JP4637511B2

JP4637511B2 - 走査型立体像取り込み装置

Info

Publication number: JP4637511B2
Application number: JP2004184356A
Authority: JP
Inventors: 則司大石
Original assignee: 則司大石
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: JP2006010787A

Description

本発明は、レンチキュラーレンズや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。
特開2001-311909号公報特開2003-307800号公報

本発明の課題はレンチキュラーレンズを使って表示する立体像を直接得ることができる立体像取り込み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得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および特願2003-175775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。

近年、画像をデジタルデータとして記録し管理することが一般的になり、また立体像を印刷するのに適した高解像度プリンタも低価格になって一般に多く普及するようになった。立体像もデジタルデータとして扱うことが望まれるが、上記した通り現在のデジタルカメラ技術で実用的な立体像を撮影するのは困難であるため、いったん銀塩写真で撮影したものをフィルムスキャナで読み取り、デジタルデータに変換する等の方法をとらざるを得ず面倒である。そこでさらに検討を進めた結果、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するに至った。本発明は動きのある被写体を撮影するのが困難であるなど制限はあるものの、銀塩写真を使った従来の撮影法に比べ遥かに簡単に立体像を楽しむことができ、比較的小さな被写体を撮影する際には特に有効である。

本発明の請求項１は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、軸を平行に多数並べたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの片方の端面に面して置かれたラインイメージセンサとからなる線画像読み取りユニットを、読み取りラインと垂直な方向に走査して２次元的な画像を取り込む装置であって、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期をＰとすると、該ロッドレンズの長さＬはＰ／２＜Ｌ＜Ｐであって、各ロッドレンズが該ラインイメージセンサとは反対の端面側にある被写体の正立像を、隣り合うロッドレンズの像が互いに重なり合わずに該ラインイメージセンサ上に縮小投影するように、ロッドレンズアレイの端面と該ラインイメージセンサが密着ないし接近して置かれてい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２は、請求項１に記載の装置において、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの長さＬが３Ｐ／４であ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３は、屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、軸を平行に多数並べたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの片方の端面に面して置かれたラインイメージセンサとからなる線画像読み取りユニットを、読み取りラインと垂直な方向に走査して２次元的な画像を取り込む装置であって、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期をＰとすると、該ロッドレンズの長さＬは０＜Ｌ＜Ｐ／２であって、各ロッドレンズが該ラインイメージセンサとは反対の端面側にある被写体の倒立像を、隣り合うロッドレンズの像が互いに重なり合わずに該ラインイメージセンサ上に縮小投影するように、ロッドレンズアレイの端面と該ラインイメージセンサが密着ないし接近して置かれてい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、請求項３に記載の装置において、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの長さＬがＰ／４であ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５は、請求項１〜請求項４に記載の装置において、線画像読み取りユニットの走査に伴い、読み取りラインに垂直な面内において、ロッドレンズの光軸が常に被写体とは反対の側の一点を通るように、該線画像読み取りユニットが回転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。さらに本発明によれば、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。

図１に本発明請求項１の立体像取り込み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、線画像取り込みユニットを走査する機構や光学系を収納するケースや構造材は省略する。本光学系は屈折率分布型ロッドレンズ１が、遮光材３に側面が覆われるようにアレイ状に並んだロッドレンズアレイとラインイメージセンサ２からなる線画像読み取りユニットと、同ユニットを矢印方向に移動する手段とからなり、ラインイメージセンサ２には各ロッドレンズ１により被写体４の縮小像が並んで投影され、これを矢印の示す方向に走査して平面的な画像データを取り込む。なお同図ではロッドレンズの数が少なく表示されているが、実際には数十〜数百本が並べられる。

図２に線画像読み取りユニットの部分平面図を示す。屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズ中を伝搬する光線は、その屈折率分布によって決まる所定の周期Ｐを持った光路を描くことが知られており、その長さＬがＰ／２＜Ｌ＜Ｐであれば、片方の端面の側にある被写体の正立像がもう一方の端面から投影される性質をもつ。請求項１では被写体がラインイメージセンサの受光素子アレイ５に縮小投影される条件で使用するが、Ｌが３Ｐ／４に等しい（請求項２）かそれに近い値のとき容易にこの条件を満たすことができる。一本のロッドレンズが投影する像の明るさの分布は図２中に示したintensityのグラフのようになるが、各ロッドレンズによる像がロッドレンズのピッチｗの幅内に収まり、隣り合う像と重ならないようにしなければならない。このため受光素子アレイ５をロッドレンズ端面に密着させる配置をとっても良いが、それでは像と像の間に間隔ができて利用されない受光素子ができてしまうため、実際には短い距離Ａをとって隙間無く像が並ぶようにするのが好ましい。受光素子アレイ５にはＡ＜＜Ｂである距離Ｂだけ離れた位置にピントが合うように投影される。

