JP4504865B2 - Imaging device and display device - Google Patents
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Description
本発明は、被写体の立体像を表示するための画像を撮像する、あるいは、被写体の立体像を表示する技術に係り、特に、複数の光学系を同一平面上にアレイ状に配列したレンズアレイを用いた撮像装置及び表示装置に関する。 The present invention relates to a technique for capturing an image for displaying a stereoscopic image of a subject or displaying a stereoscopic image of a subject, and in particular, a lens array in which a plurality of optical systems are arranged in an array on the same plane. The present invention relates to the used imaging device and display device.
従来、任意の視点から被写体の立体像を見ることができる立体画像方式として、IP(Integral Photography)方式が知られている(特許文献1参照)。このIP方式では、同一平面上にアレイ状に配列された複数のレンズやピンホール等(以下、レンズアレイという)によって形成された被写体の像を撮像し、観察者(視聴者)は、この撮像された画像(以下、IP画像という)を、レンズアレイを介して見ることによって、任意の視点から被写体の立体像を見ることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an IP (Integral Photography) method is known as a stereoscopic image method that allows a stereoscopic image of a subject to be viewed from an arbitrary viewpoint (see Patent Document 1). In this IP system, an image of a subject formed by a plurality of lenses or pinholes (hereinafter referred to as a lens array) arranged in an array on the same plane is captured, and an observer (viewer) can capture the image. A stereoscopic image of a subject can be viewed from an arbitrary viewpoint by viewing the processed image (hereinafter referred to as an IP image) through a lens array.
ここで、図6及び図11から図13を参照して、複数の凸レンズからなる凸レンズアレイを用いた従来のIP方式について説明する。図6は、撮像装置の各集光光学系(ここでは、凸レンズ)によって形成される像の横倍率を模式的に示すグラフである。図11は、従来のIP方式における、被写体の撮像方法を模式的に示す説明図、(a)は、従来のIP方式の撮像装置の構成を模式的に示す模式図、(b)は、(a)の撮像装置によって撮像された画像の例を模式的に示す模式図である。図12は、従来のIP方式を用いて撮像された画像の変換方法を模式的に示す模式図である。図13は、従来のIP方式における、被写体の立体像の表示方法を模式的に示す説明図、(a)は、従来のIP方式における表示装置の構成と、当該表示装置によって表示される被写体の立体像を模式的に示す模式図、(b)は、(a)の表示装置においてディスプレイに表示される画像の例を模式的に示す説明図である。 Here, with reference to FIGS. 6 and 11 to 13, a conventional IP system using a convex lens array including a plurality of convex lenses will be described. FIG. 6 is a graph schematically showing the lateral magnification of an image formed by each condensing optical system (here, a convex lens) of the imaging apparatus. FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing a subject imaging method in the conventional IP system, (a) is a schematic diagram schematically showing a configuration of a conventional IP imaging device, and (b) is ( It is a schematic diagram which shows typically the example of the image imaged with the imaging device of a). FIG. 12 is a schematic diagram schematically showing a method for converting an image captured using the conventional IP method. FIG. 13 is an explanatory diagram schematically showing a method for displaying a stereoscopic image of a subject in the conventional IP method, and FIG. 13A shows the configuration of the display device in the conventional IP method and the subject displayed by the display device. The schematic diagram which shows a stereo image typically, (b) is explanatory drawing which shows typically the example of the image displayed on a display in the display apparatus of (a).
まず、図11(a)を参照して、従来のIP方式の撮像装置110について説明する。なお、ここでは、被写体を2つの点光源115a、115bとし、凸レンズアレイ112の複数の凸レンズ111のうち、隣接する3つの凸レンズ111b、111c、111dのみを図示した。
First, a conventional
撮像装置110は、複数の凸レンズ111(…、111b、111c、111d、…)が同一平面上にアレイ状に配列された凸レンズアレイ112と、この凸レンズアレイ112によって形成された被写体(点光源115a、点光源115b)の像を撮像するカメラ113とを備える。ここで、点光源115a、115bからは色々な方向に光が放射され、凸レンズ111に入射した光のうち、カメラ113の対物レンズ114に入射した光が、各々の凸レンズ111によって、当該カメラ113の撮像素子(図示せず)上に点光源115a、115bの像を形成する。そして、この点光源115a、115bの像は、カメラ113によって撮像される。
The
そして、各凸レンズ111によって形成される像の横倍率mは、図6に示すようになる。ここで、Lは被写体(115a又は115b)から凸レンズ111までの距離を示し、fは凸レンズ111の焦点距離を示す。そして、L<−fの場合には、mは負となり倒立像が形成され、L>−fの場合には、mは正となり正立像が形成される。そのため、各凸レンズ111の焦点距離より遠い位置にある点光源115a、115bを撮像する場合には、各凸レンズ111によって形成される像は、点光源115a、115bの倒立像になる。
The lateral magnification m of the image formed by each
ここで、図11(b)に示すように、カメラ113によって撮像される画像121は、凸レンズ111と、この各凸レンズ111の画像の内部において、当該凸レンズ111によって形成された倒立像(点光源115a、115bの像)の画像となる。そして、この画像は、各凸レンズ111の内部の点光源115a、115bの像の配置が、実際の配置に対して反転したものとなる。
Here, as shown in FIG. 11B, the
そして、この撮像装置110によって撮像された画像121を、図13に示すような従来のIP方式の表示装置130のディスプレイ131に表示すると、配置や凹凸が奥行き方向に反転された点光源115a、115bの立体像(図示せず)が表示される。そのため、撮像装置110によって撮像された画像121に電気的な計算処理を施し、画像121の倒立像の画像を正立像の画像に変換する必要がある。ここで、図12を参照して、図11(a)の撮像装置110によって撮像された画像121の電気的な計算処理による変換方法について説明する。なお、図12では、凸レンズ111b、111c、111dの画像のみを示し、ここでは、この3つの画像についてのみ説明する。
When the
図12に示すように、まず、撮像装置110によって撮像された画像121を、凸レンズ111ごとの画像122(122b、122c、122d)に分解する。次に、各々の画像122を180度回転させる(画像122の中点を中心に点対称に変換する)。そして、この回転させた画像123(123b、123c、123d)を合成して1つの画像124とし、これによって、被写体の正立像の画像からなるIP画像(画像124)を得ることができる。
As shown in FIG. 12, first, an
次に、図13を参照して、従来のIP方式の表示装置130について説明する。図13(a)に示すように、表示装置130は、IP画像を表示するディスプレイ131と、このディスプレイ131の前に凸レンズ132(…、132b、132c、132d、…)が同一平面上にアレイ状に配列された凸レンズアレイ133とを備える。ここで、ディスプレイ131に、図13(b)に示す画像(IP画像)124を表示すると、ディスプレイ131から出射された光は、凸レンズ132を介して出射する。そして、凸レンズ132を介して、ディスプレイ131を見ると、点光源の立体像134a、134bが表示される。この立体像134a、134bの配置は、被写体である点光源115a、115b(図11参照)が撮像された際の配置と同じものとなる。これによって、特殊な眼鏡等を用いることなく、被写体の立体像134a、134bを表示することができる。
Next, a conventional IP display device 130 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13 (a), the display device 130 includes a display 131 for displaying an IP image and convex lenses 132 (..., 132b, 132c, 132d, ...) in front of the display 131 in an array. And a
また、図11(a)に示した撮像装置110の凸レンズ111の代わりに屈折率分布レンズを用いる方法(特許文献2参照)や、アフォーカル光学系を用いる方法が提案されている。これらの方法によれば、被写体からの光を屈折率分布レンズあるいはアフォーカル光学系の内部で光軸を中心に反転させた像を形成できるため、前記の電気的計算処理を施すことなくIP画像を得ることができる。
しかしながら、特許文献1に記載のIP方式では、撮像された被写体の各々の画像(要素画像)を点対称に変換するための電気的な計算処理を行う必要があるため、計算を行うための高速計算機又は大規模な電子回路が必要となるという問題があった。また、屈折率分布レンズを用いる方法では、大面積のレンズ群(レンズアレイ)を位置精度よく構成することが困難であるという問題があった。更に、アフォーカル光学系を用いる方法では、光学素子が多数必要となり、構成が複雑になるという問題があった。 However, in the IP method described in Patent Document 1, since it is necessary to perform an electrical calculation process for converting each image (element image) of a captured subject into point symmetry, a high speed for performing the calculation is required. There has been a problem that a computer or a large-scale electronic circuit is required. In addition, the method using a gradient index lens has a problem that it is difficult to configure a large-area lens group (lens array) with high positional accuracy. Further, the method using an afocal optical system has a problem that a large number of optical elements are required and the configuration becomes complicated.
本発明は、前記従来技術の問題を解決するために成されたもので、撮像された映像の変換を必要とせず、更に、簡単な構成でかつレンズ群を位置精度よく構成することができる撮像装置及び表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and does not require conversion of the captured image, and can further easily configure the lens group with high positional accuracy. An object is to provide a device and a display device.
前記問題を解決するため、請求項1に記載の撮像装置は、被写体の像を撮像する撮像装置であって、前記被写体からの光が入射する複数の負屈折要素光学レンズ系を、当該負屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した負屈折要素画像レンズ群と、この負屈折要素画像レンズ群の負屈折要素光学レンズ系によって形成された前記被写体の像を撮像する画像撮像手段とを備え、前記負屈折要素光学レンズ系が、負の屈折率を有する媒質からなり、前記被写体が当該負屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成し、前記被写体が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成する構成とした。 In order to solve the above-described problem, the imaging apparatus according to claim 1 is an imaging apparatus that captures an image of a subject, and includes a plurality of negative refraction element optical lens systems into which light from the subject is incident. The negative refraction element image lens group arranged in an array on the same plane orthogonal to the optical axis of the element optical lens system, and the object formed by the negative refraction element optical lens system of the negative refraction element image lens group An image pickup means for picking up an image, wherein the negative refractive element optical lens system is made of a medium having a negative refractive index, and the subject is at a position farther from the object side focal point of the negative refractive element optical lens system. In this configuration, an erect image of the subject is formed, and an inverted image of the subject is formed when the subject is located at a position closer to the object side focal point.
かかる構成によれば、撮像装置は、各々の負屈折要素光学レンズ系によって、被写体の像を形成する。ここで、負屈折要素光学レンズ系は、負の屈折率を有するため、入射端面から入射する光及び出射端面から出射する光を、正の屈折率を有する場合に比べて、端面の法線に対して逆の方向(法線を軸に反転された方向)に屈折する。そのため、撮像装置は、負屈折要素光学レンズ系によって、正の屈折率を有する凸レンズによって形成される被写体の像を点対称に反転させた被写体の像を形成することができる。 According to such a configuration, the imaging apparatus forms an image of a subject by each negative refraction element optical lens system. Here, since the negative refractive element optical lens system has a negative refractive index, the light incident from the incident end surface and the light emitted from the output end surface are in the normal line of the end surface as compared with the case where the negative refractive index optical lens system has a positive refractive index. In contrast, the light is refracted in the opposite direction (the direction reversed with respect to the normal line). Therefore, the imaging apparatus can form an object image obtained by inverting the object image formed by the convex lens having a positive refractive index in a point-symmetric manner by the negative refractive element optical lens system.
