(57)【要約】  単眼方式で良好な立体画像を撮像することができる立体画像撮像装置を提供する。  単眼の撮影レンズ１２と、撮影レンズ１２を通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子３０，３３と、入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を固体撮像素子３０に入射させ分割された他方の入射光を固体撮像素子３３に入射させる光分割手段２４と、境界線上の入射光の固体撮像素子３０，３３への入射を阻止する視差分離手段２３と、各固体撮像素子３０，３３の出力信号を画像処理して被写体の立体画像データを生成する画像処理手段４１とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単眼の撮影レンズと、
該撮影レンズを通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子と、
前記入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を前記第１の固体撮像素子に入射させ分割された他方の入射光を前記第２の固体撮像素子に入射させる光分割部と、
前記境界線上の前記入射光の前記第１，第２の固体撮像素子への入射を阻止する視差分離部と、
前記第１，第２の各固体撮像素子の出力信号を画像処理して前記被写体の立体画像データを生成する画像処理部とを備える立体画像撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の立体画像撮像装置であって、
前記境界線上の前記阻止する幅を制御する制御部を備える立体画像撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の立体画像撮像装置であって、
前記制御部は、撮影条件に応じて前記阻止する幅を調整する立体画像撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の立体画像撮像装置であって、
前記制御部は、Ｆ値が小さいほど又は撮影シーンが明るいほど又は撮影レンズの焦点距離が短いほど前記幅を広くし、Ｆ値が大きいほど又は撮影シーンが暗いほど又は撮影レンズの焦点距離が長いほど前記幅を狭くする立体画像撮像装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立体画像撮像装置であって、
前記視差分離部は前記光分割部の前段に置かれた液晶シャッタで構成され、該液晶シャッタの中央に幅のある縦スジで形成された光非透過領域で前記境界線上の前記入射光をカットする立体画像撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立体画像撮像装置であって、
前記光分割部と前記視差分離部とは一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーの先端縁を突き合わして前記光分割部が構成され、該ミラーの前記先端縁から所要幅の部分の反射率を可変制御することで前記視差分離部が構成される立体画像撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立体画像撮像装置であって、
前記光分割部と前記視差分離部とは一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーで前記光分割部が構成され、前記２枚のミラーの間に形成した隙間で前記視差分離部が構成される立体画像撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の立体画像撮像装置であって、
前記２枚のミラーの離間した前記隙間を通ってきた前記入射光を受光する第３の固体撮像素子を備える立体画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体画像撮像装置に係り、特に、単眼方式で左右の視差分離を良好に行うことができる立体画像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体画像（３Ｄ画像）を表示できるテレビジョン受像機が普及し、被写体の立体画像を撮影できる立体画像撮影用のデジタルカメラ（立体画像撮像装置）も普及の兆しを見せている。【０００３】
従来の立体画像撮像装置は、例えば下記の特許文献１に記載されている様に、カメラ筐体の前面に水平方向に並ぶ２個の撮影レンズ系を搭載し、２眼方式となっている。向かって左側の撮影レンズ系は人間の右眼に相当し、右側の撮影レンズ系は人間の左眼に相当する。左右の撮影レンズ系は、人間の左右の眼の距離である６．５ｃｍ程度離して設けられる。【０００４】
