JP2005086287A - Stereoscopic video imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、いわゆる、IP(Integral Photography)方式を用いた立体映像方式に適用される立体映像撮像装置に関する。 The present invention relates to a stereoscopic video imaging apparatus applied to a stereoscopic video system using a so-called IP (Integral Photography) system.
従来、立体映像方式として、偏光眼鏡等によらない方式の開発や検討が行われている。偏光眼鏡等によらない3次元立体表示技術として、レンチキュラー板を用いた装置がすでに製品化されており、さらにレンチキュラー方式では不可能とされた、上下左右からでも認識可能な3次元立体画像を得ることのできるIP方式の実用化が進められている。このIP方式には、平面状に配列されたレンズ群あるいはピンホール群を用いた方式が知られている。 Conventionally, as a stereoscopic video system, a system that does not use polarized glasses or the like has been developed and studied. As a three-dimensional stereoscopic display technology that does not rely on polarized glasses, etc., a device using a lenticular plate has already been commercialized, and furthermore, a three-dimensional stereoscopic image that can be recognized from the top, bottom, left and right, which is impossible with the lenticular method, is obtained. The IP system that can be used is being put into practical use. As this IP system, a system using lens groups or pinhole groups arranged in a plane is known.
図15および図16を参照して凸レンズによるレンズ群を用いた場合を例にして、IP方式の構成並びに立体表示の原理について説明する。
図15は、従来のIP方式における被写体の撮像方法を説明するための図、図16は、従来のIP方式における立体像の観察方法を説明するための図である。
図15に示すように、レンズ群50は、被写体51の像を結像する作用を有する複数の凸レンズ(以下、各凸レンズを要素レンズ501,502…50nという)からなる。レンズ群50の後方焦点位置には、フィルムF等が配置されており、レンズ群50を通じて結像された被写体51の複数の像(以下、個々の像を要素画像511,512…51nという)が撮像される。このレンズ群50は、通常、微小なレンズを縦横数百個以上同一平面状に並べて構成されるものであり、同図では、代表された一列分の要素レンズ501,502…50nのみを図示している。
The configuration of the IP system and the principle of stereoscopic display will be described with reference to FIG. 15 and FIG.
FIG. 15 is a diagram for explaining a subject imaging method in the conventional IP method, and FIG. 16 is a diagram for explaining a stereoscopic image observation method in the conventional IP method.
As shown in FIG. 15, the lens group 50 includes a plurality of convex lenses (hereinafter, each convex lens is referred to as element lenses 50 1 , 50 2 ... 50 n ) having an action of forming an image of the
なお、被写体51は、レンズ群50の前方に、各レンズ501,502…50nの焦点距離よりも充分大きい距離を置いて設置されているものとする。被写体51からの出射光は、各レンズ501,502…50nの作用により、被写体51の倒立像を結像する。
各要素画像511,512…51nは、各要素レンズ501,502…50nの位置の違いによって、少しずつ異なる画像となっており、これによって、後記する被写体51の再生された立体画像における奥行きの情報が与えられることとなる。
It is assumed that the
Each
このようにして結像された各要素画像511,512…51nは、図16に示すように、撮像時と同じ位置に配置されたレンズ群50を通じて、観察者Hの目に立体再生像51’として映るようになる。すなわち、各要素画像511,512…51nから発した光は、対応する要素レンズ501,502…50nの作用により、レンズ群50の正面で立体再生像51’を形成する(例えば、特許文献1参照)。
The
なお、実際には、図16の状態で観察者Hが立体再生像51’を見たときには、奥行きが反転して見える虚立体像となる。このため、奥行きの正しい立体像は、各要素画像511,512…51nの中心を点対称の中心として、別途手段による点対称の位置変換処理等を行うことにより得られるようになる(例えば、特開平10−150675号公報)。
In practice, when the observer H views the
ところで、このような凸レンズに代わるレンズ作用を有するものとして、光ファイバー(屈折率分布レンズ)を用いた光ファイバーレンズ群が知られている。この光ファイバーレンズ群は、円柱形状の所定の長さを有する光ファイバーを複数本集めて構成されており、各光ファイバーの長さは、被写体の正立像が出射端面に形成される長さとされている。このような光ファイバーレンズ群によれば、立体像の凹凸が正しい状態で表示できるだけではなく、隣接する要素画素間の光の干渉も回避することができるという利点が得られる。
従来の光ファイバーレンズ群を用いたIP方式では、各要素画像を直接撮影することにより、立体像を得ていたが、フィルム撮像を行ったときのような歪みのない立体像を得るためには、フィルム撮像を行ったときと同等な撮像方法で要素画像を撮像することが望ましい。 In the IP method using the conventional optical fiber lens group, a stereoscopic image is obtained by directly capturing each element image. However, in order to obtain a stereoscopic image without distortion as in film imaging, It is desirable to capture an element image by an imaging method equivalent to that when film imaging is performed.
