JP2013142743A - 立体画像撮影装置および立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インテグラルフォトグラフィにおいて、精細度の偏りを軽減またはなくした立体像を得る。
【解決手段】複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイ１１０と、レンズアレイ１１０を通して得られる光束を、レンズアレイ１１０における各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光して撮像し、複数の要素レンズそれぞれに対応する要素画像の集合であるインテグラル画像データを生成する撮像部１３０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像撮影装置および立体画像表示装置に関する。

空間像再生方式の一つとして、インテグラルフォトグラフィが知られている（例えば、特許文献１参照）。このインテグラルフォトグラフィを適用した撮影装置は、微小な要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイを介して被写体を撮影しインテグラル画像を生成する。そして、インテグラルフォトグラフィを適用した表示装置は、インテグラル画像を表示面に表示させて光束を発生させ、この光束をレンズアレイに通すことによって空間に立体像を生成する。つまり、インテグラルフォトグラフィは、表示装置の表示面から到来する光束が、実際の被写体から到来する光束と同じになるように、光の像を生成する再生方式である。

特開２００１−２２８５７０号公報

従来の撮影系のインテグラルフォトグラフィでは、被写体から要素レンズを通して得られる光束の幅は、その要素レンズに対する入射角度に応じて変化する。よって、撮像素子の撮像面に照射される光束の密度は均一ではない。また、従来の表示系のインテグラルフォトグラフィでは、表示面から要素レンズを通して得られる光束の幅は、その要素レンズに対する入射角度に応じて変化する。よって、表示面から要素レンズを通して得られる光束の密度は均一ではない。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、インテグラルフォトグラフィにおいて、精細度の偏りを軽減またはなくした立体像を得ることができる、立体画像撮影装置および立体画像表示装置を提供することを目的とする。

［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様である立体画像撮影装置は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイと、前記レンズアレイを通して得られる光束を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光して撮像し、前記複数の要素レンズそれぞれに対応する要素画像の集合であるインテグラル画像を生成する撮像部と、を備えることを特徴とする。
［２］上記［１］記載の立体画像撮影装置において、前記撮像部は、前記光束を、前記各要素レンズの光線密度が高いほど画素が大きい撮像面で受光して撮像することを特徴とする。
［３］上記の課題を解決するため、本発明の一態様である立体画像表示装置は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイを備える立体画像表示装置において、相互に視差を有する複数の要素画像の集合であるインテグラル画像を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する表示面に表示させる表示部を備えることを特徴とする。
［４］上記［３］記載の立体画像表示装置において、前記表示部は、前記インテグラル画像を、前記各要素レンズの光線密度が高いほど大きな画素により表示させることを特徴とする。

本発明によれば、インテグラルフォトグラフィにおいて、精細度の偏りを軽減またはなくした立体像を得ることができる。

本発明の一実施形態である立体画像撮影装置および立体画像表示装置の概略構成を示す図である。 レンズアレイにおける要素レンズの配列を示す図である。 それぞれ、ピンホールアレイを、ピンホール一列分を含む面で切ったときの断面図であり、ピンホールを通る光線により得られる画素列を示した図、およびピンホールから画素列に対する垂線の距離が画素の幅に対して十分に長い場合の、ピンホールを通る光線により得られる画素列を示した図である。 それぞれ、レンズアレイにおける要素レンズ一列を、一列分の光軸を含む面で切ったときの断面図であり、レンズアレイの要素レンズを通る光束により得られる画素列を示した図、および画素の幅に対して焦点距離が十分に長い場合の、要素レンズを通る光束により得られる画素列を示した図である。 撮像部が有する撮像面の画素構造の概略を模式的に示す図である。 画素領域の中心部付近を拡大して模式的に示した図である。

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。
図１は、本発明の一実施形態である立体画像撮影装置および立体画像表示装置の概略構成を示す図である。同図は、被写体Ｓを空間像再生方式の一方式であるインテグラルフォトグラフィにより撮影してインテグラル画像を生成する立体画像撮影装置１と、立体画像撮影装置１が生成したインテグラル画像をインテグラルフォトグラフィにより表示して空間に立体像Ｓ’を生成する立体画像表示装置２とを示す。

