JP2006313218A

JP2006313218A - 走査型立体像取り込み装置

Info

Publication number: JP2006313218A
Application number: JP2005135669A
Authority: JP
Inventors: Noriji Ooishi; 則司大石
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2006-11-16

Abstract

【課題】レンチキュラーレンズやレンズシートなどを使って表示する立体像を、スキャナを使ってデジタルデータとして取り込むことを可能にする。
【解決手段】ラインイメージセンサとレンズを走査して画像を取り込むイメージスキャナの光学系に、レンズシートないしレンズアレイを加えて立体画像を取り込むことを可能とした立体像取り込み装置に、さらに投影レンズとリレーレンズを加えることで、装置と被写体の距離をおいて立体像を取り込むことができるようにする。取り込んだ画像データは後加工せずに直接プリントアウトするだけで、レンチキュラーレンズやレンズシートなどを使って表示できる立体画像になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンチキュラーレンズやレンズシート、あるいは特殊なバックライトを使って表示するための立体像を撮影する装置に関する。

従来、レンチキュラーレンズを使って表示する立体像を作成するためには、水平方向にそれぞれ所定の距離を離して置いた複数のカメラを使って被写体を撮影し、撮影された複数の像を画像処理によって縦のストライプ状に分解、並べ替えて作る方法や、印画紙の上にレンチキュラーレンズを重ね、同様に撮影された複数の像をレンチキュラーレンズを通して投影して焼き付ける方法がある。

また、レンズシートを使って表示する立体像の撮影方法にはインテグラルフォトグラフィがあるが、遠近感の逆転する問題を解決するために、撮影した像を再生してもう一度撮影しなければならないという煩雑さがあり、一般に普及するには至っていない。
特開2001-311909号公報特開2003-307800号公報特開2005-010549号公報

本発明の課題はレンチキュラーレンズやレンズシートを使って表示する立体像を直接撮影できる立体像撮影装置を実現することであり、さらに特開2001-311909に示されている装置によって表示する立体像についても直接撮影することを可能とすることである。

本発明者はこれらの課題を解決するものとして、すでに特開2003-307800および特開2005-010549に示した方法を提案した。この方法は特に面積の広い銀塩写真フィルムを使った撮影において良好な結果を示し、自然な立体像を表示できる表現力の高い立体写真を撮影することができたが、記録できる情報量の少ないデジタルカメラでは十分な画質を得ることが困難であった。

さらに本発明者は検討を進め、画像をデジタルデータとして記録し管理するために、デジタルカメラよりも大量のデジタル画像データを取り込むことが可能なイメージスキャナを利用して、立体像をデジタルデータとして取り込む走査型立体像取り込み装置を考案し、特願2004-151435に出願したが、同装置は機能を実現するために最低限必要な基本要素のみを備えたもので、そのままでは撮影する被写体の置き方や照明などの制限が多く、使いにくい点があった。本発明は特願2004-151435の基本原理を生かし、さらに幾つかの構成要素を加え使いやすさを改良したものである。

本発明は基本的に特願2004-151435の装置に投影レンズとリレーレンズを加え、被写体を画像読み取り面から離れた位置に置くことを可能にしたもので、これによって被写体の自由度を増し、照明も容易にするものである。

本発明の請求項１は、面上に凹レンズが並んでなるレンズシートと、被写体の像を該レンズシートに投影する投影レンズと、該レンズシートに面して置かれた固定リレーレンズと、該レンズシートの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ及び該カメラに光を導く移動リレーレンズからなるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該レンズシートに平行で、該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段とからなり、該センサーヘッドを走査して被写体の像を取り込むことを特徴とする立体像取り込み装置である。

本発明の請求項２は、面上に凸レンズが並んでなるレンズシートと、被写体の像を該レンズシートに投影する投影レンズと、該レンズシートに面して置かれた固定リレーレンズと、該レンズシートの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ及び該カメラに光を導く移動リレーレンズからなるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該レンズシートに平行で、該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段とからなり、該センサーヘッドを走査して被写体の像を取り込むことを特徴とする立体像取り込み装置である。

本発明の請求項３は、凹レンズないしシリンドリカル凹レンズが一列に並んだレンズアレイ、該レンズアレイの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ、及び該レンズアレイの前ないし後に置かれ、該カメラに透過光を導く移動リレーレンズによって構成されるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段を有し、該センサーヘッドを走査して像を取り込むスキャナ部と。該スキャナ部の走査によって該レンズアレイが作る面に被写体の像を投影する投影レンズ、及び該投影面に面して置かれた固定リレーレンズを有することを特徴とする立体像取り込み装置である。

