JP2006010786A

JP2006010786A - 多視点立体像を撮影、表示する装置

Info

Publication number: JP2006010786A
Application number: JP2004184355A
Authority: JP
Inventors: Noriji Ooishi; 則司大石
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】隣合う像が平行法で立体視できる関係を持つような多視点像を一台のカメラで撮影し、撮影した多視点像をそのまま使って立体像を表示することを可能にする。
【解決手段】二次元的に並んだ複数の凹レンズと、これに重なるように置かれた凸レンズを通して被写体の像を撮影すると、隣合う像が平行法で立体視できる関係にあるように並んだ多視点像を撮影することができる。撮影された多視点像は、像の一つ一つに対応した凸レンズが並んだレンズ板によって、スクリーンとなる凸レンズに投影し、透過光を観察することで立体像として見ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体を複数の視点から撮影し、これらを異なる角度から見えるようにすることで立体的に表示する技術に関する。

現在普及している立体写真には、左右の眼に対応する２視点の像を撮影し、これを左右それぞれの目で見ることで立体感を得る立体写真や、あるいはさらに多数の視点像を撮影し、これらを異なる角度から見えるようにするものなどがある。

前者の２視点像からなる立体写真は、２台のカメラを横に並べて撮影するか、あるいは撮影レンズを二つ持つ専用の立体カメラや、立体撮影用のアダプターを取り付けた一眼レフなどを使って撮影される。またこれを立体写真として見るには、２つの像を並べてプリントし、交差法や平行法などと呼ばれる方法を修得して観察するか、簡単なビュアーを使って見るのが一般的であるが、多人数で同時に観察するためには、直交する二偏光を利用して左右像をスクリーンに投影し、これを偏光メガネを使って観察する方法もある。

一方後者の多視点像からなる立体写真は、多数のカメラを並べて撮影するか、あるいは多数の撮影レンズを持つ専用の立体カメラを使って撮影され、これを見るには視点数に等しいプロジェクターを並べて特殊なスクリーンに投影したり、あるいは多視点像を加工、合成してレンチキュラー立体写真を作る方法などがある。
特開2003-307800号公報

二台のカメラを使って左右視点像を撮影する場合、これを交差法や平行法あるいはビュアーを使って見るために、所定の条件を満たすように左右視点像を配置する手間が必要になる。二レンズ式の立体カメラで撮影すれば、交差法の配置になる左右視点像が並んでフィルム上に形成されるため、この配置に対応したビュアーを用いればそのまま観察できるが、平行法の配置が必要な場合には並べ替えなければならない。これは三つ以上のレンズを有する立体カメラでも同様であり、多数のレンズで一枚のフィルム上に多視点像を結ぶ立体カメラでは、隣り合う像が交差法で立体的に観察できる関係、すなわち正立像としたとき右視点の像が左に、左視点の像が右に並んだ状態になる。

これに対してミラーを使った立体写真撮影アダプターを取り付けた一眼レフを使えば平行法の配置、すなわち正立像としたとき右視点の像が右に、左視点の像が左に並んだ左右視点像が得ることができるが、このミラーを使った光学系は三つ以上の視点像を撮影する際には適用することが困難である。このように従来の技術では、三つ以上の多視点像を撮影する際に、隣り合う像が平行法の位置関係にあるように撮影することはできなかった。本発明の第一の課題は、三つ以上の多視点および上下左右に二次元的に分かれた多視点像を撮影する際にも、平行法の位置関係にある多視点像が自動的に得られる撮影装置を実現することである。

このようにして得られた平行法の位置関係にある多視点像は、各視点像に対応した投影レンズをそれぞれ設置して、凸レンズ（一般的にはフレネルレンズが使われる）のスクリーンに全ての視点像が重なるように投影することで表示することができる（交差法の位置関係にある多視点像を同様の方法で表示すると遠近が逆転した不自然な立体像になる）が。この際、観察者の目の位置によっては像が見えなくなる位置が存在するという問題がある。本発明の第二の課題は、平行法の位置関係にある多視点像を投影して表示する方法において、所定の視域内において像が途切れることなく、良好に見える表示装置を実現することである。

本発明の請求項１は、二次元的に並んだ複数の凹レンズと、これに重なるように置かれた凸レンズと、これらを通して被写体の像を撮影するカメラとからなる撮影装置であって、該凸レンズから該カメラのレンズまでの距離が該凸レンズの焦点距離より長い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２は、二次元的に並んだ複数の視点の画像と、これと所定の距離をおいて該画像と一対一に対応する複数の凸レンズが隙間無く並んだレンズ板により、各視点の像が重なるように単一の凸レンズに投影される表示装置であって、該レンズ板からスクリーンの凸レンズまでの距離がスクリーンの凸レンズの焦点距離より長いことを特徴とする立体像表示装置である。

