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JP5452800B2 - Stereoscopic imaging device - Google Patents
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JP5452800B2 - Stereoscopic imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、被写体の立体像を撮影する立体像撮影装置に関する。   The present invention relates to a stereoscopic image capturing apparatus that captures a stereoscopic image of a subject.

従来から、被写体の立体像を撮影する発明が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。この特許文献1に記載の発明は、平面状に配列された凸レンズ群あるいはピンホール群を用いたインテグラルフォトグラフィ方式により、撮影を行うものである。また、特許文献2に記載の発明は、被写体からの光を光分離手段により2つに分離して、2つの撮影カメラで撮影を行うものである。   Conventionally, an invention for photographing a stereoscopic image of a subject has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The invention described in Patent Document 1 performs photographing by an integral photography system using convex lens groups or pinhole groups arranged in a plane. In the invention described in Patent Document 2, light from a subject is separated into two by a light separating means, and photographing is performed with two photographing cameras.

特許3836550号公報(特開平10−150675号公報)Japanese Patent No. 3836550 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-150675) 特許3676916号公報(特開平11−98532号公報)Japanese Patent No. 3676916 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-98532)

しかし、特許文献1に記載の発明は、多視点画像を撮影する場合、視点数と同じ数の撮影カメラが必要になり、その構成が複雑になるという問題がある。特に、特許文献1に記載の発明では、輻輳させて多視点画像を撮影(同一被写体を複数台の撮影カメラで撮影)する場合、それぞれの撮影カメラが被写体の方向を向くように、精度良く調整するのが困難であるという問題もある。
また、特許文献2に記載の発明は、光を分離する光分離手段と、2つの撮影カメラとが必要になり、その構成が複雑になるという問題がある。
However, the invention described in Patent Document 1 has a problem that, when shooting a multi-viewpoint image, the number of shooting cameras is the same as the number of viewpoints, and the configuration is complicated. In particular, in the invention described in Patent Document 1, when multi-viewpoint images are taken with convergence (the same subject is shot with a plurality of shooting cameras), the respective shooting cameras are adjusted accurately so that they face the direction of the subject. There is also a problem that it is difficult to do.
Further, the invention described in Patent Document 2 requires a light separating means for separating light and two photographing cameras, and there is a problem that the configuration is complicated.

そこで、本発明は、簡易な構成で調整が容易な立体像撮影装置を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a three-dimensional image photographing device that can be easily adjusted with a simple configuration.

前記した課題を解決するため、本願第1発明に係る立体像撮影装置は、被写体の側に配置された1つの平凸レンズと、前記凸レンズに対面して屈折率分布レンズを2次元状に配置したレンズアレイと、前記レンズアレイに対面して前記被写体の要素画像を撮影する撮像素子とを備える立体像撮影装置であって、前記凸レンズは、前記被写体の側に形成された凸面と、前記凸面に対向する平坦面とを備え、前記レンズアレイは、水平方向および垂直方向の長さが、前記平凸レンズと同じであり、前記屈折率分布レンズは、一方の端面が前記凸レンズの平坦面に当接すると共に、前記凸レンズを介して入射した前記被写体からの入射光を、前記一方の端面に対向する他方の端面に前記被写体の要素画像として結像させ、前記撮像素子は、前記被写体の要素画像を撮影する撮影面が前記屈折率分布レンズの他方の端面に当接すると共に、前記屈折率分布レンズの他方の端面に結像した前記被写体の要素画像を撮影することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a stereoscopic image photographing apparatus according to the first invention of the present application has a plano- convex lens arranged on the subject side and a refractive index distribution lens arranged two-dimensionally facing the plano- convex lens. A stereoscopic image capturing apparatus comprising: the lens array; and an imaging element that captures an elemental image of the subject facing the lens array, wherein the plano- convex lens includes a convex surface formed on the subject side, And the lens array has the same horizontal and vertical lengths as the plano-convex lens, and the refractive index distribution lens has one end surface which is a flat surface of the plano- convex lens. a abuts against the incident light from the subject entering through the plano-convex lens, wherein an image is formed as an element image while the other opposite the end face of the object to the end surface, said imaging device, A photographing surface for photographing an elemental image of a subject is in contact with the other end surface of the refractive index distribution lens, and an elemental image of the subject formed on the other end surface of the refractive index distribution lens is photographed. To do.

かかる構成によれば、立体像撮影装置は、凸レンズによって、被写体からの入射光を並行光として屈折率分布レンズのそれぞれに出射する。そして、立体像撮影装置は、屈折率分布レンズによって、一方の端面に入射した並行光(入射光)を周期的に蛇行させながら、他方の端面に結像させる。さらに、立体像撮影装置は、撮像素子によって、屈折率分布レンズに結像した被写体の要素画像を撮影する。
これによって、立体像撮影装置は、複数台の撮影カメラ、および、光分離手段(例えば、プリズム、ハーフミラー)を用いることなく、被写体の要素画像を撮影することができる。また、立体像撮影装置は、それ一台で撮影を行えるため、複数台の撮影カメラを被写体に向けるような複雑な調整を必要としない。
According to this configuration, the stereoscopic image capturing apparatus emits incident light from the subject as parallel light to each of the refractive index distribution lenses by the plano- convex lens. Then, the stereoscopic image photographing device forms an image on the other end surface while periodically meandering the parallel light (incident light) incident on the one end surface by the refractive index distribution lens. Further, the stereoscopic image capturing device captures an element image of the subject formed on the gradient index lens by the image sensor.
Accordingly, the stereoscopic image capturing apparatus can capture an element image of a subject without using a plurality of imaging cameras and light separating means (for example, a prism and a half mirror). In addition, since the three-dimensional image capturing apparatus can capture a single image, it does not require complicated adjustments such that a plurality of photographing cameras are directed toward the subject.