本発明の請求項４は、凸レンズないしシリンドリカル凸レンズが一列に並んだレンズアレイ、該レンズアレイの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ、及び該レンズアレイの前ないし後に置かれ、該カメラに透過光を導く移動リレーレンズによって構成されるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段を有し、該センサーヘッドを走査して像を取り込むスキャナ部と。該スキャナ部の走査によって該レンズアレイが作る面に被写体の像を投影する投影レンズ、及び該投影面に面して置かれた固定リレーレンズを有することを特徴とする立体像取り込み装置である。

本発明の走査型立体像取り込み装置によれば、従来複数台のカメラを使って撮影し、さらに後工程を要したレンチキュラー立体写真を、イメージスキャナと同じ要領でデジタルデータとして取り込み、同データをほとんど加工せずに高画質プリンタで印刷して得ることができる。さらに撮影された立体像は見る角度によって不連続に像が切り替わる、いわゆるフリップ現象をほとんど持たない自然な立体像となる。加えてインテグラルフォトグラフィと同様な立体写真についても、同様に遠近感の正しい像をデジタルデータとして取り込み、プリンタで印刷して得ることができる。本発明によれば、特開2001-311909に示されている特殊なバックライトを使った装置で表示する立体像についても、同様の手続きで取り込むことができる。本装置では特願2004-151435にあった被写体の置き方や照明に関する不便さが改善され、時被写体は装置から離れて置くことができるため照明も容易である。

図１に本発明請求項１の立体像撮影装置の光学系を斜視図をもって示す。以下の各実施例はその光学系のみを表し、センサーヘッドを走査する機構や光学系を収納するケース、構造材は省略する。本光学系はラインイメージセンサ１と撮影レンズ２、移動リレーレンズ３とからなり、矢印の方向に走査して画像を取り込むセンサーヘッドと、多数の凹レンズが片面に隙間無く形成されたレンズシート４と固定リレーレンズ５、投影レンズ６の固定光学系からなる。ここでレンズシート４と撮影レンズ２、ラインイメージセンサ１を残し、残りのレンズを取り除くと特願2004-151435の立体像撮影装置になり、本装置はこれに投影レンズ６と二枚のリレーレンズを加えたものになっている。図１の装置においては、被写体７の像が投影レンズ６によってレンズシート４上に投影され、レンズシート４の透過光は撮影レンズ２によってラインイメージセンサ１に投影され、その出力はＡＤ変換されてデジタルデータに変換される。さらにセンサーヘッドは矢印の示す方向に移動して、レンズシート４の全面を走査するようにその透過光のデータを取り込んでゆき平面的な画像データを完成させる。

取り込まれる立体像の視域角は投影レンズ６の口径で制限されるため、投影レンズ６には大口径の厚肉レンズないしフレネルレンズなどが使われる。さらに投影レンズ６からレンズシート４を通る光を効率よくラインイメージセンサ１に導くために二枚のリレーレンズ３と５が置かれている。ここでレンズ３はラインイメージセンサ１と撮影レンズ２に対して相対的に一定の位置に置かれてセンサーヘッドを構成し、これらと共に移動（走査）するためこれを移動リレーレンズと呼び、レンズ５は投影レンズ６やレンズシート４と共に固定されているため固定リレーレンズと呼んで区別する。図２に平面図を示すが、レンズシート４を除いたとき、投影レンズ６の中心を通過する光が二枚のリレーレンズによって撮影レンズ２に集まるようにすれば、投影レンズ６の口径を最大限に生かすことができる。具体的には、移動リレーレンズ３と撮影レンズ２の距離をＡ、固定リレーレンズ５と投影レンズ６の距離をＢとするとき、移動リレーレンズ３の焦点距離をＡに、固定リレーレンズ５の焦点距離をＢに等しくすればよい。なお固定リレーレンズ５とレンズシート４の位置関係は逆にする事も可能で、機能的には変わらない。

請求項１の装置におけるレンズシート４は、図４（ａ）に示す通り片面に多数の凹レンズが並んだもので、このとき取得した画像データをプリントアウトして得られる立体像は、図６に示すようにレンズシート１１を立体像１０に重ねることで、立体感を持って表示することができる。