線画像読み取りユニットは図１の矢印の方向、すなわち読み取りラインに垂直な方向に走査してデータを取り込み平面的な画像データを得る。この画像はロッドレンズのピッチｗの幅の細長い像が並んだものとなり、これをプリントアウトしたものは、図３に示すようにレンチキュラーレンズ７を印刷画像６に重ねることで正しい立体感を持って表示することができるが、このとき細長い像のピッチがレンチキュラーレンズのピッチに一致するように倍率を合わせて印刷しなければならない。本装置で取得される画像データの画素数は、特開2003-307800に示された平面的な撮像素子を使って得られる立体像の画素数の限界を大きく上回ることができる。

本発明請求項１に使われる線画像読み取りユニットは、部品も構造も市販のイメージスキャナに使われている密着型イメージセンサと類似している。ロッドレンズアレイとラインイメージセンサを使った一般的な密着型イメージセンサの部分図を図７に示す。使用されるロッドレンズ１の長さＬはＰ／２＜Ｌ＜Ｐで実際には３Ｐ／４に近い値であり、受光素子アレイ５に正立像を投影するが、ロッドレンズの端面から受光素子アレイ５までの距離Ｄは、被写体である原稿１２からロッドレンズの他方の端面までの距離と等しく、等倍像が投影される。さらに距離Ｄは先ほどのＡより大きく、各ロッドレンズによる像の明るさの分布は、intensityのグラフのようにロッドレンズのピッチｗの幅を越えて広がり、隣り合う像と重なることで連続する等倍像を形成している。

図２と図７を比較すれば解るように、一般的な密着型イメージセンサと本発明の線画像読み取りユニットの相違点は、ロッドレンズの端面から受光素子アレイ５までの距離のみである。このように本発明の線画像読み取りユニットは市販の密着型イメージセンサと同じ部品と製造手段をもって容易に製造することができ、さらに線画像読み取りユニットを走査する機構も市販のイメージスキャナのものを使えることからも本発明の実施が極めて容易であることがわかる。既存の密着型イメージセンサにロッドレンズアレイとラインイメージセンサの距離を可変する機構を加え、平面的な原稿と立体像の両方が取り込めるイメージスキャナとすることもできる。

本発明の請求項３は、使用するロッドレンズの長さが請求項１と異なる点を除き図１の構成がそのまま適用できる。図４に請求項３に使われる線画像読み取りユニットの部分平面図を示す。ロッドレンズ８は、長さＬが０＜Ｌ＜Ｐ／２であれば片方の端面の側にある被写体の倒立像がもう一方の端面から投影される性質をもつ。請求項３では被写体がラインイメージセンサの受光素子アレイ５に縮小投影される条件で使用するが、ＬがＰ／４に等しい（請求項４）かそれに近い値のとき容易にこの条件を満たすことができる。請求項１と同様に一本のロッドレンズによる像の明るさの分布がロッドレンズのピッチｗの幅内に収まり、隣り合う像と重ならないように受光素子アレイ５はロッドレンズ端面に密着させるか、短い距離Ａをとって像が隙間無く像が並ぶようにするのが好ましい。受光素子アレイ５にはＡ＜＜Ｂである距離Ｂだけ離れた位置にピントが合うように投影される。

この線画像読み取りユニットを走査して得られる画像は、請求項１と同様にロッドレンズのピッチｗの幅の細長い像が並んだものとなるが、これを図３の表示法を使って表示すると遠近の逆転した立体像となり好ましくない。請求項３によって得られる立体像は、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によって正しい立体感をもって表示することができる。

