JPH118863A - ３次元カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光などの特別な照明光を用いずに，
被写体が散乱する光を光線に分割して記録することによ
り，自然な立体表示のための画像入力を実現すること。 【解決手段】 被写体Ｐを撮影し，該被写体Ｐの立体画
像を入力する３次元カメラにおいて，少なくとも被写体
からの光を取り込み，集光する撮像レンズ１０１と，撮
像レンズ１０１の焦点面上に配置され，撮像レンズ１０
１に平行に入射する光束のみを取り出すための微小開口
部１０３を有する板１０２と，微小開口部１０３を通過
した光束を画像信号として記録する撮像素子１０４とを
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は，多眼のレンチキュ
ラおよびパララクスパノラマグラムなどの立体表示の入
力画像として利用可能な，立体画像を入力する３次元カ
メラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より，立体画像を入力する装置とし
て利用される撮像光学系は，主として異なる視点から被
写体を撮影するものであった。たとえば図６に示す２眼
方式の撮像光学系では，両眼の間隔と同じ距離だけ隔て
た２つの撮像光学系を用い，被写体を撮影するのが一般
的である。

【０００３】また，図７に示す多眼方式の撮像光学系で
は，多眼数と同じ数だけ用意された複数の撮像光学系を
被写体に対して異なる視点位置に並べて撮影していた。
さらに，一つの撮像光学系を異なる視点位置に移動させ
ながら順次撮影する方法なども知られている。

【０００４】なお，上記のような撮像光学系において，
通常は被写体の実像がフィルムまたは撮像素子に結像す
るように構成されている。これは，撮像光学系の位置に
両眼をおいて被写体に焦点を合わせたときの網膜に写る
像を撮影したことに相当する。

【０００５】さらに，従来の撮像光学系について述べ
る。この撮像光学系では被写体にピントが合った状態に
おいて，被写体表面の各点で散乱された光束のうち，レ
ンズ開口を通過するものがレンズの屈折効果によって撮
像素子（またはフィルム）の１点に集光する。つまり，
この方法では，被写体の１点から様々な方向に散乱され
た光線の情報が結像素子（またはフィルム）上の１つの
点の情報として集約される。

【０００６】このような，撮像光学系で記録された多視
点画像（被写体に対して複数の方向から撮影した画像）
はピントが固定されているため，たとえばこの画像をホ
ログラムにして理想的な立体再生を行ったとしても，観
測者が自分で焦点の位置を選んで再生画像の奥行き（立
体感）を感じることができない。なお，画像データをホ
ログラムに記録する方法として，たとえば要素ホログラ
ム方式によるホログラフィック３Ｄプリンタがある。

【０００７】一方，レーザーで被写体を照明し，その反
射してくる光の波面を記録する方式のホログラフィーで
は，被写体の表面の各点から様々な方向に散乱されら光
線がそれぞれ異なる光情報として記録され，これによっ
て自然な立体視（両面視差，輻輳，焦点調節の３つによ
る生理的要因による立体視）を実現している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記に
示されるような従来の技術にあっては，２眼方式や多眼
方式の立体表示方法（レンチキュラ，パララクスバリア
など）の画像データとして従来による画像を用いた場合
には，特定の観察位置で特定の場所（被写体の部分）に
焦点を合わせないと自然に近い立体感が得られないた
め，特に自然な運動視差を表現することが困難であると
いう問題点があった。

【０００９】また，上記の方法で撮影された画像データ
は，光線の情報として記録されていないため，ホログラ
フィーの技術を用いたとしても，やはり自然な立体画像
を再現することは困難である。

【００１０】さらに，上記レーザーを用いる方法にあっ
ては，レーザー光で被写体を照明しなければならないた
め，風景など通常太陽光で照明されているような対象物
に対しては撮影することが困難である。

