JP5137025B2 - 立体映像撮影装置および立体映像撮影方法 - Google Patents

Description

本発明は、被写体を立体的な静止画あるいは動画としての映像を撮影する立体映像撮影装置および立体映像撮影方法に関する。

近年、自然でリアルな表現が可能な立体映像を放送やコミュニケーションなどの情報伝達手段に適用させる検討が進められている。立体映像の立体表示を行う場合には多数の方式があるが、その一方式であるホログラフィは、実際に物体が存在する場合と同じ光波場を再現することで空間に像を再生する方式であり、人間の視覚機能に負担を掛けない立体表示方式と言われている。

これまでホログラフィの被写体は、静物やコンピュータグラフィックスが中心であったが、動いている物体を対象とするホログラムを取得するため、インテグラルフォトグラフィ（以下、「ＩＰ」という）で撮影された画像からホログラムを生成する手法が提案されている。

前記したＩＰは、多数の微小なレンズ（ここでは「要素レンズ」という）から構成されるレンズ板を用いて立体像を記録、再生する技術である。このＩＰでは、レンズ板を通して撮影された要素画像が倒立して記録されることに起因する再生像の奥行きが逆転した「偽像」になる現象や、要素レンズを通過した光が隣接する要素画像に重複記録され多重像となる現象などが生じることが分かっている。

なお、要素画像に重複記録される状態をここで図面を参照して簡単に説明する。図８は、要素レンズと要素画像の記録状態を示す模式図である。図８に示すように、要素レンズを使用した立体撮影装置１００では、被写体Ｂからの光が要素レンズ１０２により、要素画像１内に対応する記憶媒体の記録面に結像する状態（図中○印）となってしまう。この重複記録成分は、再生時に要素レンズ１０１に対応する微小レンズでも再生されることにより本来の被写体と異なる場所に像を結ぶために妨害像となる。このため、ＩＰにおいて記録媒体に重複記録成分が生じないように記録することが重要となる。

そのため、従来、偽像、重複記録の問題を同時に改善する手法として、要素レンズに屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズの使用が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。このＧＲＩＮレンズは、ＩＰ画像を直接撮像する方式において、レンズ作用を有する光ファイバを立体的に積み重ねて、２次元のレンズ群を構成することにより、各レンズが作る光学像が互いに重なることを回避し、またファイバ長の設定により凹凸が逆転する偽像を正しい立体像に変換することができるものである。
特許第３８９８２６３号公報 特許第３８６９１１６号公報 特許第３８３６５５０号公報

しかしながら、従来の屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを使用したＩＰによる立体映像撮像装置では以下に示す問題点が存在した。
すなわち、従来の立体撮影装置では、インテグラルフォトグラフィの記録時に生じる要素画像の重複記録を改善するため、要素レンズに変えてＧＲＩＮレンズを用いる構成としているが、ＧＲＩＮレンズの製作には高度な技術が要求され、また、ＧＲＩＮレンズ群として使用するときも、要素レンズを２次元状態に整列させて使用する構成に比較して製造が容易ではなかった。

本発明は、前記した問題点に鑑み創案されたものであり、ＧＲＩＮレンズを使用することなく、単レンズなどの要素レンズにより要素画像の重複記録を最小限に抑制することができる立体映像撮影装置および立体映像撮影方法を提供することを課題とする。

なお、前記した偽像については、要素画像を倒立像から正立像に変換することで回避できることが知られており、ＩＰで撮影された画像からホログラムを生成するときには要素画像毎に計算処理するために倒立像から正立像への変換が容易であることが知られているため、本発明では、要素画像の重複記録を改善することに着目した。