また、本願第2発明に係る立体像撮影装置は、前記屈折率分布レンズが、光軸方向の長さが、当該屈折率分布レンズに入射した入射光の蛇行周期の(2n−1)/4であることを特徴とする(但し、nは1以上の整数)。
かかる構成によれば、立体像撮影装置は、屈折率分布レンズの他方の端面に、被写体の要素画像を正立像又は倒立像として結像させることができる。
In the stereoscopic image photographing device according to the second invention of the present application, the refractive index distribution lens has a length in the optical axis direction of (2n−1) / 4 of the meandering period of incident light incident on the refractive index distribution lens. (Where n is an integer of 1 or more).
According to such a configuration, the stereoscopic image capturing apparatus can form an element image of the subject as an erect image or an inverted image on the other end face of the gradient index lens.

なお、本願第3,4発明に係る立体像撮影装置は、前記屈折率分布レンズにおいて、光軸方向の長さが、当該屈折率分布レンズに入射した入射光の蛇行周期の1/4又は3/4である。
かかる構成によれば、立体像撮影装置は、屈折率分布レンズを最短として、被写体の要素画像を正立像又は倒立像として撮影することができる。
In the three-dimensional image photographing device according to the third and fourth inventions of the present application, in the refractive index distribution lens, the length in the optical axis direction is 1/4 or 3 of the meandering period of incident light incident on the refractive index distribution lens. / 4.
According to such a configuration, the stereoscopic image capturing apparatus can capture the element image of the subject as an erect image or an inverted image with the refractive index distribution lens as the shortest.

また、本願第5発明に係る立体像撮影装置は、前記撮像素子が撮影した被写体の要素画像から、予め設定された2つの被写体の要素画像を選択する要素画像選択手段をさらに備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、立体像撮影装置は、撮像素子で撮影された全ての要素画像から、2つの要素画像をステレオ画像(右眼用画像および左眼用画像)として選択することができる。
The stereoscopic image capturing device according to the fifth aspect of the present invention further includes element image selection means for selecting two preset element images of the subject from the element images of the subject captured by the image sensor. To do.
According to such a configuration, the stereoscopic image capturing apparatus can select two element images as stereo images (right-eye image and left-eye image) from all the element images captured by the image sensor.

本発明に係る立体像撮影装置は、以下のような優れた効果を奏する。
本願第1発明は、複数台の撮影カメラおよび光分離手段を用いることなく被写体の要素画像を撮影でき、簡易な構成にすることができる。また、本願第1発明は、複数台の撮影カメラを被写体に向けるような複雑な調整を必要とせず、その調整が容易である。
The three-dimensional image photographing device according to the present invention has the following excellent effects.
According to the first invention of the present application, an element image of a subject can be photographed without using a plurality of photographing cameras and light separating means, and a simple configuration can be achieved. Further, the first invention of the present application does not require complicated adjustments such that a plurality of photographing cameras are directed toward the subject, and the adjustment is easy.

本願第2発明は、被写体の倒立像又は正立像を撮影することができる。
本願第3,4発明は、屈折率分布レンズを最短とした簡易な構成で、被写体の倒立像又は正立像を撮影することができる。
本願第5発明は、撮像素子で撮影された全ての要素画像からステレオ画像を選択できるので、2眼式の立体視に適用することができる。
The second invention of the present application can capture an inverted image or an erect image of a subject.
According to the third and fourth inventions of the present application, an inverted image or an erect image of a subject can be taken with a simple configuration with a minimum gradient index lens.
The fifth invention of the present application can be applied to binocular stereoscopic vision because a stereo image can be selected from all the element images photographed by the image sensor.

本発明の第1実施形態に係る立体像撮影装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the stereo image imaging device which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)は図1の立体像撮影装置を被写体方向から見たときの正面図であり、(b)は(a)のX−X’断面図であり、(c)は(a)のY−Y’断面図である。(A) is a front view when the stereoscopic image photographing apparatus of FIG. 1 is viewed from the subject direction, (b) is a cross-sectional view taken along line XX ′ of (a), and (c) is Y of (a). It is -Y 'sectional drawing. 本発明の第2実施形態に係る立体像撮影装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the stereo image imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段及び同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each embodiment, means having the same function and the same member are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

(第1実施形態)
図1および図2を参照し、本発明の第1実施形態に係る立体像撮影装置の構成を説明する。この第1実施形態では、本発明に係る立体像撮影装置の一例として、立体顕微鏡装置1を説明する。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the three-dimensional image photographing device according to the first embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, a stereoscopic microscope apparatus 1 will be described as an example of a stereoscopic image capturing apparatus according to the present invention.

