JP2011248032A - 立体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズアレイを用いたインテグラル方式の立体撮像装置において、要素レンズの数を増やすことなく解像度を向上することができる立体撮像装置を提供する。
【解決手段】被写体からの入射光Ｌを受光する要素レンズ２ａをアレイ状に配置した要素レンズ群２と、要素レンズ群と対向して設けられ、要素レンズから出射される光による要素画像を撮像する撮像手段５（要素画像素子５１）と、撮像した要素画像を記憶する記憶手段９とを備える立体撮像装置１において、要素レンズの受光面側にて、要素レンズの受光面より小さな面積の透過領域で入射光を透過する光透過部（光透過部Ｈ）を一つの要素レンズに対して一つ有する遮光面を備える遮光手段６（遮光板６１）と、光透過部の位置それぞれにおける透過領域が互いに重ならないように、光透過部の位置を所定の時間間隔で繰り返し切り替える切替手段７（駆動部７１）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、インテグラル方式の立体撮像装置に係り、多数のマイクロレンズ（要素レンズ）を配置し、マイクロレンズ毎に形成される要素画像を撮像する立体撮像装置に関する。

従来、立体画像の撮影や表示をする立体画像方式として、アレイ状（２次元平面状）に要素レンズ（凸レンズあるいはピンホール）が配列されたレンズアレイを用いたインテグラル方式が知られている。
従来のレンズアレイを用いたインテグラル方式の立体撮像装置では、要素レンズの数が立体画像の解像度の上限値となる。よって、解像度を向上するためには、要素レンズの数を増やす方法が一般的であった。このような一般的な方法に対して、要素レンズの数を増やすことなく、解像度を向上する方法として、様々な提案がなされている。例えば、特許文献１には、入射光を２分割するビームスプリッタと、レンズアレイと撮像素子からなる１対の撮影ユニットを備え、対となる２つの要素レンズに入射する入射光の相対的な位置関係に差が出るように、２個の撮影ユニットを配置する方法が開示されている。また、非特許文献１には、同様にレンズアレイと撮像素子からなる撮影ユニット自体を撮影する毎に移動させて、相対的な位置関係を時間的にずらす方法が開示されている。

特許３６７６９１６号公報

Optics Letters, Vol. 27, Issue 5, pp. 324-326, "Improved viewing resolution of three-dimensional integral imaging by use of nonstationary micro-optics"

しかしながら、要素レンズの数を増やすことなく解像度を向上するために、特許文献１の方法では、２台の撮影ユニットを備える必要があり、さらに、ビームスプリッタにより２分割された入射光を２台の撮影ユニットがそれぞれ受光するように、撮影ユニットを配置する必要があり、立体撮像装置が大型化するという問題点がある。また、非特許文献１の方法では、撮影ユニット自体を移動させる必要があり、立体撮像装置を移動させる動力が必要となり、立体撮像装置が大型化するという問題点がある。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、レンズアレイを用いたインテグラル方式の立体撮像装置において、要素レンズの数を増やすことなく解像度を向上することができ、かつ装置が大型化しない立体撮像装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の立体撮像装置は、被写体からの入射光を受光する要素レンズをアレイ状に配置した要素レンズ群と、前記要素レンズ群と対向して設けられ、前記要素レンズから出射される光による要素画像を撮像する撮像手段と、撮像した要素画像を記憶する記憶手段とを備える立体撮像装置であって、前記要素レンズの受光面側にて、前記要素レンズの受光面より小さな面積の透過領域で前記入射光を透過する光透過部を一つの前記要素レンズに対して一つ有する遮光面を備える遮光手段と、前記光透過部の位置それぞれにおける前記透過領域が互いに重ならないように、前記光透過部の位置を所定の時間間隔で繰り返し切り替える切替手段とを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、請求項１に記載の立体撮像装置は、光透過部の位置それぞれにおける透過領域が互いに重ならないように、切替手段が光透過部の位置を所定の時間間隔で切り替える。これにより、一つの要素レンズであっても、透過領域の位置（光透過部の位置）の違いと、所定の時間間隔で切り替えられることにより、要素レンズの受光面において、実質的に、透過領域の位置（光透過部の位置）の数だけ受光領域を形成することができる。そして、撮像手段は、切り替えにより生じる時間差により、受光領域の数（光透過部の位置の数）だけ形成される要素画像を撮像することができる。また、遮光手段が光透過部の位置を切り替えることにより、撮像手段には、一つの要素レンズに対して一つの要素画像が形成され、かつ時間差により複数の要素画像が重なることなく形成されることになる。これにより、撮像手段は、切替手段が光透過部の位置を切り替える毎に形成された一つの要素画像を撮像することができる。