請求項２の走査型立体像取り込み装置では、図１と同様の装置においてレンズシート４の代わりに、図４（ｂ）に示したような片面に多数の凸レンズが並んで形成されたレンズシートを使用する。このとき取得した画像データをプリントアウトして得られる立体像は、特開2001-311909に記されているバックライトを使った表示装置によって正しい立体像として表示することができる。

図３に請求項３による立体像取り込み装置の光学系を示す。同装置では図１のレンズシート４の代わりに凹レンズの並んだレンズアレイ８が使われるが、レンズアレイ８はラインイメージセンサ１、撮影レンズ２、移動リレーレンズ３とともにセンサーヘッドを構成し、一緒に走査することで一枚のレンチキュラーレンズを通して撮影するのに等しい画像を取り込む。レンズシート４と異なり、センサーヘッドの一部として共に走査するレンズアレイ８は、光線を上下（ｙ軸方向）に屈折、拡散することがないため、投影レンズ９はｙ軸方向には幅を広くとる必要がなく、一方左右（ｘ軸方向）には視域角を大きくするため幅を広くする必要があり、結果としてｘ軸方向に細長い形をしたものになっている。

請求項３の装置におけるレンズアレイ８は、図５（ａ）に示す通り凹レンズが一列に並んだものでも良いし、同図（ｂ）のようにシリンドリカル凹レンズが軸を平行に一列に並んだものでも良い。厳密には（ａ）の方がより好ましいが、取り込まれる画像の違いは僅かであって、レンズのピッチが比較的粗い場合に若干の優劣が分かる程度である。取得した画像データをプリントアウトして得られる立体像は、図７に示すようにレンチキュラーレンズ１３を立体像１２に重ねることで立体感を持って表示することができる。

請求項４の走査型立体像取り込み装置では、図３と同様の装置においてレンズアレイ８の代わりに図５（ｃ）に示したような凸レンズが一列に並んだレンズアレイか、ないしは同図（ｄ）のようにシリンドリカル凸レンズが軸を平行に一列に並んだものを使用する。このとき取得した画像データをプリントアウトして得られる立体像は、特開2001-311909に記されているバックライトを使った表示装置によって正しい立体像として表示することができる。

なお図５ではレンズ部分のみ示したが、実際にはレンズの働きを妨げることのないように、取り付けのための支持部を持つよう一体成形されても一向にかまわない。また図３におけるレンズアレイ８と移動リレーレンズ３の位置関係は入れ替えることが可能で、固定リレーレンズ５の側に移動リレーレンズ３が置かれても、その機能は変わらない。

図８に請求項３ないし請求項４による立体像取り込み装置の実施例を示す。ここでは投影レンズ１７、固定リレーレンズ１５にフレネルレンズを用い、この間にミラー１６を入れて光軸を曲げることで、センサーヘッド１４を水平に走査しつつ、直立した被写体７の立体像を取り込むことを可能にしている。これによりセンサーヘッドを水平に走査する一般のフラットベッドイメージスキャナのメカを、そのまま利用することができるというメリットがある。１４〜１７までは投影レンズ１７の位置に窓を設けた暗箱の中に納められ、被写体７からの光は投影レンズ１７を通して取り込まれる。被写体７の像をセンサーヘッド１４の走査面に投影するために、投影レンズ１７より所定の距離を離して被写体７を置くため、被写体７の周りには十分なスペースができ、照明も容易である。

センサーヘッド１４の断面図を図９に示す。取り込まれた光がミラー２０〜２３で反射しつつ撮影レンズ２４に至り、ラインイメージセンサ２５に投影されるところは通常のイメージセンサのセンサーヘッドと同様である。これにレンズアレイ１８と移動リレーレンズ１９を加えて本発明に使用するセンサーヘッドとなる。移動リレーレンズ１９にフレネルレンズを使えば薄板状にでき、僅かなスペースに納めることができるため、通常のセンサーヘッドに少し手を加えるだけで作ることができる。なおレンズアレイ１８と移動リレーレンズ１９の位置関係は逆にしても機能的には変わらない。

図８の構造は一部の変更で請求項１や請求項２に応用することができる。そのためにはレンズアレイ１８を取り除き、代わりにレンズシートを固定リレーレンズ１５と平行に置けば良い。この時投影レンズ１７は上下にも幅の広いものに代えなければならないが、開口部が大きくなった分暗箱に侵入する余計な光も増えるため、これが悪い影響を与えないよう、照明の位置を工夫するなどの対策が必要になる場合がある。