なお、図1では、被写体Aからの入射光は破線矢印で図示した。また、図1の符号αは屈折率分布レンズ14の他方の端面14bに結像した被写体Aの要素画像である。
また、図2では、説明を簡易にするために、撮像素子駆動回路11および多視点・立体像信号処理手段17等の一部構成の図示を省略した。
In FIG. 1, incident light from the subject A is illustrated by a broken-line arrow. 1 is an element image of the subject A formed on the other end surface 14b of the gradient index lens 14.
Further, in FIG. 2, in order to simplify the description, illustration of a part of the configuration such as the image sensor driving circuit 11 and the multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing unit 17 is omitted.

[立体顕微鏡装置の構成]
立体顕微鏡装置1は、被写体Aの立体像を撮影するものであり、撮像素子駆動回路11と、凸レンズ12と、レンズアレイ13と、撮像素子15と、多視点・立体像信号処理手段17と、要素画像選択手段18と、多視点・立体像モニタ19と、2眼式立体像モニタ20とを備える。
[Configuration of stereo microscope apparatus]
The stereoscopic microscope apparatus 1 captures a stereoscopic image of a subject A, and includes an imaging element driving circuit 11, a convex lens 12, a lens array 13, an imaging element 15, a multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing unit 17, An element image selection means 18, a multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 19, and a binocular stereoscopic image monitor 20 are provided.

撮像素子駆動回路11は、後記する撮像素子15を駆動するIC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)等の電子回路である。この撮像素子駆動回路11は、従来と同様のものであるため、詳細な説明を省略する。   The image sensor driving circuit 11 is an electronic circuit such as an IC (Integrated Circuit) or an LSI (Large Scale Integration) that drives an image sensor 15 described later. Since this image sensor driving circuit 11 is the same as the conventional one, detailed description thereof is omitted.

凸レンズ12は、被写体Aの側に配置されており、被写体Aの側に形成された凸面12aと、この凸面12aに対向する平坦面12bとを備える。ここで、凸レンズ12は、例えば、図2(a)に示すように、被写体Aの側から見ると四角形状となり、図2(b)に示すように、X−X’断面(水平方向)で凸状となり、図2(c)に示すように、Y−Y’断面(垂直方向)で凸状となる平凸レンズである。   The convex lens 12 is disposed on the subject A side, and includes a convex surface 12a formed on the subject A side and a flat surface 12b facing the convex surface 12a. Here, for example, as shown in FIG. 2A, the convex lens 12 has a quadrangular shape when viewed from the subject A side. As shown in FIG. 2B, the convex lens 12 has a cross section along the line XX ′ (horizontal direction). As shown in FIG. 2C, the plano-convex lens has a convex shape in the YY ′ cross section (vertical direction).

レンズアレイ13は、凸レンズ12に対面するように、ラジアル型の屈折率分布レンズ(GRINレンズ)14を2次元状に配置したものである。また、レンズアレイ13は、例えば、その水平方向および垂直方向の長さが、凸レンズ12と同じになるように形成される。ここでは、説明を簡易にするために、レンズアレイ13は、水平方向および垂直方向にそれぞれ6個の屈折率分布レンズ14を備えることとする。   In the lens array 13, a radial type refractive index distribution lens (GRIN lens) 14 is two-dimensionally arranged so as to face the convex lens 12. In addition, the lens array 13 is formed so that, for example, the horizontal and vertical lengths thereof are the same as those of the convex lens 12. Here, in order to simplify the explanation, the lens array 13 includes six refractive index distribution lenses 14 in the horizontal direction and the vertical direction, respectively.

屈折率分布レンズ14は、それぞれ、一方の端面14aが凸レンズ12の平坦面12bに当接し、他方の端面14bが後記する撮像素子15の撮影面15aに当接するように配置される。ここで、屈折率分布レンズ14は、例えば、UV接着剤を用いて、一方の端面14aが凸レンズ12の平坦面12bに接着され、他方の端面14bが撮像素子15の撮影面15aに接着される。さらに、屈折率分布レンズ14は、光軸方向の長さLが、屈折率分布レンズ14に入射した入射光の蛇行周期の1/4となるように形成される。
なお、光軸方向の長さLは、図2(b),(c)に示すように、屈折率分布レンズ14において、一方の端面14aから他方の端面14bまでの長さとなる。
Each of the refractive index distribution lenses 14 is arranged such that one end surface 14a abuts on the flat surface 12b of the convex lens 12 and the other end surface 14b abuts on the imaging surface 15a of the image sensor 15 described later. Here, the refractive index distribution lens 14 is bonded to the flat surface 12b of the convex lens 12, and the other end surface 14b is bonded to the imaging surface 15a of the image sensor 15, for example, using UV adhesive. . Further, the refractive index distribution lens 14 is formed such that the length L in the optical axis direction is ¼ of the meandering period of incident light incident on the refractive index distribution lens 14.
The length L in the optical axis direction is the length from one end face 14a to the other end face 14b in the gradient index lens 14, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c).