また、請求項１に記載の立体撮像装置は、撮像した要素画像を記憶手段に記憶させるため、１つの撮像手段により、光透過部の位置が切り替えられて形成される数だけ、要素画像を記憶手段に記憶させることができる。

請求項２に記載の立体撮像装置は、請求項１に記載の立体撮像装置において、前記遮光手段は、前記要素レンズと同数の前記光透過部である孔を有する遮光板であって、前記切替手段は、前記遮光板を前記要素レンズの前焦点位置にて駆動して、前記孔の位置それぞれにおける前記透過領域が互いに重ならないように、前記孔の位置を前記所定の時間間隔で繰り返し切り替えることを特徴とする。

かかる構成において、立体撮像装置は、要素レンズの受光側にて要素レンズと同数の孔を有し、その要素レンズの前焦点位置にて駆動する遮光板を備えることで、要素レンズの数を増やすことなく解像度を向上することができる。

請求項３に記載の立体撮像装置は、請求項１に記載の立体撮像装置において、前記遮光手段は、前記要素レンズの前焦点位置に設置され、液晶素子を有する液晶パネルであって、前記切替手段は、前記光透過部である液晶素子の開閉を制御して、制御対象の前記液晶素子それぞれで開いた前記透過領域が互いに重ならないように、開制御対象の液晶素子を前記所定の時間間隔で繰り返し切り替えることを特徴とする。

かかる構成において、立体撮像装置は、要素レンズの受光側にて、前記要素レンズの前焦点位置にて設置された液晶素子を有する液晶パネルと、液晶素子の開（光の透過）と閉（光の遮断）とを制御する開閉制御手段を備えることで、要素レンズの数を増やすことなく解像度を向上することができる。

請求項４に記載の立体撮像装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された立体撮像装置において、前記要素レンズが屈折率分布レンズであって、前記屈折率分布レンズのレンズ長が、当該屈折率分布レンズ内の光路が１／４周期となる長さに形成されていることを特徴とする。

かかる構成において、立体撮像装置は、被写体Ｘの倒立像を撮像することができる。

請求項５に記載の立体撮像装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された立体撮像装置において、前記要素レンズが屈折率分布レンズであって、前記屈折率分布レンズのレンズ長が、当該屈折率分布レンズ内の光路が３／４周期となる長さに形成されていることを特徴とする。

かかる構成において、立体撮像装置は、被写体Ｘの正立像を記憶手段に撮像することができる。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項１に記載の発明によれば、レンズアレイを用いたインテグラル方式の立体撮像装置であっても、要素レンズの数に、光透過部の位置を切り替えた数を乗算した実質的な要素レンズ数で撮像対象物を撮像することができる。そのため、実際の要素レンズの数を増やすことなく解像度を向上することができ、コンパクトな立体撮像装置を提供することができる。
また、請求項１に記載の発明は、従来の立体撮像装置と要素レンズの数が同じであり、装置の大きさもほぼ同じであるにもかかわらず、従来の立体撮像装置より解像度が高いため、被写体により近い表現をする立体画像を撮像することができる。

請求項２に記載の発明によれば、レンズアレイの受光面側に駆動する遮蔽板を備える程度の拡張でよく、コンパクトな立体撮像装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、レンズアレイの受光面側に液晶パネルを設置する程度の拡張でよく、コンパクトな立体撮像装置を提供することができる。

