JP6218138B2 - 撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影装置に関する。

ステレオ撮影方式、多眼撮影方式、インテグラルフォトグラフィ撮影方式等による、複数のレンズを用いた立体撮影装置が知られている。このような立体撮影装置において、相互に視差が異なる複数の撮像画像を一個の撮像素子で得る場合、レンズから到来する光線に、他のレンズから到来する光線が混じると光学像が重なることとなり、再生時に高精細な立体像を得ることができない。
インテグラルフォトグラフィ方式においては、インテグラルフォトグラフィ方式で撮影し、この光線情報を伝送する立体画像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この立体画像装置は、レンズ作用を有する複数の光ファイバを用いるものである。この立体画像装置によれば、撮像素子の前面に光ファイバ群の端面が設けられることにより、複数のレンズの撮像素子側にレンズごとの遮光壁が設けられたのと同等の作用が得られる。

特開２０００−１２２１９１号公報

しかしながら、実際の撮像素子には画素を保護するためのガラスが撮像面上に設けられていたり、レンズと撮像素子との間にシャッタが設けられていたりする場合があり、特許文献１に開示された遮光の方式では、隣接するレンズからの光線の混入を完全に防止できない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、隣接するレンズからの光線の混入を防止する、撮影装置を提供することである。

［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様である撮影装置は、撮像部と、前記撮像部の撮像面に対して平行または前記撮像面に一致する一平面に、焦平面を一致させて配置した複数のレンズと、前記複数のレンズに対して前記撮像面と反対側であって、前記複数のレンズそれぞれに対応させて設けた遮光部と、を備える。
［２］上記［１］記載の撮影装置において、前記遮光部は、レンズの縁を囲み、且つ光軸方向に延在して設けられる光学障壁である。
［３］上記［２］記載の撮影装置において、前記光学障壁は、両端部の径が同一である円筒であり、前記円筒の中心軸方向の長さを、前記レンズの主点から前記撮像面までの距離と同一にしたものである。
［４］上記［１］記載の撮影装置において、前記遮光部は、前記レンズの光軸を中心とした開口部を有する絞りである。
［５］上記［４］記載の撮影装置において、前記絞りは、前記レンズの光軸上、前記レンズの主点から焦点距離だけ離間した位置に設けられたピンホールである。

本発明によれば、隣接するレンズからの光線の混入を防止することができる。

本発明の第１実施形態である撮影装置の、インテグラルフォトグラフィ画像データを得るための構成を模式的に示した側面図である。 レンズアレイを被写体側からＺ軸方向に見た場合の正面図である。 遮光部アレイの斜視図である。 撮影装置における、単一のレンズおよび遮光部をＹ軸およびＺ軸に平行で且つ光軸を含む面で切った場合の断面図である。 本発明の第２実施形態である撮影装置における、単一のレンズおよび遮光部をＹ軸およびＺ軸に平行で且つ光軸を含む面で切った場合の断面図である。 本発明の第３実施形態である撮影装置における、単一のレンズおよび遮光部をＹ軸およびＺ軸に平行で且つ光軸を含む面で切った場合の断面図である。 その他の実施形態において、複数のレンズがデルタ配置されたレンズアレイの正面図である。 その他の実施形態において、複数のレンズが正方千鳥状に配置されたレンズアレイの正面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態である撮影装置の、インテグラルフォトグラフィ画像データを得るための構成を模式的に示した側面図である。同図に示すように、撮影装置１は、撮像部１０と、レンズアレイ２０と、遮光部アレイ３０とを備える。

図１には、相互に直交する３本の軸（Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸）が表されている。Ｘ軸は、撮像部１０の撮像面の水平方向に平行な軸である。Ｙ軸は、撮像部１０の撮像面の垂直方向に平行な軸である。Ｚ軸は、撮像部１０の撮像面に対して垂直な軸である。つまり、Ｚ軸は、撮影装置１の主光軸に平行な軸である。

撮像部１０は、レンズアレイ２０の各レンズ（要素レンズ）から得られる光線を光電変換して要素画像群データを生成する。この要素画像群データが、インテグラルフォトグラフィ画像データである。撮像部１０は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子により実現される。