すなわち、従来の図15,図16に示した撮像方法において、レンズ群50の代わりに光ファイバーレンズ群を用いた場合、図17に示すように、フィルムFは、光ファイバーレンズ群53の各光ファイバー531,532…53nによって結像される全ての要素画像G1,G2,…Gnを撮像することが可能な大きさが必要となる。
このため、フィルムFを用いる代わりに、光ファイバーレンズ群53の各要素画像を撮像する方式でこれを実現するためには、図18に示すように、要素画像G1,G2,…Gnの全てを撮像することが可能な大型のカメラレンズLが必要となる。
That is, in the conventional imaging method shown in FIGS. 15 and 16, when an optical fiber lens group is used instead of the lens group 50, the film F is made of each optical fiber 53 1 of the optical fiber lens group 53 as shown in FIG. 17. , 53 2 ... 53 n must be large enough to capture all the element images G1, G2,.
Therefore, instead of using the film F, in order to realize this by a method of imaging each element image of the optical fiber lens group 53, as shown in FIG. 18, all the element images G1, G2,. A large camera lens L that can be used is required.
したがって、より広範囲の立体像が得られるように光ファイバーレンズ群53が大きく形成されているときには、これに伴って、撮像装置SのカメラレンズLのレンズ径も大きく形成せざるを得ず、その結果、撮像装置Sの大型化を来たすという問題があった。 Therefore, when the optical fiber lens group 53 is formed large so that a wider range of stereoscopic images can be obtained, the lens diameter of the camera lens L of the imaging device S must be increased accordingly. There has been a problem that the imaging apparatus S is increased in size.
このような撮像装置Sの大型化を回避する方策として、図19に示すように、光ファイバーレンズ群53の光路後方に、光ファイバーレンズ群53よりも大きく形成された凸レンズL1を配置して、この凸レンズL1を介して撮像装置Sに各要素画像G1,G2…Gnを取り込むようにすれば、撮像装置SのカメラレンズL2を比較的小さくすることが可能ではある。
しかしながら、この方法では、光ファイバーレンズ群53の光路後方に配置される凸レンズL1と撮像装置SのカメラレンズL2との距離W1を、凸レンズL1の焦点距離と一致させる必要がある(詳細は電子情報通信学会技術研究報告vol.95 No.581 IE95‐146)。
このため、光学系が複雑になるという難点がある。
As a measure for avoiding such an increase in the size of the imaging device S, a convex lens L1 formed larger than the optical fiber lens group 53 is disposed behind the optical path of the optical fiber lens group 53 as shown in FIG. If each of the element images G1, G2,... Gn is taken into the imaging device S via L1, the camera lens L2 of the imaging device S can be made relatively small.
However, in this method, it is necessary to make the distance W1 between the convex lens L1 disposed behind the optical path of the optical fiber lens group 53 and the camera lens L2 of the imaging device S coincide with the focal length of the convex lens L1 (for details, refer to electronic information communication). Society Technical Research Report vol.95 No.581 IE95-146).
For this reason, there exists a difficulty that an optical system becomes complicated.
本発明の課題は、以上のような問題点に鑑み、複雑な光学系を必要とせずに、しかも、撮像装置の小型化を図ることができる立体映像撮像装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a stereoscopic video imaging apparatus that does not require a complicated optical system and that can reduce the size of the imaging apparatus.
前記目的を達成するために本発明に係る立体映像撮像装置は、光ファイバーレンズ群と、入射レンズと、撮像手段とを備え、前記光ファイバーレンズ群は、前記入射レンズの光軸から離れた位置に配置される光ファイバーにおいて、その光ファイバーにおける出射光が前記入射レンズに向けた光路をたどる傾斜状の出射端面を備えている構成とした(請求項1)。 In order to achieve the above object, a stereoscopic video imaging apparatus according to the present invention includes an optical fiber lens group, an incident lens, and an imaging means, and the optical fiber lens group is disposed at a position away from the optical axis of the incident lens. The optical fiber is configured to have an inclined outgoing end face in which the outgoing light from the optical fiber follows the optical path toward the incident lens.
この立体映像撮像装置によれば、入射レンズの光軸から離れた位置に配置される光ファイバーからの出射光は、傾斜状の出射端面においてそれぞれ所定角度屈折され、入射レンズに向けて出射される。
これにより、光ファイバーレンズ群の各光ファイバーにより結像される要素画像を入射レンズに向けてそれぞれ収束させることができる。そして、撮像手段により、入射レンズに向けて収束された各要素画像が撮像される。
According to this stereoscopic image pickup device, the outgoing light from the optical fiber arranged at a position away from the optical axis of the incident lens is refracted by a predetermined angle at the inclined outgoing end face and is emitted toward the incoming lens.
Thereby, the element images formed by the optical fibers of the optical fiber lens group can be converged toward the incident lens. Then, each element image converged toward the incident lens is picked up by the image pickup means.
また、本発明に係る立体映像撮像装置は、光ファイバーレンズ群と、入射レンズと、撮像手段とを備え、前記光ファイバーレンズ群は、各光ファイバーにおける出射光が、前記入射レンズに向けた光路をたどるように、前記光ファイバーレンズ群としての出射端面を、フレネルレンズ状に形成した構成とした(請求項2)。 The stereoscopic image capturing apparatus according to the present invention includes an optical fiber lens group, an incident lens, and an imaging unit, and the optical fiber lens group allows the outgoing light from each optical fiber to follow an optical path toward the incident lens. In addition, the emission end face as the optical fiber lens group is formed in a Fresnel lens shape.