請求項４および請求項５に記載の発明によれば、屈折率分布レンズを使用することで、被写体Ｘの倒立像または正立像の要素画像を撮像することができる。

第１の実施形態に係る立体撮像装置の構成を示す模式図である。 遮光板が目的地点Ｐ１と目的地点Ｐ２との間を横方向（左右）に往復運動する図１に示した立体撮像装置を要素レンズ群側から視た模式図であり、（ａ）目的地点Ｐ１に光透過部Ｈが位置したとき、（ｂ）目的地点Ｐ２に光透過部Ｈが位置したときを示す。 図１に示した要素レンズが凸レンズである立体撮像装置による撮像方法の説明図であり、（ａ）目的地点Ｐ１に光透過部Ｈが位置したとき、（ｂ）目的地点Ｐ２に光透過部Ｈが位置したときを示す。 （ａ）遮光板の移動タイミングと、（ｂ）目的地点Ｐ１における光透過部Ｈの開口面積と、（ｃ）目的地点Ｐ２における光透過部Ｈの開口面積との関係を示す図である。 図１に示した要素レンズが屈折率分布型レンズ（１／４ＧＲＩＮレンズ）である立体撮像装置による撮像方法の説明図であり、（ａ）目的地点Ｐ１に光透過部Ｈが位置したとき、（ｂ）目的地点Ｐ２に光透過部Ｈが位置したときを示す。 図１に示した要素レンズが屈折率分布型レンズ（３／４ＧＲＩＮレンズ）である立体撮像装置による撮像方法の説明図であり、（ａ）目的地点Ｐ１に光透過部Ｈが位置したとき、（ｂ）目的地点Ｐ２に光透過部Ｈが位置したときを示す。 第２の実施形態に係る立体撮像装置を要素レンズ群側から視た模式図であり、（ａ）目的地点Ｐ１に光透過部Ｈが位置したとき、（ｂ）目的地点Ｐ２に光透過部Ｈが位置したとき、（ｃ）目的地点Ｐ３に光透過部Ｈが位置したとき、（ｄ）目的地点Ｐ４に光透過部Ｈが位置したときを示す。 第３の実施形態に係る立体撮像装置の構成を示す模式図である。 遮光板が目的地点Ｐ１と目的地点Ｐ２との間を縦方向（上下）に往復運動する立体撮像装置を要素レンズ群側から視た模式図である。 第２の実施形態に係る立体撮像装置を要素レンズ群側から視た模式図である。

次に、本発明の第１の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
［立体撮像装置１］
第１の実施形態に係る立体撮像装置１は、図１に示すように、要素レンズ群２（複数の要素レンズ２ａ）と、光学遮蔽部３と、撮像手段５（複数の要素撮像素子５１、基板５２）と、遮光手段６と、切替手段７と、記憶手段９とを備える。この立体撮像装置１は、撮像手段５で結像して形成される要素画像を撮像するものである。

なお、立体撮像装置１が備える、撮像手段５と、切替手段７と、記憶手段９とは、図示を省略したＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）などを備えた一般的なコンピュータで構成することができ、コンピュータを前記した各手段として機能させるプログラムにより実現することができる。
記憶手段９は、ハードディスクなどの一般的な記憶手段であり、後記する撮像手段５である各要素撮像素子５１から取得した撮像情報を記憶するものである。

（要素レンズ群２）
要素レンズ群２は、複数の要素レンズ２ａで構成されており、受光面の面積が同一かつ外観形状が同一の要素レンズ２ａを、図１および図２に示すように、レンズの主点が同一平面上にあるように、アレイ状に配列して設置した構成である。
各要素レンズ２ａは、撮像対象物である被写体Ｘ（図３）からの入射光Ｌを受光して、レンズ出射光Ｒを出射して、被写体Ｘを光学像（要素画像）として撮像手段５にそれぞれ結像させるレンズである。
以下、第１の実施形態に係る立体撮像装置１では、要素レンズ２ａを凸レンズ２１ａとして説明する。

（光学遮蔽部３）
光学遮蔽部３は、図１〜３に示すように、凸レンズ２１ａの受光面から撮像手段５（基板５２）までの区間で、隣接する凸レンズ２１ａからクロスオーバーする余計な光（レンズ出射光Ｒなど）の影響を受けないように、隣接する凸レンズ２１ａとの間に配置されているものであり、光学的な遮蔽機能を有し、例えば、黒色または光を反射しない性質を有する金属または合成樹脂からなる薄板から構成される。

（撮像手段５）
撮像手段５は、複数の要素撮像素子５１が基板５２の面に設けられているものである。撮像手段５は、要素レンズの後焦点位置になるように配置されている。基板５２には、各要素レンズ２ａからの入射光Ｌを、それぞれ１つの要素撮像素子５１が受光するように、同一平面上に対応して配置されている。そして、基板５２には、各要素撮像素子５１と記憶手段９とを接続する撮像情報信号線などが配線されている。各要素撮像素子５１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子であり、解像度の比較的高い動画での立体画像の撮影に充分である高精細な画素数で構成されている。

この立体撮像装置１では、要素レンズ群２の受光側に配置された被写体Ｘを撮影する。このとき、図３に示すように、要素撮像素子５１にて、要素レンズ群２を構成する各要素レンズ２ａにより光学像（要素画像Ｇ）が結像する。各要素撮像素子５１は、対応する各要素レンズ２ａから入射されて形成される要素画像を撮像する。本実施形態において、各要素撮像素子５１は、連続して撮像するものであり、後記する所定時間Ｔ以下の間隔で連続して撮像することが好ましい。
そして、本実施形態の各要素撮像素子５１は、要素撮像素子５１が撮像した要素画像Ｇに、その要素撮像素子５１が設置された基板５２の面における位置情報（設置位置情報）などを付与して撮像情報を生成して記憶手段９に出力する。
ここで、第１の実施形態では、要素レンズ２ａが凸レンズ２１ａである。そのため、図３に示すように、要素撮像素子５１には、倒立像が形成される。