また、屈折率分布レンズ14は、光軸中心に近づく程、屈折率が高くなるため、入射光が蛇行し、他方の端面で結像するようなレンズ効果を持つ。この原理は、1964年、D.MARCUSEらによって見出され、その詳細は、「The Bell System Technical Journal.(July,1964)」等に記載されている。   Further, since the refractive index distribution lens 14 has a higher refractive index as it approaches the center of the optical axis, it has a lens effect that incident light meanders and forms an image on the other end face. This principle is described in 1964 by D.C. MARCUSE et al., And details thereof are described in “The Bell System Technical Journal. (July, 1964)” and the like.

ここで、凸レンズ12と屈折率分布レンズ14とによる結合倍率Mは、下記の式(1)で表されるように、屈折率分布レンズ14の焦点距離fと、被写体距離aとの比となる。 Here, coupling magnification M t by a convex lens 12 and the refractive index distribution lens 14, as represented by the following formula (1), the focal length f r of the refractive index distribution lens 14, the object distance a 1 It becomes a ratio.

=−f/a・・・式(1)
つまり、式(1)において、焦点距離fは、屈折率分布レンズ14の光軸方向の長さLとなる。また、被写体距離aは、凸レンズ12の主点から被写体Aまでの距離である。
M t = −f r / a 1 Formula (1)
That is, in Expression (1), the focal length fr is the length L of the gradient index lens 14 in the optical axis direction. The subject distance a 1 is a distance from the principal point of the convex lens 12 to the subject A.

従って、立体顕微鏡装置1は、結合倍率Mが凸レンズ12の焦点距離fに影響されないため、その設計を柔軟にすることができる。また、立体顕微鏡装置1は、凸レンズ12の傷やごみの影響を受けずに撮影を行うことができる。 Therefore, the stereomicroscope device 1 can be designed flexibly because the coupling magnification M t is not affected by the focal length f 0 of the convex lens 12. In addition, the stereoscopic microscope apparatus 1 can perform imaging without being affected by scratches or dust on the convex lens 12.

撮像素子15は、屈折率分布レンズ14の他方の端面14bに結像した被写体Aの要素画像を撮影するCCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の受光素子である。また、撮像素子15は、レンズアレイ13に対面するように、被写体Aの要素画像を撮影する撮影面(受光面)15aが屈折率分布レンズ14の他方の端面14bに当接するように配置される。そして、撮像素子15は、撮影した被写体Aの要素画像のそれぞれを後記する多視点・立体像信号処理手段17に出力する。   The imaging element 15 is a light receiving element such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) that captures an elemental image of the subject A formed on the other end face 14b of the gradient index lens 14. Further, the imaging element 15 is disposed so that the imaging surface (light receiving surface) 15 a for capturing the elemental image of the subject A is in contact with the other end surface 14 b of the gradient index lens 14 so as to face the lens array 13. . Then, the imaging device 15 outputs each of the captured element images of the subject A to the multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing means 17 described later.

また、撮像素子15は、例えば、その水平方向および垂直方向の長さを、凸レンズ12およびレンズアレイ13と同一にする。
また、撮像素子15は、例えば、屈折率分布レンズ14と1対1で対応するように要素画像ブロック16を備える。この要素画像ブロック16は、多数の画素(例えば、数百個以上)で構成されている。ここでは、説明を簡易にするために、撮像素子15は、水平方向および垂直方向にそれぞれ6個の要素画像ブロック16を備えることとする。
Further, for example, the imaging element 15 has the same horizontal and vertical lengths as the convex lens 12 and the lens array 13.
In addition, the image sensor 15 includes an element image block 16 so as to correspond to the gradient index lens 14 on a one-to-one basis, for example. The element image block 16 is composed of a large number of pixels (for example, several hundred or more). Here, in order to simplify the description, the imaging device 15 includes six element image blocks 16 in the horizontal direction and the vertical direction, respectively.

多視点・立体像信号処理手段17は、撮像素子15から入力された要素画像に対して、多視点立体表示を行うための信号処理を施すものである。例えば、多視点・立体像信号処理手段17は、入力された要素画像を縦横に配列した多視点画像(被写体Aの立体画像)を生成して、この多視点画像を多視点・立体像モニタ19に出力する。
また、多視点・立体像信号処理手段17は、入力された全ての要素画像を要素画像選択手段18に出力する。
The multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing means 17 performs signal processing for performing multi-viewpoint stereoscopic display on the element image input from the image sensor 15. For example, the multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing means 17 generates a multi-viewpoint image (stereoscopic image of the subject A) in which the input element images are arranged vertically and horizontally, and the multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 19 Output to.
In addition, the multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing unit 17 outputs all input element images to the element image selection unit 18.