この様な２眼方式の立体画像撮像装置は、左眼用の被写体画像と右眼用の被写体画像とを、６．５ｃｍ離間した別々の撮影レンズ系を通して撮像するため、左右の視差分離分割程度が高い被写体画像を撮影することができる。【０００５】
しかし、２眼方式の立体画像撮像装置は、高価な撮影レンズ系を２系統備えるため、製品コストが嵩んでしまうという問題がある。【０００６】
そこで、下記の特許文献２に記載されている様に、単眼方式の立体画像撮像装置が提案されている。この立体画像撮像装置は、１系統の撮影レンズ系を搭載し、この撮影レンズ系を通して集光した被写体からの入射光をリレーレンズを通すことで平行光に変換している。【０００７】
そして、図８に示す様に、リレーレンズを通して得られた平行光１を、２枚のミラー２，３を直角に突き合わせた光分割用ミラー４で左右に分離し、ミラー２で反射した入射光をミラー５で反射しイメージセンサ６に結像させる。ミラー３で反射した入射光はミラー７で反射しイメージセンサ８に結像させる。【０００８】
平行光１を出射する上記のリレーレンズの光入射側には撮影レンズ系が設けられている。この撮影レンズ系で被写界からの入射光が左右反転するため、イメージセンサ６には左眼を通して見た画像が結像し、イメージセンサ８には右眼を通して見た画像が結像する。【０００９】
図９は、図８に示されるイメージセンサ６の左右方向における入射角感度特性とイメージセンサ８の左右方向における入射角感度特性とを併せて示した図である。リレーレンズで平行光１となった入射光は、光分割用ミラー４で２分割されるため、ミラー５で反射した入射光を受光するイメージセンサ６の入射角に対する感度分布ＴＬは、図９に示す様に、右側にずれた分布となっている。反対に、ミラー７で反射した入射光を受光するイメージセンサ８の感度分布ＴＲは、左側にずれた分布となる。【００１０】
この左右にズレが生じる各イメージセンサ６，８の撮影画像を右眼用画像，左眼用画像として再生することで、被写体を立体視することが可能な立体画像となる。しかし、左右のズレ即ち視差が充分にとれないと、左眼用画像，右眼用画像を再生しても、良好な立体画像を得ることができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特開２００８―１８７３８５号公報
【特許文献２】日本国特開２０１０―８１５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
２眼方式のステレオカメラは、上記例では６．５ｃｍ離した２眼の撮影レンズ系を備えるため、充分な左右の視差をとることができる。しかし、図８に例示されるような１眼（単眼）方式の場合、充分な左右の視差をとることができない。【００１３】
本発明の目的は、単眼方式で良好な立体画像を撮像することができる立体画像撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の立体画像撮像装置は、単眼の撮影レンズと、該撮影レンズを通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子と、前記入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を前記第１の固体撮像素子に入射させ分割された他方の入射光を前記第２の固体撮像素子に入射させる光分割部と、前記境界線上の前記入射光の前記第１，第２の固体撮像素子への入射を阻止する視差分離部と、前記第１，第２の各固体撮像素子の出力信号を画像処理して前記被写体の立体画像データを生成する画像処理部とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、例えば左右に分割する境界線上の入射光を所要幅に渡って阻止（カット）するため、単眼方式であっても、左右の視差の分離が良好となり、立体視可能な立体画像を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る立体画像撮像装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示す立体画像撮像装置の機能ブロック構成図である。
【図３】図２に示す視差分離手段の光分割用ミラーの説明図である。
【図４】視差分離境界線上の入射光を阻止したときの効果説明図である。
【図５】本発明の別実施形態の視差分離手段の説明図である。
【図６】本発明の更に別実施形態の視差分離手段の説明図である。
【図７】本発明の別実施形態の光分割用ミラーの説明図である。