立体画像撮影装置１は、例えば、動画像および静止画像またはいずれかを撮影可能なカメラ装置により実現される。立体画像撮影装置１は、レンズアレイ１１０と、レンズ光学系１２０と、撮像部１３０と、記憶部１４０と、画像供給部１５０とを備える。
ただし、図１における立体画像撮影装置１の構成のうち、レンズアレイ１１０とレンズ光学系１２０と撮像部１３０とは、立体画像撮影装置１の側面から見た場合の模式的な断面図である。また、記憶部１４０と画像供給部１５０とは、機能構成を示すブロックである。

レンズアレイ１１０は、複数の要素レンズを、各光軸が平行となるようにして規則的に平面上に配列（以下、二次元配列という。）して構成した要素レンズ群である。二次元配列の規則性については後述する。レンズアレイ１１０を構成する複数の要素レンズそれぞれは、例えば、樽型歪および糸巻歪等の歪曲収差がないか無視できるほど小さい凸レンズである。歪曲収差がないか無視できるほど小さいとは、歪率が略０％（０％を含む。）であることを意味する（以下同様）。

レンズ光学系１２０は、レンズアレイ１１０と撮像部１３０との間に配設され、レンズアレイ１１０から到来する光束を撮像部１３０の撮像面に集光する複数のレンズである。具体的には、レンズ光学系１２０は、集光レンズ２１と、対物レンズ２２とを有する。集光レンズ２１は、レンズアレイ１１０の複数の要素レンズから到来する光束を集光するレンズである。対物レンズ２２は、集光レンズ２１から到来する光束を集光し、この光束を撮像部１３０の撮像面に結像させるレンズである。集光レンズ２１および対物レンズ２２の各光軸は同軸であり、立体画像撮影装置１の光軸Ｏに一致する。

撮像部１３０は、レンズ光学系１２０の対物レンズ２２から到来する光束、つまり、被写体Ｓからレンズアレイ１１０とレンズ光学系１２０とを介して到来する光束を撮像して撮像画像データ（インテグラル画像データ）を生成し、この撮像画像データを記憶部１４０に記憶させる。撮像部１３０は、レンズアレイ１１０からレンズ光学系１２０を介して到来する光束を、レンズアレイ１１０における各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光し撮像する。具体的には、撮像部１３０は、レンズアレイ１１０からレンズ光学系１２０を介して到来する光束を、各要素レンズの光線密度が高いほど画素の面積が広い（画素が大きい）撮像面で受光して撮像する。これにより、撮像部１３０は、各画素の光線密度が略均等（均等を含む。以下同様。）である撮像画像データをインテグラル画像データとして生成する。撮像部１３０が有する撮像面の画素構造については後述する。

撮像部１３０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。

記憶部１４０は、撮像部１３０から供給される撮像画像データを記憶する。記憶部１４０は、例えば半導体記憶装置により実現される。
画像供給部１５０は、記憶部１４０に記憶された撮像画像データを読み込み、この撮像画像データを立体画像表示装置２に供給する。

立体画像表示装置２は、例えば、背面投射型による投射装置（プロジェクタ）により実現される。立体画像表示装置２は、画像取得部２１０と、表示部２２０と、投射レンズ光学系２３０と、スクリーン２５０と、レンズアレイ２４０とを備える。
ただし、図１における立体画像表示装置２の構成のうち、表示部２２０と投射レンズ光学系２３０とスクリーン２５０とレンズアレイ２４０とは、立体画像表示装置２の側面から見た場合の模式的な断面図である。また、画像取得部２１０は、機能構成を示すブロックである。