この立体映像撮像装置によれば、各光ファイバーからの出射光は、フレネルレンズ状に形成された出射端面においてそれぞれ所定角度屈折され、入射レンズに向けて出射される。
これにより、光ファイバーレンズ群の各光ファイバーにより結像される要素画像を入射レンズに向けてそれぞれ収束させることができる。そして、撮像手段により、入射レンズに向けて収束された各要素画像が撮像される。
According to this stereoscopic image pickup apparatus, the outgoing light from each optical fiber is refracted by a predetermined angle at the outgoing end face formed in a Fresnel lens shape and is emitted toward the incident lens.
Thereby, the element images formed by the optical fibers of the optical fiber lens group can be converged toward the incident lens. Then, each element image converged toward the incident lens is picked up by the image pickup means.
さらに、本発明に係る立体映像撮像装置は、光ファイバーレンズ群と、入射レンズと、撮像手段とを備え、前記光ファイバーレンズ群は、各光ファイバーにおける出射光が前記入射レンズに向けた光路をたどるように、前記光ファイバーレンズ群としての出射端面を、面状の中央から縁側に向かって所定の曲率半径を有する曲面状に形成した構成とした(請求項3)。 Furthermore, the stereoscopic image capturing apparatus according to the present invention includes an optical fiber lens group, an incident lens, and an imaging unit, and the optical fiber lens group is configured so that outgoing light from each optical fiber follows an optical path toward the incident lens. The exit end face as the optical fiber lens group is formed in a curved surface having a predetermined radius of curvature from the center of the surface toward the edge side (Claim 3).
この立体映像撮像装置によれば、各光ファイバーからの出射光は、曲面状に形成された出射端面においてそれぞれ所定角度屈折され、入射レンズに向けて出射される。
これにより、光ファイバーレンズ群の各光ファイバーにより結像される要素画像を入射レンズに向けてそれぞれ収束させることができる。そして、撮像手段により、入射レンズに向けて収束された各要素画像が撮像される。
According to this stereoscopic image pickup apparatus, the outgoing light from each optical fiber is refracted by a predetermined angle at the outgoing end face formed in a curved surface and is emitted toward the incident lens.
Thereby, the element images formed by the optical fibers of the optical fiber lens group can be converged toward the incident lens. Then, each element image converged toward the incident lens is picked up by the image pickup means.
請求項1に記載の立体映像撮像装置によれば、光ファイバーレンズ群に対面した入射レンズに各光ファイバーの出射光を収束させることができるので、光ファイバーレンズ群に凸レンズと同様の機能をもたせることができる。したがって、従来のような大型の凸レンズを別途配置する必要がなくなり、光学系が簡略化されるとともに、撮像装置の小型化を図ることができる。 According to the three-dimensional image pickup device of the first aspect, since the outgoing light of each optical fiber can be converged on the incident lens facing the optical fiber lens group, the optical fiber lens group can have the same function as the convex lens. . Therefore, it is not necessary to separately arrange a large convex lens as in the prior art, the optical system is simplified, and the image pickup apparatus can be reduced in size.
請求項2に記載の立体映像撮像装置によれば、光ファイバーレンズ群としての出射端面がフレネルレンズ状に形成され、光ファイバーレンズ群に対面した入射レンズに各光ファイバーの出射光を収束させることができるので、従来のような大型の凸レンズを別途配置する必要がなくなり、光学系が簡略化されるとともに、撮像装置の小型化を図ることができる。 According to the stereoscopic image pickup apparatus of the second aspect, since the exit end face as the optical fiber lens group is formed in a Fresnel lens shape, the outgoing light of each optical fiber can be converged on the incident lens facing the optical fiber lens group. Thus, it is not necessary to separately arrange a large convex lens as in the prior art, the optical system is simplified, and the imaging apparatus can be reduced in size.
請求項3に記載の立体映像撮像装置によれば、光ファイバーレンズ群としての出射端面が面状の中央から縁側に向かって所定の曲率半径を有する曲面状に形成され、光ファイバーレンズ群に対面した入射レンズに各光ファイバーの出射光を収束させることができるので、光ファイバーレンズ群をひとつの凸レンズとして用いることができる。したがって、従来のような大型の凸レンズを別途配置する必要がなくなり、光学系が簡略化されるとともに、撮像装置の小型化を図ることができる。 According to the three-dimensional image pickup device according to claim 3, the exit end face as the optical fiber lens group is formed in a curved surface having a predetermined radius of curvature from the center of the surface toward the edge side, and is incident on the optical fiber lens group. Since the light emitted from each optical fiber can be converged on the lens, the optical fiber lens group can be used as one convex lens. Therefore, it is not necessary to separately arrange a large convex lens as in the prior art, the optical system is simplified, and the image pickup apparatus can be reduced in size.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
(第一の実施の形態)
図1は、本発明の第一の実施の形態に係る立体映像撮像装置を説明するための模式図、図2は、同じく出射光の軌跡を説明するために光ファイバーレンズ群の一部と撮像装置とを示した模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a stereoscopic video imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a part of an optical fiber lens group and an imaging apparatus for explaining the locus of emitted light. It is the schematic diagram which showed.