レンズアレイ２０は、それぞれ焦平面を一致させて二次元配列させた複数のレンズを含む。図１には、レンズアレイ２０を側面から見た場合のレンズ２−１〜レンズ２−８が表されている。以下の説明において、レンズアレイ２０におけるレンズを、レンズ２と記載することがある。レンズ２は凸レンズである。レンズアレイ２０は、撮像部１０の撮像面に対して平行またはこの撮像面に一致する一平面（ＸＹ平面と並行な面）に、各レンズ２の焦平面を一致させて配置される。

遮光部アレイ３０は、レンズアレイ２０における複数のレンズ２に対応する複数の遮光部を含む。図１には、遮光部アレイ３０を側面から見た場合の遮光部３−１〜遮光部３−８が表されている。以下の説明において、遮光部アレイ３０における遮光部を、遮光部３と記載することがある。遮光部３は、レンズ２に対して撮像部１０と反対側、言い換えると被写体側に、当該レンズ２に対応させて設けられる。遮光部３は、例えば、レンズ２の縁を囲み、且つレンズ２の光軸方向に延在して設けられる。

遮光部３は、例えば、黒色の薄板部材により実現される。具体的に、遮光部３は、例えば、つや消し黒色塗装された金属板、黒色の樹脂等により形成される。なお、遮光部アレイ３０は、複数の遮光部３を一体として形成してもよい。

図２は、レンズアレイ２０を被写体側からＺ軸方向に見た場合の正面図である。同図において、レンズアレイ２０の複数のレンズ２それぞれは、直径をＤとした円形レンズである。また、同図に示すように、複数のレンズ２は、正方格子状に配置されている。つまり、Ｘ軸方向（水平方向）およびＹ軸方向（垂直方向）それぞれのレンズピッチは、Ｐである。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向それぞれにおいて隣接するレンズ間には間隙があり、この間隙の大きさは２ｗ（ｗの２倍）である。つまり、図２のレンズアレイ２０において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向それぞれについて、Ｐ＝Ｄ＋２ｗの関係が成立する。よって、薄板部材の厚みがｗである遮光部３を用いることにより、レンズアレイ２０には、遮光部アレイ３０が隙間なく組み合わされる。

図３は、遮光部アレイ３０の斜視図である。同図に示すように、遮光部アレイ３０の各遮光部３は、両端部の直径が同一である中空円筒形状の部材である。遮光部３は、その一端をレンズ２の縁に合致させ、円筒の中心軸とレンズ２の光軸（Ｚ軸に平行な軸）とを一致させて設けられる。

図４は、撮影装置１における、単一のレンズ２および遮光部３をＹ軸およびＺ軸に平行で且つ光軸を含む面で切った場合の断面図である。同図に示すように、レンズ２は、光軸Ｏ（オー）に垂直であって当該レンズ２の主点を通る平面が、撮像部１０の撮像面から距離Ｌ_Ｐとなる位置に設けられる。遮光部３は、レンズ２の縁を囲み、且つレンズ２の光軸Ｏ（オー）方向に延在して設けられる。遮光部３は、各端の内径をＤ_Ｌとし、中心軸方向の長さをＬ_Ｓとした円筒である。遮光部３の内径Ｄ_Ｌは、レンズ２の直径に等しい。

図４において、レンズ２および遮光部３による撮像部１０の撮像面における光学像は、コサイン４乗則にしたがって制限される。つまり、光軸Ｏ（オー）が交わる撮像面上の位置における光線の照度と、同図の断面における光軸Ｏ（オー）と角度（入射角）θをなす光線の撮像面における照度との比ＲＩは、下記の（１）式として表される。ただし、ｈは、同図の断面における光軸Ｏ（オー）と角度θをなす光線の撮像面における光軸交点からの距離である。

また、図４において、入射角の最大値θ_ｍａｘは、下記の（２）式により表される。

つまり、（２）式より、入射角の最大値θ_ｍａｘは、遮光部３の光軸方向の長さＬ_Ｓと、レンズ２の主点から撮像部１０の撮像面までの距離Ｌ_Ｐとが等しい場合に得られる。