画像取得部２１０は、立体画像撮影装置１の画像供給部１５０から供給される撮像画像データを取り込み、この撮像画像データを表示部２２０に供給する。

表示部２２０は、画像取得部２１０から供給される撮像画像データを取り込み、表示部２２０の表示面に撮像画像（インテグラル画像）を表示する。表示部２２０は、投射レンズ光学系２３０およびスクリーン２５０を介してレンズアレイ２４０に到達させる光束を、レンズアレイ２４０における各要素レンズ（後述する。）の光線密度に応じた画素構造を有する表示面から出射させる。具体的には、表示部２２０は、投射レンズ光学系２３０およびスクリーン２５０を介してレンズアレイ２４０に到達させる光束を、各要素レンズの光線密度が高いほど画素の面積が広い（画素が大きい）表示面から出射させる。これにより、表示部２２０は、レンズアレイ２４０を介して投射される光束の光線密度が略均等（均等を含む。以下同様。）となる光束を出射させる。表示部２２０が有する表示面の画素構造については後述する。
表示部２２０は、例えば液晶表示素子等の固体表示素子により実現される。

投射レンズ光学系２３０は、表示部２２０の表示面から到来するインテグラル像の光束を拡大させてスクリーン２５０に投射するレンズを含む光学系である。投射レンズ光学系２３０の光軸は、立体画像表示装置２の光軸Ｏ’に一致する。

スクリーン２５０は、投射レンズ光学系２３０から到来する拡大されたインテグラル像の光束を一方の面で受けて他方の面に拡散させる拡散板である。よって、スクリーン２５０の他方の面、すなわちレンズアレイ２４０側の面には、インテグラル像が表示される。

レンズアレイ２４０は、複数の要素レンズを、各光軸が平行となるようにして規則的に二次元配列して構成した要素レンズ群である。レンズアレイ２４０における要素レンズの配列の規則性は、レンズアレイ１１０における要素レンズの配列の規則性と同一である。レンズアレイ２４０を構成する複数の要素レンズそれぞれは、例えば、樽型歪および糸巻歪等の歪曲収差がないか無視できるほど小さい凹レンズである。レンズアレイ２４０は、スクリーン２５０に表示されたインテグラル像からの光束を通すことによって、立体像Ｓ’を再生させる。

なお、撮像部１３０および表示部２２０は、単板式でも赤色、緑色、および青色による３板式でもよい。また、撮像部１３０および表示部２２０は、緑色を２系統とし、一方の緑色成分の画像に対して他方の緑色成分の画像を水平方向もしくは垂直方向または両方向に０．５画素分ずらして構成する４板式でもよい。

図２（ａ），（ｂ）の各図は、レンズアレイ１１０およびレンズアレイ２４０それぞれにおける要素レンズの配列を示す図である。同図（ａ），（ｂ）とも、レンズアレイ１１０およびレンズアレイ２４０それぞれの一部分を示している。
同図（ａ）は、複数の要素レンズを正方格子状に配列した例である。要素レンズの直径をＤとすると、正方格子状の配列において、Ｘ軸方向のピッチＰ_Ｘは、Ｄ≦Ｐ_Ｘである。また、Ｙ軸方向のピッチＰ_Ｙは、Ｄ≦Ｐ_Ｙである。
また、同図（ｂ）は、複数の要素レンズをデルタ配列した例である。デルタ配列において、Ｘ軸方向のピッチＰ_Ｘは、Ｄ／２≦Ｐ_Ｘである。また、Ｙ軸方向のピッチＰ_Ｙは、（√３）Ｄ／２≦Ｐ_Ｙである。

次に、レンズアレイ１１０をピンホールアレイに置き換えた場合の、ピンホールを通る光線の方向を幾何光学により説明する。
図３（ａ），（ｂ）は、ピンホールアレイを、ピンホール一列分を含む面で切ったときの断面図である。同図（ａ）は、ピンホールを通る光線により得られる画素列を示している。同図（ａ）において、画素列１１はピンホール１２を通して得られる画素の列の一部である。画素列１１における各画素のＸ軸方向の幅はＰ_ｅである。また、ｆはピンホール１２から画素列１１に対する垂線の距離である。同図（ａ）において、ピンホール１２を通して画素Ｐ_１を得るための光線の角度変位量α_１、および画素Ｐ_２を得るための角度変位量α_２は、下記の式（１）により表される。

ピンホールを通して画素を得るための光線の角度変位量を、当該画素に対するサンプリング角度量という。式（１）により、ピンホールから画素列に対する垂線とその画素列とが交わる位置から画素の位置が離れるほど、当該画素に対するサンプリング角度量は小さくなる。