（遮光手段６）
遮光手段６は、要素レンズ群２の受光側に、要素レンズ群２と離間して設けられた遮光面上に、要素レンズ２ａの受光面より小さな面積で入射光Ｌを透過する光透過部を、一つの要素レンズ２ａに対して一つ備えるものである。
（遮光板６１）
第１の実施形態における遮光手段６は、各要素レンズ２ａそれぞれ一つに対して一つの光透過部Ｈ（光透過部）が設けられた遮光板６１である。

遮光板６１は、要素レンズ群２の受光側にて、要素レンズ群２への入射光Ｌを遮る板状の遮光面である。この遮光板６１は、光透過部Ｈ以外の部分で光を透過しないものである。
また、遮光板６１は要素レンズ２の受光面側にて、当該要素レンズ２の前焦点位置にあることが好適であるが、その前後に焦点距離の分だけずれていてもよい。

光透過部Ｈ（光透過部）は、入射光Ｌを要素レンズ２ａに照射させる孔である。当該孔の面積（開口面積）および形状（開口形状）は、光透過部Ｈが要素レンズ２ａと対向したときに、その要素レンズ２ａのレンズ面（受光面）に入射光Ｌが確実に照射される開口面積および開口形状である。

（切替手段７）
切替手段７は、遮光板６１の光透過部Ｈの位置それぞれにおける、入射光Ｌを透過可能な透過領域が互いに重ならないように、光透過部Ｈの位置を所定時間Ｔの間隔で繰り返し切り替える手段であり、遮光板６１を駆動させる駆動部７１と、時間を計測する時計部７２とを備えている。

時計部７２は、時間を計測し、所定時間Ｔ毎に駆動指示信号を、駆動部７１に出力するものである。この時計部７２は、所定時間Ｔで示す一定の周期で駆動指示信号を出力するものであればよく、時間を計測するものに限定されない。
所定時間Ｔは、ディスプレイの画面描画の速度である垂直走査周期と同じ、または垂直走査周期の整数分の１であることが好ましい。

駆動部７１は、要素レンズ群２の受光側に位置する遮光板６１を、要素レンズ群２の受光面と平行してなる平面上の２つの目的地点Ｐ間（目的地点Ｐ１と目的地点Ｐ２との間）で往復させることができる駆動手段である。
目的地点Ｐ（目的地点Ｐ１と目的地点Ｐ２）の座標データは、不図示の記憶部に記憶されているものであり、駆動部７１はこの座標データを取得して遮光板６１を目的地点Ｐにまで移動させる。
そして、駆動部７１は、時計部７２から駆動指示信号を取得したときに、次の移動先となる目的地点Ｐに遮光板６１を移動させるものである。
ここで、目的地点Ｐ１および目的地点Ｐ２は、光透過部Ｈが目的地点Ｐ１に位置するときの透過領域と、目的地点Ｐ２に位置するときの透過領域とが互いに重ならない地点である。

ここで、遮光板６１は、駆動部７１により、目的地点Ｐが２つであれば、それら目的地点Ｐを通過するように、縦方向、横方向、または斜め方向に往復運動することが好ましいが、縦方向、横方向、斜め方向の動きを組み合わせた運動、例えば円運動をしてもよい。
図１では、レール上を不図示のモータやアクチュエータなどで遮光板６１を移動させているが、遮光板６１を目的地点Ｐに移動させることができれば、どのような手段であっても構わない。

以上のように、駆動部７１が遮光板６１を目的地点Ｐ１に移動させることで、図２（ａ）に示すように要素レンズ２ａに入射光Ｌが直接照射される。そして、駆動部７１が遮光板６１を目的地点Ｐ２に移動させることで、図２（ｂ）に示すように要素レンズ２ａに入射光Ｌが直接照射される。
そして、駆動部７１は、時計部７２から所定時間Ｔ毎に駆動指示信号を取得し、遮光板６１を駆動させる。そのため、所定時間Ｔの間隔で、光透過部Ｈが対向する要素レンズ２ａには、光透過部Ｈが目的地点Ｐ１に位置するときの入射光Ｌと、光透過部Ｈが目的地点Ｐ２に位置するときの入射光Ｌとが交互に照射される。