【００１１】本発明は，上記に鑑みてなされたものであ
って，レーザー光などの特別な照明光を用いずに，被写
体が散乱する光を光線に分割して記録することにより，
自然な立体表示のための画像入力を実現することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに，請求項１に係る３次元カメラにあっては，被写体
を撮影し，該被写体の立体画像を入力する３次元カメラ
において，少なくとも被写体からの光を取り込み，集光
する撮像レンズと，前記撮像レンズの焦点面上に配置さ
れ，前記撮像レンズに平行に入射する光束のみを取り出
すための微小開口部を有する光束取得手段と，前記微小
開口部を通過した光束を画像信号として記録する撮像手
段と，を備えたものである。

【００１３】すなわち，撮像レンズに入射する被写体か
らの光線群のうち，撮像レンズの中心と微小開口部とを
結ぶ光軸に平行な光線が微小開口部を通過し，撮像手段
に結像・記録し，その動作を被写体に対して移動させ複
数回繰り返すことにより，複数の画像を選択的に記録す
る。

【００１４】また，請求項２に係る３次元カメラにあっ
ては，空間上の所定の点に対し，前記撮像レンズと前記
微小開口部および前記撮像手段における光軸を所定角度
ごとに回転する回転手段を備えたものである。

【００１５】すなわち，請求項１の３次元カメラを所定
の中心点回りに，光軸を所定角度ごとに回転して撮影す
ることにより，複数の視点位置から撮影した多視点画像
を得る。

【００１６】また，請求項３に係る３次元カメラにあっ
ては，前記光束取得手段は，前記撮像レンズに対して，
複数の微小開口部を有するものである。

【００１７】すなわち，請求項１において，複数の微小
開口部を設けることにより，１つの撮像光学系で１度の
撮影動作で複数の視点位置から撮影した多視点画像を得
る。

【００１８】また，請求項４に係る３次元カメラにあっ
ては，前記光束取得手段の微小開口部に，前記撮像レン
ズと同一光軸上にマイクロレンズを配置するものであ
る。

【００１９】すなわち，微小開口部にマイクロレンズを
配置することにより，その部分による光の回析を低減さ
せる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下，本発明の３次元カメラにつ
いて添付図面を参照し，詳細に説明する。

【００２１】〔実施の形態１〕 （実施の形態１の構成）図１は，実施の形態１に係る３
次元カメラの原理・構成を示す説明図である。図におい
て，１０１は撮像レンズ，１０２は撮像レンズ１０１の
焦点面上に配置され，微小開口部（ピンホール）１０３
を有する光束取得手段としての板，１０４はＣＣＤなど
を用い，２次元画像を記録するための撮像手段としての
撮像素子である。なお，Ｐは被写体である。

【００２２】（実施の形態１の動作）次に，以上のよう
に構成された３次元カメラの動作について説明する。上
記図１に示す光学系では，撮像レンズ１０１に入射する
光線群のうち光軸，すなわち撮像レンズ１０１の中心と
微小開口部１０３とを結ぶ方向，に平行な光線だけが微
小開口部１０３を通過する。したがって，この３次元カ
メラを用いることにより，光軸に平行な光線群で構成さ
れた画像を選択的に撮像素子１０４に記録することが可
能となる。

【００２３】ただし，このような３次元カメラを用いて
画像を１枚記録しただけでは，ホログラフィーのような
３次元的な画像記録になならない。このため，３次元的
画像の記録を行うには被写体Ｐに対して３次元カメラの
位置（被写体Ｐに対する視点）を移動させ，複数の画像
を記録する必要がある。

【００２４】また，記録された画像を再生する手段とし
ては，たとえばホログラフィック３Ｄプリンタがある。
原理的にこの３次元カメラの視点移動に関しては，移動
させた場所の位置関係，すなわち任意の座標系における
３次元カメラの位置座標と撮像方向との関係が分かって
いれば，任意の移動によって３次元画像を記録すること
ができる。ただし，再生に必要なだけの画像情報は記録
しておく必要がある。

【００２５】〔実施の形態２〕ところで，上記実施の形
態１の３次元カメラを移動させたのでは，再生に必要な
画像情報を効率的に得ることができない。そこで，ある
点の回りでこの３次元カメラ（撮像光学系）の光軸が回
転できるような機構を設け，所定の角度ごとに画像を取
り込むことにより，効率的な画像記録を実現させる例に
ついて以下に述べる。