図３（ｂ）は、ピンホールから画素列に対する垂線の距離が画素の幅に対して十分に長い場合の、ピンホールを通る光線により得られる画素列を示した図である。同図（ｂ）において、画素列１１ａはピンホール１２を通して得られる画素の列の一部である。画素列１１ａにおける各画素のＸ軸方向の幅は、同図（ａ）における画素幅Ｐ_ｅに対して極めて狭い幅である。画素列１１ａの要素画像における中心位置を（Ｃ_ｘ，Ｃ_ｙ）とし、この中心位置（Ｃ_ｘ，Ｃ_ｙ）とピンホール１２の位置とを結ぶ直線ＺがＸ軸に直交する場合、画素の中心の位置が（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）である画素についての中心サンプリング角度β（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）は、下記の式（２）により表される。

式（２）に示すとおり、光線の中心サンプリング角度β（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）は逆正接関数により求められるため、画素の線形な位置の変化に対する中心サンプリング角度の変化は非線形となる。具体的には、中心サンプリング角度の変化量は、要素画像の中心位置から離れるにしたがって少なくなる。すなわち、被写体からピンホールアレイを介して到来する光線のサンプリング間隔は、ピンホールに対する入射角度が大きいほど狭くなる。入射角度とは、ピンホールアレイにおける複数のピンホールを含む面に直交し且つピンホールを通る直線に対して入射光線のなす角度である。よって、ピンホールに対する入射角度が小さいほど、当該ピンホールにより得られる画素あたりの光線密度は低い。

レンズアレイ２４０をピンホールアレイに置き換えた場合の、ピンホールを通る光線についても、上記の撮影系の場合と同様である。したがって、立体像をピンホールアレイに正対する方向に対して角度がついた方向から観察される立体像よりも、ピンホールアレイに正対する方向から観察される立体像の精細度は低い。

次に、レンズアレイ１１０の要素レンズを通る光束の方向を幾何光学により説明する。
図４（ａ），（ｂ）は、レンズアレイ１１０における要素レンズ一列を、一列分の光軸を含む面で切ったときの断面図である。同図（ａ）は、レンズアレイ１１０の要素レンズを通る光束により得られる画素列を示している。同図（ａ）において、画素列１１ｂは要素レンズ１３を通して得られる画素の列の一部である。画素列１１ｂにおける各画素のＸ軸方向の幅はＰ_ｅである。また、ｆは要素レンズ１３の焦点距離である。中心サンプリング角度は、要素レンズ１３の光軸と要素レンズ１３を通して画素が得る主光線とのなす角度である。図３（ａ）に示したピンホールアレイを適用した場合と同様に、レンズアレイ１１０を適用した場合でも、要素レンズの光軸と画素列とが交わる位置から画素の位置が離れるほど、当該画素に対するサンプリング角度量は小さくなる。

図４（ｂ）は、画素の幅に対して焦点距離が十分に長い場合の、レンズアレイ１１０の要素レンズを通る光束により得られる画素列を示した図である。同図（ｂ）において、画素列１１ｃは要素レンズ１３を通して得られる画素の列の一部である。画素列１１ｃにおける各画素のＸ軸方向の幅は、同図（ａ）における画素幅Ｐ_ｅに対して極めて狭い幅である。同図（ｂ）において、画素の幅に対して焦点距離ｆが十分に長いと近似する場合における中心サンプリング角度は、要素レンズ１３の光軸Ｚと要素レンズ１３を通して画素が得る主光線とのなす角度である。つまり、要素レンズ１３の直径をＤ、中心サンプリング角度を図３（ｂ）と同様にβ（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）とすると、要素レンズ１３の中心サンプリング角度β（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）における光束のサンプリング幅Ｗ（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）は、下記の式（３）として表される。サンプリング幅Ｗ（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）は、光軸Ｚに対し中心サンプリング角度を有して要素レンズ１３に入射する光束を、この光束に直交する面で切った断面の最大幅である。