【図８】従来の単眼式立体画像撮像装置の説明図である。
【図９】図８に示されるイメージセンサ６の左右方向における入射角感度特性とイメージセンサ８の左右方向における入射角感度特性とを併せて示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る立体画像撮像が可能なデジタルカメラの斜視図である。このデジタルカメラ１０は、矩形筐体１１の前面に単眼の撮影レンズ１２が設けられる。この撮影レンズ１２は、筐体１１内に沈胴可能に設けられたレンズ鏡筒１３内に配置され、筐体１１の右肩には、シャッタレリーズボタン１４が設けられている。
【００１９】
図２は、図１に示すデジタルカメラ１０の機能ブロック構成図である。デジタルカメラ１０は、撮影レンズ１２を収納したレンズ鏡筒１３を備える。レンズ鏡筒１３には、撮影レンズ１２の他に、焦点位置合わせ用レンズ，望遠レンズ等が収納される。
【００２０】
レンズ鏡筒１３の背部にはリレーレンズ２１が設けられている。撮影レンズ１２等で集光された入射光は、このリレーレンズ２１を通ることで、平行光２２に変換される。
【００２１】
平行光２２の光路には、視差分離手段２３と、光分割用ミラー２４とが設けられる。詳細は後述する視差分離手段２３は、本実施形態では液晶シャッタで構成される。光分割用ミラー２４は、２枚のミラー２５，２６の前縁を突き合わせて構成される。視差分離手段２３の前段又は後段にＦ値を制御する絞りを配置するのが良い。
【００２２】
ミラー２５は、平行光２２に対して右斜め４５度に傾斜して設けられ、ミラー２６は平行光２２に対して左斜め４５度に傾斜して設けられる。そして、ミラー２５とミラー２６とは夫々の先端縁が突き合わされる様に接合され、接合縁２７は、図１の筐体１１の底面に対し垂直となる様に設けられる。この結果、光軸方向から見たときの平行光２２は、接合縁２７を境界線としてその左半分はミラー２６で水平方向左側に反射され、その右半分はミラー２５で水平方向右側に反射される。
【００２３】
ミラー２５の反射面には若干離間して平行なミラー２８が設けられている。このミラー２８で反射した入射光は、集光レンズ２９を通り固体撮像素子３０の受光面に結像する。
【００２４】
同様に、ミラー２６の反射面には若干離間して平行なミラー３１が設けられている。このミラー３１で反射した入射光は、集光レンズ３２を通り固体撮像素子３３の受光面に結像する。
【００２５】
このデジタルカメラ１０の電気制御系は、デジタルカメラ１０の全体を統括制御する中央制御装置（ＣＰＵ）４０と、ユーザからの操作指示を取り込む操作部（シャッタレリーズボタン１４を含む）４１と、画像処理部４２と、画像処理部４２で処理された画像データを表示データにエンコードするエンコーダ４４と、前記表示データを表示部４５に表示するドライバ４６と、メインメモリ４７と、メモリカード４８の書き込み／読み出し制御を行うメディア制御部４９と、これらを相互に接続するバス５０とを備える。
【００２６】
各固体撮像素子３０，３３には、夫々、アナログ信号処理部（ＡＦＥ）３４，３５と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３６，３７が接続される。Ａ／Ｄ変換器３６，３７でデジタル信号に変換された各固体撮像素子３０，３３による撮像画像信号はバス５０に入力される。なお、ＡＦＥ３４，３５やＡ／Ｄ変換器３６，３７は夫々１個に集約し、切り替えて使用する構成としても良い。
【００２７】
ＣＰＵ４０にはデバイス制御部５１が接続される。デバイス制御部５１は、ＣＰＵ４０からの指示に基づいて、焦点位置合わせレンズ，望遠レンズを含む撮影レンズ１２を制御すると共に、視差分離手段２３と、固体撮像素子３０，３３と、ＡＦＥ３４，３５と、Ａ／Ｄ変換器３６，３７を制御する。
【００２８】
以上の構成でなるデジタルカメラ１０で被写体の立体画像を撮像する場合、固体撮像素子３０が被写体を左眼で見た画像を撮像し、固体撮像素子３３が被写体を右眼で見た画像を撮像することになる。上記した様に、被写界からの入射光が撮影レンズ１２で集光された結果、被写体の左右，上下が反転した画像が撮像されるためである。
【００２９】
固体撮像素子３０の撮像画像データはメインメモリ４７に取り込まれ、画像処理部４２でオフセット補正，ガンマ補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等の周知の画像処理が施されると共にＪＰＥＧ形式でデータ圧縮され、メモリカード４８に保存される。固体撮像素子３３の撮像画像データもメインメモリ４７に取り込まれ、画像処理部４２で上記と同様の周知の画像処理が施されると共にＪＰＥＧ形式でデータ圧縮され、メモリカード４８に保存される。