【００２６】（実施の形態２の構成）図２は，実施の形
態２に係る３次元カメラの原理・構成を示す説明図であ
る。ここでの３次元カメラは，前述の実施の形態１に示
した３次元カメラを，空間上の所定の点に対して撮像光
学系の光軸を回転させながら撮影が行えるような機構を
備えたものである。

【００２７】すなわち，図２において，実施の形態１に
示した３次元カメラ２０１と，３次元カメラ２０１が取
付けられ，支持する光学ベンチ２０２と，光学ベンチ２
０１を所定の角度ごとに回転・駆動する回転手段として
のステッピングモータ２０３とを備えている。

【００２８】（実施の形態２の動作）次に，以上のよう
に構成された３次元カメラの動作について説明する。図
２に示すように光学ベンチ２０２に装着された３次元カ
メラ２０１をステッピングモータ２０３により所定の角
度おきに回転させ，被写体を撮像し，その画像を記録す
る。なお，図２では説明の便宜上，簡略してＡ，Ｂ，Ｃ
の３点で画像を記録する様子を示しているが，この記録
点数を増やして連続的な視点移動の画像を取り込むよう
にすれば，ホログラフィーを用いたような画像記録が得
られる。

【００２９】また，３次元カメラ２０１に対する光軸の
回転の中心位置は，図２に示すような位置に限定せず，
任意に設定することが可能である。この設定位置によっ
て画像データを再生する３次元ディスプレイと再生され
る３次元画像との位置関係が決定される。たとえば図２
に示すように画像を記録した場合，図の回転中心の位置
に３次元ディスプレイを置いて３次元画像の再生を行う
と，画像を記録したときの被写体の位置に３次元画像が
再生される。

【００３０】さて，この実施の形態２に係る他の構成と
して図３に示すものもある。ここでは，撮像レンズ１０
１の光軸と垂直な方向に，微小開口部（ピンホール）１
０２と撮像素子１０４とが機械的に移動できるように構
成されている。

【００３１】ここで，視点の移動に伴って微小開口部
（ピンホール）１０２との位置を図３に示すように移動
させながら画像を記録する。この視点の移動は図２で示
したと同様に，撮像光学系の光軸が空間上のある一点を
常に通るようにして行う。また，前述のように，光軸の
回転中心は被写体と立体画像を再生する３次元ディスプ
レイとの位置に関係しており，この場合には撮像レンズ
の位置に３次元ディスプレイを配置させたときに，被写
体のあった場所に３次元画像が再生される。

【００３２】〔実施の形態３〕ここでは前述の実施の形
態１における微小開口部（ピンホール）を複数設けるこ
とにより，一度に複数の画像を取り込む例について説明
する。

【００３３】（実施の形態３の構成）図４は，実施の形
態２に係る３次元カメラの原理・構成を示す説明図であ
る。ここでの３次元カメラは，図１に示した構成に対
し，微小開口部（ピンホール）１０３を３つ，すなわ
ち，微小開口部（ピンホール）１０３ａ，１０３ｂ，１
０３ｃを設けたものである。

【００３４】（実施の形態３の動作）次に，以上のよう
に構成された３次元カメラの動作について説明する。上
記実施の形態２では，視点を変えて３回の撮影操作を行
っていたものが，この図４の構成により１回の撮影によ
り，同時に３つの撮像画像を得ることができる。すなわ
ち，図３の例において回転中心を撮像レンズ１０１の中
心に設定した場合に相当する。したがって，撮像レンズ
１０１の位置に３次元ディスプレイを配置した場合に，
被写体のあった位置に３次元画像が再生される。

【００３５】〔実施の形態４〕ところで，前述した図１
のような撮像光学系において，微小開口部（ピンホー
ル）１０２を小さくするほど光線の選択性が向上する
が，反面，開口部の径を小さくするほど光の回析現象が
顕著になる。このため，むやみに開口部を小さくすると
かえって画質の劣化を招くことが考えられる。そこで，
この実施の形態では以下のようにして対応する。