このとき、負屈折要素光学レンズ系の物側主点から被写体までの距離が焦点距離より小さい場合には、当該負屈折要素光学レンズ系によって形成される像の横倍率は正になり、正立像となる。また、この距離が焦点距離より大きい場合には、横倍率は負になり、倒立像が形成される。なお、ここで、光の進行方向を正とする。 At this time, if the distance from the object side principal point of the negative refractive element optical lens system to the subject is smaller than the focal length, the lateral magnification of the image formed by the negative refractive element optical lens system becomes positive, and the erect image It becomes. When this distance is larger than the focal length, the lateral magnification becomes negative and an inverted image is formed. Here, the traveling direction of light is positive.
また、撮像装置は、画像撮像手段によって、形成された被写体の像(要素画像)を撮像する。これによって、撮像装置は、被写体の複数の要素画像からなる、IP方式の立体像を表示するためのIP画像を撮像することができる。 Further, the imaging apparatus captures an image of the formed subject (element image) by the image capturing unit. As a result, the imaging apparatus can capture an IP image for displaying an IP 3D image composed of a plurality of element images of the subject.
また、請求項2に記載の撮像装置は、請求項1に記載の撮像装置において、前記被写体からの光が入射する平面の入射端面と、前記入射端面に対して平行であり、かつ、前記光が出射する平面の出射端面とを有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折結像光学素子を備え、前記負屈折結像光学素子から出射した光が入射する位置に、前記負屈折要素画像レンズ群を配置した構成とした。 The imaging device according to claim 2 is the imaging device according to claim 1, wherein a plane incident end surface on which light from the subject is incident is parallel to the incident end surface, and the light A negative refraction imaging optical element made of a medium having a negative refractive index, and the negative refraction at a position where light emitted from the negative refraction imaging optical element enters. The element image lens group is arranged.
かかる構成によれば、被写体からの光は、負屈折結像光学素子の平面の入射端面に入射して屈折し、この入射端面に直交する方向に反転された被写体の像が形成される。更に、この像からの光は、当該負屈折結像光学素子の平面の出射端面において屈折し、この像を出射端面に直交する方向に反転した像を外部に形成する。そのため、撮像装置は、負屈折結像光学素子によって、被写体より当該撮像装置に近い位置に、被写体と同じ大きさで、かつ、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された立体像を形成する。 According to such a configuration, the light from the subject enters and refracts the plane incident end surface of the negative refractive imaging optical element, and an image of the subject inverted in a direction orthogonal to the incident end surface is formed. Further, the light from this image is refracted at the plane exit end face of the negative refractive imaging optical element, and an image is formed outside by inverting this image in the direction perpendicular to the exit end face. Therefore, the imaging device forms a stereoscopic image that is the same size as the subject and that accurately represents the positional relationship in the vertical and horizontal directions and the depth direction at a position closer to the imaging device than the subject by the negative refraction imaging optical element. To do.
そして、この立体像からの光は、負屈折要素画像レンズ群に入射する。これによって、撮像装置は、この立体像のIP画像を撮像することができる。 The light from the stereoscopic image is incident on the negative refraction element image lens group. Thereby, the imaging device can capture an IP image of the stereoscopic image.
更に、請求項3に記載の撮像装置は、被写体の像を撮像する撮像装置であって、前記被写体からの光が入射する平面の入射端面を有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折光学系と、正の屈折率を有する媒質からなり、前記負屈折光学系から出射した光を屈折する複数の正屈折要素光学レンズ系を、当該正屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した要素画像レンズ群と、この要素画像レンズ群の正屈折要素光学レンズ系によって形成された像を撮像する画像撮像手段とを備え、前記負屈折光学系の入射端面が、前記正屈折要素光学レンズ系の光軸と直交し、前記負屈折光学系の出射端面が、前記要素画像レンズ群の正屈折要素光学レンズ系の入射端面の形状に沿って隣接し、前記正屈折要素光学レンズ系が、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が当該正屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成し、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成する構成とした。 The imaging apparatus according to claim 3 is an imaging apparatus that captures an image of a subject, and has a plane incidence end face on which light from the subject enters and is made of a negative medium made of a medium having a negative refractive index. A plurality of positive-refractive element optical lens systems that are composed of a refractive optical system and a medium having a positive refractive index and refract light emitted from the negative refractive optical system with respect to the optical axis of the positive-refractive element optical lens system An element image lens group arranged in an array on the same orthogonal plane, and an image pickup means for picking up an image formed by a positive refractive element optical lens system of the element image lens group; The incident end face is orthogonal to the optical axis of the positive refractive element optical lens system, and the outgoing end face of the negative refractive optical system is adjacent along the shape of the incident end face of the positive refractive element optical lens system of the element image lens group. The positive refractive element optical lens However, when the image of the subject formed by the negative refractive optical system is at a position far from the object side focal point of the positive refractive element optical lens system, an inverted image of the subject is formed, and the negative refractive optical system When the image of the subject formed by is located at a position closer to the object side focal point, an erect image of the subject is formed.
かかる構成によれば、負屈折光学系の内部に、奥行き方向(正屈折要素光学レンズ系の光軸方向)に反転された被写体の像が形成される。更に、撮像装置は、正屈折要素光学レンズ系によって、この奥行きが被写体と比較して反転した像である要素画像を形成する。更に、撮像装置は、画像撮像手段によって、この要素画像を撮像する。これによって、撮像装置は、被写体を比較して奥行きが反転した像の要素画像からなるIP画像を撮像することができる。 According to such a configuration, an image of a subject inverted in the depth direction (the optical axis direction of the positive refractive element optical lens system) is formed inside the negative refractive optical system. Further, the imaging apparatus forms an element image that is an image in which the depth is inverted compared to the subject by the positive refractive element optical lens system. Further, the imaging device captures this element image by the image capturing means. As a result, the imaging apparatus can capture an IP image made up of element images of images whose depths are inverted by comparing the subjects.
このとき、正屈折要素光学レンズ系の物側主点から負屈折光学系によって形成される被写体の像までの距離が焦点距離より小さい場合には、当該正屈折要素光学レンズ系によって形成される像の横倍率は負になり、倒立像となる。また、この距離が焦点距離より大きい場合には、横倍率は正になり、正立像が形成される。なお、ここで、光の進行方向を正とする。 At this time, if the distance from the object side principal point of the positive refractive element optical lens system to the image of the subject formed by the negative refractive optical system is smaller than the focal length, the image formed by the positive refractive element optical lens system The lateral magnification of becomes negative and becomes an inverted image. When this distance is larger than the focal length, the lateral magnification becomes positive and an erect image is formed. Here, the traveling direction of light is positive.
なお、負屈折光学系の光軸方向の長さが短く、負屈折光学系の内部に被写体の像が形成されない場合でも、撮像装置は、被写体と比較して奥行きが反転した像の要素画像からなるIP画像を撮像することができる。このとき、負屈折光学系によって形成される被写体の像は虚像となる。 Even if the length of the negative refractive optical system in the optical axis direction is short and the subject image is not formed inside the negative refractive optical system, the imaging apparatus can detect the element image of the image whose depth is inverted compared to the subject. An IP image can be taken. At this time, the image of the subject formed by the negative refractive optical system is a virtual image.
また、請求項4に記載の撮像装置は、請求項3に記載の撮像装置において、前記被写体からの光が入射する平面の入射端面と、前記入射端面に対して平行であり、かつ、前記光が出射する平面の出射端面とを有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折結像光学素子を備え、前記負屈折結像光学素子から出射した光が入射する位置に、前記負屈折光学系を配置した構成とした。これによって、撮像装置は、負屈折結像光学素子によって形成された被写体の立体像の奥行きが反転した像の要素画像からなるIP画像を撮像することができる。 An imaging device according to a fourth aspect is the imaging device according to the third aspect, wherein a plane incident end surface on which light from the subject is incident is parallel to the incident end surface, and the light. A negative refraction imaging optical element made of a medium having a negative refractive index, and the negative refraction at a position where light emitted from the negative refraction imaging optical element enters. The optical system is arranged. Accordingly, the imaging apparatus can capture an IP image including an elemental image of an image in which the depth of the stereoscopic image of the subject formed by the negative refraction imaging optical element is reversed.
更に、請求項5に記載の表示装置は、正の屈折率を有する媒質からなる複数の凸レンズを、当該凸レンズの光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した凸レンズ群の各々の前記凸レンズによって形成される被写体の像の画像である要素画像を複数有する要素画像群を入力して、前記被写体の立体像を表示する表示装置であって、前記要素画像群を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段に表示された、各々の前記要素画像からの光が入射する複数の負屈折要素光学レンズ系を、当該負屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した負屈折要素画像レンズ群とを備え、前記負屈折要素光学レンズ系が、負の屈折率を有する媒質からなり、前記被写体が当該負屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成し、前記被写体が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成することとした。 Furthermore, in the display device according to claim 5, each of the convex lens groups in which a plurality of convex lenses made of a medium having a positive refractive index are arranged in an array on the same plane orthogonal to the optical axis of the convex lens. An image display means for displaying a three-dimensional image of a subject by inputting an element image group having a plurality of element images that are images of a subject image formed by the convex lens, and displaying the element image group A plurality of negative refracting element optical lens systems, which are displayed on the image display means and in which light from each of the element images is incident, on the same plane orthogonal to the optical axis of the negative refracting element optical lens system A negative refraction element image lens group arranged in an array, wherein the negative refraction element optical lens system is made of a medium having a negative refractive index, and the subject is closer to the object side focal point of the negative refraction element optical lens system. When in have position forms a erected of the subject, when the subject is closer than the object-side focal point, we decided to form an inverted image of the object.
かかる構成によれば、表示装置は、画像表示手段によって、被写体の複数の要素画像からなる要素画像群を表示する。そして、各々の要素画像からの光は、対応する負屈折要素光学レンズ系に入射し、入射端面において屈折する。そして、当該負屈折要素光学レンズ系は負の屈折率を有するため、入射端面から入射する光及び出射端面から出射する光を、正の屈折率を有する場合に比べて、光軸に対して反転された方向に屈折する。これによって、表示装置は、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された被写体の立体像を表示することができる。 According to this configuration, the display device displays an element image group including a plurality of element images of the subject by the image display unit. Then, the light from each element image enters the corresponding negative refraction element optical lens system and is refracted at the incident end face. Since the negative refractive element optical lens system has a negative refractive index, the light incident from the incident end face and the light emitted from the outgoing end face are inverted with respect to the optical axis as compared with the case where the negative refractive index optical lens system has a positive refractive index. Refracts in the specified direction. Accordingly, the display device can display a stereoscopic image of the subject in which the positional relationship in the vertical and horizontal directions and the depth direction is correctly expressed.