式（３）に示すとおり、光束のサンプリング幅Ｗ（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）は余弦関数により求められるため、画素の線形な位置の変化に対するサンプリング幅の変化は非線形となる。具体的には、画素の位置の変化に対するサンプリング幅の変化量は、要素画像の中心位置から離れるにしたがって狭くなる。すなわち、被写体からレンズアレイ１１０を介して到来する光束のサンプリング幅は、要素レンズに対する入射角度が大きいほど狭くなる。言い換えると、被写体からレンズアレイ１１０を介して到来する光束のサンプリング幅が狭くなるとサンプリング密度（光線密度）は高くなる。よって、要素レンズに対する入射角度が小さいほど、当該要素レンズにより得られる情報の空間周波数は低い。

レンズアレイ２４０の要素レンズを通る光束についても、上記の撮影系の場合と同様である。したがって、立体像をレンズアレイ２４０に正対する方向に対して角度がついた方向から観察される立体像よりも、レンズアレイ２４０に正対する方向から観察される立体像の精細度は低い。

以上により、ピンホールアレイおよびレンズアレイ１１０のいずれを適用しても、被写体から到来する光線のサンプリング密度（光線密度）は、入射角度が小さくなるほど低くなる。また、ピンホールアレイおよびレンズアレイ２４０のいずれを適用しても、レンズアレイ２４０から出射される光線のサンプリング密度は、出射角度が小さくなるほど低くなる。出射角度とは、光軸に対し出射光線のなす角度である。

次に、撮像部１３０が有する撮像面の画素構造について説明する。
図５（ａ），（ｂ）は、撮像部１３０が有する撮像面の画素構造の概略を模式的に示す図である。同図（ａ），（ｂ）とも、撮像面の一部分を示している。
同図（ａ）は、レンズアレイ１１０における要素レンズの配列が正方格子状配列である場合における、撮像部１３０が有する撮像面の画素構造の概略図である。同図（ａ）において、ＸＹ平面で表される撮像面は、レンズアレイ１１０が有する複数の要素レンズに対応して正方格子状に配列された複数の画素領域（画素領域群）を含んで構成される。これら複数の画素領域における一領域である画素領域Ｅは、幾何光学によって対応する要素レンズにより得られる光束のうち、当該要素レンズに隣接する要素レンズにより得られる光束を含まない範囲の画素の領域である。
同図（ａ）における画素領域Ｅは、例えば略円形である。

図５（ｂ）は、レンズアレイ１１０における要素レンズの配列がデルタ状配列である場合における、撮像部１３０が有する撮像面の画素構造の概略図である。同図（ｂ）において、ＸＹ平面で表される撮像面は、レンズアレイ１１０が有する複数の要素レンズに対応してデルタ状に配列された複数の画素領域（画素領域群）を含んで構成される。これら複数の画素領域における一領域である画素領域Ｅは、同図（ａ）と同様に、幾何光学によって対応する要素レンズにより得られる光束のうち、当該要素レンズに隣接する要素レンズにより得られる光束を含まない範囲の画素の領域である。
同図（ｂ）における画素領域Ｅは、例えば略円形である。

図６は、図５（ａ），（ｂ）における画素領域Ｅの中心部付近を拡大して模式的に示した図である。同図に示すように、画素領域Ｅは、例えば、当該領域の中心に対して同心円状および周方向にそれぞれ分割した複数の画素を有する。つまり、画素領域Ｅの画素構造は、画素領域Ｅの中心から径方向に画素の面積が広くなる構造である。具体的に、画素領域Ｅは、その中心に対して径方向に離れるほど、同心円の半径すなわち環の幅が非線形に大きくなり、且つ周方向に等角度（同図では１１．２５度）に分割した複数の画素を有する。画素領域Ｅの中心に対する同心円の半径の変化度合は、例えば、前述した式（２）における画素の中心の位置（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）に基づいて決定される。
これにより、撮像部１３０は、レンズアレイ１１０の要素レンズ群から得る光束を、光線密度が高いほど画素の面積が広い（画素が大きい）撮像面で受光して撮像することができる。