［第１の実施形態］
［立体撮像装置の動作］
図１に示した立体撮像装置１の動作について図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する（適宜図１および図２を参照）。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、立体撮像装置１は、駆動部７１により遮光板６１が所定時間Ｔ毎に２地点間（目的地点Ｐ１と目的地点Ｐ２との間）を往復する。そして、遮光板６１が目的地点Ｐに到達したときに、立体撮像装置１は、要素レンズ群２の前方に配置された被写体Ｘを撮影する。

（目的地点Ｐ１）
図４に示すように、まず、時刻ｔ₀のときに、立体撮像装置１は、遮光板６１を移動させる。そして、遮光板６１を目的地点Ｐ１で停止させる（図３（ａ）の状態）（時刻ｔ₁）。このとき、遮光板６１の光透過部Ｈを透過した入射光Ｌが凸レンズ２１ａに入射される。
このとき（時刻ｔ₁〜ｔ₂の期間）、凸レンズ２１ａは受光した入射光Ｌを要素撮像素子５１に、要素画像Ｇ１（光学像）として入射する。

そして、各要素撮像素子５１は、各凸レンズ２１ａからのレンズ出射光Ｒ１が結像して形成された要素画像Ｇ（要素画像Ｇ１）を撮像し、撮像した要素画像Ｇ１を記憶手段９に出力する。
記憶手段９には、要素画像Ｇに、要素撮像素子５１の設置位置情報などが付与された撮像情報が記憶される。

（目的地点Ｐ２）
そして、前回、遮光板６１が移動した時刻ｔ₀から所定時間Ｔ経過後の時刻ｔ₂（＝ｔ₀＋Ｔ）のときに、立体撮像装置１（駆動部７１）は、遮光板６１を目的地点Ｐ２で停止させる（図３（ｂ）の状態）（時刻ｔ₃）。このとき、遮光板６１の光透過部Ｈを透過した入射光Ｌが凸レンズ２１ａに入射される。
このとき（時刻ｔ₃〜ｔ₄の期間）、凸レンズ２１ａは受光した入射光Ｌを要素撮像素子５１に、要素画像Ｇ２（光学像）として入射する。
また、駆動部７１が遮光板６１を目的地点Ｐ１から目的地点Ｐ２に移動させて、光透過部Ｈの位置が切り替わったことで、要素画像Ｇ２は、要素撮像素子５１にて要素画像Ｇ１が形成された位置とは異なる位置に形成される。
ここで、異なる位置とは、要素画像Ｇ１と要素画像Ｇ２とが同時に形成されたとしても、互いの要素画像Ｇが完全に重なる位置や片方の要素画像Ｇがもう一方の要素画像Ｇを包含する位置ではない。しかし、互いの要素画像Ｇの一部が重なる位置であってもよい。

そして、各要素撮像素子５１は、各凸レンズ２１ａからのレンズ出射光Ｒ２が結像して形成された要素画像Ｇ（要素画像Ｇ２）を撮像し、撮像した要素画像Ｇ２を記憶手段９に出力する。
記憶手段９には、要素画像Ｇに、要素撮像素子５１の設置位置情報などが付与された撮像情報が記憶される。

本実施の形態に係る立体撮像装置１によれば、要素撮像素子５１にて要素画像Ｇ１と要素画像Ｇ２とが異なる位置に形成される。しかし、光透過部Ｈの位置が切り替わることにより、要素画像Ｇ１と要素画像Ｇ２とが同時に要素撮像素子５１に形成されることはない。そのため、要素撮像素子５１は、切り替えにより生じる時間差（所定時間Ｔの間隔）で要素画像Ｇ１と要素画像Ｇ２とを交互に撮像することになる。よって、同一の要素レンズ２ａ（凸レンズ２１ａ）で撮影したにもかかわらず、要素画像Ｇ１と要素画像Ｇ２とは、まるで、別々の要素レンズで別々の要素撮像素子５１により撮像しているようになる。そして、立体撮像装置１の記憶手段９には、同じ撮像手段５（要素撮像素子５１）が撮像した要素画像Ｇ１と要素画像Ｇ２とが記憶される。これにより、要素画像Ｇ１と要素画像Ｇ２とは、仮想的に別々の要素レンズ２ａで別々の要素撮像素子５１により撮影された画像であるとすることができ、要素レンズ２ａをあたかも２倍に増やしたようになる。
以上により、本実施の形態に係る立体撮像装置１によれば、要素レンズ２ａおよび要素撮像素子５１の数を増やさずに、解像度を向上することができる。