以上、第１実施形態である撮影装置１によれば、隣接するレンズ２において光学像の重複による干渉を防止することができる。そして、この撮影装置１では、遮光部アレイ３０を、レンズアレイ２０に対して撮像部１０の反対側に設けたことにより、撮像部１０の撮像面上に、画素を保護するガラス平板を設けたり、レンズ２と撮像面との間にシャッタ部を設けたりしても、光学像の干渉防止に影響を与えることがない。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態である撮影装置における、単一のレンズおよび遮光部をＹ軸およびＺ軸に平行で且つ光軸を含む面で切った場合の断面図である。同図に示すように、遮光部３ａは、第１実施形態における遮光部３と同等の形状および部材により実現される。第２実施形態では、絞り３１が、レンズ２に対して、撮像部１０と反対側に設けられた遮光部３ａに内接して設けられる。光軸Ｏ（オー）の方向から見た場合、絞り３１は、光軸Ｏ（オー）を中心とした直径Ｄ_Ａの円形開口部である。また、同図に示すように、絞り３１は、その開口部がレンズ２の主点から被写体側に距離Ｌ_Ａだけ離れた位置になるよう設けられる。

図５において、入射角の最大値θ_ｍａｘは、上記の（２）式、または下記の（３）式のうち角度の小さい方の値となる。

第２実施形態である撮影装置において、レンズアレイに対応して設けられる遮光部アレイにおける複数の遮光部３ａそれぞれに絞り３１を設けることにより、レンズ２の開口を小さくすることができ、被写界深度を深くすることができる。
すなわち、第２実施形態である撮影装置によれば、隣接するレンズ２において光学像の重複による干渉を防止するとともに、被写界深度が深いインテグラルフォトグラフィ画像データを得ることができる。

なお、絞り３１は、遮光の作用も有するため、第２実施形態において、レンズ２ごとの遮光部３ａを削除し、絞り３１のみを設けてもよい。
また、絞り３１をＺ軸方向に可動に設けてもよいし、円形開口部の大きさを径方向に変更可能にしてもよい。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態である撮影装置における、単一のレンズおよび遮光部をＹ軸およびＺ軸に平行で且つ光軸を含む面で切った場合の断面図である。同図に示すように、遮光部３ｂは、第１実施形態における遮光部３と同等の形状および部材により実現される。第３実施形態では、ピンホール３２が、レンズ２に対して、撮像部１０と反対側の光軸上であって、レンズ２の主点から焦点距離ｆだけ離間した位置（前焦点位置）に設けられる。すなわち、第３実施形態である撮影装置は、像側テレセントリック光学系を実現する。

レンズアレイにおけるレンズ２ごとにピンホール３２を設けることにより、レンズ２から出射した光線が光軸Ｏ（オー）と並行となり、撮像部１０の撮像面における光学像の大きさがレンズ２の大きさ（直径）に制限される。すなわち、第３実施形態である撮像装置によれば、隣接するレンズ２において光学像の重複による干渉を防止することができる。

［その他の実施形態］
上記の第１実施形態から第３実施形態は、複数のレンズ２を正方格子状に配置させたレンズアレイ２０を用いる例であった。これ以外にも、複数のレンズを行ごとに半ピッチ分だけ列方向にずらすデルタ配置（俵積み配置）としてもよい（図７および図８参照）。
図７は、複数のレンズがデルタ配置されたレンズアレイの正面図である。同図に示すように、レンズアレイ２０ａの行単位でのＸ軸方向のレンズのピッチはＰである。そして、レンズアレイ２０ａでは、行ごとに列方向に（Ｐ／２）分ずらしてレンズを配置する。また、Ｙ軸方向のレンズのピッチは、（（√３）・Ｐ）／２である。
図８は、複数のレンズが正方千鳥状に配置されたレンズアレイの正面図である。同図に示すように、レンズアレイ２０ｂの行単位でのＸ軸方向のレンズのピッチはＰである。そして、レンズアレイ２０ｂでは、行ごとに列方向に（Ｐ／２）分ずらしてレンズを配置する。また、Ｙ軸方向のレンズのピッチは、Ｐである。