また、請求項6に記載の表示装置は、請求項5に記載の表示装置において、前記負屈折要素画像レンズ群から出射した光が入射する平面の入射端面と、前記入射端面に対して平行であり、かつ、前記光が出射する平面の出射端面とを有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折結像光学素子を備える構成とした。 The display device according to claim 6 is the display device according to claim 5, and is parallel to the incident end surface of the plane on which the light emitted from the negative refraction element image lens group is incident and the incident end surface. And a negative refracting imaging optical element made of a medium having a negative refractive index and having a flat emission end face from which the light is emitted.
かかる構成によれば、負屈折要素画像レンズ群を介して画像表示手段に表示された要素画像からの光が、負屈折結像光学素子の平面の入射端面に入射し、この入射端面において屈折する。更に、この光は、平面の出射端面において屈折し、外部に集光される。これによって、表示装置は、この集光された位置に、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された被写体の立体像を表示することができる。 According to such a configuration, light from the element image displayed on the image display means via the negative refraction element image lens group is incident on the incident end face of the plane of the negative refraction imaging optical element, and is refracted at the incident end face. . Further, this light is refracted at the flat emission end face and condensed outside. Accordingly, the display device can display a stereoscopic image of the subject in which the positional relationship in the vertical and horizontal directions and the depth direction is correctly expressed at the condensed position.
更に、請求項7に記載の表示装置は、正の屈折率を有する媒質からなる複数の凸レンズを、当該凸レンズの光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した凸レンズ群の各々の前記凸レンズによって形成される被写体の像の画像である要素画像を複数有する要素画像群を入力して、前記被写体の立体像を表示する表示装置であって、前記要素画像群を表示する画像表示手段と、正の屈折率を有する媒質からなり、前記画像表示手段に表示された、各々の前記要素画像からの光が入射する複数の正屈折要素光学レンズ系を、当該正屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した要素画像レンズ群と、前記要素画像レンズ群からの光が入射し、当該光が出射する平面の出射端面を有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折光学系とを備え、前記要素画像レンズ群の出射端面が、前記負屈折光学系の入射端面の形状に沿って隣接し、前記正屈折要素光学レンズ系が、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が当該正屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成し、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成する構成とした。 Furthermore, in the display device according to claim 7, each of the convex lens groups in which a plurality of convex lenses made of a medium having a positive refractive index are arranged in an array on the same plane orthogonal to the optical axis of the convex lens. An image display means for displaying a three-dimensional image of a subject by inputting an element image group having a plurality of element images that are images of a subject image formed by the convex lens, and displaying the element image group And a plurality of positive refractive element optical lens systems that are made of a medium having a positive refractive index and that are displayed on the image display unit and into which light from each of the element images is incident. Element image lens group arranged in an array on the same plane orthogonal to the optical axis, light from the element image lens group is incident, and has a plane emission end face from which the light is emitted, and negative refraction Medium with rate A negative refraction optical system comprising: an exit end face of the element image lens group adjacent to a shape of an incident end face of the negative refraction optical system; and the positive refraction element optical lens system comprising the negative refraction optical system. When the image of the subject formed by is located far from the object-side focal point of the positive refractive element optical lens system, an inverted image of the subject is formed, and the subject formed by the negative refractive optical system is formed. When the image is at a position closer to the object-side focal point, an erect image of the subject is formed.
かかる構成によれば、表示装置は、画像表示手段によって、被写体の複数の要素画像からなる要素画像群を表示する。そして、各々の要素画像からの光は、対応する正屈折要素光学レンズ系に入射して、奥行き方向に反転した被写体の立体像が負屈折光学系に対して形成される。そして、この像からの光は、負屈折光学系の出射端面において屈折し、入射端面に直交する方向、つまり、奥行き方向に、この像を反転させた被写体の立体像を形成する。これによって、表示装置は、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された被写体の立体像を表示することができる。 According to this configuration, the display device displays an element image group including a plurality of element images of the subject by the image display unit. Then, the light from each element image enters the corresponding positive refractive element optical lens system, and a stereoscopic image of the subject inverted in the depth direction is formed on the negative refractive optical system. Then, the light from this image is refracted at the exit end face of the negative refraction optical system, and forms a stereoscopic image of the subject obtained by inverting this image in the direction orthogonal to the entrance end face, that is, in the depth direction. Accordingly, the display device can display a stereoscopic image of the subject in which the positional relationship in the vertical and horizontal directions and the depth direction is correctly expressed.
なお、負屈折光学系の光軸方向の長さが短く、負屈折光学系の内部に被写体の像が形成されない場合でも、表示装置は、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された被写体の立体像を表示することができる。このとき、負屈折光学系によって形成される被写体の像は、虚像となる。 Even when the negative refractive optical system has a short length in the optical axis direction and no subject image is formed inside the negative refractive optical system, the display device correctly displays the vertical, horizontal, and depth direction positional relationship. 3D images can be displayed. At this time, the image of the subject formed by the negative refractive optical system is a virtual image.
また、請求項8に記載の表示装置は、請求項7に記載の表示装置において、負屈折光学系から出射した光が入射する平面の入射端面と、前記入射端面に対して平行であり、かつ、前記光が出射する平面の出射端面とを有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折結像光学素子を備える構成とした。 Further, the display device according to claim 8 is the display device according to claim 7, which is parallel to the incident end surface of the plane on which the light emitted from the negative refractive optical system is incident, and And a negative refracting imaging optical element made of a medium having a negative refractive index.
かかる構成によれば、負屈折光学系によって形成された被写体の立体像からの光が、負屈折結像光学素子の平面の入射端面に入射し、この入射端面において屈折する。更に、この光は、平面の出射端面において屈折し、外部に集光される。これによって、表示装置は、負屈折結像光学素子の出射端面側に、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された立体像を表示することができる。 According to such a configuration, the light from the stereoscopic image of the subject formed by the negative refraction optical system is incident on the plane incident end face of the negative refractive imaging optical element, and is refracted at the incident end face. Further, this light is refracted at the flat emission end face and condensed outside. Accordingly, the display device can display a stereoscopic image in which the positional relationship in the vertical and horizontal directions and the depth direction is correctly expressed on the emission end face side of the negative refractive imaging optical element.
本発明に係る撮像装置及び表示装置では、以下のような優れた効果を奏する。請求項1に記載の発明によれば、要素画像を点対称に変換する電気的な計算処理を行わなくても、IP方式における一般的な表示装置によって被写体の立体像を表示するためのIP画像を撮像することができる。そのため、撮像装置は、変換する計算を行うための高速計算機や大規模な電子回路を必要としない。 The imaging device and display device according to the present invention have the following excellent effects. According to the first aspect of the present invention, an IP image for displaying a stereoscopic image of a subject by a general display device in the IP system without performing an electrical calculation process for converting an element image into point symmetry. Can be imaged. Therefore, the imaging apparatus does not require a high-speed computer or a large-scale electronic circuit for performing calculation for conversion.
また、負屈折要素光学レンズ系は、1つの光学素子から構成することもできるので、アフォーカル光学系を用いる従来の方法に比べて装置を簡略化することができる。更に、屈折率分布レンズを用いる従来の方法では、大面積のレンズ群を位置精度よく構成することが困難であったが、負屈折要素光学レンズ系を用いることで、大面積の負屈折要素光学レンズ群を位置精度よく構成することができる。 Moreover, since the negative refractive element optical lens system can be composed of a single optical element, the apparatus can be simplified as compared with a conventional method using an afocal optical system. Furthermore, in the conventional method using a gradient index lens, it has been difficult to construct a large-area lens unit with high positional accuracy. However, by using a negative-refractive element optical lens system, a large-area negative-refractive element optical system is used. The lens group can be configured with high positional accuracy.
請求項2又は請求項4に記載の発明によれば、被写体より当該撮像装置に近い位置に形成された、被写体と同じ大きさで、かつ、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しい立体像のIP画像を撮像することができるため、撮像装置から被写体までの距離を、実際の距離より近づけた場合におけるIP画像と同じ画像を撮像することができる。 According to the second or fourth aspect of the present invention, a stereoscopic image formed in a position closer to the imaging device than the subject and having the same size as the subject and having a correct positional relationship in the vertical and horizontal directions and the depth direction. Since an IP image can be captured, it is possible to capture the same image as the IP image when the distance from the imaging device to the subject is closer than the actual distance.
請求項3に記載の発明によれば、要素画像を点対称に変換する電気的な計算処理を行わなくても、IP方式における一般的な表示装置によって被写体の立体像を表示するためのIP画像を撮像することができる。そのため、撮像装置は、変換する計算を行うための高速計算機や大規模な電子回路を必要としない。 According to the third aspect of the present invention, an IP image for displaying a stereoscopic image of a subject by a general display device in the IP system without performing an electrical calculation process for converting an element image into point symmetry. Can be imaged. Therefore, the imaging apparatus does not require a high-speed computer or a large-scale electronic circuit for performing calculation for conversion.
請求項5又は請求項7に記載の発明によれば、要素画像を点対称に変換する電気的な計算処理を行わなくても、被写体の複数の要素画像からなるIP画像を入力して、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された被写体の立体像を表示することができる。 According to the invention described in claim 5 or claim 7, an IP image composed of a plurality of element images of a subject can be input and input up and down without performing an electrical calculation process for converting the element image into point symmetry. It is possible to display a stereoscopic image of the subject in which the positional relationship in the left and right and depth directions is correctly expressed.
請求項6又は請求項8に記載の発明によれば、負屈折結像光学素子を設置することで、被写体の立体像を、当該負屈折結像光学素子の出射端面から観察者(視聴者)の位置に近づけて表示することができる。 According to the invention described in claim 6 or claim 8, by installing the negative refraction imaging optical element, the stereoscopic image of the subject can be viewed from the exit end face of the negative refraction imaging optical element. Can be displayed close to the position.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[撮像装置の構成(第一の実施の形態)]
まず、図1を参照して、本発明の第一の実施の形態である撮像装置1の構成について説明する。図1は、撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。撮像装置1は、被写体14のIP画像を撮像するものである。撮像装置1は、負屈折要素画像レンズ群12と、写真フィルム13とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of Imaging Device (First Embodiment)]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the imaging device 1 which is 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic diagram schematically illustrating the configuration of the imaging apparatus. The imaging device 1 captures an IP image of the subject 14. The imaging device 1 includes a negative refraction element image lens group 12 and a photographic film 13.
