の請求項１は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群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。

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、該ロッドレンズ群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。

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、該ロッドレンズ群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。

本発明の請求項４は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群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。

本発明の請求項５は、請求項４のロッドレンズ群を挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該ロッドレンズ群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。

本発明の請求項６は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群を挟むように、該ロッドレンズ群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。

本発明の請求項７は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群を挟むように、該ロッドレンズ群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。

本発明の請求項８は、請求項４のロッドレンズ群を挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該ロッドレンズ群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。

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、２次元的に並べられたロッドレンズ群を、同様のロッドレンズを線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイ以外を通過する光線を遮る遮光手段に置き換え、該ロッドレンズアレイと遮光手段を、該ロッドレンズアレイの列の方向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。

本発明の請求項１０は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射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ロッドレンズアレイ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。

本発明の請求項１１は、請求項１０の二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該ロッドレンズアレイ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１０に記載の投影装置である。

本発明の請求項１２は、請求項１０の二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該ロッドレンズアレイ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１０に記載の投影装置である。

本発明の請求項１３は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射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ロッドレンズアレイ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、面上に該ロッドレンズアレイの列方向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ロッドレンズアレイの列方向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。

本発明の請求項１４は、請求項１３のロッドレンズアレイを挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該ロッドレンズアレイ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１３に記載の立体像撮影装置である。

本発明の請求項１５は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射面に面して、該ロッドレンズアレイ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ロッドレンズアレイ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、面上に該ロッドレンズアレイの列方向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ロッドレンズアレイの列方向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。

本発明の請求項１６は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射面に面して、該ロッドレンズアレイ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ロッドレンズアレイ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、面上に該ロッドレンズアレイの列方向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ロッドレンズアレイの列方向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。

本発明の請求項１７は、請求項１３のロッドレンズアレイを挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該ロッドレンズアレイ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１３に記載の立体像撮影装置である。

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、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群２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。本光学系を上方および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。

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２にロッドレンズ群２を構成するロッドレンズ７の拡大図を示す。本ロッドレンズ７は屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズであり、一般に円柱形の外形をしている。このようなロッドレンズ中を伝搬する光線は、その屈折率分布によって決まる所定の周期λを持った光路を描くが、周期λの半分の長さのロッドレンズ７は、一方の端面に光軸と角度θをなして入射した光線を、もう一方の端面から光軸と角度−θをなして出射する作用を示す。すなわちロッドレンズ７は入射光の角度を反転する機能を有する。ロッドレンズ群２は、このロッドレンズ７を軸を平行にして２次元的に並べたもので、各ロッドレンズ７の両端面はそれぞれ同一平面上に存在し、さらにロッドレンズ間の隙間は少ないほど好ましく、隙間には光を通さない材質が充填されている。

図３を使って本実施例の作用を説明する。凸レンズ１と３はその焦点距離と口径が等しくロッドレンズ群２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、ロッドレンズ群２の各ロッドレンズ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。ここでロッドレンズ群２を構成する各ロッドレンズを小さく、多数並べてロッドレンズ群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，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。

このことをさらに詳しく説明する。図１６と図１７はそれぞれ面６に相当する被投影面４９と撮像面５に相当する投影面５０を表す平面図である。図１６において矢印Ｅの側から観察するとき、被投影面４９より距離Ｄpだけ奥に存在する点Ｐは面４９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４９の法線と角度ａをなす光線Ｐaと点Ｂを通過して面４９の法線と角度ｂをなす光線Ｐbを図示した。一方被投影面４９より距離Ｄqだけ手前に存在する点Ｑから発する光は面４９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４９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４９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４９の法線と角度ｄをなしてＱに向かう光線Ｑdを図示した。

この被投影面４９を図１，３の凸レンズ１，３及びロッドレンズ群２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１７の投影面５０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５０上の通過位置Ａ'，Ｂ'，Ｃ'，Ｄ'の位置関係は図１６のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと等しく、また法線となす角ａ，ｂ，ｃ，ｄはロッドレンズ群２の各ロッドレンズが十分小さいものとして図１６と大きさが等しいものとした。図１７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４９より距離Ｄpだけ奥に存在した点Ｐは、逆に投影面５０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４９より距離Ｄqだけ手前に存在した点Ｑは、逆に投影面５０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及びロッドレンズ群２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。