要素画像選択手段18は、多視点・立体像信号処理手段17から被写体Aの要素画像がそれぞれ入力されると共に、この被写体Aの要素画像から予め設定された2つの要素画像を選択するものである。そして、要素画像選択手段18は、選択した2つの要素画像をステレオ画像として2眼式立体像モニタ20に出力する。   The element image selection means 18 receives the element images of the subject A from the multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing means 17 and selects two preset element images from the element images of the subject A. . Then, the element image selection means 18 outputs the selected two element images to the binocular stereoscopic image monitor 20 as a stereo image.

ここで、立体顕微鏡装置1の利用者が、例えば、被写体Aの大きさ、被写体Aから立体顕微鏡装置1までの距離、および、2眼式立体像モニタ20の大きさに応じて、目視により被写体Aを観察しやすい要素画像を2つ選択するように、予め設定することができる。2つの要素画像をどのように選択するか特に制限されず、例えば、垂直方向で中央に位置し、かつ、水平方向に最も離れた2つの要素画像を選択するように、予め設定してもよい。また、例えば、互いに斜めに位置する要素画像を2つ選択するように、予め設定してもよい。   Here, the user of the stereoscopic microscope device 1 visually observes the subject according to the size of the subject A, the distance from the subject A to the stereoscopic microscope device 1, and the size of the binocular stereoscopic image monitor 20, for example. It can be set in advance so that two element images that are easy to observe A are selected. There is no particular limitation on how to select two element images. For example, the two element images may be set in advance so as to select two element images that are located in the center in the vertical direction and that are farthest in the horizontal direction. . Further, for example, it may be set in advance so that two element images located obliquely to each other are selected.

多視点・立体像モニタ19は、多視点・立体像信号処理手段17から入力された多視点画像を立体表示するモニタである。
2眼式立体像モニタ20は、要素画像選択手段18から入力された2つの要素画像を立体表示するモニタである。これら多視点・立体像モニタ19および2眼式立体像モニタ20は、従来と同様のものであるため、詳細な説明を省略する。
The multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 19 is a monitor that stereoscopically displays the multi-viewpoint image input from the multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing means 17.
The binocular stereoscopic image monitor 20 is a monitor that stereoscopically displays two element images input from the element image selection means 18. Since the multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 19 and the binocular stereoscopic image monitor 20 are the same as the conventional ones, detailed description thereof will be omitted.

<立体顕微鏡装置における撮影>
以下、立体顕微鏡装置1における撮影を詳細に説明する。このとき、被写体Aは、凸レンズ12の焦点距離fに位置することとして説明する。
<Photographing with a stereomicroscope>
Hereinafter, photographing in the stereoscopic microscope apparatus 1 will be described in detail. At this time, the subject A will be described as being located at the focal length f 0 of the convex lens 12.

凸レンズ12は、被写体Aからの入射光をそれぞれ並行光として屈折率分布レンズ14に出射する。そして、屈折率分布レンズ14は、それぞれ、凸レンズ12から入射した被写体Aの入射光を周期的に蛇行させながら伝搬させる。ここで、屈折率分布レンズ14は、光軸方向の長さLが被写体Aからの入射光の蛇行周期の1/4なので、凸レンズとして機能する。つまり、屈折率分布レンズ14は、被写体Aの要素画像を倒立像として他方の端面14bに結像させる(図1の符号α参照)。   The convex lens 12 emits incident light from the subject A to the refractive index distribution lens 14 as parallel light. The refractive index distribution lens 14 propagates the incident light of the subject A incident from the convex lens 12 while periodically meandering. Here, the refractive index distribution lens 14 functions as a convex lens because the length L in the optical axis direction is 1/4 of the meandering period of incident light from the subject A. That is, the gradient index lens 14 forms an element image of the subject A as an inverted image on the other end surface 14b (see symbol α in FIG. 1).

その後、撮像素子15は、屈折率分布レンズ14の他方の端面14bに結像した被写体Aの要素画像を撮影する。つまり、立体顕微鏡装置1では、被写体Aの要素画像を、それぞれ、被写体Aを異なる方向から輻輳して撮影したことと同等になる。言い換えるなら、立体顕微鏡装置1は、被写体Aの要素画像が、その撮影方向に応じたものであって、それぞれ視差を有することから、被写体Aの要素画像から多視点の立体情報を得ることができ、多視点画像(被写体Aの立体画像)を生成することができる。   Thereafter, the image sensor 15 captures an elemental image of the subject A formed on the other end surface 14 b of the gradient index lens 14. That is, in the stereoscopic microscope apparatus 1, the elemental image of the subject A is equivalent to that the subject A is converged and photographed from different directions. In other words, the stereoscopic microscope apparatus 1 can obtain multi-viewpoint three-dimensional information from the element image of the subject A because the element image of the subject A corresponds to the shooting direction and has parallax. A multi-viewpoint image (stereoscopic image of the subject A) can be generated.