【００３０】
この保存時に、左右一対の画像データとして関連づけて保存される。例えば、カメラ映像機器工業会（ＣＩＰＡ）の規格であるＭＰＯ形式で保存される。
【００３１】
上述した固体撮像素子３０，３３による被写体の左右画像の撮像時に、ＣＰＵ４０は、デバイス制御部５１を介して視差分離手段２３を次の様に制御する。
【００３２】
図３は、視差分離手段２３の説明図である。本実施形態の視差分離手段２３は、液晶シャッタで構成され、入射光の光軸に対して垂直に立設される。この液晶シャッタ２３は、光入射面の任意領域を光非透過領域とすることができる。本実施形態の視差分離手段２３は、２枚のミラー２５，２６の先端接合縁２７に対応した位置、即ち、光入射面のうち、接合縁２７の上端から下端までの全長に対応する位置に、先端接合縁２７を完全に覆う光非透過領域６１を形成する。
【００３３】
光非透過領域６１は、鉛直方向に延びる長手の短冊状に形成され、光非透過領域６１の中心となる鉛直線が、ミラー２５，２６の先端接合縁２７に対向する。光非透過領域６１の幅ｘは、前記中心の鉛直線を中心として左右同じ幅に形成され、リレーレンズで平行光となった入射光のうち、ミラー２５，２６の先端接合縁２７に進む入射光を、所定幅ｘでかつ入射光が入る領域の上端から下端まで完全に遮光する。
【００３４】
この結果、図９で説明した感度分布ＴＬ，ＴＲのうち入射角０°付近の部分が、図４に示す様に、大幅にカットされることになる。これにより、固体撮像素子３０で撮像される画像と固体撮像素子３３で撮像される画像との視差を広げることができる。
【００３５】
このように、視差分離手段２３で入射角０°付近の光（ミラー２５とミラー２６の先端接合縁２７を中心とする幅ｘの領域に入射する光）が固体撮像素子３０，３３に入射しないようにすることで、左右の固体撮像素子３０，３３で右眼用画像と左眼用画像とを撮像し、両画像を再生したとき、立体視が良好な画像データを得ることが可能となる。
【００３６】
光非透過領域６１の幅ｘは、固定値でも良いが、好適には、撮影条件によって幅ｘを可変制御するのが良い。例えば、撮影シーンが暗いときは光非透過領域６１の幅を広くとると暗い画像しか写らなくなるため、幅ｘは狭くし、明るい撮影シーンのときは幅ｘを広くとる。
【００３７】
また、撮影レンズ１２が広角レンズの様に焦点距離が短い場合には、視差分離が難しいため、光非透過領域６１の幅ｘを広くとって視差を分離し易くし、望遠レンズの様に焦点距離が長い場合には、逆に幅ｘを狭くする。
【００３８】
更に、Ｆ値との関係で光非透過領域６１の幅ｘを可変制御しても良い。Ｆ値が小さい場合（絞りが開いている場合）は、撮影シーンが暗い場合が多く、Ｆ値が大きい場合（絞りが狭くなっている場合）は撮影シーンが明るい場合が多いため、それに合わせて光非透過領域６１の幅ｘを制御する。即ち、Ｆ値が大きい場合には明るい撮影シーンのため幅ｘを広くとっても感度は低下しないため幅ｘを広くとって視差分離の程度を大きくする。
【００３９】
図２，図３に示す実施形態では、光分割用ミラー２４（２５，２６）の直前に視差分離手段２３を配置して光分割用ミラー２４の光分割の境界線部分を遮光したが、視差分離手段２３を配置する場所は、光分割用ミラー２４の直前に限るものではない。例えば、入射光を集光する撮影レンズ１２の焦点位置付近にも絞りが配置されるが、この絞り配置箇所に視差分離手段を併設しても良い。この位置に視差分離手段を併設することでも、小面積の液晶シャッタで入射光を左右に均等に２分割することが可能となる。
【００４０】
図５は、光分割手段と視差分離手段とを一体に持つ実施形態の斜視図である。本実施形態では、図３のミラー２５に替えて部分的に反射率を電気制御で変更できるエレクトロクロミックミラー６５を用い、ミラー２６に替えて部分的に反射率を電気制御で変更できるエレクトロクロミックミラー６６を用いる。ミラー６５の先端縁とミラー６６の先端縁とを突き合わせ、両ミラー間を９０度に開き、先端の接合縁６７を、入射光軸に対して垂直に配置する。
【００４１】
接合縁６７から所定の幅ｙで、両ミラー６５，６６（ミラー部分の反射率１００％）の各先端部４の反射率を変更する。好適には、反射率０％とする。この反射率０％とした部分が本実施形態の視差分離手段となる。この場合、幅ｙを可変制御できる様にしておくのが好ましい。これにより、光軸方向から見たときの入射光のうち、光の左右分割の境界線（接合縁６７）に沿う領域が所定幅で遮光されたと同じ効果を得ることができ、図４で説明したのと同様に、左右の感度分布ＴＬ，ＴＲの入射角０°付近の大部分をカットすることが可能となる。
【００４２】