このように遠近感を逆転して投影する機能は、原理的には二枚の凸レンズ１，３を用いなくとも、ロッドレンズ群２だけで実現することが可能であり、すでに特開2002-300609に記載の立体撮影装置に使用されている。ただこのようにロッドレンズ群のみで投影する光学系では、図１８に示すように最大の視野角はロッドレンズの開口角Δに制限され、またこの光学系で投影できるのは等倍像に限られる。これに対し本発明の投影装置では、図１９に示すように最大の視野角φはロッドレンズの開口角Δに制限されず、凸レンズ５２，５４の直径と焦点距離の関係で決まる。一般に開口角の大きなロッドレンズは入手困難かあるいは高価になるため、ロッドレンズ群５１のみの図１８の光学系で視野角の広い立体像を投影するのは困難であり、一方図１９の光学系では、凸レンズにフレネルレンズを用いれば直径と焦点距離の比を容易に大きくでき、視野角の広い立体像を投影することも難しくない。さらに後に記すように、図１９に示す本発明の光学系では拡大・縮小投影が可能である。

次に図１と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４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５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８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８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。

本装置で撮影される立体像は、図６に示したごとく撮影像を記録した面９の前にレンズシート１０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６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。

図１，３の装置に示されるように、凸レンズ１と３をロッドレンズ群２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。すなわちロッドレンズ群２の各ロッドレンズの作用によって凸レンズ１の等倍像がロッドレンズ群２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からロッドレンズ群２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。

図１，３の装置では、ロッドレンズ群２を構成するのに多数のロッドレンズを必要とする。現在安価に入手可能なロッドレンズは、その直径が１mm以下のものがほとんどであることから、装置のサイズが大きい場合には必要なロッドレンズの数が極めて大きくなり、製造にかかる手間とコストが大きくなって好ましくない。一方ロッドレンズを軸を平行に線状に並べたロッドレンズアレイであれば、並べるロッドレンズの数も大幅に少なくすることができ、製作も容易である。

図７はロッドレンズアレイ１１を使った請求項９の立体像撮影装置である。ロッドレンズアレイ１１は遮光手段１２にはさまれ、これを矢印の方向に走査して露光を積算することでロッドレンズ群２と同様な光線を伝えることができる。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。

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とロッドレンズ群２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。

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、ロッドレンズ群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、二つの凸レンズをロッドレンズ群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。

図８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。本実施例の平面図を図９に示した。本装置では第２の凸レンズ１５の焦点距離f2は第１の凸レンズ１３の焦点距離f1より長く、両レンズはロッドレンズ群１４から等しい距離に置かれ、レンズシート１７の前に第３の凸レンズ１６が置かれている。凸レンズ１５と凸レンズ１６の距離L1はf2より小さく、凸レンズ１６の焦点距離f3は数１で表される。被写体のピント面１９は凸レンズ１３からf1だけ離れた位置に存在する。図９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２０は、凸レンズ１５を出た時点で広がる光線になるが、凸レンズ１６の働きで再びｚ軸に平行な光線２１になってレンズシート１７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１７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１６により焦点面が移動するため、凸レンズ１５と撮像面１８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。

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１０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２４の焦点距離f2は第１の凸レンズ２２の焦点距離f1より短く、レンズシート２６の前には凹レンズ２５が置かれている。ここで凹レンズ２５の負の焦点距離f3は数１で表され、凸レンズ２４と撮像面２７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２９は、凸レンズ２４を出た時点で集束する光線になるが、凹レンズ２５の働きで再びｚ軸に平行な光線３０になってレンズシート２６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。

一方でロッドレンズ群を挟む二つの凸レンズをロッドレンズ群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１１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３１の焦点距離f1とロッドレンズ群３２からの距離D1および凸レンズ３３の焦点距離f2とロッドレンズ群３２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３７は、凸レンズ３１によって集束光になるが、凸レンズ３３によって再びｚ軸に平行な光線３８になってレンズシート３４に入射する。撮像面３５には面３６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３１，３３がロッドレンズ群３２から等距離に置かれていないため、凸レンズ３１から凸レンズ３３の間で効率よく光線を伝えるために凸レンズ３３の口径を凸レンズ３１より大きくするなどの対策を講ずる必要がある。

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。

以上説明した本発明の請求項１〜９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１２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１３および１４の立体像撮影装置である。本実施例において、凸レンズ３９〜４２までは図１の凸レンズ１〜３による投影装置のロッドレンズ群２を、同じロッドレンズを水平に一列並べたロッドレンズアレイ４０と遮光手段４１に置き換えた構成になっている。図１３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１２の装置では、撮像面４４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４３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４３は、図１４に示した縦のスリットが並んだスリット板４６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４３を使う場合に比べて撮影感度は低下する。またロッドレンズアレイ４０はロッドレンズが一列並んだものに限らず、二列ないし数列並んだものでもよく、列が増すほど投影像が明るくなり撮影感度が増すが、反面縦の解像度に関わる焦点深度が浅くなるため、列をむやみに増やすのは好ましくない。ロッドレンズアレイの幅が適当な幅になるよう選択するのが好ましい。