<被写体が凸レンズの光軸上から外れて位置する場合>
ここで、2つ以上の被写体が凸レンズ12の光軸上から外れて位置する場合について考える(不図示)。この場合、これら被写体からの入射光は、凸レンズ12の光軸に対して被写体斜め方向で凸レンズ12に入射する。この場合、屈折率分布レンズ14と光軸上に位置する要素画像ブロック16ではなく、それに隣接する他の要素画像ブロック16に入射するとも思われる。しかし、立体顕微鏡装置1は、レンズアレイ13の要素レンズとして屈折率分布レンズ14を備えるため、被写体からの入射光が、隣接する他の要素画像ブロック16に入射することを防止する。つまり、屈折率分布レンズ14は、一種の光遮蔽手段として機能する。これによって、立体顕微鏡装置1は、撮像素子15において、これら被写体の要素画像が重なってしまい、これら被写体の像を分離できなくなるといった事態が発生しない。
<When the subject is located off the optical axis of the convex lens>
Here, consider a case where two or more subjects are located off the optical axis of the convex lens 12 (not shown). In this case, incident light from these subjects enters the convex lens 12 in a direction oblique to the subject with respect to the optical axis of the convex lens 12. In this case, it is considered that the light is incident not on the element image block 16 positioned on the optical axis with the gradient index lens 14 but on another element image block 16 adjacent thereto. However, since the stereoscopic microscope apparatus 1 includes the refractive index distribution lens 14 as an element lens of the lens array 13, incident light from a subject is prevented from entering another adjacent element image block 16. That is, the gradient index lens 14 functions as a kind of light shielding means. As a result, the stereoscopic microscope apparatus 1 does not cause a situation in which the element images of these subjects overlap in the image sensor 15 and the images of these subjects cannot be separated.

以上のように、本発明の第1実施形態に係る立体顕微鏡装置1は、複数台の撮影カメラおよび光分離手段を用いることなく、レンズアレイ13を凸レンズ12と撮像素子15とで挟むだけの簡易な構成で、被写体Aの要素画像を撮影することができる。また、立体顕微鏡装置1は、それ1台で被写体Aの要素画像を撮影できるため、複数台の撮影カメラを被写体Aに向けるような複雑な調整を必要とせず、その調整が容易である。さらに、立体顕微鏡装置1は、2つ以上の被写体が凸レンズ12の光軸上から外れて位置する場合でも、これら被写体の像を分離できないという問題が発生しないので、これら被写体の要素画像を撮影することができる。   As described above, the stereoscopic microscope apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is simple by simply sandwiching the lens array 13 between the convex lens 12 and the image sensor 15 without using a plurality of photographing cameras and light separation means. With this arrangement, the elemental image of the subject A can be taken. In addition, since the stereoscopic microscope apparatus 1 can shoot an elemental image of the subject A by itself, it does not require complicated adjustments such that a plurality of photographing cameras are directed toward the subject A, and the adjustment is easy. Furthermore, even when two or more subjects are located off the optical axis of the convex lens 12, the stereoscopic microscope apparatus 1 does not cause a problem that the images of these subjects cannot be separated. be able to.

なお、本発明の第1実施形態では、立体顕微鏡装置1を本発明の一例として説明したが、これに限定されないことは言うまでもない。例えば、本発明は、インテグラルフォトグラフィ方式や2眼式の立体視に適用することができる。   In the first embodiment of the present invention, the stereoscopic microscope apparatus 1 has been described as an example of the present invention, but it is needless to say that the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to an integral photography system or a binocular stereoscopic vision.

なお、本発明の第1実施形態では、被写体Aが焦点距離fに位置するとして説明したがこれに限定されない。つまり、立体顕微鏡装置1は、被写体Aが焦点距離f以外に位置する場合、被写体Aのボヤケを利用して被写体Aの要素画像を撮影することができる。 In the first embodiment of the present invention, the subject A is described as being located at the focal length f 0 , but the present invention is not limited to this. That is, the stereoscopic microscope apparatus 1 can capture an elemental image of the subject A using the blur of the subject A when the subject A is located at a position other than the focal length f 0 .

なお、本発明の第1実施形態では、屈折率分布レンズ14および要素画像ブロック16を水平方向および垂直方向にそれぞれ6個を備えることとして説明したが、これに限定されない。例えば、立体顕微鏡装置1は、水平方向および垂直方向に異なる数、屈折率分布レンズ14および要素画像ブロック16を備えてもよい(不図示)。また、例えば、本発明をインテグラルフォトグラフィ方式に適用した場合、屈折率分布レンズ14および要素画像ブロック16の個数は、より多数(数千から数万)になる。   In the first embodiment of the present invention, the refractive index distribution lens 14 and the element image block 16 are described as being provided in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, but the present invention is not limited to this. For example, the stereoscopic microscope apparatus 1 may include different numbers in the horizontal direction and the vertical direction, the gradient index lens 14 and the element image block 16 (not shown). For example, when the present invention is applied to the integral photography system, the number of the gradient index lenses 14 and the element image blocks 16 is larger (thousands to tens of thousands).

なお、本発明の第1実施形態では、凸レンズ12を平凸レンズとして説明したが、これ以外の凸レンズとしてもよい。   Although the convex lens 12 has been described as a plano-convex lens in the first embodiment of the present invention, other convex lenses may be used.