表示部２２０が有する表示面の画素構造は、上述した撮像部１３０が有する撮像面の画素構造と同様である。つまり、表示部２２０が有する表示面も、図５（ａ），（ｂ）に示した撮像部１３０が有する撮像面の画素構造と同様の画素構造を有する。具体的に、図６に示した表示面の画素領域Ｅと同様に、表示部２２０が有する表示面における画素領域は、例えば、当該領域の中心に対して同心円状および周方向にそれぞれ分割した複数の画素を有する。つまり、その画素領域の画素構造は、当該画素領域の中心から径方向に画素の面積が広くなる構造である。具体的に、画素領域は、その中心に対して径方向に離れるほど、同心円の半径すなわち環の幅が非線形に大きくなり、且つ周方向に等角度に分割した複数の画素を有する。画素領域の中心に対する同心円の半径の変化度合は、例えば、前述した式（２）における画素の中心の位置（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）に基づいて決定される。
これにより、表示部２２０は、レンズアレイ２４０を介して投射される光束の光線密度が略均等となる光束を出射させることができる。

以上説明したとおり、本発明の一実施形態における立体画像撮影装置１は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイ１１０と、レンズアレイ１１０を通して得られる光束を、レンズアレイ１１０における各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光して撮像し、レンズアレイ１１０が有する複数の要素レンズそれぞれに対応する要素画像の集合であるインテグラル画像データを生成する撮像部１３０とを備えた。例えば、撮像部１３０は、レンズアレイ１１０を通して得られる光束を、レンズアレイ１１０における各要素レンズの光線密度が高いほど画素が大きい撮像面で受光して撮像する。
この構成によれば、撮像部１３０は、レンズアレイ１１０の要素レンズ群から得る光束を、各要素レンズの光線密度が高いほど画素の面積が広い（画素が大きい）撮像面で受光して撮像する。これにより、撮像部１３０は、光線密度の偏りを軽減またはなくしたインテグラル画像データを得ることができる。よって、立体画像撮影装置１によれば、精細度の偏りを軽減またはなくすことができる。

また、サンプリング角度量が小さいほど、被写体の奥行方向を高精細にとらえることができる。よって、立体画像撮影装置１によれば、自装置に対し正面方向にある被写体における奥行方向の精細度が高いインテグラル画像を取得することができる。

また、本発明の一実施形態における立体画像表示装置２は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイ２４０を備え、相互に視差を有する複数の要素画像の集合であるインテグラル画像データを、レンズアレイ２４０における各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する表示面に表示させる表示部２２０を備えた。例えば、表示部２２０は、インテグラル画像データを、レンズアレイ２４０における各要素レンズの光線密度が高いほど大きな画素により表示させる。
この構成によれば、表示部２２０は、レンズアレイ２４０を介して投射される光束の光線密度が略均等となる光束を出射させることができる。よって、立体画像表示装置２によれば、精細度の偏りを軽減またはなくした立体像を得ることができる。

また、サンプリング角度量が小さいほど、立体像の奥行方向の解像度を高くすることができる。よって、立体画像表示装置２によれば、自装置に対し正面方向に視点をおいた場合に、奥行方向の解像度が高い立体像を得ることができる。

また、要素レンズを通した光束により得られる要素画像において、要素レンズの光軸が貫く点から離れるほど錯乱円は大きくなり、また、色収差は劣化する。しかしながら、本実施形態によれば、要素画像の中心位置から外側に離れるほど画素を大きくするため、中心部に対して集光性能が劣る周辺部において、許容錯乱円を大きくすることができ、且つ色収差等の光学劣化による影響を抑えることができる。

なお、本実施形態では、レンズアレイ１１０の要素レンズに凸レンズ、レンズアレイ２４０の要素レンズに凹レンズを用いた例を示した。
これ以外にも、レンズアレイ１１０の要素レンズに凹レンズ、レンズアレイ２４０の要素レンズに凸レンズを用いてもよい。

また、本実施形態では、立体画像表示装置２を投射装置に適用した例について説明した。これ以外にも、立体画像表示装置２は、直視型ディスプレイにも適用できる。この場合、立体画像表示装置２を、投射レンズ光学系２３０を用いずに構成する。