図1に示すように、本実施の形態の立体映像撮像装置は、光ファイバーレンズ群1と、この光ファイバーレンズ群1の光路後方に配置された、入射レンズ6と撮像手段としての撮像板7とを備えた撮像装置(ビデオカメラ等)5とを備えている。
As shown in FIG. 1, the stereoscopic image pickup apparatus of the present embodiment includes an optical
光ファイバーレンズ群1は、光ファイバー2を複数規則的に結束して配列し面状として形成されており、各光ファイバー2は、周縁部から光軸に向かって屈折率が大きくなる屈折率分布を備えたものを用いている。また、図2に示すように、光ファイバーレンズ群1は、入射レンズ6の光軸O1から離れた位置に配置される光ファイバー(例えば、光軸O1からm番目にある光ファイバー2(m))において、その出射端面2bが傾斜状に形成されている。
この出射端面2bの、光軸Kmに対する出射光a1″の傾斜角度θmは、後記するようにして求められる。このような傾斜角度θmを有することにより、光ファイバー2(m)における出射光a1″は、撮像装置5の入射レンズ6の主点6aに向けた光路をたどるようになる。これにより、フィルム撮像を行う場合と同等の光(要素画像)を、撮像装置5の小さな口径の入射レンズ6で、撮像することができる。
The optical
The inclination angle θm of the outgoing light a 1 ″ with respect to the optical axis Km at the
図1を再び参照して、撮像装置5は、前記入射レンズ6と、撮像素子からなる撮像板7とを備えている。入射レンズ6は、光ファイバーレンズ群1に対面しており、光ファイバーレンズ群1の外径寸法より小さな外径寸法を備えている。具体的には、光ファイバーレンズ群1の外径寸法に対して、例えば、1/5程度の大きさのものを用いることができる。この入射レンズ6には、前記のように、光ファイバーレンズ群1の各光ファイバー2からの光が、例えば、前記出射端面2bにおける出射光の傾斜角度θmの作用によって、収束されるようになっており、入射レンズ6に入射された光は、撮像装置5内で後方の撮像板7へ向けて出射されるようになっている。
Referring to FIG. 1 again, the imaging device 5 includes the
ここで、撮像装置5の撮像板7は、入射レンズ6に入射された複数の要素画像を撮像するためのものであり、例えば、CCD(Charge Coupled Device)等の光学素子により構成されている。この撮像板7は、入射レンズ6の出射端面6bより所定の間隔を隔てた位置に配置されている。
Here, the image pickup plate 7 of the image pickup apparatus 5 is for picking up a plurality of element images incident on the
次に、光ファイバーレンズ群1についてさらに詳細に説明する。
本実施の形態の光ファイバーレンズ群1に使用される各光ファイバー2は、周縁部から光軸に向かって屈折率が大きくなる屈折率分布を有しており、レンズ長さをZ、屈折率分布定数を√Aとしたとき、Zと√Aとの関係が、
Next, the optical
Each
で表される関係となっている。
ここで、図3に示したような、出射端面10bが何も加工されていない一般的な光ファイバー10により構成される光ファイバーレンズ群20と比較して、本実施の形態の光ファイバーレンズ群1を説明すると次のようになる。すなわち、一般的な光ファイバーレンズ群20においては、出射端面10bにおいて出射光が拡散した状態に広がる。今、規則的に配列された複数の光ファイバー10のうち、光ファイバーレンズ群20を撮像する図示しないカメラレンズの光軸O1から数えてm番目の位置にある光ファイバー10(m)について、この光ファイバー10(m)の光軸K1に平行な光(a1,b1,c1)が入射した際の出射光(a1’,b1’,c1’)について考えると、光ファイバー10(m)に入射した光は、次式(2)で表される行列にしたがった軌跡で進んで行く(詳細は、The Bell System Technical Journal,vol.43,July.1964,pp1759-1782)。
The relationship represented by
Here, the optical
前記式(2)において、n(0)は、光ファイバーの屈折率、r1,r1’は、光ファイバーへ入射する光の、入射端面上での入射位置と入射角度、r2,r2’は、光ファイバーから出射する光の、出射端面上での出射位置と出射角度とをそれぞれ示している。
図3に示すように、光ファイバー10(m)の入射端面10aにおいて、光軸K1に沿って入射した光線a1は、光ファイバー10(m)の光軸K1上から光ファイバー10(m)の光軸K1に沿って出射する光線a1’となる。また、光ファイバー10(m)の入射端面10aにおいて、光軸K1と平行に入射した光線b1,c1は、光ファイバー10(m)の光軸K1上から所定の角度をもって出射する光線b1’,c1’となる。
ここで、光ファイバー10(m)における出射光(a1’,b1’,c1’)の軌跡は、出射端面10bにおいてスネルの法則を適用することにより調べることができる。
In the above formula (2), n (0) is the refractive index of the optical fiber, r 1 and r 1 ′ are the incident position and angle on the incident end face of the light incident on the optical fiber, and r 2 and r 2 ′. These respectively show the outgoing position and outgoing angle of the light emitted from the optical fiber on the outgoing end face.