本発明に係る立体映像撮影装置は、前記課題を達成するため、以下に示すような構成とした。すなわち、立体映像撮影装置は、被写体の要素画像となる光を生成する要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群と、この要素レンズ群の要素レンズの焦点距離となる焦平面に、当該レンズ群と同等以上の口径で配置され、前記要素レンズ群からの光を集光するフィールドレンズと、このフィールドレンズの焦点距離の位置に配置されるとともに開口部を備える遮蔽板と、この遮蔽板の開口部から通過する光を受光して撮影する撮影手段とを備え、前記遮蔽板の開口部は、前記要素レンズの直径をＤとし、前記要素レンズの焦点距離をｆ_０とし、前記フィールドレンズの焦点距離をｆ_１としたときに、前記フィールドレンズの光軸を中央として、縦長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０で横長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０となる正方形に形成された構成とした。

このように構成したので、立体映像撮影装置は、被写体からの物体光が要素レンズ群に入射することで、要素レンズ群の要素レンズがそれぞれ要素画像を生成し、要素レンズの焦点距離となる焦平面に設置したフィールドレンズに要素画像となる光を入射させる。そして、立体映像撮影装置は、フィールドレンズの焦点距離に設置した遮蔽板の開口部を通過した光を撮影手段により撮影している。そして、立体映像装置は、遮蔽板の開口部を所定の大きさにしているので、要素レンズへの入射角（要素レンズの光軸に対する角度）θの絶対値として、要素レンズの焦点距離ｆ_０と口径（直径）Ｄから決まる角度φを超える光の場合に、遮蔽板により遮蔽され、また、要素レンズへの前記角度φを超えない光の場合に、遮蔽板の縦長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０で横長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０となる正方形の開口部を通過して撮影手段により撮影されることになる。

なお、立体映像撮影装置において、前記遮蔽板の開口部は、ｆ_１Ｄ／ｆ_０の縦横長さである正方形である構成としてもよい。
このように構成した立体映像撮影装置は、要素レンズへの入射角が前記角度φを超えない、被写体の要素レンズの中心（主点）を通る光線（主光線）については、開口部を通過させることができる。

また、本発明に係る立体映像撮影方法は、前記課題を達成するため、以下に示すような手順とした。すなわち、立体映像撮影方法は、被写体からの物体光を受けて要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群により要素画像となる光を生成する第１工程と、この第１工程により生成した要素画像を、前記要素レンズ群の要素レンズの焦点距離となる焦平面に配置したフィールドレンズにより集光する第２工程と、この第２工程により集光した光を、前記フィールドレンズの焦点距離の位置に配置され開口部を備える遮蔽板を介して、当該遮蔽板の開口部を通過した光を受光して撮影手段により撮影する第３工程とからなり、前記第３工程において、前記要素レンズの直径をＤとし、前記要素レンズの焦点距離をｆ_０とし、前記フィールドレンズの焦点距離をｆ_１としたときに、前記フィールドレンズの光軸を中央として、縦長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０で横長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０となる正方形に形成された前記開口部を通過した光を撮影することとした。

このような手順により、立体映像撮影方法では、被写体から要素レンズを配列した要素レンズ群により要素画像を生成して、フィールドレンズで集光して撮影手段により撮影するときに、フィールドレンズの焦点距離の位置に設置した遮蔽板により余計な光となる重複記録成分を除去して、遮蔽板の開口部を通過した光のみを撮影手段により撮影するようにしている。

本発明に係る立体映像撮影装置および立体映像撮影方法は、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
立体映像撮影装置は、要素レンズ群からの要素画像の光をフィールドレンズで集光して撮影手段に撮影するときに、遮蔽板の予め設定した大きさの開口部を通過した光を撮影するようにしている。そのため、立体映像撮影装置は、重複記録成分が小さくなるように抑制されるので、ＧＲＩＮレンズを使用することなく、構造および製造が簡単な要素レンズを使用して多重像を防止した映像を取得することができる。

立体映像撮影装置は、既存の要素レンズ群を使用する光学系を用いて、所定位置にフィールドレンズおよび所定の開口部を有する遮蔽板を設置することで全体を構成することができるため、ＧＲＩＮレンズを使用することなく汎用性にすぐれている。