【００３６】（実施の形態４の構成）図４は，実施の形
態４に係る３次元カメラの原理・構成を示す説明図であ
る。ここでは，図１の構成に対して，微小開口部（ピン
ホール）部分の撮像レンズ１０１と同一光軸上にマイク
ロレンズ５０１を配置する。

【００３７】（実施の形態４の動作）次に，以上のよう
に構成された３次元カメラの動作について説明する。図
５に示すように微小開口部（ピンホール）部分にマイク
ロレンズ５０１を配置することにより，この部分におけ
る光の回析を低減させる。これにより，開口部の径を小
さくし過ぎることなく，光線の選択性が向上し，シャー
プな画像が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように，本発明に係る３次
元カメラ（請求項１）によれば，撮像レンズに入射する
被写体からの光線群のうち，撮像レンズの中心と微小開
口部とを結ぶ光軸に平行な光線が微小開口部を通過し，
撮像手段に結像・記録し，その動作を被写体に対して移
動させ複数回繰り返すことにより，複数の画像を選択的
に記録するので，どのような立体表示方法に対しても応
用可能で，かつその表示方式の表示能力を十分生かすこ
とのできる立体画像の入力（画像）が可能になり，さら
に被写体からの散乱する光を光線に分割して記録するの
で，自然な立体表示入力が実現する。

【００３９】また，本発明に係る３次元カメラ（請求項
２）によれば，請求項１の３次元カメラを所定の中心点
回りに，光軸を所定角度ごとに回転して撮影することに
より，複数の視点位置から撮影した多視点画像を得られ
るので，３次元画像の再生に必要な画像情報を効率的に
記録することが可能となる。

【００４０】また，本発明に係る３次元カメラ（請求項
３）によれば，請求項１において，複数の微小開口部を
設けたため，１つの撮像光学系で１度の撮影動作で複数
の視点位置から撮影した多視点画像を得ることができ
る。

【００４１】また，本発明に係る３次元カメラ（請求項
４）によれば，微小開口部にマイクロレンズを配置する
ことにより，その部分による光の回析を低減させるた
め，光線の選択性が向上し，シャープな画像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る３次元カメラの原理・構成
を示す説明図である。

【図２】実施の形態２に係る３次元カメラの原理・構成
を示す説明図である。

【図３】実施の形態２に係る他の３次元カメラの原理・
構成を示す説明図である。

【図４】実施の形態３に係る３次元カメラの原理・構成
を示す説明図である。

【図５】実施の形態４に係る３次元カメラの原理・構成
を示す説明図である。

【図６】従来における撮像光学系（２眼方式）の原理・
構成を示す説明図である。

【図７】従来における撮像光学系（多眼方式）の原理・
構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１ 撮像レンズ １０２ 板 １０３ 微小開口部（ピンホール） １０４ 撮像素子 ２０１ ３次元カメラ ２０２ 光学ベンチ ２０３ スッテピングモータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体を撮影し，該被写体の立体画像を
   入力する３次元カメラにおいて，少なくとも被写体から
   の光を取り込み，集光する撮像レンズと，前記撮像レン
   ズの焦点面上に配置され，前記撮像レンズに平行に入射
   する光束のみを取り出すための微小開口部を有する光束
   取得手段と，前記微小開口部を通過した光束を画像信号
   として記録する撮像手段と，を備えたことを特徴とする
   ３次元カメラ。
2. 【請求項２】 空間上の所定の点に対し，前記撮像レン
   ズと前記微小開口部および前記撮像手段における光軸を
   所定角度ごとに回転する回転手段を備えたことを特徴と
   する請求項１に記載の３次元カメラ。
3. 【請求項３】 前記光束取得手段は，前記撮像レンズに
   対して，複数の微小開口部を有することを特徴とする請
   求項１に記載の３次元カメラ。
4. 【請求項４】 前記光束取得手段の微小開口部に，前記
   撮像レンズと同一光軸上にマイクロレンズを配置するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の３次元カメラ。