なお、本発明の第1実施形態では、立体顕微鏡装置1が、多視点・立体像信号処理手段17と、要素画像選択手段18と、多視点・立体像モニタ19と、2眼式立体像モニタ20とを備えることとして説明したが、これら全てを備えなくともよい。例えば、2眼式立体表示を行わない場合、立体顕微鏡装置1は、要素画像選択手段18と、2眼式立体像モニタ20とを備えなくともよい。また、例えば、多視点立体表示を行わない場合、立体顕微鏡装置1は、撮像素子15が撮影した被写体Aの要素画像を要素画像選択手段18に出力することとし、多視点・立体像信号処理手段17と、多視点・立体像モニタ19とを備えなくともよい。   In the first embodiment of the present invention, the stereoscopic microscope apparatus 1 includes a multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing unit 17, an element image selection unit 18, a multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 19, and a binocular stereoscopic image monitor. However, it is not necessary to provide all of them. For example, when the binocular stereoscopic display is not performed, the stereoscopic microscope apparatus 1 may not include the element image selecting unit 18 and the binocular stereoscopic image monitor 20. For example, when multi-view stereoscopic display is not performed, the stereoscopic microscope apparatus 1 outputs the element image of the subject A captured by the image sensor 15 to the element image selection unit 18, and multi-view / stereo image signal processing unit. 17 and the multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 19 may not be provided.

(第2実施形態)
図3を参照し、本発明の第2実施形態に係る立体顕微鏡装置1Bの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。この立体顕微鏡装置1Bは、屈折率分布レンズ14Bの光軸方向の長さが、図1の屈折率分布レンズ14と異なる。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 3, differences from the first embodiment will be described with respect to the configuration of the stereoscopic microscope apparatus 1 </ b> B according to the second embodiment of the present invention. In this stereoscopic microscope apparatus 1B, the length of the refractive index distribution lens 14B in the optical axis direction is different from that of the refractive index distribution lens 14 of FIG.

図3に示すように、立体顕微鏡装置1Bは、撮像素子駆動回路11と、凸レンズ12と、レンズアレイ13Bと、撮像素子15と、多視点・立体像信号処理手段17と、要素画像選択手段18と、多視点・立体像モニタ19と、2眼式立体像モニタ20とを備える。   As shown in FIG. 3, the stereoscopic microscope apparatus 1 </ b> B includes an image sensor drive circuit 11, a convex lens 12, a lens array 13 </ b> B, an image sensor 15, a multi-viewpoint / stereoscopic image signal processor 17, and an element image selector 18. A multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 19 and a binocular stereoscopic image monitor 20.

なお、図3では、被写体Aからの入射光は破線矢印で図示した。また、図3の符号βは屈折率分布レンズ14Bの他方の端面14bに結像した被写体Aの要素画像である。さらに、図3では、説明を簡易にするために、撮像素子駆動回路11および多視点・立体像信号処理手段17等の一部構成の図示を省略した。   In FIG. 3, the incident light from the subject A is illustrated by a broken-line arrow. 3 is an element image of the subject A formed on the other end face 14b of the gradient index lens 14B. Further, in FIG. 3, in order to simplify the description, illustrations of partial configurations of the image sensor driving circuit 11 and the multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing means 17 are omitted.

レンズアレイ13Bは、第1実施形態と同様、屈折率分布レンズ14Bを2次元状に配置したものである。ここで、屈折率分布レンズ14Bは、それぞれ、光軸方向の長さLが、屈折率分布レンズ14Bに入射した入射光の蛇行周期の3/4となるように形成される。この場合、屈折率分布レンズ14Bは、それぞれ、被写体Aの要素画像を正立像として他方の端面14bに結像させる(図3の符号β参照)。   In the lens array 13B, as in the first embodiment, the refractive index distribution lenses 14B are two-dimensionally arranged. Here, the refractive index distribution lens 14B is formed such that the length L in the optical axis direction is 3/4 of the meandering period of incident light incident on the refractive index distribution lens 14B. In this case, each of the refractive index distribution lenses 14B forms an elemental image of the subject A as an erect image on the other end surface 14b (see symbol β in FIG. 3).

ここで、凸レンズ12と屈折率分布レンズ14Bとによる結合倍率Mは、下記の式(2)で表されるように、式(1)と符号が逆になる。
=f/a・・・式(2)
Here, the sign of the coupling magnification M t by the convex lens 12 and the gradient index lens 14B is opposite to that of the formula (1) as represented by the following formula (2).
M t = f r / a 1 Formula (2)

なお、レンズアレイ13Bおよび屈折率分布レンズ14B以外の各構成は、図1と同様のものであるため、説明を省略する。   Each configuration other than the lens array 13B and the gradient index lens 14B is the same as that shown in FIG.

以上のように、本発明の第2実施形態に係る立体顕微鏡装置1Bは、被写体Aの正立像を得ることができる以外、第1実施形態に係る立体顕微鏡装置1と同様の効果を奏する。   As described above, the stereoscopic microscope apparatus 1B according to the second embodiment of the present invention has the same effects as the stereoscopic microscope apparatus 1 according to the first embodiment except that an erect image of the subject A can be obtained.