立体映像撮影方法では、要素レンズ群により要素画像を生成してフィールドレンズにより集光した後で、撮影手段により撮影する前の段階で、重複記録成分を除去しているため、ＧＲＩＮレンズを使用することなく単レンズを２次元状態に配列した要素レンズ群を使用して多重像を防止した映像を取得することができる

以下、図面を参照して本発明に係る立体映像撮影装置および立体映像撮影方法を説明する。
図１は、立体映像撮影装置の全体を模式的に示す斜視図、図２は、立体映像撮影装置の各構成における位置関係を一部切欠いて模式的に示す側面図である。

図１に示すように、立体映像撮影装置１は、被写体の物体光を受光する要素レンズ群３と、この要素レンズ群３の焦平面ｆ_０に設定されたフィールドレンズ４と、このフィールドレンズ４の焦点ｆ_１の位置に設置され開口部５を形成した遮蔽板６と、この遮蔽板６の開口部５を通過する光を撮影する撮影手段としての撮影カメラ７とを備えている。

要素レンズ群３は、要素レンズ２を２次元平面上に配列して形成されている。この要素レンズ群３は、被写体Ｗの物体光を入射して要素レンズ２のそれぞれに要素画像となる光を生成し、その生成した光をフィールドレンズ４に向けて出射している。この要素レンズ群３で使用される要素レンズ２のそれぞれは、例えば、単レンズである凸レンズから構成されている。

要素レンズ群３は、要素レンズ２が、一例として、２次元平面上に配列した状態の型を作製して、その作製した型に素材となるプラスチック（例えば、ポリメチルアクリルレート、ポリメチルメタアクリルレート等）を充填して簡単に一体に製造することができる。なお、要素レンズ２は、ガラス素材により作製される場合には、一つ一つ作製してさらに２次元平面上に配列して接合するようにしている。要素レンズ群３は、プラスチックで形成する場合、あるいは、ガラス素材で形成する場合であっても、ＧＲＩＮレンズを使用することに比較すれば、簡単に製造することができるものである。

また、要素レンズ群３に使用される要素レンズ２の直径は１ｍｍ前後の大きさとして多数の要素レンズ２を配列することが可能である。したがって、仮に１ｍｍの直径の要素レンズであれば、縦３０ｃｍ×横４０ｃｍの要素レンズ群３を一例にとると、要素レンズ２を１２万個有する構成となる。

フィールドレンズ４は、要素レンズ２の焦点距離である要素レンズ群３の焦平面ｆ_０に設置される。このフィールドレンズ４は、要素レンズ群３からの光を入射して出射できる口径を備える大径の凸レンズで構成されている。フィールドレンズ４の大きさは、要素レンズ群３の大きさにより設定される。なお、要素レンズ群３を長方形になるように形成すれば、その長方形の要素レンズ群３の対角線の長さと同等あるいはそれ以上の大きさの直径を備える大きさのフィールドレンズ４が使用される。

遮蔽板６は、所定位置に開口部５を形成して、フィールドレンズ４の焦点距離ｆ_１に設置される。遮蔽板６の配置は、ＩＰ撮影において、奥行き方向に広い範囲で解像度の良好な空間像が記録できる設定で、一般的に使用される配置である。この遮蔽板６は、フィールドレンズ４からの光を開口部５以外では通過させない素材あるいは色により形成されている。この遮蔽板６の素材は、金属、ガラスあるいはプラスチック等、特に限定されるものではない。そして、遮蔽板６の開口部５は、フィールドレンズ４の光軸を中央として、四角形である所定範囲の正方形に形成されている。開口部５の縦横長さは、以下のようにして設定されている。以下、図２を参照して、要素レンズ２の主光線に基づいて説明する。