また、遮光部の形状を、レンズ２側の端部の直径に対して他方側（開口側）の端部の直径を小さくした中空円筒（スリーブ）としてもよい。この構成により、隣接するレンズ２において光学像の重複による干渉を防止することができるとともに、被写界深度を深くすることができる。

上述した説明では、レンズ２の光軸方向から見た場合の形状が円形となる円形凸レンズを用いた例とした。これ以外にも、例えば、光軸方向から見た場合の形状が正方形となる正方形凸レンズを用いてレンズアレイを構成してもよい。この場合、遮光部の形状は、四角筒となる。また、絞りを設ける場合は、第２実施形態と同様に、光軸を中心とした円形開口部とする。

なお、上述した各実施形態では、インテグラルフォトグラフィ撮影方式の例としたが、これ以外にも、例えば、ステレオ撮影方式および多眼撮影方式の撮影装置にも適用できる。

以上、詳述したように、本発明の実施形態である撮影装置は、撮像部と、撮像部の撮像面に対して平行または前記撮像面に一致する一平面に、焦平面を一致させて配置したレンズアレイ（複数のレンズ）と、複数のレンズに対して撮像面と反対側であって、複数のレンズそれぞれに対応させて設けた遮光部アレイ（複数の遮光部）とを備える。遮光部は、例えば、レンズの縁を囲み、且つ光軸方向に延在して設けられる光学障壁である。
この構成により、レンズを透過した光線が、当該レンズに隣接するレンズを透過した光線と交わることがなくなる。すなわち、実施形態である撮像装置は、隣接する光学像の干渉を防止することができる。

ここで、例えば、光学障壁は、両端部の径が同一である円筒であり、この円筒の中心軸方向の長さを、レンズの主点から撮像面までの距離と同一にしたものである。
この構成により、撮影装置は、隣接する光学像同士が干渉しないための光線の入射角を最大にすることができる。

また、遮光部を、レンズの光軸を中心とした開口部を有する絞りとしてもよい。
この構成により、撮影装置は、隣接する光学像同士の干渉を防止するとともに、被写界深度が深いインテグラルフォトグラフィ画像データを得ることができる。

また、絞りを、レンズの光軸上、そのレンズの主点から焦点距離だけ離間した位置に設けられたピンホールとしてもよい。
この構成により、レンズから出射した光線が光軸と並行となり、撮像面における光学像の大きさがレンズの大きさ（直径）に制限され、隣接する光学像同士の干渉が避けられる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はその実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…撮影装置、２−１〜２−８…レンズ、３−１〜３−８…遮光部、３ａ…遮光部、３ｂ…遮光部、１０…撮像部、２０…レンズアレイ、２０ａ…レンズアレイ、２０ｂ…レンズアレイ、３０…遮光部アレイ、３１…絞り、３２…ピンホール

Claims (2)

1. 撮像部と、
   前記撮像部の撮像面に対して平行または前記撮像面に一致する一平面に、焦平面を一致させて配置した複数のレンズと、
   前記複数のレンズに対して前記撮像面と反対側であって、前記複数のレンズそれぞれに対応させて設けた遮光部と、
   を備え、
   前記遮光部は、レンズの縁を囲み、且つ光軸方向に延在して設けられる光学障壁であり、
   前記光学障壁は、両端部の径が同一である円筒であり、前記円筒の中心軸方向の長さを、前記レンズの主点から前記撮像面までの距離と同一にしたものである、
   撮影装置。
2. 撮像部と、
   前記撮像部の撮像面に対して平行または前記撮像面に一致する一平面に、焦平面を一致させて配置した複数のレンズと、
   前記複数のレンズに対して前記撮像面と反対側であって、前記複数のレンズそれぞれに対応させて設けた遮光部と、
   を備え、
   前記遮光部は、前記レンズの光軸を中心とした開口部を有する絞りであり、
   前記絞りは、前記レンズの光軸上、前記レンズの主点から焦点距離だけ離間した位置に設けられたピンホールである、
   撮影装置。

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