負屈折要素画像レンズ群12は、複数の負屈折要素光学レンズ系11を、当該負屈折要素光学レンズ系11の光軸に垂直な同一平面上にアレイ状に配置して構成されている。この負屈折要素光学レンズ系11は、被写体14の要素画像を形成するものである。
The negative refraction element image lens group 12 is configured by arranging a plurality of negative refraction element
負屈折要素光学レンズ系11(…、11b、11c、11d、…)は、被写体14からの光が入射し、後記する写真フィルム13上に被写体14の像(要素画像)を形成するものである。この負屈折要素光学レンズ系11は、従来のIP方式の撮像装置110の凸レンズ111(図11参照)のような正の屈折率を持つ凸レンズによって形成される要素画像と比べて、横倍率が逆転した要素画像を形成する。負屈折要素光学レンズ系11は、負の屈折率を有する媒質からなる少なくとも1つの光学素子から構成され、ここでは、厚肉両凸レンズからなることとした。
The negative refractive element optical lens system 11 (..., 11b, 11c, 11d,...) Receives light from the subject 14 and forms an image (element image) of the subject 14 on a photographic film 13 to be described later. . The negative refracting element
なお、負の屈折率を有する媒質には、例えば、負の屈折率を持つフォトニック結晶や、負の屈折率を持つメタ材料(左手系材料)等の材料を用いることができる。この負の屈折率を持つフォトニック結晶としては、例えば、Chiyan Luo,et al.,"All−angle negative refraction in a three−dimensionally periodic photonic crystal",Applied physics letters,Vol.81,No.13,P.2352−2354に記載されるような、所定範囲の波長の光について、全方向の入射に対して負の屈折率を持つ三次元結晶が挙げられる。 For the medium having a negative refractive index, for example, a material such as a photonic crystal having a negative refractive index or a meta material (a left-handed material) having a negative refractive index can be used. Examples of the photonic crystal having the negative refractive index include Chiyan Luo, et al. "All-angle negative refraction in a three-dimensionally periodic photonic crystal", Applied physics letters, Vol. 81, no. 13, P.I. As described in US Pat. No. 2352-2354, there is a three-dimensional crystal having a negative refractive index with respect to incident light in all directions with respect to light having a predetermined range of wavelengths.
また、負の屈折率を持つメタ材料としては、例えば、R.A.Shelby,et al.,"Experimental Verification of a Negative Index of Refraction",Science,Vol.292,p.77−79に記載されているガラス繊維基板上に銅のリングとワイアを有する材料のような、特定の周波数において誘電率及び透磁率が負の値を示す複合材料が挙げられる。 Examples of metamaterials having a negative refractive index include R.I. A. Shelby, et al. , "Experimental Verification of a Negative Index of Refraction", Science, Vol. 292, p. Examples include composite materials that exhibit negative values of dielectric constant and permeability at specific frequencies, such as materials having copper rings and wires on a glass fiber substrate as described in 77-79.
ここで、図2及び図3を参照して、厚肉両凸レンズからなる負屈折要素光学レンズ系11について説明する。図2は、負屈折要素光学レンズ系の構成と、当該負屈折要素光学レンズ系に入射した被写体からの光の光路とを模式的に示した模式図である。図3は、負屈折要素光学レンズ系によって形成される像の横倍率と、負屈折要素光学レンズ系の凸レンズ面の面頂から被写体までの距離との関係を示すグラフである。なお、図2では、負屈折要素光学レンズ系11の凸レンズ面(入射端面)P1及び凸レンズ面(出射端面)P2を太線で示している。
Here, with reference to FIG.2 and FIG.3, the negative refractive element
負屈折要素光学レンズ系11は、所定距離だけ離隔して対面する凸レンズ面P1、P2を有する。ここで、この凸レンズ面P1、P2の曲率半径をそれぞれr1、r2(図示せず)、凸レンズ面P1、P2の面頂V1、V2間の距離(負屈折要素光学レンズ系11の光軸方向の長さ)をd1とし、負屈折要素光学レンズ系11内部の屈折率をn2(<0)、外部の屈折率をn1(>0)とすると、焦点距離f1は、以下の式(1)によって表される。
f1=1/[φ1+φ2・{1−(d1/n2)・φ1}]
φ1=(n2−n1)/r1
φ2=(n1−n2)/r2 …(1)
The negative refractive element
f1 = 1 / [φ1 + φ2 · {1− (d1 / n2) · φ1}]
φ1 = (n2-n1) / r1
φ2 = (n1-n2) / r2 (1)
また、凸レンズ面P2の面頂V2から負屈折要素光学レンズ系11の像側主点までの距離h2は、以下の式(2)によって表される。ここで、光の進行方向を正とした。
h2=−(d1/n2)・φ1/[φ1+φ2・{1−(d1/n2)・φ1}] …(2)
Further, the distance h2 from the top V2 of the convex lens surface P2 to the image side principal point of the negative refraction element
h2 = − (d1 / n2) · φ1 / [φ1 + φ2 · {1- (d1 / n2) · φ1}] (2)
そして、以下の式(3)を満足するように、負屈折要素光学レンズ系11を設計することで、当該負屈折要素光学レンズ系11によって形成される像の横倍率mは、図3に示すようになる。
φ1+φ2・{1−(d1/n2)・φ1}<0 …(3)
Then, by designing the negative refraction element
φ1 + φ2 · {1− (d1 / n2) · φ1} <0 (3)
なお、図3におけるbは、負屈折要素光学レンズ系11の物側主点(図示せず)から物側焦点(図示せず)までの距離を示している。そして、凸レンズ面P1の面頂V1から物側主点までの距離h1は、以下の式(4)で表される。
h1=(d1/n2)・φ2/[φ1+φ2・{1−(d1/n2)・φ1}] …(4)
In addition, b in FIG. 3 has shown the distance from the object side principal point (not shown) of the negative refractive element
h1 = (d1 / n2) · φ2 / [φ1 + φ2 · {1- (d1 / n2) · φ1}] (4)
そして、図3に示すように、負屈折要素光学レンズ系11の凸レンズ面(入射端面)P1からの被写体14(図1参照)までの距離Lが距離bより小さい場合には、横倍率mは正になり、正立像が形成される。また、距離Lが距離bより大きい場合には、横倍率mは負になり、倒立像が形成される。なお、ここでは、光の進行方向を正としている。そして、負屈折要素光学レンズ系11の物側焦点より遠い位置にある被写体14を撮像する場合には、各負屈折要素光学レンズ系11によって形成される像は正立像となる。
As shown in FIG. 3, when the distance L from the convex lens surface (incident end surface) P1 of the negative refractive element
図1に戻って説明を続ける。写真フィルム(画像撮像手段)13は、負屈折要素画像レンズ群12の負屈折要素光学レンズ系11によって形成された被写体14の像を撮像するものである。そして、前記したように、被写体14が、負屈折要素光学レンズ系11の物側焦点より遠い位置にあるときには、各々の負屈折要素光学レンズ系11によって被写体14の正立像が形成されるため、写真フィルム13によって撮像される像は正立像となる。この写真フィルム13によって撮像される画像は、例えば、図13に示す従来の表示装置130のような、IP方式における一般的な表示装置に表示することによって、観察者(視聴者)は被写体14の立体像を見ることができる。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The photographic film (image capturing means) 13 captures an image of the subject 14 formed by the negative refraction element
なお、式(1)と式(4)とにおいて、下記の式(5)を満たす場合には、像側焦平面と、負屈折要素光学レンズ系11の凸レンズ面P2とが一致する。
d1/r1=n2/(n2−n1) …(5)
そのため、式(5)を満たすように、屈折率n1、n2と、凸レンズ面P1の曲率半径r1と、負屈折要素光学レンズ系11の光軸方向の長さd1を設定し、凸レンズ面P2を光軸に垂直な平面(図示せず)として、この平面に写真フィルム13を当接させることとしてもよい。
In addition, in the expressions (1) and (4), when the following expression (5) is satisfied, the image side focal plane coincides with the convex lens surface P2 of the negative refractive element
d1 / r1 = n2 / (n2-n1) (5)
Therefore, the refractive indexes n1 and n2, the radius of curvature r1 of the convex lens surface P1, and the length d1 of the negative refractive element
また、ここでは、写真フィルム13によって撮像することとしたが、本発明の撮像装置1の画像撮像手段は、各々の負屈折要素光学レンズ系11によって形成された像を撮像できればよく、例えば、光電変換素子や電荷転送素子等であってもよい。そして、被写体14の位置に応じて、この写真フィルム13の負屈折要素光学レンズ系11からの光軸方向の距離を設定することで、被写体14のIP画像を撮像することができる。例えば、無限遠方にある被写体14を撮像する場合には、式(1)に基づいて、写真フィルム13を負屈折要素光学レンズ系11の像側焦平面の位置に設置することで、被写体14の正立像からなるIP画像を撮像することができる。
Here, the image is picked up by the photographic film 13, but the image pickup means of the image pickup apparatus 1 of the present invention is only required to be able to pick up images formed by the respective negative refraction element
更に、負屈折要素光学レンズ系11は、隣接する負屈折要素光学レンズ系11との間で光が漏れないように、各々の負屈折要素光学レンズ系11の側面(光軸に平行な面)に光学的な遮光処理を施すこととしてもよい。また、負屈折要素光学レンズ系11と写真フィルム13とを、所定の距離だけ離して配置する場合には、各々の負屈折要素光学レンズ系11から出射された光が干渉しないように、各々の負屈折要素光学レンズ系11の側面の延長上において光学的な遮蔽板を設けることとしてもよい。
Furthermore, the negative refraction element
[撮像装置の動作(第一の実施の形態)]
次に、図1を参照して、本発明における撮像装置1が、被写体14のIP画像を撮像する動作について説明する。
[Operation of Imaging Device (First Embodiment)]
Next, with reference to FIG. 1, the operation of the imaging apparatus 1 according to the present invention for capturing an IP image of the subject 14 will be described.
被写体14からの光は、負屈折要素画像レンズ群12を構成する各々の負屈折要素光学レンズ系11に入射する。すると、入射した光は、各々の負屈折要素光学レンズ系11の内部において集光され、その後拡散した光は、更に写真フィルム13上に集光される。そして、被写体14の像(要素画像)が写真フィルム13上に形成される。この要素画像は、被写体14が負屈折要素光学レンズ系11の物側焦点より遠い位置にある場合には正立像、近い位置にある場合には倒立像となる。更に、写真フィルム13によって、当該要素画像を撮像する。以上の動作によって、撮像装置1は、被写体14のIP画像を撮像することができる。
The light from the subject 14 enters each negative refraction element
[撮像装置の構成(第二の実施の形態)]
次に、図4から図6を参照して、本発明における第二の実施の形態である撮像装置4の構成について説明する。まず、図4を参照して、撮像装置4の構成について説明する。図4は、本発明の第二の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。図4に示すように、撮像装置4は、被写体45のIP画像を撮像するものである。撮像装置4は、負屈折光学系41と、要素画像レンズ群43と、写真フィルム44とを備える。なお、ここでは、撮像装置4からの奥行き方向(光軸方向)の距離が異なる2つの被写体45a、45bを撮像する場合について説明する。
[Configuration of Imaging Device (Second Embodiment)]
Next, the configuration of the imaging device 4 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the imaging device 4 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the imaging device 4 captures an IP image of the subject 45. The imaging device 4 includes a negative refraction
負屈折光学系41は、負の屈折率を持つ媒質からなる光学系であり、被写体45からの光が入射される平面の入射端面41aを有し、また、後記する要素画像レンズ群43の入射端面と形状に沿って隣接する出射端面41bとを有する。この入射端面41aは、要素画像レンズ群43の各々の正屈折要素光学レンズ系42の光軸に直交する。そして、負屈折光学系41は、光軸方向に所定の厚さを有し、内部において被写体45(45a、45b)の像45'(45a'、45b')を形成する。
The negative refracting
ここで、負屈折光学系41は、負の屈折率を有するため、平面の入射端面41a側の外部の空間の像が、この入射端面41aに直交する方向(ここでは、正屈折要素光学レンズ系42の光軸方向と一致する)に反転されて内部において形成する。そのため、形成された被写体45の像45'は、光軸方向(奥行き方向)に配置や凹凸が反転したものとなる。例えば、図4に示すように、被写体45aが被写体45bより写真フィルム44から離れて配置されている場合には、負屈折光学系41の内部において、被写体45aの像45a'が、被写体45bの像45b'より写真フィルム44に近い位置に形成する。
Here, since the negative refractive
要素画像レンズ群43は、複数の正屈折要素光学レンズ系42を、当該正屈折要素光学レンズ系42の光軸に垂直な同一平面上にアレイ状に配置して構成されている。この正屈折要素光学レンズ系42は、正の屈折率を持つ媒質からなり、被写体45の像を形成するものである。ここでは、正屈折要素光学レンズ系42は、厚肉両凸レンズからなることとした。
The element
ここで、図5を参照して、厚肉両凸レンズからなる正屈折要素光学レンズ系42について説明する。図5は、正屈折要素光学レンズ系の構成と、当該正屈折要素光学レンズ系に入射した被写体からの光の光路とを模式的に示した模式図である。なお、図5では、正屈折要素光学レンズ系42の凸レンズ面(入射端面)P41及び凸レンズ面(出射端面)P42を太線で示している。 Here, with reference to FIG. 5, the positive refractive element optical lens system 42 composed of a thick biconvex lens will be described. FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the positive refractive element optical lens system and the optical path of light from the subject incident on the positive refractive element optical lens system. In FIG. 5, the convex lens surface (incident end surface) P41 and the convex lens surface (exit end surface) P42 of the positive refractive element optical lens system 42 are indicated by bold lines.