本立体像撮影装置の撮影像は、図１５に示すように撮影像４７の上にレンチキュラーレンズ４３と同様のレンチキュラーレンズ４８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。

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１２，１５〜１７）。

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。

本発明を静止画の撮影に適用する場合には、撮影が容易である点を生かしてポートレートのスタジオ撮影を行う写真業に利用したり、あるいは商品の立体写真を使った看板・広告や、立体写真の表現力を生かした図鑑・美術写真集などの印刷出版物に利用できる可能性がある。さらに本発明を動画の撮影に適応する場合には、立体テレビや立体映画への利用が期待できる。

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。 本発明に使われるロッドレンズの機能を示す説明図である。 図１の実施例の平面図である。 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。 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。 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。 請求項９による立体像撮影装置の実施例である。 請求項７による立体像撮影装置の実施例である。 図８の実施例の平面図である。 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。 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。 請求項１０および請求項１１による投影装置を用いた請求項１３および請求項１４による立体像撮影装置の実施例である。 図１２の実施例を側面から見た平面図である。 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。 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。 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。 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。 ロッドレンズ群のみを使った遠近感を逆転する投影装置である。 本発明による遠近感を逆転する投影装置である。

符号の説明

１，３，１３，１５，２２，２４，３１，３３，３９，４２，５２，５４ ・・・ 凸レンズ
２，１４，２３，３２，５１，５３ ・・・ ロッドレンズ群
４，１０，１７，２６，３４ ・・・ レンズシート
５，１８，２７，３５，４４ ・・・ 撮像面
６，１９，２８，３６，４５ ・・・ ピント面
７ ・・・ ロッドレンズ
８ ・・・ ピンホール板
９ ・・・ 撮影像が記録された面
１１．４０ ・・・ ロッドレンズアレイ
１２，４１ ・・・ 遮光手段
１６ ・・・ 第３の凸レンズ
２０，２９，３７ ・・・ 被写体よりｚ軸に平行に入射する光線
２１，３０，３８ ・・・ レンズシートに入射するｚ軸に平行な光線
２５ ・・・ 凹レンズ
４３，４８ ・・・ レンチキュラーレンズ
４６ ・・・ スリット板
４７ ・・・ 撮影像が記録された面
４９ ・・・ ピント面（被写体側）
５０ ・・・ 焦点面（投影像側）

Claims (17)

1. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群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、該ロッドレンズ群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、該ロッドレンズ群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. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群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のロッドレンズ群を挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該ロッドレンズ群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. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群を挟むように、該ロッドレンズ群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. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に２次元的に多数並べたロッドレンズ群と、該ロッドレンズ群を挟むように、該ロッドレンズ群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のロッドレンズ群を挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該ロッドレンズ群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、２次元的に並べられたロッドレンズ群を、同様のロッドレンズを線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイ以外を通過する光線を遮る遮光手段に置き換え、該ロッドレンズアレイと遮光手段を、該ロッドレンズアレイの列の方向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. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射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ロッドレンズアレイ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。
11. 請求項１０の二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該ロッドレンズアレイ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１０に記載の投影装置。
12. 請求項１０の二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該ロッドレンズアレイ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１０に記載の投影装置。
13. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射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ロッドレンズアレイ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、面上に該ロッドレンズアレイの列方向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ロッドレンズアレイの列方向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。
14. 請求項１３のロッドレンズアレイを挟む二つの凸レンズの焦点距離が等しく、該ロッドレンズアレイ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１３に記載の立体像撮影装置。
15. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射面に面して、該ロッドレンズアレイ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ロッドレンズアレイ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、面上に該ロッドレンズアレイの列方向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ロッドレンズアレイの列方向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。
16. 屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期の半分の長さにして、軸を平行に線状に一列以上並べられたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの入射面および出射面に面して、該ロッドレンズアレイ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ロッドレンズアレイ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、面上に該ロッドレンズアレイの列方向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ロッドレンズアレイの列方向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。
17. 請求項１３のロッドレンズアレイを挟む二つの凸レンズの焦点距離が異なり、該ロッドレンズアレイ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１３に記載の立体像撮影装置。
    
    

Images