以下に、要素レンズ２ａの種々のバリエーションを第１の変形例ないし第２の変形例として説明する。
［第１の変形例］（ＧＲＩＮレンズ：１／４）
［立体撮像装置１Ａ］
図５に示すように、立体撮像装置１Ａは、要素レンズ２ａに屈折率分布型レンズ２１ｂを用いた点と、屈折率分布型レンズ２１ｂにＧＲＩＮレンズを用いるため、図１に示す要素レンズ２ａの主点から要素レンズ２ａの前焦点位置までの距離ｄが必要ない（ｄ＝０）である点の２点を除いて、図１および図３に示した立体撮像装置１と同一の構成である。したがって、図１および図３と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。

（屈折率分布型レンズ２１ｂ）
屈折率分布型レンズ２１ｂは、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、前記ＧＲＩＮレンズのレンズ長を、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の１／４とする長さに形成した１／４ＧＲＩＮレンズである。なお、当該１／４ＧＲＩＮレンズからのレンズ出射光Ｒ（Ｒ１，Ｒ２）が結像して形成される要素画像Ｇ（Ｇ１，Ｇ２）は、被写体Ｘの倒立像である。
この屈折率分布型レンズ２１ｂ（１／４ＧＲＩＮレンズ）を用いることにより、被写体Ｘの倒立像を記憶手段９に記憶することができる。

［第２の変形例］（ＧＲＩＮレンズ：３／４）
［立体撮像装置１Ｂ］
図６に示すように、立体撮像装置１Ｂは、要素レンズ２ａに屈折率分布型レンズ２１ｃを用いた点と、屈折率分布型レンズ２１ｃにＧＲＩＮレンズを用いるため、図１に示す要素レンズ２ａの主点から要素レンズ２ａの前焦点位置までの距離ｄが必要ない（ｄ＝０）である点の２点を除いて、図１および図３に示した立体撮像装置１と同一の構成である。したがって、図１および図３と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。

（屈折率分布型レンズ２１ｃ）
屈折率分布型レンズ２１ｃは、中心から外周に向かって屈折率が異なる屈折率分布レンズであるＧＲＩＮレンズを用い、前記ＧＲＩＮレンズのレンズ長を、当該ＧＲＩＮレンズ内を蛇行する光路の一周期の３／４とする長さに形成した３／４ＧＲＩＮレンズである。なお、当該３／４ＧＲＩＮレンズからのレンズ出射光Ｒ（Ｒ１，Ｒ２）が結像して形成される要素画像Ｇ（Ｇ１，Ｇ２）は、被写体Ｘの正立像である。
この屈折率分布型レンズ２１ｃ（３／４ＧＲＩＮレンズ）を用いることにより、被写体Ｘの正立像を記憶手段９に記憶することができる。

［第２の実施形態］
次に、目的地点Ｐが４つある場合の本発明の第２の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
図７に示すように、要素レンズ２ａを俵積み状態に配列した第２の実施形態に係る立体撮像装置１Ｃは、目的地点Ｐが４つ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）あり、遮光板６１を駆動させて、光透過部Ｈの位置を、目的地点Ｐ１（図７（ａ））→目的地点Ｐ２（図７（ｂ））→目的地点Ｐ３（図７（ｃ））→目的地点Ｐ４（図７（ｄ））→目的地点Ｐ１（図７（ａ））→・・・、の順番に所定時間Ｔの間隔で切り替える。この目的地点Ｐの切替処理は、第１の実施形態に係る立体撮像装置１と同様の処理であるため説明を省略する。これにより、各目的地点Ｐにおいて光透過部Ｈを透過した入射光Ｌが、１つの要素レンズ２ａに照射される。
ここで、目的地点Ｐ１〜Ｐ４は、光透過部Ｈが目的地点Ｐ１に位置するとき、目的地点Ｐ２に位置するとき、目的地点Ｐ３に位置するとき、目的地点Ｐ４に位置するときで、透過領域が互いに重ならない地点である。

［第３の実施形態］
次に、遮光手段６に、液晶シャッタを用いた場合の本発明の第３の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
［立体撮像装置１Ｄ］
図８に示すように、第３の実施形態に係る立体撮像装置１Ｄは、遮光手段６が異なる点を除いて、図１および図３に示した立体撮像装置１と同一の構成である。したがって、図１および図３と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。