図２に示すように、要素レンズ２から送られてくる光の内、重複記録成分は、光の要素レンズ２への入射角（要素レンズ２の光軸に対する角度）θの絶対値が、要素レンズ２の焦点距離ｆ_０と口径Ｄから決まる角度φを超える場合に生じることがわかっている。したがって、重複記録成分が生じないためには、遮蔽板６により遮蔽する光と開口部５により通過させる光について、次の式（１）の条件を満たす必要がある。

ただし、要素レンズ２において、ｆ_０＞＞Ｄ（近軸条件）を仮定すると、つぎの式（２）となる。

そして、式（２）を式（１）に代入することにより次の式（３）の関係が得られる。

以上のようにして、要素レンズ２からの出射した光の角度の内、要素レンズ２の焦点距離ｆ_０と口径Ｄから決まる角度φとして、所定の範囲において遮蔽板６の開口部５を光が通過するようにしている。そして、フィールドレンズ４を要素レンズ群３および遮蔽板６の間に介在させている構成のため、フィールドレンズ４の焦点距離ｆ_１を併せた構成においては、遮蔽板６の開口部５は、光軸を中心に縦幅ｆ_１Ｄ／ｆ_０（＝２ｆ_１φ）、横幅ｆ_１Ｄ／ｆ_０（＝２ｆ_１φ）の正方形となるように形成することで、重複記録成分を大きく削減できるようにしている。つまり、遮蔽板６の開口部５をフィールドレンズ４の光軸を中心として所定の大きさの正方形に形成することで、全要素レンズ２における重複記録成分を大きく削除することができる。

なお、前記した遮蔽板６の開口部５の大きさを決定するには、要素レンズの主光線のみを仮定して決定したが、実際の光学系では、各レンズを通過する光は、光線群であり回折の影響を受けることになる。そのため、以下に、光線群である場合について、さらに検討する。

はじめに、図２の光学系において、要素レンズを通過する光がフィールドレンズの後側焦平面につくる光波場を検討する。ここではｘ軸方向のみについて検討するが、ｙ軸方向も同様の検討結果を適用できるため省略する。要素レンズの入射面および射出面における光波場をそれぞれｇ_ｉ（ｘ_０)，ｇ_ｏ（ｘ_０）、フィールドレンズの入射面および射出面における光波場をｈ_ｉ（ｘ_１)，ｈ_ｏ（ｘ_１）、フィールドレンズの後側焦平面における光波場をｏ（ｘ_２）とする。要素レンズ２の焦点距離をｆ_０、要素レンズ２の中心位置をａ、要素レンズ２の大きさをＤとし、要素レンズ２に入射する光を、輝度を（定数）、傾きｗ_ｘ／ｆ_０の平面波と仮定すると、要素レンズ２の入射面および射出面での光波場は次の式（４）、式（５）で表される。

ただし、式中Πは、レクタングル関数を表し、以下の式（６）となる。

また，式中、ｋ＝２π／λ、λは光の波長、式（５）のｅｘｐ部分は要素レンズ２を通過することにより光波に生じる位相遅延を表す。
フィールドレンズの入射面の光波場ｈ_ｉ（ｘ_１）は、要素レンズ２の射出面の光波場ｇ_０（ｘ_０）を距離ｆ_０だけ伝搬させることで得られる。伝搬計算にはフレネルキルヒホッフの回折式のフレネル領域における近似式（以後，フレネル回折式と呼ぶ）を用いる。式（４）〜式（６）より、ｈ_ｉ（ｘ_１）およびフィールドレンズ４の射出面の光波場ｈ_０（ｘ_１）は、次の式（７）〜式（９）で表される。ただし，ここでは定数成分は省略している。

ここで、Ｓａはシンク関数を表す。したがって、フィールドレンズ４の後側焦平面における光波場ｏ（ｘ_２）はフレネル回折式および式（８）、式（９）により，次の式（１０）、式（１１）で表される。