本発明の請求項３は、横に並んだ二枚の凹レンズと、これに重なるように置かれた凸レンズと、これらを通して被写体の像を撮影するカメラとからなる撮影装置であって、該凸レンズから該カメラのレンズまでの距離が該凸レンズの焦点距離より長い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４は、横に並んだ左右の視点の画像と、これと所定の距離をおいて該画像と対応する二枚の凸レンズが隙間無く並んだレンズ板により、各視点の像が重なるように単一の凸レンズに投影される表示装置であって、該レンズ板からスクリーンの凸レンズまでの距離がスクリーンの凸レンズの焦点距離より長いことを特徴とする立体像表示装置である。

本発明の立体像撮影装置によれば、隣り合う像が平行法で観察できる位置関係にある多視点の像を一台のカメラでを撮影することができる。また撮影された多視点像は、各像の並べ替えなどせずにそのまま本発明の立体像表示装置で表示することができる。

さらに本発明の立体像表示装置では、見る目の位置によって各視点像が切り替わって見え、左右の眼が異なる視点の像をとらえることにより立体視が実現される。加えて本発明の立体像表示装置では、所定の視域内で連続的に像が切り替わり、途中に像が途切れて見えなくなるということがない。

図１に本発明請求項１の立体像撮影装置の光学系を斜視図をもって示す。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。本光学系は凹レンズが３行４列に並んだレンズ板１と、これに重なるように置かれた凸レンズ２と、これらを通して被写体４の像を撮影するカメラ３とからなる。図２に側面からみた平面図を示した。凸レンズ２からカメラ３のレンズ５までの距離Ａは凸レンズ２の焦点距離Ｆより長いため、レンズ板１の各凹レンズの中心を通過してレンズ５に至る光線の軌跡は、凸レンズ２からＢ＝（Ａ−Ｆ）／ＦＡである距離Ｂだけ離れた位置で交差し、各凹レンズを通して撮影される像が、この位置に共通の撮影枠を持つ、各凹レンズによるレンズ５の像の位置を視点とした像となっていることが解る。結果としてカメラ３の撮像面６には３行４列の多視点像が倒立して形成され撮影される。

このようにして撮影された多視点像は、正立像として見ると隣り合う像が平行法で立体視ができる位置関係になっている。本発明者はレンズ板式の立体写真について、凹レンズの並んだレンズシートを使って正しい立体感の像を撮影する装置を発明し、すでに特開2003-307800号に出願済みであるが、この原理を多視点像の撮影に応用したものが本発明の立体像撮影装置である。

図３に本発明請求項２の立体像表示装置の光学系を斜視図をもって示す。図１の立体像撮影装置で撮影された多視点像７（倒立像）は、凸レンズが３行４列に並んだレンズ板８の各レンズによって凸レンズ９に投影される。図４に上方からみた平面図を示した。ここでレンズ板８の凸レンズの焦点距離をｆとすると１／ｆ＝１／Ｃ＋１／Ｄが成り立ち、投影倍率はＤ／Ｃとなる。さらにレンズ板８の凸レンズのピッチをＰとするとき、多視点像７の各像のピッチがＰ（１＋Ｃ／Ｄ）であれば全ての視点の像は凸レンズ９に重なって投影される。一方凸レンズ９の焦点距離をＧとすればＧはＤより小さく、Ｅ＝（Ｄ−Ｇ）／ＤＧである距離Ｅだけ離れた位置にレンズ板８の像１０が形成される。このとき像１０の凸レンズ像のピッチＷが人の左右の眼の間隔より小さければ、この位置から観察する人の左右の眼には異なる視点の像が見えることになり立体像として認識される。レンズ板１０の像は途切れることなくつながっているため、像１０の幅内においては立体像が見えない位置は存在しない。さらに同様の原理によって目の位置が上下に移動した場合にも、縦に並んだ３行の視点像が切り替わって見えることになり、リアルな立体感を感じることができる。

以上の説明から解るように、本装置をもって立体像を観察するには凸レンズ９から距離Ｅだけ離れた位置で観察するのが最も好ましく、この距離から前後にずれると、位置によっては複数の視点像が混じって見えることがある。本実施例のようにレンズ板８のレンズ数が３行４列と少ない場合にはこのことが大きな問題となるが、十数行十数列ないし数十行数十列とレンズ数が多くなれば、隣り合う視点像の違いが少なくなるため混じって見えてもあまり不自然に感じなくなる。本発明ではレンズ板１と８の変更で、撮影と表示の両方において簡単に視点数を増やすことができる。

本発明の立体像撮影装置において、カメラ３にはフィルムカメラ、デジタルカメラやビデオカメラなどが使用でき、静止画に限らず動画も撮影することができる。また本発明の立体像表示装置において、多視点像７には印画紙、フィルムや写真画質プリンタで印刷した静止画の他に、ビデオモニタの表示面を用いることができ、動画を表示することもできる。