As shown in FIG. 3, on the incident end face 10a of the optical fiber 10 (m), the light beam a 1 incident along the optical axis K1 is from the optical axis K1 of the optical fiber 10 (m) to the optical axis of the optical fiber 10 (m). It becomes a light ray a 1 ′ emitted along K1. Also, at the incident end face 10a of the optical fiber 10 (m), light b 1, c 1 which is incident parallel to the optical axis K1 is an optical fiber 10 (m) beam b 1 emitted from the optical axis K1 at a predetermined angle of ' , C 1 '.
Here, the locus of the outgoing light (a 1 ′, b 1 ′, c 1 ′) in the optical fiber 10 (m) can be examined by applying Snell's law on the
すなわち、図4に示すように、光ファイバー10(m)の内側から光ファイバー10(m)の外側に進む光線は、屈折率がn1の媒質から屈折率がn2の媒質へ進む光線の軌跡により説明することができ、出射端面10bの法線11aに対してθ1の角度で入射した光線ABは、出射端面10bで法線11aに対してθ2の角度で進む光線BCとなる。
ここで、点Aは、光ファイバー10(m)内の光線上の点、点Bは、出射端面10bにおける光線の到達点、点Cは、出射端面10bより出射した光線の軌跡上の点を示している。このとき、次式(3)で示す関係が成り立つ。
That is, as shown in FIG. 4, the light beam traveling from the inside of the optical fiber 10 (m) to the outside of the optical fiber 10 (m) is caused by the locus of the light beam traveling from the medium having the refractive index n 1 to the medium having the refractive index n 2. As can be explained, the light beam AB incident at an angle θ1 with respect to the
Here, the point A is a point on the light beam in the optical fiber 10 (m), the point B is the arrival point of the light beam on the
このとき、sinθ1が約θ1,sinθ2が約θ2とすれば、 At this time, if sin θ 1 is about θ 1 and sin θ 2 is about θ 2 ,
となる。これを踏まえて、本実施の形態のような出射端面2b(図2参照)が傾斜された光ファイバー2(m)の出射光の軌跡について説明することができる。図5に示すように、前記図4で示した光線ABと同様の光線ABが出射端面10bに到達する点Bを基準として、出射端面2bが出射端面10bに対して反時計方向に角度δ傾いているとすると、入射光線ABは、この傾いた出射端面2bの法線2b’に対して角度θ2’となる光線BC’となって進んでゆく。このときの関係は、次式(5)で表される。
It becomes. Based on this, the locus of the outgoing light of the optical fiber 2 (m) whose
このとき、sinθ1’が約θ1’,sinθ2’が約θ2’とすれば、 At this time, if sin θ 1 ′ is about θ 1 ′ and sin θ 2 ′ is about θ 2 ′,
さらに、光線BC’と出射端面10bの法線11aとがなす角度をθ2″とすると、
Furthermore, if the angle formed by the light beam BC ′ and the
となる関係が成り立つ。したがって、θ2″とθ2との角度差ηは、次式(8)で求めることができる。 The relationship becomes. Therefore, the angle difference η between θ 2 ″ and θ 2 can be obtained by the following equation (8).
このことは、出射端面10bを光線が到達する点Bを基準にして角度δだけ傾けると、出射光は前記式(8)で与えられる角度ηだけ変化することを示している。
したがって、図2に示すように、光ファイバーレンズ群1の出射端面2bより、Zf離れた位置にある撮像装置5の入射レンズ6の主点6aへ光ファイバー2(m)の光線a1″を入射させるためには、光軸Kmに対する光線a1″の傾斜角度θmが、次式(9)で与えられる角度η(m,0)となる出射端面2bを形成すればよい。すなわち、光ファイバー2のレンズ半径をr、光ファイバー2(m)のレンズ番号をmとすると、
This indicates that when the
Therefore, as shown in FIG. 2, the light beam a 1 ″ of the optical fiber 2 (m) is incident on the principal point 6a of the
となり、レンズ番号mの光ファイバー2(m)においては、角度η(m,0)をもった出射端面2bを形成すれば良いということになる。したがって、前記式(8)により、光ファイバー2の光軸上の屈折率をn(0)として、光ファイバーレンズ群1を大気中に配置した場合、次式(10)で求められる角度δ(m,0)分だけ光ファイバー2の出射端面2bに傾斜をもたせれば、出射端面2bからの出射光が、光路後方の撮像装置5の入射レンズ6の主点6aに向けて屈折する光路をたどることになる。
Thus, in the optical fiber 2 (m) having the lens number m, it is only necessary to form the
以上説明したように、光ファイバー2(m)の光軸Kmに平行に入射される平行光(a1,b1,c1)のうち、光軸Kmに沿って入射される光線a1における出射光の軌跡について説明したが、この他の、平行光(b1,c1)についても、同様な角度で屈折されることとなり、入射レンズ6に対して収束させることが可能である。
したがって、このような光ファイバーレンズ群1によれば、大口径の凸レンズを光ファイバーレンズ群1の光路後方に配置したときと同様の作用効果をもたせることができるようになり、撮像装置5の入射レンズ6の主点6aに光ファイバーレンズ群1の各光ファイバー2の出射端面(例えば、光ファイバー2(m)においては、出射端面2b)から出射された各出射光を収束させることができる。
As described above, out of the parallel light (a 1 , b 1 , c 1 ) incident in parallel to the optical axis Km of the optical fiber 2 (m), the output in the light ray a 1 incident along the optical axis Km is obtained. Although the locus of the incident light has been described, other parallel light (b 1 , c 1 ) is also refracted at the same angle and can be converged with respect to the
Therefore, according to the optical