式（１１）式は，原点を中心とした幅ｆ_１Ｄ／ｆ_０の開口を通過する、進行方向−ｗ_ｘ／ｆ_１の平面波が、距離−ｆ_１ ^２／ｆ_０だけ伝搬したときのフレネル回折式を表している。また、要素レンズ２の位置ａに依存しないことも表している。フレネル領域において、開口を通過した平面波は伝搬する距離とともに回折パターンが変化するが、大部分が開口の幅の範囲内で伝搬する。図３（ａ）に示す開口の近くのフレネル回折パターンの振幅分布の一例を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、要素レンズ２を通過する傾きｗ_ｘ／ｆ_０の平面波は、フィールドレンズ４の後側焦平面において中心位置ｆ_１ｗ_ｘ／ｆ_０、幅ｆ_１Ｄ／ｆ_０の範囲内を大部分が通過すると考えられる。なお、図３では、模式的に示す平面波の周囲を囲む矩形の範囲は、エネルギのレベルを模式的に示している。また、図３（ｂ）の矢印で示す範囲としてｆ_１Ｄ／ｆ_０および２ｆ_１Ｄ／ｆ_０が、図４の右側に中カッコで表す通過領域の範囲を示すｆ_１Ｄ／ｆ_０および２ｆ_１Ｄ／ｆ_０と同等の範囲を示している。

つぎに、ｗ_ｘと通過領域の関係を図４を参照して示し、開口部５の設定についての説明をする。図４は、縦軸をフィールドレンズの焦平面での通過領域を示し、横軸をフィールドレンズに入射する光の傾きを示したグラフ図である。なお、図４において、斜線Ｓ１、Ｓ２は、要素レンズ２の口径Ｄと、要素レンズ２の焦点距離ｆ_０と、フィールドレンズ４の焦点距離ｆ_１とにより決まる直線である。また、ｗ_ｘは、光の要素レンズへの入射角θ（要素レンズの光軸に対する角度）のｔａｎθにおいて、要素レンズの焦点距離ｆ_０を横方向としたときの縦方向の値を示す（ｔａｎθ＝ｗ_ｘ／ｆ_０、θ≒ｔａｎθ（近軸条件により）したがってθ≒ｗ_ｘ／ｆ_０：θ＝ｗ_ｘ／ｆ_０）。

式（４）〜式（１１）で示したように、要素レンズ２を通過する傾きθが、|θ|≦Ｄ／２ｆ_０、すなわち、|ｗ_ｘ|≦Ｄ／２の平面波のフィールドレンズ４の焦平面の通過領域幅は、図４に示すように、２ｆ_１Ｄ／ｆ_０となる。これは主光線だけを仮定した図２の開口部の幅ｆ_１Ｄ／ｆ_０の倍である。この領域幅を開口部５とすることで傾きが|θ|≦Ｄ／２ｆ_０を満たす平面波の大部分を通過させることができる。

しかし、同時に傾きがＤ／２ｆ_０＜|θ|≦３Ｄ／２ｆ_０、の光の一部（図５斜線部分）が開口部５を通過し、重複記録成分となってしまう。また、開口部５の幅を狭めてｆ_１Ｄ／ｆ_０とした場合は、重複記録成分は傾きＤ／２ｆ_０＜|θ|≦Ｄ／ｆ_０、の光となるため低減されるが、所望の傾き０＜|θ|≦Ｄ／２ｆ_０（Ｄ／２）の光も一部遮断されてしまう。

このように、フィールドレンズ４の後側焦平面に配置した開口部５で完全に重複記録成分を除去することはできないことが分かる。実際には、図２で示したように、少なくとも主光線が通過する領域幅ｆ_１Ｄ／ｆ_０を最小通過領域の目安として、重複記録成分の画質への影響と、所望の光が遮光されることによる画質への影響を勘案しながら開口部５幅を決める必要があり、ここでは、その範囲としてｆ_１Ｄ／ｆ_０〜２ｆ_１Ｄ／ｆ_０としている。