本発明によれば、動きのない被写体の立体像を、スキャナで原稿を読み取るのと同様な簡便さで取り込むことができ、得られた画像データをそのまま高画質プリンタでプリントアウトすれば、レンチキュラーレンズないしレンズシートを備えたフォトフレームに入れて立体写真を楽しむことができる。立体画像はデジタルデータとして取り込まれるため、パソコンを利用して容易に管理することができ、ユーザーが自己完結した方法で立体写真を享受することが可能である。

本発明は看板、ポスターなどを制作するための業務用の商品として製品化しても良いが、パソコンや高画質プリンターなど必要な機材が一般に普及している現在では、個人ユーザー向けの商品として製品化することも十分可能である。

請求項１による立体像取り込み装置の光学系である。図１に示した光学系の平面図である。請求項３による立体像取り込み装置の光学系である。請求項１及び請求項２の立体像取り込み装置に使われるレンズシートの例である。請求項３及び請求項４の立体像取り込み装置に使われるレンズアレイの例である。請求項１による撮影像を表示する立体像表示装置の例である。請求項３による撮影像を表示する立体像表示装置の例である。請求項３による立体像取り込み装置の実施例である。図８に使われているセンサーヘッド１４の内部を説明する断面図である。

符号の説明

１・・・ラインイメージセンサ
２・・・撮影レンズ
３・・・移動リレーレンズ
４・・・凹レンズの並んだレンズシート
５・・・固定リレーレンズ
６・・・投影レンズ
７・・・被写体
８・・・凹レンズの並んだレンズアレイ
９・・・投影レンズ
１０・・・取り込んだ画像データを印刷したもの
１１・・・凸レンズの並んだレンズシート
１２・・・取り込んだ画像データを印刷したもの
１３・・・レンチキュラーレンズ
１４・・・センサーヘッド
１５・・・固定リレーレンズ（フレネルレンズ）
１６・・・ミラー
１７・・・投影レンズ（フレネルレンズ）
１８・・・レンズアレイ
１９・・・移動リレーレンズ（フレネルレンズ）
２０〜２３・・・ミラー
２４・・・撮影レンズ
２５・・・ラインイメージセンサ

Claims

面上に凹レンズが並んでなるレンズシートと、被写体の像を該レンズシートに投影する投影レンズと、該レンズシートに面して置かれた固定リレーレンズと、該レンズシートの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ及び該カメラに光を導く移動リレーレンズからなるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該レンズシートに平行で、該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段とからなり、該センサーヘッドを走査して被写体の像を取り込むことを特徴とする立体像取り込み装置。
面上に凸レンズが並んでなるレンズシートと、被写体の像を該レンズシートに投影する投影レンズと、該レンズシートに面して置かれた固定リレーレンズと、該レンズシートの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ及び該カメラに光を導く移動リレーレンズからなるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該レンズシートに平行で、該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段とからなり、該センサーヘッドを走査して被写体の像を取り込むことを特徴とする立体像取り込み装置。
凹レンズないしシリンドリカル凹レンズが一列に並んだレンズアレイ、該レンズアレイの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ、及び該レンズアレイの前ないし後に置かれ、該カメラに透過光を導く移動リレーレンズによって構成されるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段を有し、該センサーヘッドを走査して像を取り込むスキャナ部と。該スキャナ部の走査によって該レンズアレイが作る面に被写体の像を投影する投影レンズ、及び該投影面に面して置かれた固定リレーレンズを有することを特徴とする立体像取り込み装置。
凸レンズないしシリンドリカル凸レンズが一列に並んだレンズアレイ、該レンズアレイの透過光をラインイメージセンサに投影して撮影するカメラ、及び該レンズアレイの前ないし後に置かれ、該カメラに透過光を導く移動リレーレンズによって構成されるセンサーヘッドと、該センサーヘッドを該ラインイメージセンサに垂直な方向に移動する手段を有し、該センサーヘッドを走査して像を取り込むスキャナ部と。該スキャナ部の走査によって該レンズアレイが作る面に被写体の像を投影する投影レンズ、及び該投影面に面して置かれた固定リレーレンズを有することを特徴とする立体像取り込み装置。