本発明の原理は、縦横に並んだ多数の視点像を撮影し表示する際に特に有効であるが、従来の左右２視点像を撮影、表示する際にも適用することができる。この場合にも、撮影装置では従来のカメラにレンズ板と凸レンズを加えるだけで立体像の撮影が可能になり、表示装置では従来のビュアーに比べて疲れにくく観察しやすいというメリットがある。

図５に本発明請求項３の立体像撮影装置を示した。本装置は通常のカメラ３に凹レンズが二つ並んだレンズ板１１と、凸レンズ１２を加えただけの簡単なもので、これによって撮影される像は平行法によって観察される位置関係に並んだ左右視点像となる。

さらに図６に本発明請求項４の立体像表示装置を示した。本装置は平行法の位置関係の左右視点像を倒立させて置き、これらの像を二つの凸レンズが並んだレンズ板１３によって凸レンズ１４に投影するものである。本装置では表示枠が凸レンズ１４の位置に存在し、これを観察する際には眼のピントを凸レンズ１４の位置に合わせれば良く、表示枠とピント面が一致するため自然な観察が可能になり、疲労を感じることも少ない。

図１および図５の装置において、レンズ板１と凸レンズ２およびレンズ板１１と凸レンズ１２の位置関係は逆転しても良く、レンズ板がカメラ側に、凸レンズが被写体側に置かれるレイアウトでも同様の機能を実現することができる。また片面に凹レンズを並べ、もう一方の面を凸レンズとして一体の部品とする事も可能である。

さらに図１，２の凸レンズ２、図３，４の凸レンズ９には大口径のレンズを使うことになるが、フレネルレンズを使うことで軽量かつ安価に実現することができる。図５の凸レンズ１２や図６の凸レンズ１４にも、同様にフレネルレンズを使うことができる。

本発明の立体像撮影装置は、フィルムカメラやデジタルカメラに応用して専用の立体カメラとして製品化されてもよいし、通常のカメラのオプションとして一眼レフの交換レンズのような製品にする事も可能である。また基本的には撮影装置と表示装置がセットで利用されるものであるが、同様の機能を有する他の表示装置や撮影装置と組み合わせて使っても良い。例えば本発明の立体像撮影装置で撮影したものを他の平行法を利用したビュアーで楽しむことも可能であるし、ＣＧで多視点像を描いたものを本発明の立体像表示装置で表示するなどの利用法も可能である。

さらに本発明をビデオカメラを使った動画の撮影に応用し、立体テレビとして利用することも可能である。

請求項１による立体像撮影装置の実施例である。図１の装置の側面図である。請求項２による立体像表示装置の実施例である。図３の装置を上方から見た平面図である。請求項３による立体像撮影装置の実施例である。請求項４による立体像表示装置の実施例である。

符号の説明

１・・・凹レンズの並んだレンズ板
２・・・凸レンズ
３・・・カメラ
４・・・被写体
５・・・カメラのレンズ
６・・・撮像面
７・・・撮影された多視点像
８・・・凸レンズの並んだレンズ板
９・・・凸レンズ
１０・・・レンズ板の像
１１・・・二枚の凹レンズが並んだレンズ板
１２・・・凸レンズ
１３・・・二枚の凸レンズが並んだレンズ板
１４・・・凸レンズ
Ｒ・・・右眼用の像
Ｌ・・・左眼用の像

Claims

二次元的に並んだ複数の凹レンズと、これに重なるように置かれた凸レンズと、これらを通して被写体の像を撮影するカメラとからなる撮影装置であって、該凸レンズから該カメラのレンズまでの距離が該凸レンズの焦点距離より長いことを特徴とする立体像撮影装置。
二次元的に並んだ複数の視点の画像と、これと所定の距離をおいて該画像と一対一に対応する複数の凸レンズが隙間無く並んだレンズ板により、各視点の像が重なるように単一の凸レンズに投影される表示装置であって、該レンズ板からスクリーンの凸レンズまでの距離がスクリーンの凸レンズの焦点距離より長いことを特徴とする立体像表示装置。
横に並んだ二枚の凹レンズと、これに重なるように置かれた凸レンズと、これらを通して被写体の像を撮影するカメラとからなる撮影装置であって、該凸レンズから該カメラのレンズまでの距離が該凸レンズの焦点距離より長いことを特徴とする立体像撮影装置。
横に並んだ左右の視点の画像と、これと所定の距離をおいて該画像と対応する二枚の凸レンズが隙間無く並んだレンズ板により、各視点の像が重なるように単一の凸レンズに投影される表示装置であって、該レンズ板からスクリーンの凸レンズまでの距離がスクリーンの凸レンズの焦点距離より長いことを特徴とする立体像表示装置。