（遮光手段６ａ）
第３の実施形態における遮光手段６ａは、複数の液晶素子を備える液晶シャッタ６２である。
（液晶シャッタ６２）
液晶シャッタ６２は、要素レンズ群２の受光面側にて設置され、要素レンズ群２への入射光Ｌを遮る液晶パネルである。
液晶シャッタ６２が設置される位置は、要素レンズ２ａの前焦点位置であることが好適であるが、その前後に焦点距離の分ずれていても設置可能である。

光透過部ＨＡは、液晶シャッタ６２に設けられた液晶素子の集合体であり、後記する開閉制御部７３に制御されて、液晶素子の開／閉を行う。光透過部ＨＡは、開（光の透過）のときに入射光Ｌを透過させて要素レンズ２ａに入射させ、閉（光の遮断）のときに遮光する。当該光透過部ＨＡの開口面積および開口形状は、光透過部ＨＡが要素レンズ２ａと対向したときに、その要素レンズ２ａのレンズ面（受光面）に入射光Ｌが確実に入射される開口面積および開口形状である。

（切替手段７ａ）
切替手段７ａは、時間を計測する時計部７２と、各要素レンズ２ａ一つに対して一つの光透過部ＨＡ（光透過部）が開く（光を透過する）ように液晶シャッタ６２の液晶素子の開（光の透過）と閉（光の遮断）とを制御する開閉制御部７３とを備えている。
時計部７２は、時間を計測し、所定時間Ｔ毎に開閉指示信号を、開閉制御部７３に出力するものであり、第１の実施形態の時計部７２と同様のものであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
開閉制御部７３は、時計部７２からの開閉指示信号を取得して、液晶シャッタ６２が備える液晶素子の光の透過率を調節して、開（光の透過）／閉（光の遮断）を行う制御部である。

第３の実施形態において、液晶シャッタ６２には光透過部ＨＡが、光透過部ＨＡ１と光透過部ＨＡ２との２つを有する。ここで、光透過部ＨＡ１を構成する液晶素子と、光透過部ＨＡ２を構成する液晶素子とは、重複して構成されない。
開閉制御部７３は、時計部７２からの開閉指示信号を取得して、一つの要素レンズ２ａに対して一つの光透過部ＨＡが開くように、つまり、光透過部ＨＡ１または光透過部ＨＡ２のどちらか一方が開くように、光透過部ＨＡ１および光透過部ＨＡ２の開閉を行う。このとき、双方において“開”となる液晶素子はない。そのため、光透過部ＨＡ１が“開”のときの入射光Ｌが透過可能な透過領域と、光透過部ＨＡ２が“開”のときの入射光Ｌが透過可能な透過領域とでは、互いに重ならない。

第３の実施形態の立体撮像装置１Ｄによれば、遮光手段６に液晶パネルを用いて、光透過部に液晶素子を用いて、その液晶素子を制御して光の透過／遮断を行うことで、光透過部である光透過部ＨＡ（ＨＡ１、ＨＡ２）の開（光の透過）／閉（光の遮断）を電気的に行うことができる。そのため、第１および第２の実施形態の立体撮像装置より、光透過部Ｈ（光透過部ＨＡ）の位置を高速に切り替えることができる。こうして、光透過部の位置を高速に切り替えて、要素撮像素子５１が撮像することで、短い時間間隔で撮像することができる。そのため、動く物体を撮影したときに、単位時間間隔で移動する距離に応じて生じてしまう、ちらつきの現象が少ない動画を撮影することができる。

また、第１の実施形態の立体撮像装置１と同様に、立体撮像装置１Ｄは、１つの要素レンズ２ａから２つの要素画像Ｇ（Ｇ１、Ｇ２）を撮像することができ、要素レンズ２ａをあたかも２倍に増やしたようになる。
以上により、第３の実施形態の立体撮像装置１Ｄによれば、要素レンズ２ａおよび要素撮像素子５１の数を増やさずに、解像度を向上することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、切替手段７（７ａ）が切り替える光透過部Ｈ（ＨＡ）の位置は、２つ以上設定されていればよい。設定される位置の数は、光透過部Ｈの位置それぞれにおける、入射光Ｌを透過可能な透過領域が互いに重ならなければ、制限されない。