正屈折要素光学レンズ系42は、所定距離だけ離隔して対面する凸レンズ面P41、P42を有する。ここで、この凸レンズ面P41、P42の曲率半径をそれぞれr41、r42(図示せず)、凸レンズ面P41、P42の面頂V41、V42間の距離(正屈折要素光学レンズ系42の光軸方向の長さ)をd41とし、正屈折要素光学レンズ系42内部の屈折率をn42(>0)、凸レンズ面(入射端面)側と接する負屈折光学系41の屈折率をn41(<0)、外部の屈折率をn43(>0)とすると、焦点距離f41は、以下の式(6)によって表される。
f41=1/[φ41+φ42・{1−(d41/n42)・φ41}]
φ41=(n42−n41)/r41
φ42=(n43−n42)/r42 …(6)
The positive refractive element optical lens system 42 has convex lens surfaces P41 and P42 facing each other with a predetermined distance therebetween. Here, the curvature radii of the convex lens surfaces P41 and P42 are r41 and r42 (not shown), and the distances between the tops V41 and V42 of the convex lens surfaces P41 and P42 (in the optical axis direction of the positive refractive element optical lens system 42). Length) is d41, the refractive index inside the positive refractive element optical lens system 42 is n42 (> 0), the refractive index of the negative refractive
f41 = 1 / [φ41 + φ42 · {1- (d41 / n42) · φ41}]
φ41 = (n42−n41) / r41
φ42 = (n43−n42) / r42 (6)
また、凸レンズ面P42の面頂V42から正屈折要素光学レンズ系42の像側主点までの距離h42は、以下の式(7)によって表される。ここで、光の進行方向を正とした。
h42=−(d41/n42)・φ41/[φ41+φ42・{1−(d41/n42)・φ41}] …(7)
そして、以下の式(8)を満足するように、正屈折要素光学レンズ系42を設計することで、当該正屈折要素光学レンズ系42によって形成される像の横倍率mは、図6に示すようになる。
φ41+φ42・{1−(d41/n42)・φ41}>0 …(8)
Further, the distance h42 from the surface top V42 of the convex lens surface P42 to the image side principal point of the positive refractive element optical lens system 42 is expressed by the following equation (7). Here, the light traveling direction was positive.
h42 = − (d41 / n42) · φ41 / [φ41 + φ42 · {1- (d41 / n42) · φ41}] (7)
Then, by designing the positive refractive element optical lens system 42 so as to satisfy the following expression (8), the lateral magnification m of the image formed by the positive refractive element optical lens system 42 is shown in FIG. It becomes like this.
φ41 + φ42 · {1- (d41 / n42) · φ41}> 0 (8)
ここで、図6(適宜図5参照)を参照して、正屈折要素光学レンズ系42によって形成される被写体45の像45'(図4参照)の像の倍率について説明する。図6は、形成される像の横倍率と、正屈折要素光学レンズ系の凸レンズ面の面頂から被写体までの距離との関係を示すグラフである。なお、図6におけるfは、正屈折要素光学レンズ系42の凸レンズ面P41の物側主点(図示せず)から物側焦点(図示せず)までの距離を示している。
Here, with reference to FIG. 6 (see FIG. 5 as appropriate), the magnification of the
図6に示すように、正屈折要素光学レンズ系42の凸レンズ面(入射端面)P41から被写体45の像45'までの距離Lが距離−fより小さい場合には、横倍率mは負になり、被写体45の像45'の倒立像が形成される。また、距離Lが距離−fより大きい場合には、横倍率mは正になり、被写体45の像45'の正立像が形成される。なお、ここでは、光の進行方向を正としているため、正屈折要素光学レンズ系42の物側焦点より遠い位置にある被写体の像45'を撮像する場合には、各正屈折要素光学レンズ系42によって形成される像は、被写体45の像45'の倒立像になる。
As shown in FIG. 6, when the distance L from the convex lens surface (incident end face) P41 of the positive refractive element optical lens system 42 to the
図4に戻って説明を続ける。写真フィルム(画像撮像手段)44は、要素画像レンズ群43の正屈折要素光学レンズ系42によって形成された被写体45の像を撮像するものである。そして、前記したように、被写体45の像45'が、正屈折要素光学レンズ系42の物側焦点より遠い位置にあるときには、各々の正屈折要素光学レンズ系42によって、被写体45の倒立像が形成され、写真フィルム44によって撮像される。そして、例えば、図11に示す撮像装置110のようなIP方式の従来の撮像装置によって撮像された、被写体の倒立像の画像からなるIP画像を用いて、図13に示す表示装置130のようなIP方式の従来の表示装置によって被写体の立体像を表示すると、奥行き方向に反転した立体像が表示されるが、本発明の撮像装置4の写真フィルム44によって撮像される画像は、被写体45を光軸方向(奥行き方向)に反転した像45'の要素画像であるため、この画像を用いれば、IP方式の従来の表示装置によって、被写体45を光軸方向(奥行き方向)に反転した像45'を更に光軸方向(奥行き方向)に反転させた立体像、つまり、光軸方向(奥行き方向)の配置や凹凸が正しく表示された被写体45の立体像を表示することができる。これによって、撮像装置4は、要素画像を点対称に変換する電気的な計算処理を行わなくても、IP方式の従来の表示装置によって、光軸方向(奥行き方向)の配置や凹凸が正しく表示された被写体45の立体像を表示することができるIP画像を撮像することができる。
Returning to FIG. 4, the description will be continued. The photographic film (image capturing means) 44 captures an image of the subject 45 formed by the positive refractive element optical lens system 42 of the element
なお、式(6)において、下記の式(9)を満たす場合には、像側焦平面と、負屈折要素光学レンズ系11の凸レンズ面P42(図5参照)とが一致する。
d41/r41=n42/(n42−n41) …(9)
そのため、式(9)を満たすように、屈折率n41、n42と、凸レンズ面P41の曲率半径r41と、正屈折要素光学レンズ系42の光軸方向の長さd41を設定し、凸レンズ面P42を光軸に垂直な平面(図示せず)として、この平面に写真フィルム44を当接させることとしてもよい。
In Expression (6), when the following Expression (9) is satisfied, the image side focal plane coincides with the convex lens surface P42 (see FIG. 5) of the negative refraction element
d41 / r41 = n42 / (n42-n41) (9)
Therefore, the refractive indexes n41 and n42, the radius of curvature r41 of the convex lens surface P41, and the length d41 of the positive refractive element optical lens system 42 in the optical axis direction are set so as to satisfy the expression (9), and the convex lens surface P42 is defined. As a plane (not shown) perpendicular to the optical axis, the photographic film 44 may be brought into contact with this plane.
更に、負屈折光学系41の光軸方向の長さが短く、負屈折光学系41の内部に被写体45の像45'が形成されない場合でも、撮像装置4は、被写体45と比較して奥行きが反転した像の要素画像からなるIP画像を撮像することができる。このとき、被写体45からの発散光は負屈折光学系41の入射端面41aで屈折して収束光となって要素画像レンズ群43に入射する。そのため、撮像された被写体45の画像をIP方式の従来の表示装置に表示すると、被写体45の画像からの光は従来の表示装置の凸レンズアレイ(図示せず)から発散光となって出射するため、凸レンズアレイの奥に光軸方向(奥行き方向)に反転された立体像(虚像)を形成することができる。
Further, even when the negative refraction
また、ここでは、写真フィルム44によって被写体45の要素画像を撮像することとしたが、本発明の撮像装置4の画像撮像手段は、各々の正屈折要素光学レンズ系42によって形成された像を撮像できればよく、例えば、光電変換素子や電荷転送素子等であってもよい。そして、被写体45の位置に応じて、この写真フィルム44の正屈折要素光学レンズ系42からの光軸方向の距離を設定して配置することで、被写体45のIP画像を撮像することができる。例えば、無限遠方にある被写体45を撮像する場合には、式(6)に基づいて、写真フィルム44を正屈折要素光学レンズ系42の像側焦平面の位置に設置することで、光軸方向(奥行き方向)に反転された被写体45の倒立像からなるIP画像を撮像することができる。 Here, the element image of the subject 45 is picked up by the photographic film 44, but the image pickup means of the image pickup apparatus 4 of the present invention picks up the image formed by each positive refractive element optical lens system 42. For example, a photoelectric conversion element or a charge transfer element may be used. An IP image of the subject 45 can be taken by setting and arranging the distance in the optical axis direction from the positive refractive element optical lens system 42 of the photographic film 44 according to the position of the subject 45. For example, when imaging a subject 45 at an infinite distance, the photographic film 44 is placed at the position of the image side focal plane of the positive refractive element optical lens system 42 based on the formula (6), so that the optical axis direction An IP image made up of an inverted image of the subject 45 inverted in the (depth direction) can be captured.
更に、正屈折要素光学レンズ系42は、隣接する正屈折要素光学レンズ系42との間で光が漏れないように、各々の正屈折要素光学レンズ系42の側面(光軸に平行な面)に光学的な遮光処理を施すこととしてもよい。また、正屈折要素光学レンズ系42と写真フィルム44とを、所定の距離だけ離して配置する場合には、各々の正屈折要素光学レンズ系42から出射された光が干渉しないように、各々の正屈折要素光学レンズ系42の側面の延長上において光学的な遮蔽板を設けることとしてもよい。 Further, the positive refraction element optical lens system 42 has a side surface (surface parallel to the optical axis) of each positive refraction element optical lens system 42 so that light does not leak between the adjacent positive refraction element optical lens systems 42. It is good also as giving optical shading processing to. Further, when the positive refractive element optical lens system 42 and the photographic film 44 are arranged apart from each other by a predetermined distance, each of the positive refractive element optical lens systems 42 is arranged so as not to interfere with light emitted from each positive refractive element optical lens system 42. An optical shielding plate may be provided on the extension of the side surface of the positive refractive element optical lens system 42.