(第二の実施の形態)
図6は、本発明に係る第二の実施の形態を示す立体映像撮像装置を説明するための光ファイバーレンズ群の一部と撮像装置とを示した模式図である。
本実施の形態では、図6に示すように、光ファイバーレンズ群30の各光ファイバー31における出射光が、撮像装置5の入射レンズ6に向けた光路をたどるように、各光ファイバー31の出射端面31bが傾斜をもたせて斜めに形成されている点は同様であるが、その傾斜は、光ファイバーレンズ群30の出射端面として、細かな傾斜状の凹凸を有するフレネルレンズ状となるように形成されている点が前記第一の実施の形態と異なる点である。
そして、このフレネルレンズ状の細かな傾斜状の凹凸は、光ファイバーレンズ群30の中央から縁側に向かって、連続的に傾斜角が大きくなるように形成されている。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a part of an optical fiber lens group and an imaging apparatus for explaining a stereoscopic video imaging apparatus showing a second embodiment according to the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the output end face 31 b of each
Then, the finely inclined irregularities of the Fresnel lens shape are formed so that the inclination angle continuously increases from the center of the optical fiber lens group 30 toward the edge side.
図6に示すように、このような、光ファイバーレンズ群30では、光軸Kmに対してθdの角度を有する平行光(a2,b2,c2)が入射されたときにも、撮像装置5の入射レンズ6に対して出射光を収束させることができる。
As shown in FIG. 6, in such an optical fiber lens group 30, even when parallel light (a 2 , b 2 , c 2 ) having an angle of θ d with respect to the optical axis Km is incident, imaging is performed. The emitted light can be converged with respect to the
ここで、図7に示したような、出射端面10bが何も加工されていない一般的な光ファイバー10と比較して、本実施の形態の光ファイバーレンズ群30を説明すると次のようになる。すなわち、一般的な光ファイバー10においては、光軸Kに対してθdの角度を有する平行光(a2,b2,c2)は、出射端面10bの光軸Kより変位したr2の位置から光軸Kと平行方向に出射する出射光a2’を中心として、上下にθd’の角度で出射するということが前記式(2)により導かれる。
Here, the optical fiber lens group 30 of the present embodiment will be described as follows, as compared with a general
そこで、図6に示すように、光ファイバーレンズ群30の各光ファイバー31のうち、撮像装置5の光軸O1から離れたm番目の位置にある光ファイバー31(m)についてその光線の軌跡を考えてみると次のようになる。すなわち、光ファイバー31(m)の光軸Kmに対してθdの角度を有する平行光(a2,b2,c2)が入射されたとき、このうち、光ファイバー31(m)の光軸Km上に入射する光a2を撮像装置5の入射レンズ6に入射させるためには、次式(11)で求められる角度η(m,r2)だけ、光線が屈折するようにすればよい。ここで次式(11)における出射位置r2は、光ファイバー31(m)の光軸Kmに対して、入射レンズ6の光軸O1側にあるので、−r2となる。
Therefore, as shown in FIG. 6, consider the locus of the light beam of the optical fiber 31 (m) at the m-th position away from the optical axis O <b> 1 of the imaging device 5 among the
したがって、前記式(8)により、出射端面31bにおける光軸Kmからr2離れた位置における光ファイバー31(m)の屈折率をn(r2)とすると、傾斜面の傾斜角度δ(m,r2)は、次式(12)で表されるものとなる。 Therefore, when the refractive index of the optical fiber 31 (m) at the position r 2 away from the optical axis Km at the exit end face 31b is n (r 2 ), the inclination angle δ (m, r 2 ) is represented by the following equation (12).
このことから、図8に示すように、光ファイバー31の出射端面31bに、所定のピッチpの刻みで、前記式(12)で表される角度δ(m,r2)の傾斜を形成することにより、平行光a2は、撮像装置5の入射レンズ6に入射されるようになる。この場合、その他の平行光(b2,c2)についても、同様の結果が得られることとなる。なお、ピッチPと刻みの深さdは、結像状態に影響を与えない程度の大きさに設定される。また、b2,c2の光線の広がりと比較して撮像装置5の入射レンズ6の口径が小さい場合には、光量を損失するという現象が生じることになる。このような場合には、光ファイバーレンズ群30の光路後方で、入射レンズ6の前方の適宜の位置に、b2,c2の光線の広がりを入射レンズ6へ収束させるための大口径の凸レンズを配置する必要がある。したがって、b2,c2の光線の広がりを考慮して入射レンズ6の口径を設定するようにすることが望ましい(詳細は、電子情報通信学会技術研究報告vol.95 No.581 IE95‐146)。
Therefore, as shown in FIG. 8, the inclination of the angle δ (m, r 2 ) expressed by the above equation (12) is formed on the emission end face 31b of the
ここまでは、光ファイバーの長さをZ、屈折率分布定数を√Aとしたとき、Zと√Aとの関係が、 Up to this point, when the length of the optical fiber is Z and the refractive index distribution constant is √A, the relationship between Z and √A is
で表される光ファイバーについて説明したが、次に、前記式(1)以外の場合にも、光ファイバーの出射端面に前記式(12)と同様の傾斜を形成することにより大口径凸レンズを用いることと同等の作用をもたせることが可能である。
このことを、図9〜図12に示すような出射端面10bが何も加工されていない一般的な光ファイバー10と比較して説明する。ここで、一般的に光ファイバーは、光路の長さ(光ファイバーの長さ)によって、出射角度が異なる性質を有しているため、光路を次式(13)〜式(14)に示すように、4つの範囲に分けて考える。
Next, using a large-diameter convex lens by forming an inclination similar to that of the equation (12) on the output end face of the optical fiber, also in cases other than the equation (1), It is possible to have an equivalent action.