また、撮影系および表示系の要素レンズに凸レンズまたは凹レンズを用いたレンズアレイでは、クロストークが発生する。そこで、レンズアレイ１１０およびレンズアレイ２４０の要素レンズのいずれかに、屈折率分布型（ＧＲａｄｉｅｎｔ ＩＮｄｅｘ Ｌｅｎｓｅｓ；ＧＲＩＮ）レンズを適用してもよい。要素レンズを屈折率分布型レンズとすることにより、要素画像間のクロストークを解消することができる。また、屈折率分布型レンズを使用することにより、クロストークがないか略解消された高精細な立体象を得ることができる。

屈折率分布型レンズとして、以下に示す仕様のレンズを用いる。すなわち、屈折率分布型レンズの光軸方向の長さをＺとし、その屈折率分布型レンズの蛇行周期をＰとしたとき、Ｐ／２＜Ｚ＜Ｐの関係を満たす屈折率分布型レンズをレンズアレイ１１０およびレンズアレイ２４０の要素レンズに適用する。この屈折率分布型レンズを用いることにより、レンズアレイ１１０およびレンズアレイ２４０は、レンズの外側に主点を有することとなり、正立実像を得ることができる。

Ｚ＝３Ｐ／４（０．７５ピッチ）となる屈折率分布型レンズを用いた場合、この屈折率分布型レンズの一方の端面から十分遠方に位置する被写体Ｓの正立実像を他方の端面に現出させることができる。この０．７５ピッチの屈折率分布型レンズを適用したレンズアレイ１１０およびレンズアレイ２４０を用いることにより、隣接する要素レンズ間におけるクロストークを防ぐことができる。

なお、屈折率分布型レンズとして、Ｐ／２＋（ｎ−１）Ｐ＜Ｚ＜ｎＰ（ｎは２以上の整数）の関係を満たす屈折率分布型レンズを適用してもよい。また、Ｚ＝３Ｐ／４＋（ｎ−１）Ｐ（ｎは２以上の整数）となる屈折率分布型レンズを適用してもよい。

また、図５（ａ），（ｂ）および図６に示した画素領域Ｅを、矩形（例えば正方形）の領域としてもよい。この場合、例えば、要素画像の中心に一致する中心点を有する矩形の画素領域Ｅは、当該中心に対して水平方向および垂直方向それぞれに分割した複数の画素を有する。つまり、矩形状の画素領域Ｅの画素構造は、画素領域Ｅの中心から水平方向および垂直方向それぞれに画素の寸法が長くなる構造である。具体的に、画素領域Ｅは、その中心に対して水平方向および垂直方向に離れるほど、ブロックの辺長が非線形に長くなる複数の画素を有する。画素領域Ｅの中心に対するブロックの辺長の変化度合は、例えば、前述した式（２）における画素の中心の位置（Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙ）に基づいて決定される。

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 立体画像撮影装置
２ 立体画像表示装置
３ 画像処理装置
２１ 集光レンズ
２２ 対物レンズ
１１０ レンズアレイ
１２０ レンズ光学系
１３０ 撮像部
１４０ 記憶部
１５０ 画像供給部
２１０ 画像取得部
２２０ 表示部
２３０ 投射レンズ光学系
２４０ レンズアレイ
２５０ スクリーン

Claims (4)

1. 複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイと、
   前記レンズアレイを通して得られる光束を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光して撮像し、前記複数の要素レンズそれぞれに対応する要素画像の集合であるインテグラル画像を生成する撮像部と、
   を備えることを特徴とする立体画像撮影装置。
2. 前記撮像部は、前記光束を、前記各要素レンズの光線密度が高いほど画素が大きい撮像面で受光して撮像する
   ことを特徴とする請求項１記載の立体画像撮影装置。
3. 複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイを備える立体画像表示装置において、
   相互に視差を有する複数の要素画像の集合であるインテグラル画像を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する表示面に表示させる表示部
   を備えることを特徴とする立体画像表示装置。
4. 前記表示部は、前記インテグラル画像を、前記各要素レンズの光線密度が高いほど大きな画素により表示させる
   ことを特徴とする請求項３記載の立体画像表示装置。

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