[撮像装置の動作(第二の実施の形態)]
次に、図4を参照して、本発明における撮像装置4が、被写体45のIP画像を撮像する動作について説明する。
[Operation of Imaging Device (Second Embodiment)]
Next, with reference to FIG. 4, an operation in which the imaging device 4 according to the present invention captures an IP image of the subject 45 will be described.
被写体45からの光は、負屈折光学系41に入射する。そうすると、この負屈折光学系41の内部において、被写体45の像45'が形成される。この像45'は、被写体45を光軸方向(奥行き方向)に反転した立体像となる。
Light from the subject 45 enters the negative refraction
そして、この像45'からの光は、要素画像レンズ群43を構成する各々の正屈折要素光学レンズ系42に入射する。そうすると、入射した光は、各々の正屈折要素光学レンズ系42によって集光されて出射される。そして、被写体45の像45'の像(要素画像)が形成される。この要素画像は、被写体45の像45'が正屈折要素光学レンズ系42の物側焦点より遠い位置にある場合には倒立像、近い位置にある場合には正立像となる。
The light from the
更に、この要素画像が形成される光軸方向の位置に設置された写真フィルム44によって、当該要素画像を撮像する。以上の動作によって、撮像装置4は、被写体45のIP画像を撮像することができる。 Further, the element image is picked up by a photographic film 44 installed at a position in the optical axis direction where the element image is formed. With the above operation, the imaging device 4 can capture an IP image of the subject 45.
[表示装置の構成(第三の実施の形態)]
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態である表示装置5の構成について説明する。図7は、表示装置の構成を模式的に示した模式図、(a)は、表示装置のディスプレイに表示される要素画像群の例を示す説明図、(b)は、表示装置の構成と、当該表示装置によって表示される被写体の立体像を模式的に示す模式図である。
[Configuration of Display Device (Third Embodiment)]
Next, with reference to FIG. 7, the structure of the display apparatus 5 which is embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 7 is a schematic diagram schematically illustrating the configuration of the display device, (a) is an explanatory diagram illustrating an example of an element image group displayed on the display of the display device, and (b) is a configuration of the display device. FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a stereoscopic image of a subject displayed by the display device.
図7に示すように、表示装置5は、例えば、図11に示す従来の撮像装置110のような、従来のIP方式における一般的な撮像装置によって撮像された、被写体(図示せず)の要素画像56(…、56b、56c、56d、…)が複数撮像された画像である要素画像群55を表示して、被写体の立体像53を表示するものである。なお、図7では例として、要素画像群55が倒立像の場合について示している。表示装置5は、ディスプレイ50と、負屈折要素画像レンズ群52とを備える。
As shown in FIG. 7, the display device 5 is an element of a subject (not shown) captured by a general imaging device in a conventional IP system, such as the
ディスプレイ(画像表示手段)50は、IP方式における一般的な撮像装置によって撮像された要素画像群55を表示するものである。このディスプレイ50は、例えば、液晶ディスプレイ等の、画像を表示する一般的な表示手段によって実現することができる。 The display (image display means) 50 displays an element image group 55 captured by a general imaging device in the IP system. The display 50 can be realized by a general display unit that displays an image, such as a liquid crystal display.
負屈折要素画像レンズ群52は、複数の負屈折要素光学レンズ系51(…、51b、51c、51d、…)を、当該負屈折要素光学レンズ系51の光軸に垂直な同一平面上にアレイ状に配置して構成されている。この負屈折要素光学レンズ系51は、ディスプレイ50に表示される要素画像群55からの光により被写体の立体像53を表示するものである。この負屈折要素光学レンズ系51は、負の屈折率を有する媒質からなる少なくとも1つの光学素子から構成され、ここでは、厚肉両凸レンズからなることとした。
The negative refraction element image lens group 52 includes a plurality of negative refraction element optical lens systems 51 (..., 51b, 51c, 51d, ...) arrayed on the same plane perpendicular to the optical axis of the negative refraction element
ここで、要素画像群55は、正の屈折率を有する複数の凸レンズ等の集光手段(図示せず)が同一平面上にアレイ状に配列された要素画像レンズ群(凸レンズ群)を有する従来のIP方式の撮像装置(図示せず)によって撮像され、図7(a)に示すように、複数の集光手段によって形成された像の画像(要素画像56)が複数配列されている。そして、負屈折要素光学レンズ系51は、この要素画像56の各々に対応して配置され、各々の要素画像56の光が、対応する負屈折要素光学レンズ系51に入射する。
Here, the element image group 55 has a conventional element image lens group (convex lens group) in which condensing means (not shown) such as a plurality of convex lenses having a positive refractive index are arranged in an array on the same plane. As shown in FIG. 7A, a plurality of images (element images 56) formed by a plurality of light condensing means are arranged. The negative refraction element
ここで、負屈折要素光学レンズ系51は、負の屈折率を有する媒質からなるため、例えば、図13(a)に示す従来の表示装置の凸レンズ132のような、正の屈折率を有する凸レンズと比べて、光軸に対して反対方向(反転された方向)に屈折する。これによって、表示装置5は、被写体の要素画像56が撮像された要素画像群55をディスプレイ50に表示することで、実物の被写体と上下左右及び奥行き方向の位置関係が一致する被写体の立体像53を表示することができる。なお、この負屈折要素光学レンズ系51は、図1に示した負屈折要素光学レンズ系11と同様に、外部の屈折率n1、入射端面の曲率半径r1、出射端面の曲率半径r2、入射端面の面頂から出射端面の面頂までの距離d1、内部の屈折率n2が前記の式(3)を満たすように設定され、図1の写真フィルム13と同じ距離だけ、ディスプレイ50と負屈折要素光学レンズ系11との光軸方向の距離を設定して配置することで、被写体の立体像を表示することができる。
Here, since the negative refractive element
そのため、要素画像群55の各々の要素画像56を点対称に変換する電気的な計算処理を行う必要がなく、表示装置5は、変換する計算を行うための高速計算機や大規模な電子回路を必要としない。更に、負屈折要素画像レンズ群52は、負の屈折率を有する凸レンズをアレイ状に配列することで実現できるため、アフォーカル光学系や、光ファイバのような屈折率分布レンズが必要となる従来の方法に比べて、表示装置5を簡易な構成とすることができる。
For this reason, it is not necessary to perform electrical calculation processing for converting each
[表示装置の動作(第三の実施の形態)]
次に、図7を参照して、本発明における表示装置5が、被写体の立体像53を表示する動作について説明する。
[Operation of Display Device (Third Embodiment)]
Next, with reference to FIG. 7, the operation of the display device 5 according to the present invention for displaying the
まず、表示装置5は、ディスプレイ50に要素画像群55を表示する。すると、要素画像群55の各々の要素画像56からの光は、負屈折要素画像レンズ群52を構成する各々の負屈折要素光学レンズ系51に入射し、光軸方向の軸を中心に反転されて出射される。
First, the display device 5 displays the element image group 55 on the display 50. Then, the light from each
そして、観察者(視聴者)が負屈折要素画像レンズ群52を介してディスプレイ50を見ると、被写体の立体像53が表示される。以上の動作によって、表示装置5は、上下左右及び奥行き方向の位置関係が正しく表現された被写体の立体像53を表示することができ、観察者(視聴者)が、負屈折要素画像レンズ群52を介して要素画像群55が表示されたディスプレイ50を見ると、被写体の立体像53を見ることができる。
When an observer (viewer) views the display 50 through the negative refraction element image lens group 52, a
[表示装置の構成(第四の実施の形態)]
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態である表示装置7の構成について説明する。図8は、表示装置の構成を模式的に示した模式図、(a)は、表示装置のディスプレイに表示される要素画像群の例を示す説明図、(b)は、表示装置の構成と、当該表示装置によって表示される被写体の立体像を模式的に示す模式図である。
[Configuration of Display Device (Fourth Embodiment)]
Next, with reference to FIG. 8, the structure of the display apparatus 7 which is embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the display device, (a) is an explanatory diagram showing an example of an element image group displayed on the display of the display device, and (b) is a configuration of the display device. FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a stereoscopic image of a subject displayed by the display device.