This will be described in comparison with a general
図9〜図12において、r1a,r1b,r1cは、平行光(a,b,c)の入射端面10a上の入射位置、r1a’,r1b’,r1c’は、平行光(a,b,c)の入射端面10aにおける入射角度、r2a,r2b,r2cは、平行光(a,b,c)の出射端面10b上の出射位置、r2a’,r2b’,r2c’は、平行光(a,b,c)の出射端面10b上の出射角度を表している。また、角度は、光ファイバー10の光軸Kを基準として、左回りを正とする。なお、入射角度r2a,r2b,r2cは、平行光であるため同一である。これらは、前記式(2)により、
9 to 12, r 1a , r 1b and r 1c are the incident positions on the incident end face 10a of the parallel light (a, b, c), and r 1a ′, r 1b ′ and r 1c ′ are the parallel light. The incident angles r 2a , r 2b and r 2c of the incident end face 10a of (a, b, c) are the emission positions on the
となる。したがって、前記式(13)〜式(16)のいずれの場合にも、出射光b’c’は、例えば、図12に示すように、出射光a’を基準にして、r2aの位置から、次式(20)で表される等しい距離εだけそれぞれ離れた出射端面上の位置から、r2a’を中心として、次式(21)で表される等しい角度ε’(不図示)だけそれぞれ傾いて出射してゆく。 It becomes. Therefore, in any of the above formulas (13) to (16), the emitted light b′c ′ is, for example, from the position of r 2a with reference to the emitted light a ′ as shown in FIG. From the position on the exit end face that is separated by an equal distance ε represented by the following equation (20), the same angle ε ′ (not shown) represented by the following equation (21) is centered around r 2a ′. Inclined and emitted.
したがって、前記式(1)以外の場合にも、例えば、光ファイバー31の出射端面31bと同様に、前記式(12)で求められる傾斜を形成することにより大口径凸レンズを用いることと同等の作用をもたせることが可能である。
なお、ピッチpと刻みの深さdは、結像状態に影響を与えない程度の大きさとされている。
ここでは、前記式(12)で表されるδ(m,r2)は、r2をr2aとして算出する(図8参照)。
Therefore, in the case other than the above formula (1), for example, similarly to the emission end face 31b of the
Note that the pitch p and the step depth d are set to a size that does not affect the imaging state.
Here, [delta] is expressed by the formula (12) (m, r 2) calculates r 2 as r 2a (see FIG. 8).
(第三の実施の形態)
図13は、本発明に係る第三の実施の形態を示す立体映像撮像装置を説明するための光ファイバーレンズ群と撮像装置とを示した模式図である。
本実施の形態では、図13に示すように、光ファイバーレンズ群40の各光ファイバー41における出射光が、撮像装置5の入射レンズ6に向けた光路をたどるように、光ファイバーレンズ群40としての出射端面40bを、面状の中央から縁側に向かって所定の曲率半径を有する曲面状に形成した点が、前記第一,第二の実施の形態と異なる。
すなわち、本実施の形態で採用される光ファイバーレンズ群40は、前記式(12)で表されるδ(m,r2)の傾斜により形成される凹凸を、ピッチpを無限に小さくしてゆくことにより、出射端面40bが曲面状に形成されるようにしたものである。このため、前記√AZは、ピッチpを無限に小さくする必要があり、したがって、次式(22)で表されるものに限られることとなる。
(Third embodiment)
FIG. 13 is a schematic diagram showing an optical fiber lens group and an imaging apparatus for explaining a stereoscopic video imaging apparatus showing a third embodiment according to the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the exit end face as the optical fiber lens group 40 so that the outgoing light from each
In other words, the optical fiber lens group 40 employed in the present embodiment reduces the pitch p to infinitely the unevenness formed by the inclination of δ (m, r 2 ) expressed by the above formula (12). Thus, the emission end face 40b is formed in a curved shape. For this reason, the √AZ needs to make the pitch p infinitely small, and is therefore limited to that represented by the following equation (22).