遮蔽板６の開口部５をｆ_１Ｄ／ｆ_０〜２ｆ_１Ｄ／ｆ_０としている理由は、前記したように、各要素レンズ２に入射する、入射角が前記角度φを超えない主光線を全て開口部５から通過させるための下限値として最小範囲となるｆ_１Ｄ／ｆ_０を設定している。また、遮蔽板６の開口部５の上限値である最大範囲として２ｆ_１Ｄ／ｆ_０としているのは、必要な光がそれ以上広げても増えないので２ｆ_１Ｄ／ｆ_０としている。つまり、２ｆ_１Ｄ／ｆ_０より大きくしても開口部５を通過するのは、重複記録成分の光が増えるだけだからである。このように、立体映像撮影装置１では、遮蔽板６の開口部５の大きさを設定することで、重複記録成分を抑制した光のみを通過させるようにすることができる。

撮影カメラ７は、遮蔽板６の開口部５を通過した光を受光して撮影することができるように、遮蔽板６の開口部５に対面して配置されている。この撮影カメラ７は、被写体Ｗの静止画を撮影する場合あるいは被写体Ｗの動画を撮影する場合に対応して撮影できるものであれば、アナログ写真カメラ、デジタルカメラ（デジタルムービーカメラ）等、特に限定されるものではない。

つぎに、立体映像撮影装置１の作用を、図２を主に参照して説明する。なお、ここでは、図２において、要素レンズ２の主光線について、紙面の上端の要素レンズ２と、中央側の要素レンズ２との二つを中心に、開口部５を通過するか、あるいは開口部５を通過せずに遮蔽板６で遮蔽されるかについて説明する。そして、要素レンズ（上端の要素レンズおよび中央側の要素レンズ）２に所定角度θ１〜θ６で入射（出射）する主光線Ｌ１〜Ｌ６を、例にして説明する。

立体映像撮影装置１を用いた撮影方法では、はじめに、被写体Ｗからの物体光を受けて要素レンズ２を２次元平面上に配置した要素レンズ群３により要素画像となる光を生成する（第１工程）。そして、生成した要素画像を、要素レンズ群３の要素レンズ２の焦平面ｆ_１に配置したフィールドレンズ４により集光する（第２工程）。そして、集光した光について、フィールドレンズ４の焦点距離ｆ_１の位置に配置された遮蔽板６の開口部５を通過した光を撮影カメラ７により撮影している（第３工程）。そして、立体映像撮影装置１では、フィールドレンズ４の光軸を中央として、縦長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０で横長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０となる正方形に形成された開口部５を通過した光を撮影している。

つづいて、要素レンズ２の入射光の入射角度と、要素レンズ２の出射光の出射角度と、開口部５の通過する光の関係について、図２を参照して説明する。はじめに、図２の紙面上端となる要素レンズ２について説明する。
図２に示すように、要素レンズ２にθ１の角度で入射する主光線Ｌ１は、要素レンズ２を出射したときの光軸に対する所定角度θ１が式（２）で示されたφ＝Ｄ／２ｆ_０より小さいときには、図２のようにフィールドレンズ４により屈折して遮蔽板６の開口部５を通過する。また、同様に、要素レンズ２にθ２の角度で入射する主光線Ｌ２は、要素レンズ２を出射したときの光軸に対する所定角度θ２がφ＝Ｄ／２ｆ_０より小さいときには、図２のようにフィールドレンズ４により屈折して遮蔽板６の開口部５を通過する。つまり、要素レンズ２に所定の角度θ１〜θ２の範囲で入射して出射するときの角度θ１、θ２がＤ／２ｆ_０より小さいときには、遮蔽板６の開口部５を通過することになる。