図8に示すように、表示装置7は、例えば、図11に示す従来の撮像装置110のような、従来のIP方式における一般的な撮像装置によって撮像された、被写体(図示せず)の要素画像77(…、77b、77c、77d、…)が複数撮像された画像である要素画像群76を表示して、被写体の立体像74を表示するものである。なお、図8では例として、要素画像77が倒立像の場合について示した。表示装置7は、ディスプレイ70と、要素画像レンズ群72と、負屈折光学系73とを備える。
As shown in FIG. 8, the display device 7 is an element of a subject (not shown) imaged by a general imaging device in a conventional IP system such as the
ディスプレイ(画像表示手段)70は、IP方式における一般的な撮像装置によって撮像された要素画像群76を表示するものである。このディスプレイ70は、例えば、液晶ディスプレイ等の、画像を表示する一般的な表示手段によって実現することができる。
The display (image display means) 70 displays an
要素画像レンズ群72は、複数の正屈折要素光学レンズ系71(…、71b、71c、71d、…)を、当該正屈折要素光学レンズ系71の光軸に垂直な同一平面上にアレイ状に配置して構成されている。そして、要素画像レンズ群72の出射端面は、後記する負屈折光学系73の入射端面73aの形状に沿って隣接する。この正屈折要素光学レンズ系71は、ディスプレイ70に表示される要素画像群76の要素画像77からの光により、光軸方向(奥行き方向)に反転した被写体の像(立体像)74'を形成するものである。正屈折要素光学レンズ系71は、正の屈折率を有する媒質からなる少なくとも1つの光学素子から構成され、ここでは、厚肉両凸レンズからなることとした。
The element
ここで、要素画像群76は、図8(a)に示すように、複数の集光手段によって形成された像の画像(要素画像77)が複数配列された画像である。そして、正屈折要素光学レンズ系71は、この要素画像77の各々に対応して配置され、各々の要素画像77の光が、対応する正屈折要素光学レンズ系71に入射する。
Here, as shown in FIG. 8A, the
そして、正屈折要素光学レンズ系71は、ディスプレイ70から入射した光により、負屈折光学系73に対して像74'(74a'、74b')を形成する。なお、この正屈折要素光学レンズ系71は、図4に示した正屈折要素光学レンズ系42と同様に、外部の屈折率n43、入射端面の曲率半径r41、出射端面の曲率半径r42、入射端面の面頂から出射端面の面頂までの距離d41、内部の屈折率n42及び負屈折光学系73の屈折率n41が前記の式(8)を満たすように設定され、図4の写真フィルム44と同じ距離だけ、ディスプレイ70と正屈折要素光学レンズ系71との光軸方向の距離を設定して配置することで、被写体の像74'を表示することができる。そして、ディスプレイ70に表示されている要素画像77(…、77b、77c、77d、…)からの光は要素画像レンズ群72に入射し、当該要素画像レンズ群72によって、光軸方向(奥行き方向)の配置や凹凸が反転した被写体の像(立体像)74'が形成される。
The positive refractive element
負屈折光学系73は、負の屈折率を持つ媒質からなる光学系であり、要素画像レンズ群72と接する入射端面73aと、平面の出射端面73bとを有する。この負屈折光学系73の内部には、前記したように、光軸方向に凹凸が反転した被写体の像74'(74a'、74b')が形成し、この像74'からの光が出射端面73bから出射する。そして、この出射端面73bから出射した光は、当該出射端面73bにおいて屈折し、外部に被写体の立体像74(74a、74b)を形成する。この立体像74は、像74'が光軸方向(奥行き方向)に反転したものであるので、撮像された被写体と、光軸方向の配置や凹凸が一致する。
The negative refracting
これによって、表示装置7は、被写体の要素画像77が撮像された要素画像群76をディスプレイ70に表示することで、実物の被写体と上下左右及び奥行き方向の配置及び形状が一致する被写体の立体像74を表示することができる。
In this way, the display device 7 displays the
そのため、要素画像群76の各々の要素画像77を点対称に変換する電気的な計算処理を行う必要がなく、表示装置7は、変換する計算を行うための高速計算機や大規模な電子回路を必要としない。
Therefore, it is not necessary to perform an electrical calculation process for converting each
[表示装置の動作(第四の実施の形態)]
次に、図8を参照して、本発明における表示装置7が、被写体の立体像74を表示する動作について説明する。
[Operation of Display Device (Fourth Embodiment)]
Next, with reference to FIG. 8, the operation of the display device 7 according to the present invention for displaying the
まず、表示装置7は、ディスプレイ70に要素画像群76を表示する。すると、要素画像群76からの光は、要素画像レンズ群72を構成する各々の正屈折要素光学レンズ系71によって光軸を中心に反転されて出射し、実物の被写体と上下左右方向の配置や凹凸は一致し、かつ、光軸方向(奥行き方向)の配置や凹凸が反転した被写体の像74'が、負屈折光学系73の内部に形成される。
First, the display device 7 displays the
そして、負屈折光学系73に入射した光は、出射端面73bにおいて屈折し、被写体の像74'を奥行き方向に反転した立体像74が形成される。以上の動作によって、表示装置7は、上下左右及び奥行き方向の配置や形状が正しく表現された被写体の立体像74を表示することができる。
The light incident on the negative refraction
[撮像装置・表示装置の他の実施の形態]
更に、本発明の撮像装置1、4(図1、図4参照)あるいは表示装置5、7(図7、図8参照)は、被写体あるいは立体像からの光を入射して、当該被写体あるいは立体像の像を形成する負屈折結像光学素子を備えることとしてもよい。ここで、図9及び図10を参照(適宜図1、図4、図7及び図8参照)して、負屈折結像光学素子8について説明する。図9は、負屈折結像光学素子の構成を説明するための説明図、(a)は、ひとつの負屈折結像光学素子に、被写体あるいは立体像からの光が入射した際の光路を模式的に示す模式図、(b)は、複数の負屈折結像光学素子を配列した場合における、被写体あるいは立体像からの光の光路を模式的に示す模式図、(c)は、ひとつの負屈折結像光学素子に、被写体あるいは立体像からの光が入射した際の他の例における光路を模式的に示す模式図である。図10は、本発明の他の実施の形態である撮像装置の構成を模式的に示した模式図である。
[Other Embodiments of Imaging Device / Display Device]
Furthermore, the imaging devices 1 and 4 (see FIGS. 1 and 4) or the display devices 5 and 7 (see FIGS. 7 and 8) of the present invention receive light from a subject or a three-dimensional image, and the subject or three-dimensional It is good also as providing the negative refraction imaging optical element which forms the image of an image. Here, the negative refraction imaging optical element 8 will be described with reference to FIGS. 9 and 10 (refer to FIGS. 1, 4, 7 and 8 as appropriate). FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the negative refraction imaging optical element. FIG. 9A schematically shows an optical path when light from a subject or a three-dimensional image is incident on one negative refraction imaging optical element. (B) is a schematic diagram schematically showing an optical path of light from a subject or a three-dimensional image when a plurality of negative refraction imaging optical elements are arranged, and (c) is a single negative diagram. It is a schematic diagram which shows typically the optical path in the other example when the light from a to-be-photographed object or a stereo image injects into the refractive image formation optical element. FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing a configuration of an imaging apparatus according to another embodiment of the present invention.
負屈折結像光学素子8は、負の屈折率を有する媒質からなり、図9(a)に示すように、被写体(立体像)91、92からの光が入射する平面の入射端面81と、この光が出射する、入射端面81に平行な平面の出射端面82とを有する。この負屈折結像光学素子8は、負の屈折率を有するため、被写体(立体像)91、92からの光が入射端面81から入射すると、光は屈折し、この入射端面81に直交する方向に反転させた当該被写体(立体像)91、92の像93、94を、当該負屈折結像光学素子8の内部に形成する。ここで、被写体(立体像)91、92と像93、94の大きさは一致する。そして、この光は、出射端面82において屈折し、負屈折結像光学素子8は、この像93、94を出射端面82に直交する方向に反転させた、当該被写体(立体像)91、92の像(立体像)95、96を形成する。なお、被写体(立体像)91が虚像である場合には、負屈折結像光学素子8は、像95、96の位置に実像を形成せず、観察者(視聴者)が光の進行方向に対向する方向から当該負屈折結像光学素子8を見た場合に、この位置に被写体の像(虚像)を見ることができる。
The negative refractive imaging optical element 8 is made of a medium having a negative refractive index, and as shown in FIG. 9A, a plane
また、ここでは、負屈折結像光学素子8によって2つの被写体(立体像)91、92の像95、96が形成されることとして説明したが、本発明の負屈折結像光学素子8では、ひとつ以上の被写体あるいは立体像を含む外部の空間からの光が入射端面81に入射して屈折し、更に出射端面82において屈折することで、この空間の立体像を形成することができる。
Here, it has been described that the images 95 and 96 of the two subjects (stereoscopic images) 91 and 92 are formed by the negative refraction image forming optical element 8, but in the negative refraction image forming optical element 8 of the present invention, Light from an external space including one or more subjects or a three-dimensional image is incident on the
ここで、図10を参照して、図1に示す第一の実施の形態の撮像装置1に負屈折結像光学素子8を備えて構成された撮像装置1Aについて説明する。撮像装置1Aは、被写体14と負屈折要素画像レンズ群12との間に、負屈折結像光学素子8を備える。また、負屈折結像光学素子8以外の構成は図1に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。 Here, with reference to FIG. 10, an imaging apparatus 1A configured by including the negative refraction imaging optical element 8 in the imaging apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described. The imaging apparatus 1 </ b> A includes a negative refraction imaging optical element 8 between the subject 14 and the negative refraction element image lens group 12. Since the configuration other than the negative refraction imaging optical element 8 is the same as that shown in FIG. 1, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
負屈折結像光学素子8は、被写体14からの光が入射し、内部において、当該負屈折結像光学素子8の入射端面81に直交する方向に反転した被写体14の像(立体像)14aを形成し、更に、この像14aを出射端面82に直交する方向に反転した被写体14の像(立体像)14bを、負屈折要素画像レンズ群12との間において形成する。そして、この被写体14の像14bからの光が、負屈折要素画像レンズ群12に入射することで、撮像装置1は、被写体14の像14bのIP画像を撮像することができる。そして、このIP画像は、被写体14が像14bの位置にある場合に撮像装置1(図1参照)によって撮像されるIP画像と同じものとなる。
The negative refraction image forming optical element 8 receives light from the subject 14 and internally converts an image (stereoscopic image) 14a of the
同様に、第二の実施の形態の撮像装置4(図4参照)が当該負屈折結像光学素子8を備える場合には、負屈折結像光学素子8は、被写体45と負屈折光学系41との間に設置され、この負屈折結像光学素子8によって負屈折光学系41との間に形成された被写体45の像(図示せず)の光が、負屈折光学系41に入射することで、撮像装置4は、被写体45のIP画像を撮像することができる。
Similarly, when the imaging device 4 (see FIG. 4) of the second embodiment includes the negative refraction image forming optical element 8, the negative refraction image forming optical element 8 includes the subject 45 and the negative refraction
このように、本発明の撮像装置1A、4は、被写体(14又は45)と写真フィルム(13又は44)との距離が大きい場合に、負屈折結像光学素子8を介在させることで、写真フィルム(13又は44)から所望の距離の位置に被写体(14又は45)の立体像を形成させて、被写体(14又は45)が写真フィルム(13又は44)からこの距離だけ離れている場合のIP画像を撮像することができる。 As described above, when the distance between the subject (14 or 45) and the photographic film (13 or 44) is large, the imaging devices 1A and 4 according to the present invention interpose the negative refraction imaging optical element 8 so that the photograph A three-dimensional image of the subject (14 or 45) is formed at a desired distance from the film (13 or 44), and the subject (14 or 45) is separated from the photographic film (13 or 44) by this distance. An IP image can be taken.