ここで、入射レンズ6の光軸O1より離れたm番目の光ファイバー41(m)と、m−1番目の光ファイバー41(m−1)とにおける傾きは、前記式(12)により次のようになる。ここで、光ファイバー41(m)の出射端面41(m)b上における出射位置が図示しない光軸から−r変位されたときの傾きをδ(m,−r)、また、光ファイバー41(m−1)の出射端面41(m−1)b上における出射位置が図示しない光軸からr変位されたときの傾きをδ(m−1,r)とすると、
Here, the inclinations of the mth optical fiber 41 (m) and the m−1th optical fiber 41 (m−1) that are separated from the optical axis O1 of the
となる。このことは、互いに隣り合う光ファイバー41同士の出射端面(例えば、出射端面41(m)bと出射端面41(m−1)b)が連続した曲面で接続されていることを示している。
図14は、光ファイバー41の模式拡大図であり、この光ファイバー41は、接線の傾きが前記式(12)で示したδ(m,r2)で表される曲面となるような加工が出射端面41bに施されている。このような、光ファイバー41を用いた光ファイバーレンズ群40(図13参照)は、出射端面40bが、全体として所定の曲率半径を有する曲面状に形成されることとなり、これにより、大口径凸レンズを用いたときと同様の作用効果が得られるようになる。
It becomes. This indicates that the emission end faces (for example, the emission end face 41 (m) b and the emission end face 41 (m-1) b) of the
FIG. 14 is a schematic enlarged view of the
なお、本実施の形態のように、出射端面40bが曲面となる加工を施した場合、光ファイバーレンズ群40を構成している光ファイバー41のレンズ長さ(Z)は、位置によって異なったものとなる。このため、光ファイバー41によっては、√AZの値が前記式(22)に記載した値とは異なる場合がある。この場合、前記式(22)による値との差が比較的大きくなると、各光ファイバー41によって結像される要素画像の解像度を劣化させる要因となるため、前記式(22)の条件が満足されるように、各光ファイバー41の√Aを変化させて対応することが望ましい。
In addition, when the process which makes the output end surface 40b become a curved surface like this Embodiment, the lens length (Z) of the
1 光ファイバーレンズ群
2 光ファイバー
2a 入射端面
2b 出射端面
5 撮像装置
6 入射レンズ
6a 主点
7 撮像板(撮像手段)
10 光ファイバー
10a 入射端面
10b 出射端面
20 光ファイバーレンズ群
30 光ファイバーレンズ群
31 光ファイバー
31b 出射端面
40 光ファイバーレンズ群
41 光ファイバー
41b 出射端面
O1 光軸
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記光ファイバーレンズ群は、前記入射レンズの光軸から離れた位置に配置される前記光ファイバーにおいて、その光ファイバーにおける出射光が前記入射レンズに向けた光路をたどる傾斜状の出射端面を備えていることを特徴とする立体映像撮像装置。 A plurality of optical fibers having a refractive index distribution in which the refractive index increases from the peripheral edge toward the optical axis, and arranged in a plurality of regular bundles, facing the optical fiber lens group formed as a planar shape, A stereoscopic video imaging apparatus comprising: an incident lens having an outer dimension smaller than the outer dimension of the optical fiber lens group; and an imaging unit that images each element image formed by the optical fiber lens group through the incident lens. And
The optical fiber lens group includes an inclined emission end face in which the emitted light from the optical fiber follows an optical path toward the incident lens in the optical fiber arranged at a position away from the optical axis of the incident lens. A featured stereoscopic video imaging device.
前記光ファイバーレンズ群は、前記各光ファイバーにおける出射光が、前記入射レンズに向けた光路をたどるように、前記光ファイバーレンズ群としての出射端面を、フレネルレンズ状に形成したことを特徴とする立体映像撮像装置。 A plurality of optical fibers having a refractive index distribution in which the refractive index increases from the peripheral edge toward the optical axis, and arranged in a plurality of regular bundles, facing the optical fiber lens group formed as a planar shape, A stereoscopic video imaging apparatus comprising: an incident lens having an outer dimension smaller than the outer dimension of the optical fiber lens group; and an imaging unit that images each element image formed by the optical fiber lens group through the incident lens. And
The optical fiber lens group is formed of a Fresnel lens in an output end face as the optical fiber lens group so that outgoing light from each optical fiber follows an optical path toward the incident lens. apparatus.
前記光ファイバーレンズ群は、前記各光ファイバーにおける出射光が前記入射レンズに向けた光路をたどるように、前記光ファイバーレンズ群としての出射端面を、面状の中央から縁側に向かって所定の曲率半径を有する曲面状に形成したことを特徴とする立体映像撮像装置。 A plurality of optical fibers having a refractive index distribution in which the refractive index increases from the peripheral edge toward the optical axis, and arranged in a plurality of regular bundles, facing the optical fiber lens group formed as a planar shape, A stereoscopic video imaging apparatus comprising: an incident lens having an outer dimension smaller than the outer dimension of the optical fiber lens group; and an imaging unit that images each element image formed by the optical fiber lens group through the incident lens. And
The optical fiber lens group has a predetermined radius of curvature from the center to the edge side of the output end surface as the optical fiber lens group so that outgoing light from each optical fiber follows an optical path toward the incident lens. A stereoscopic video imaging apparatus characterized by being formed into a curved surface.
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- 2003-09-05 JP JP2003313438A patent/JP2005086287A/en active Pending
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