つぎに、図２の主光線Ｌ３について説明する。要素レンズ２にθ３の角度で入射する主光線Ｌ３は、要素レンズ２を出射するときの角度がＤ／２ｆ_０より大きい場合を示している。このように、主光線Ｌ３の場合には、遮蔽板６の開口部５を通過しない位置にフィールドレンズ４により屈折することになる。したがって、この主光線Ｌ３のように、要素レンズ２を出射したときの角度がＤ／２ｆ_０より大きな場合には、フィールドレンズ４の屈折により常に遮蔽板６の開口部５を通過することがないようになる。

同様に、中央側の要素レンズ２でも、θ４〜θ６の入射角度で入射した主光線Ｌ４〜Ｌ６でもいえる。つまり、θ４、θ５のような角度がＤ／２ｆ_０より小さい主光線Ｌ４、Ｌ５は、フィールドレンズ４により屈折して遮蔽板６の開口部５を通過する。そして、θ６のような角度がＤ／２ｆ_０より大きくなる主光線Ｌ６は、フィールドレンズ４の屈折により常に遮蔽板６の開口部５を通過することがないようになる。

このように、要素レンズ２から出射したときの角度が光軸に対してプラスおよびマイナス側においてＤ／２ｆ_０より小さくなるような光については、要素レンズ群３のどの位置の要素レンズ２であっても遮蔽板６の開口部５を通過し、Ｄ／２ｆ_０より大きくなるような光については、要素レンズ群３のどの位置の要素レンズ２であっても、開口部５を通過することができない。

したがって、立体映像撮影装置１の光学系において、遮蔽板６の開口部５を通過した光を撮影カメラ７により撮影することで重複記録成分が少なくなった光を撮影することができるため、撮影した映像が多重像となることを抑制することができる。

以上説明した立体映像撮影装置１の光学系の検討内容を検証するため、つぎのような光学実験を行った。実験装置の構成を図５に示し、その仕様を表１に示す。また、図５の実験装置により撮影した結果を図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）に示す。

実験装置１０の構成は、図５に示すように、要素レンズ１２を２次元平面上に配列した要素レンズ群１３としてのレンズ板１１を設置している。このレンズ板１１は、焦点距離２６．３ｍｍ，口径１．６ｍｍ角の要素レンズ（凸レンズ）１２で構成されている。そして、焦点距離３００ｍｍのフィールドレンズ（凸レンズ）１４をレンズ板１１の後側焦平面近傍に配置した。（２）式よりφ＝０．０３（ｒａｄ.）となるため、フィールドレンズ１４の後側焦平面に、そのフィールドレンズ１４の光軸を中心とした１８ｍｍ角（＝２×３００ｍｍ×０．０３ｒａｄ.）の開口部１５を形成した遮蔽板１６を配置した。

この開口部１５の大きさは図２で仮定した開口部５の開口幅ｆ_１Ｄ／ｆ_０に相当する。撮影用の撮影カメラとしてデジタルカメラ１７を開口部１５の直後に配置し、そのデジタルカメラ１７の焦点位置をレンズ板１１の後側焦平面とした。デジタルカメラ１７は開口部１５のサイズより大きな口径（５１ｍｍ）を持つレンズを有し、開口部１５を通過する光をすべて記録した。被写体はレンズ板１１から４３０ｍｍ離れた場所に設置した平面状の文字とした。実験装置１０で撮影された要素画像群から、ＩＰの再生光学系をシミュレートすることにより、被写体位置の像を計算で求め、多重像の発生状況を検証した。

図６に実験結果を示す。図６（ａ）は開口部を有する遮蔽板の設置がなくフィールドレンズから直接撮影した場合の要素画像群を示し、（ｂ）は開口部を有する遮蔽板を設置して開口部を通過した光を撮影した場合の要素画像群を示す。開口部の１５ない場合は要素画像の重複記録が目立つが、開口部１５を通過した光を撮影した場合は重複記録を低減できていることがわかる。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）から計算で得た被写体の像である。図６（ａ）の「遮蔽板なし開口部なし」の像は図７（ａ）に示すように、多重像となっており、被写体の識別が困難である。一方、図６（ｂ）の「遮蔽板あり開口部あり」では、図７（ｂ）に示すように、多重像が完全に除去されてはいないが、低減できており、被写体がはっきりと確認できた。