また、第三の実施の形態の表示装置5(図7参照)が当該負屈折結像光学素子8を備える場合には、負屈折結像光学素子8は、負屈折要素画像レンズ群52の出射端面に対面して設置され、当該負屈折要素画像レンズ群52から出射された光が、負屈折結像光学素子8の入射端面81に入射する。そして、この光は、出射端面82から出射する。これによって、観察者(視聴者)が、負屈折結像光学素子8及び負屈折要素画像レンズ群52を介して要素画像群55が表示されたディスプレイ50を見ると、出射端面82から出射した光により、虚像あるいは実像として、被写体の立体像を見ることができる。
When the display device 5 of the third embodiment (see FIG. 7) includes the negative refraction image forming optical element 8, the negative refraction image forming optical element 8 is emitted from the negative refraction element image lens group 52. The light that is installed facing the end surface and is emitted from the negative refraction element image lens group 52 enters the
同様にして、第四の実施の形態の表示装置7(図8参照)が当該負屈折結像光学素子8を備える場合には、負屈折結像光学素子8は、負屈折光学系73の出射端面73bに対面して設置される。そして、当該負屈折光学系73から出射された光が、負屈折結像光学素子8の入射端面81に入射し、負屈折結像光学素子8は、被写体の立体像74の立体像(図示せず)を形成する。
Similarly, when the display device 7 (see FIG. 8) of the fourth embodiment includes the negative refraction image forming optical element 8, the negative refraction image forming optical element 8 is emitted from the negative refraction
このように、本発明の表示装置5、7は、負屈折要素画像レンズ群52あるいは負屈折光学系73と観察者(視聴者)との間に、負屈折結像光学素子8を介在させることで、観察者(視聴者)から所望の距離だけ隔てた位置に、被写体の立体像を表示することができる。
Thus, in the display devices 5 and 7 of the present invention, the negative refraction imaging optical element 8 is interposed between the negative refraction element image lens group 52 or the negative refraction
なお、本発明の撮像装置1、4及び表示装置5、7は、図9(b)に示すような、複数の負屈折結像光学素子8(8a、…、8b)を備えることとしてもよい。この負屈折結像光学素子8は、当該負屈折結像光学素子8の出射端面82と、隣接する負屈折結像光学素子8の入射端面81とを、当該負屈折結像光学素子8によって形成された像95、96を挟んで対面させて配列されている。そして、被写体(立体像)91、92からの光は負屈折結像光学素子8aに入射し、負屈折結像光学素子8aの内部において、入射端面81に直交する方向に反転された当該被写体(立体像)91、92の像93a、94aを形成する。更に、負屈折結像光学素子8aは、出射端面82と隣接する負屈折結像光学素子の出射端面(図示せず)の間において、この像93a、94aを出射端面82に直交する方向に反転させた像95a、96aを形成する。そして、この像95a、96aからの光は、隣接する負屈折結像光学素子(図示せず)に入射し、同様にして、順に隣接する負屈折結像光学素子(図示せず)に入射させることができる。
The imaging devices 1 and 4 and the display devices 5 and 7 according to the present invention may include a plurality of negative refraction imaging optical elements 8 (8a,..., 8b) as shown in FIG. . The negative refraction image forming optical element 8 includes an
そして、被写体(立体像)91、92から一番遠い位置にある負屈折結像光学素子8bに、隣接する負屈折結像光学素子(図示せず)によって形成された像(図示せず)からの光が入射すると、負屈折結像光学素子8bは、被写体(立体像)91、92の像95b、96bを形成することができる。 Then, from an image (not shown) formed by an adjacent negative refraction imaging optical element (not shown) on the negative refraction imaging optical element 8b located farthest from the subjects (stereoscopic images) 91 and 92. Is incident, the negative refraction imaging optical element 8b can form images 95b and 96b of subjects (stereoscopic images) 91 and 92.
また、本発明の撮像装置1、4及び表示装置5、7は、図9(c)に示すような、被写体(立体像)91、92の像を内部において形成しない負屈折結像光学素子8Aを備えることとしてもよい。入射端面81から入射した被写体(立体像)91、92からの光は、当該入射端面81において屈折し、進むにつれて徐々に収束するが、この負屈折結像光学素子8は、入射端面81に直交する方向の長さが短いため、被写体(立体像)91、92の像を内部に形成せずに出射端面82から出射して拡散する。
Further, the imaging devices 1 and 4 and the display devices 5 and 7 according to the present invention have a negative refraction imaging optical element 8A that does not form images of subjects (stereoscopic images) 91 and 92 as shown in FIG. 9C. It is good also as providing. The light from the subjects (stereoscopic images) 91 and 92 incident from the
そして、撮像装置1、4(図1、図4参照)が、この負屈折結像光学素子8Aを備える場合には、出射端面82から出射した拡散光の進行方向とは逆の方向にこの光の光路を延長した収束点97、98の位置に、被写体91、92がある場合のIP画像を撮像することができる。また、表示装置5、7(図7、図8参照)が、この負屈折結像光学素子8Aを備える場合には、収束点97、98の位置に立体像91、92の虚像を形成することができる。
When the imaging devices 1 and 4 (see FIGS. 1 and 4) include the negative refraction imaging optical element 8A, this light is directed in the direction opposite to the traveling direction of the diffused light emitted from the
1、1A 撮像装置
11 負屈折要素光学レンズ系
12 負屈折要素画像レンズ群
13 写真フィルム(画像撮像手段)
14 被写体
4 撮像装置
41 負屈折光学系
41a 入射端面
41b 出射端面
42 正屈折要素光学レンズ系
43 要素画像レンズ群
44 写真フィルム(画像撮像手段)
45 被写体
5 表示装置
50 ディスプレイ(画像表示手段)
51 負屈折要素光学レンズ系
52 負屈折要素画像レンズ群
55 要素画像群
56 要素画像
7 表示装置
70 ディスプレイ(画像表示手段)
71 正屈折要素光学レンズ系
72 要素画像レンズ群
73 負屈折光学系
73a 入射端面
73b 出射端面
8、8A 負屈折結像光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A Image pick-up
DESCRIPTION OF
45 Subject 5 Display device 50 Display (image display means)
51 negative refraction element optical lens system 52 negative refraction element image lens group 55
71 Positive Refraction Element
Claims (8)
前記被写体からの光が入射する複数の負屈折要素光学レンズ系を、当該負屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した負屈折要素画像レンズ群と、
この負屈折要素画像レンズ群の負屈折要素光学レンズ系によって形成された前記被写体の像を撮像する画像撮像手段とを備え、
前記負屈折要素光学レンズ系が、負の屈折率を有する媒質からなり、前記被写体が当該負屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成し、前記被写体が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成することを特徴とする撮像装置。 An imaging device that captures an image of a subject,
A plurality of negative-refractive-element optical lens systems on which light from the subject is incident, a negative-refractive-element image lens group arranged in an array on the same plane orthogonal to the optical axis of the negative-refractive element optical lens system;
Image capturing means for capturing an image of the subject formed by the negative refraction element optical lens system of the negative refraction element image lens group;
When the negative refractive element optical lens system is made of a medium having a negative refractive index and the subject is located far from the object side focal point of the negative refractive element optical lens system, an erect image of the subject is formed. An imaging apparatus that forms an inverted image of the subject when the subject is at a position closer to the object-side focus.
前記負屈折結像光学素子から出射した光が入射する位置に、前記負屈折要素画像レンズ群を配置したことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 A negative incidence surface made of a medium having a negative refractive index, having a plane incident end face on which light from the subject is incident and a plane emission end face parallel to the incident end face and emitting the light. A refractive imaging optical element;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the negative refraction element image lens group is arranged at a position where light emitted from the negative refraction imaging optical element is incident.
前記被写体からの光が入射する平面の入射端面を有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折光学系と、
正の屈折率を有する媒質からなり、前記負屈折光学系から出射した光を屈折する複数の正屈折要素光学レンズ系を、当該正屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した要素画像レンズ群と、
この要素画像レンズ群の正屈折要素光学レンズ系によって形成された像を撮像する画像撮像手段とを備え、
前記負屈折光学系の入射端面が、前記正屈折要素光学レンズ系の光軸と直交し、
前記負屈折光学系の出射端面が、前記要素画像レンズ群の正屈折要素光学レンズ系の入射端面の形状に沿って隣接し、
前記正屈折要素光学レンズ系が、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が当該正屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成し、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成することを特徴とする撮像装置。 An imaging device that captures an image of a subject,
A negative refraction optical system having a flat incident end face on which light from the subject is incident and made of a medium having a negative refractive index;
A plurality of positive refractive element optical lens systems that are made of a medium having a positive refractive index and refract light emitted from the negative refractive optical system are on the same plane orthogonal to the optical axis of the positive refractive element optical lens system. Element image lens groups arranged in an array on,
Image pickup means for picking up an image formed by the positive refractive element optical lens system of the element image lens group,
The incident end face of the negative refractive optical system is orthogonal to the optical axis of the positive refractive element optical lens system,
The exit end face of the negative refraction optical system is adjacent along the shape of the entrance end face of the positive refraction element optical lens system of the element image lens group,
The positive refractive element optical lens system forms an inverted image of the subject when the image of the subject formed by the negative refractive optical system is located far from the object side focal point of the positive refractive element optical lens system. And an erecting image of the subject when the subject image formed by the negative refraction optical system is at a position closer to the object-side focal point.
前記負屈折結像光学素子から出射した光が入射する位置に、前記負屈折光学系を配置したことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 A negative incidence surface made of a medium having a negative refractive index, having a plane incident end face on which light from the subject is incident and a plane emission end face parallel to the incident end face and emitting the light. A refractive imaging optical element;
The imaging apparatus according to claim 3, wherein the negative refractive optical system is disposed at a position where light emitted from the negative refractive imaging optical element is incident.
前記要素画像群を表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段に表示された、各々の前記要素画像からの光が入射する複数の負屈折要素光学レンズ系を、当該負屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した負屈折要素画像レンズ群とを備え、
前記負屈折要素光学レンズ系が、負の屈折率を有する媒質からなり、前記被写体が当該負屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成し、前記被写体が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成することを特徴とする表示装置。 A plurality of convex lenses made of a medium having a positive refractive index are images of an object image formed by the convex lenses of each convex lens group arranged in an array on the same plane orthogonal to the optical axis of the convex lens. A display device that inputs a group of element images having a plurality of element images and displays a stereoscopic image of the subject,
Image display means for displaying the element image group;
A plurality of negative refracting element optical lens systems displayed on the image display means on which light from each element image is incident are arrayed on the same plane orthogonal to the optical axis of the negative refracting element optical lens system. Negative refractive element image lens group arranged in a shape,
When the negative refractive element optical lens system is made of a medium having a negative refractive index and the subject is located far from the object side focal point of the negative refractive element optical lens system, an erect image of the subject is formed. A display device that forms an inverted image of the subject when the subject is at a position closer to the object-side focus.
前記要素画像群を表示する画像表示手段と、
正の屈折率を有する媒質からなり、前記画像表示手段に表示された、各々の前記要素画像からの光が入射する複数の正屈折要素光学レンズ系を、当該正屈折要素光学レンズ系の光軸に対して直交する同一平面上にアレイ状に配列した要素画像レンズ群と、
前記要素画像レンズ群からの光が入射し、当該光が出射する平面の出射端面を有し、負の屈折率を持つ媒質からなる負屈折光学系とを備え、
前記要素画像レンズ群の出射端面が、前記負屈折光学系の入射端面の形状に沿って隣接し、
前記正屈折要素光学レンズ系が、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が当該正屈折要素光学レンズ系の物側焦点より遠い位置にある場合には、前記被写体の倒立像を形成し、前記負屈折光学系によって形成される前記被写体の像が前記物側焦点より近い位置にある場合には、前記被写体の正立像を形成する表示装置。 A plurality of convex lenses made of a medium having a positive refractive index are images of an object image formed by the convex lenses of each convex lens group arranged in an array on the same plane orthogonal to the optical axis of the convex lens. A display device that inputs a group of element images having a plurality of element images and displays a stereoscopic image of the subject,
Image display means for displaying the element image group;
A plurality of positive-refractive element optical lens systems that are made of a medium having a positive refractive index and that are displayed on the image display unit and into which light from each of the elemental images is incident are represented by an optical axis of the positive-refractive element optical lens system. Element image lens groups arranged in an array on the same plane orthogonal to
A negative refraction optical system composed of a medium having a negative refractive index, and having a flat emission end face from which light from the element image lens group is incident and the light is emitted;
The exit end face of the element image lens group is adjacent along the shape of the entrance end face of the negative refractive optical system,
The positive refractive element optical lens system forms an inverted image of the subject when the image of the subject formed by the negative refractive optical system is located far from the object side focal point of the positive refractive element optical lens system. A display device that forms an erect image of the subject when the image of the subject formed by the negative refraction optical system is at a position closer to the object-side focal point.
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