請求項１〜請求項４の立体像取り込み装置のより具体的な実施形態を図６に示す。被写体は透明な板１１の上に置かれ、線画像読み取りユニット９を、この下で矢印の方向に走査して画像が取り込まれる。線画像読み取りユニット９には照明光源１０が備えられている。照明光源１０は密着型イメージセンサに用いられるものと同様で３色のＬＥＤアレイや蛍光管などであるが、通常の密着型イメージセンサとは異なり、読み取りラインからやや離れて置かれるのが好ましい。一般の密着型イメージセンサでは読み取りラインの付近に置かれているが、立体像にはある程度の奥行きが必要であるため、明るさが遠近に強く依存する照明光源の配置は好ましくない。さらに被写体に陰を作らないために、一対を読み取りラインの両側に置くのが好ましい。

以上説明した立体像取り込み装置で得られる立体像は、読み取りラインに垂直な方向（縦方向）には遠近感を持たないが、特に奥行きが深い立体像であれば縦方向についても、手前のものが大きく奥に行くほど小さく見える遠近法的な遠近が感じられる画像であることがより好ましい。

図５を使って本発明の請求項５を説明する。図５は読み取りラインに垂直な面内において、走査に伴い線画像読み取りユニットの傾斜が変化する様子を表したものである。線画像読み取りユニットはロッドレンズの光軸が常に被写体とは反対の側の一点（以下縦視点と呼ぶ）を通るように、ゆっくり回転しつつ矢印の方向に走査される。このようにして取得された立体像は、縦方向に縦視点からみた遠近法的な大小関係を有する立体像となる。

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。

請求項１による立体像取り込み装置の実施例である。図１の装置の部分拡大図である。請求項１によって得られた立体像を表示する立体像表示装置の例である。請求項３の実施例の部分拡大図である。請求項５の説明図である。本発明の具体的な実施形態を表す図である。一般的な密着型イメージセンサの部分拡大図である。

符号の説明

１・・・屈折率分布型ロッドレンズ
２・・・ラインイメージセンサ
３・・・遮光材
４・・・被写体
５・・・受光素子アレイ５
６・・・取得した立体像を印刷したもの
７・・・レンチキュラーレンズ
８・・・屈折率分布型ロッドレンズ
９・・・線画像読み取りユニット
１０・・・照明光源
１１・・・透明な板
１２・・・原稿面

Claims

屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、軸を平行に多数並べたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの片方の端面に面して置かれたラインイメージセンサとからなる線画像読み取りユニットを、読み取りラインと垂直な方向に走査して２次元的な画像を取り込む装置であって、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期をＰとすると、該ロッドレンズの長さＬはＰ／２＜Ｌ＜Ｐであって、各ロッドレンズが該ラインイメージセンサとは反対の端面側にある被写体の正立像を、隣り合うロッドレンズの像が互いに重なり合わずに該ラインイメージセンサ上に縮小投影するように、ロッドレンズアレイの端面と該ラインイメージセンサが密着ないし接近して置かれていることを特徴とする立体像取り込み装置。
請求項１に記載の装置において、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの長さＬが３Ｐ／４であることを特徴とする立体像取り込み装置。
屈折率が中心から周辺に向かって２次曲線的に下がる屈折率分布型ロッドレンズを、軸を平行に多数並べたロッドレンズアレイと、該ロッドレンズアレイの片方の端面に面して置かれたラインイメージセンサとからなる線画像読み取りユニットを、読み取りラインと垂直な方向に走査して２次元的な画像を取り込む装置であって、該ロッドレンズ中を伝搬する光線の光路が示す周期をＰとすると、該ロッドレンズの長さＬは０＜Ｌ＜Ｐ／２であって、各ロッドレンズが該ラインイメージセンサとは反対の端面側にある被写体の倒立像を、隣り合うロッドレンズの像が互いに重なり合わずに該ラインイメージセンサ上に縮小投影するように、ロッドレンズアレイの端面と該ラインイメージセンサが密着ないし接近して置かれていることを特徴とする立体像取り込み装置。
請求項３に記載の装置において、ロッドレンズアレイの各ロッドレンズの長さＬがＰ／４であることを特徴とする立体像取り込み装置。
請求項１〜請求項４に記載の装置において、線画像読み取りユニットの走査に伴い、読み取りラインに垂直な面内において、ロッドレンズの光軸が常に被写体とは反対の側の一点を通るように、該線画像読み取りユニットが回転することを特徴とする立体像取り込み装置。