本発明に係る立体映像撮影装置を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る立体映像撮影装置の各構成における位置関係を一部切欠いて模式的に示す側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る立体映像撮影装置の遮蔽板に形成した開口部を通過するフレネル回折パターンの振幅分布の一例を示す模式図である。 本発明に係る立体映像撮影装置において、縦軸をフィールドレンズの焦平面での通過領域を示し、横軸をフィールドレンズに入射する光の傾きを示したグラフ図である。 本発明に係る立体映像撮影装置の実験装置を模式的に示す模式図である。 本発明に係る立体映像撮像装置の実験装置においける撮像結果を示し、（ａ）は開口部を有する遮蔽板の設置がなくフィールドレンズから直接撮影した場合の要素画像群を示し、（ｂ）は開口部を有する遮蔽板を設置して開口部を通過した光を撮影した場合の要素画像群を示す。 本発明に係る立体映像撮像装置の実験装置においける撮像結果を示し、（ａ）は、図６（ａ）の要素画像群から計算で得た被写体の像を示す模式図、（ｂ）は、図６（ｂ）の要素画像群から計算で得た被写体の像を示す模式図である。 従来の立体映像撮影装置において重複記録成分が発生する状態を模式的に示す模式図である。

符号の説明

１ 立体映像撮影装置
２ 要素レンズ
３ 要素レンズ群
４ フィールドレンズ
５ 開口部
６ 遮蔽板
７ 撮影カメラ（撮影手段）
θ 要素レンズへの光の入射角度
Ｄ 要素レンズ径（口径：直径）
ｆ_０ 要素レンズの焦点距離（焦平面の位置）
ｆ_１ フィールドレンズの焦点距離
Ｗ 被写体

Claims (3)

1. 被写体の要素画像となる光を生成する要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群と、この要素レンズ群の要素レンズの焦点距離となる焦平面に、当該レンズ群と同等以上の口径で配置され、前記要素レンズ群からの光を集光するフィールドレンズと、このフィールドレンズの焦点距離の位置に配置されるとともに開口部を備える遮蔽板と、この遮蔽板の開口部から通過する光を受光して撮影する撮影手段とを備え、
   前記遮蔽板の開口部は、前記要素レンズの直径をＤとし、前記要素レンズの焦点距離をｆ_０とし、前記フィールドレンズの焦点距離をｆ_１としたときに、前記フィールドレンズの光軸を中央として、縦長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０で横長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０となる正方形に形成されたことを特徴とする立体映像撮影装置。
2. 前記遮蔽板の開口部は、ｆ_１Ｄ／ｆ_０の縦横長さである正方形であることを特徴とする請求項１に記載の立体映像撮影装置。
3. 被写体からの物体光を受けて要素レンズを２次元平面上に配置した要素レンズ群により要素画像となる光を生成する第１工程と、
   この第１工程により生成した要素画像を、前記要素レンズ群の要素レンズの焦点距離となる焦平面に配置したフィールドレンズにより集光する第２工程と、
   この第２工程により集光した光を、前記フィールドレンズの焦点距離の位置に配置され開口部を備える遮蔽板を介して、当該遮蔽板の開口部を通過した光を受光して撮影手段により撮影する第３工程とからなり、
   前記第３工程において、前記要素レンズの直径をＤとし、前記要素レンズの焦点距離をｆ_０とし、前記フィールドレンズの焦点距離をｆ_１としたときに、前記フィールドレンズの光軸を中央として、縦長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０で横長さ２ｆ_１Ｄ／ｆ_０〜ｆ_１Ｄ／ｆ_０となる正方形に形成された前記開口部を通過した光を撮影することを特徴とする立体映像撮影方法。