なお、第1,2実施形態では、屈折率分布レンズ14,14Bの光軸方向の長さを入射光の蛇行周期の1/4又は3/4として説明したが、これに限定されない。例えば、本発明は、屈折率分布レンズの光軸方向の長さが、当該屈折率分布レンズに入射した入射光の蛇行周期の(2n−1)/4であれば良い(但し、nは1以上の整数)。   In the first and second embodiments, the length in the optical axis direction of the gradient index lenses 14 and 14B has been described as 1/4 or 3/4 of the meandering period of incident light, but the present invention is not limited to this. For example, in the present invention, the length of the gradient index lens in the optical axis direction may be (2n−1) / 4 of the meandering period of incident light incident on the gradient index lens (where n is 1). Or an integer).

1,1B 立体顕微鏡装置(立体像撮影装置)
11 撮像素子駆動回路
12 凸レンズ
12a 凸面
12b 平坦面
13,13B レンズアレイ
14,14B 屈折率分布レンズ
14a 一方の端面
14b 他方の端面
15 撮像素子
15a 撮影面
16 要素画像ブロック
17 多視点・立体像信号処理手段
18 要素画像選択手段
19 多視点・立体像モニタ
20 2眼式立体像モニタ
1,1B Stereoscopic microscope (stereoscopic imaging device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Image pick-up element drive circuit 12 Convex lens 12a Convex surface 12b Flat surface 13, 13B Lens array 14, 14B Refractive index distribution lens 14a One end surface 14b The other end surface 15 Image pick-up element 15a Imaging surface 16 Element image block 17 Multi-viewpoint / stereoscopic image signal processing Means 18 Element image selection means 19 Multi-viewpoint / stereoscopic image monitor 20 Binocular stereoscopic image monitor

Claims (5)

被写体の側に配置された1つの平凸レンズと、前記凸レンズに対面して屈折率分布レンズを2次元状に配置したレンズアレイと、前記レンズアレイに対面して前記被写体の要素画像を撮影する撮像素子とを備える立体像撮影装置であって、
前記凸レンズは、前記被写体の側に形成された凸面と、前記凸面に対向する平坦面とを備え、
前記レンズアレイは、水平方向および垂直方向の長さが、前記平凸レンズと同じであり、
前記屈折率分布レンズは、一方の端面が前記凸レンズの平坦面に当接すると共に、前記凸レンズを介して入射した前記被写体からの入射光を、前記一方の端面に対向する他方の端面に前記被写体の要素画像として結像させ、
前記撮像素子は、前記被写体の要素画像を撮影する撮影面が前記屈折率分布レンズの他方の端面に当接すると共に、前記屈折率分布レンズの他方の端面に結像した前記被写体の要素画像を撮影することを特徴とする立体像撮影装置。
One plano- convex lens arranged on the subject side, a lens array in which a refractive index distribution lens is arranged two-dimensionally facing the plano- convex lens, and an element image of the subject are photographed facing the lens array A three-dimensional image capturing device comprising an image sensor,
The plano- convex lens includes a convex surface formed on the subject side, and a flat surface facing the convex surface,
The lens array has the same horizontal and vertical length as the plano-convex lens,
The gradient index lens element, with one end surface is in contact with the flat surface of the plano-convex lens, wherein an incident light from the subject entering through the plano-convex lens, the end face of the other opposed to the one end face It is imaged as an element image of the subject,
The imaging device photographs an element image of the subject imaged on the other end surface of the refractive index distribution lens while a photographing surface for photographing the element image of the subject is in contact with the other end surface of the refractive index distribution lens. A three-dimensional image photographing device.
前記屈折率分布レンズは、光軸方向の長さが、当該屈折率分布レンズに入射した入射光の蛇行周期の(2n−1)/4であることを特徴とする請求項1に記載の立体像撮影装置(但し、nは1以上の整数)。   2. The three-dimensional object according to claim 1, wherein the refractive index distribution lens has a length in the optical axis direction of (2n−1) / 4 of a meandering period of incident light incident on the refractive index distribution lens. Image photographing device (where n is an integer of 1 or more). 前記屈折率分布レンズは、前記光軸方向の長さが、当該屈折率分布レンズに入射した入射光の蛇行周期の1/4であることを特徴とする請求項2に記載の立体像撮影装置。   3. The stereoscopic image photographing apparatus according to claim 2, wherein the refractive index distribution lens has a length in the optical axis direction that is ¼ of a meandering period of incident light incident on the refractive index distribution lens. . 前記屈折率分布レンズは、前記光軸方向の長さが、当該屈折率分布レンズに入射した入射光の蛇行周期の3/4であることを特徴とする請求項2に記載の立体像撮影装置。   The stereoscopic image capturing apparatus according to claim 2, wherein the refractive index distribution lens has a length in the optical axis direction that is 3/4 of a meandering period of incident light incident on the refractive index distribution lens. . 前記撮像素子が撮影した被写体の要素画像から、予め設定された2つの要素画像を選択する要素画像選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の立体像撮影装置。   The element image selection means for selecting two preset element images from the element images of the subject imaged by the image sensor is further provided. Stereoscopic imaging device.
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