また、光透過部Ｈの透過領域の大きさ（開口面積）は、適宜変更することが可能である。
例えば、図２に示したように遮光板６１が駆動部７１により、目的地点Ｐ１と目的地点Ｐ２との間を横方向（左右）に往復運動する場合や、図９に示すように遮光板６１が駆動部７１により、目的地点Ｐ１と目的地点Ｐ２との間を縦方向（上下）に往復運動する場合、光透過部Ｈの透過領域の大きさ（開口面積）は、図９に示す値が好適である。ここで、図中のＤはレンズの直径を示し、ｒ_maxは光透過部Ｈの形状（透過領域）が円である場合の最大半径を示す。
また、図７に示したように遮光板６１が駆動部７１により、目的地点Ｐ１〜Ｐ４を順番に移動する場合、光透過部Ｈの透過領域の大きさ（開口面積）は、図１０に示す値が好適である。図９と同様に、図中のＤはレンズの直径を示し、ｒ_maxは光透過部Ｈの形状（透過領域）が円である場合の最大半径を示す。

また、要素レンズ２ａに、凸レンズ２１ａや、屈折率分布型レンズ（１／４ＧＲＩＮレンズ）２１ｂ、屈折率分布型レンズ（３／４ＧＲＩＮレンズ）２１ｃを用いた例を示したが、特に限定されるものではなく、ボールレンズ、屈折率分布レンズ、回折光学素子、凹レンズ、あるいは、これらの組み合せでもよい。また、回折光学素子は、例えばフレネルレンズである。なお、凹レンズは、他のレンズと適宜組み合わせて用いられる。

本発明の第１の実施形態の第１の変形例である立体撮像装置１Ａを用いて、屈折率分布型レンズ２１ｂ（１／４ＧＲＩＮレンズ）で撮影した要素画像群を、そのまま一般的な凸レンズの立体画像表示装置に与えることで、奥行きが反転した逆視状態の立体画像を表示することができる。
一方、第２の変形例である立体撮像装置１Ｂを用いて、屈折率分布型レンズ２１ｃ（３／４ＧＲＩＮレンズ）で撮影した要素画像群を、そのまま一般的な凸レンズの立体画像表示装置に与えることで、奥行きが正しい正視状態の立体画像を表示することができる。

１ 立体撮像装置
２ 要素レンズ群
２ａ 要素レンズ
２１ａ 凸レンズ（要素レンズ）
３ 光学遮蔽部
５ 撮像手段
５１ 要素撮像素子（撮像手段）
５２ 基盤（撮像手段）
６ 遮光手段
６１ 遮光板（遮光手段）
６ａ 遮光板（遮光手段）
７ 切替手段
７１ 駆動部（切替手段）
７２ 時計部（切替手段）
９ 記憶手段
Ｇ（Ｇ１、Ｇ２） 要素画像
Ｈ 光透過部
Ｌ 入射光
Ｐ（Ｐ１、Ｐ２） 目的地点
ｄ 要素レンズの主点から前焦点位置までの距離

Claims (5)

1. 被写体からの入射光を受光する要素レンズをアレイ状に配置した要素レンズ群と、前記要素レンズ群と対向して設けられ、前記要素レンズから出射される光による要素画像を撮像する撮像手段と、撮像した要素画像を記憶する記憶手段とを備える立体撮像装置であって、
   前記要素レンズの受光面側にて、前記要素レンズの受光面より小さな面積の透過領域で前記入射光を透過する光透過部を、一つの前記要素レンズに対して一つ有する遮光面を備える遮光手段と、
   前記光透過部の位置それぞれにおける前記透過領域が互いに重ならないように、前記光透過部の位置を所定の時間間隔で繰り返し切り替える切替手段と
   を備えることを特徴とする立体撮像装置。
2. 前記遮光手段は、前記要素レンズと同数の前記光透過部である孔を有する遮光板であって、
   前記切替手段は、前記遮光板を前記要素レンズの前焦点位置にて駆動して、前記孔の位置それぞれにおける前記透過領域が互いに重ならないように、前記孔の位置を前記所定の時間間隔で繰り返し切り替えることを特徴とする請求項１に記載された立体撮像装置。
3. 前記遮光手段は、前記要素レンズの前焦点位置に設置され、液晶素子を有する液晶パネルであって、
   前記切替手段は、前記光透過部である液晶素子の開閉を制御して、制御対象の前記液晶素子それぞれで開いた前記透過領域が互いに重ならないように、開制御対象の液晶素子を前記所定の時間間隔で繰り返し切り替えることを特徴とする請求項１に記載された立体撮像装置。
4. 前記要素レンズが屈折率分布レンズであって、前記屈折率分布レンズのレンズ長が、当該屈折率分布レンズ内の光路が１／４周期となる長さに形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された立体撮像装置。
5. 前記要素レンズが屈折率分布レンズであって、前記屈折率分布レンズのレンズ長が、当該屈折率分布レンズ内の光路が３／４周期となる長さに形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された立体撮像装置。

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