図６（ａ）は、光分割手段と視差分離手段７１とを一体に持つ実施形態の斜視図である。本実施形態では、図３のミラー２５，２６を水平方向に移動可能に設けた点が異なる。図３の実施形態では、ミラー２５，２６の先端縁２７を突き合わせ、両者間を密に接触させたが、本実施形態では、両者間に隙間７２を形成する。この隙間７２の部分が視差分離手段となる。この隙間７２の間隔を可変制御する構成とする。
【００４３】
この様にすることで、光軸方向から見たときの入射光を左右に分割する境界線上の入射光を左右の固体撮像素子３０，３３に入射させないことができ、図４で説明したと同様に、視差の左右分離が良好に行われる。また、隙間７２を透過した入射光を受光する第３の固体撮像素子６８を図６（ｂ）に示す様に設けることで、固体撮像素子６８は、被写体の二次元画像（平面画像）を撮像することが可能となる。
【００４４】
図７は、本発明の別実施形態の光分割用ミラーの説明図である。図２に示す実施形態では、ミラー２５とミラー２６の先端縁を９０度の角度で突きあわせたが、この構成に限るものではない。図７に示す様に、ミラー２５だけを用い、平行光２２の右半分をミラー２５で反射し、更にミラー２８で反射し、集光レンズ２９で集光し、固体撮像素子３０に結像させる。平行光２２の左半分はそのまま直進させ、集光レンズ３２で集光し、固体撮像素子３３に結像させる。
【００４５】
ミラー２５の先端縁２７が左右の視差の分離を行う境界線となるが、この位置の入射光を、視差分離手段２３を用い、所要幅ｘで遮光すれば良い。この実施形態によれば、ミラー２６による反射光路を設けない分だけカメラ１０の幅を狭く構成することが可能となる。
【００４６】
なお、上述した実施形態では、ミラーを用いて入射光を左右に２分割したが、入射光を左右に２分割する光学部材はミラーに限るものではなく、他の光学部材、例えばプリズムでも良い。また、ミラー２８，３１で反射させた光を固体撮像素子３０，３３に入射させたが、ミラー２８，３１を省き、ミラー２５，２６の反射光を集光して固体撮像素子に入射させる構成としても良い。
【００４７】
以上述べた様に、本実施形態による立体画像撮像装置は、単眼の撮影レンズと、該撮影レンズを通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子と、前記入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を前記第１の固体撮像素子に入射させ分割された他方の入射光を前記第２の固体撮像素子に入射させる光分割部と、前記境界線上の前記入射光の前記第１，第２の固体撮像素子への入射を阻止する視差分離部と、前記第１，第２の各固体撮像素子の出力信号を画像処理して前記被写体の立体画像データを生成する画像処理部とを備えることを特徴とする。
【００４８】
また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記境界線上の前記阻止する幅を制御する制御部を備えることを特徴とする。
【００４９】
また、実施形態の立体画像撮像装置の前記制御部は、撮影条件に応じて前記阻止する幅を調整することを特徴とする。
【００５０】
また、実施形態の立体画像撮像装置の前記制御部は、は、Ｆ値が小さいほど又は撮影シーンが明るいほど又は撮影レンズの焦点距離が短いほど前記幅を広くし、Ｆ値が大きいほど又は撮影シーンが暗いほど又は撮影レンズの焦点距離が長いほど前記幅を狭くすることを特徴とする。
【００５１】
また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記視差分離部は前記光分割部の前段に置かれた液晶シャッタで構成され、該液晶シャッタの中央に幅のある縦スジで形成された光非透過領域で前記境界線上の前記入射光をカットすることを特徴とする。
【００５２】
また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記光分割部と前記視差分離部とが一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーの先端縁を突き合わして前記光分割部が構成され、該ミラーの前記先端縁から所要幅の部分の反射率を可変制御することで前記視差分離部が構成されることを特徴とする。
【００５３】
また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記光分割部と前記視差分離部とが一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーで前記光分割部が構成され、前記２枚のミラーの間に形成した隙間で前記視差分離部が構成されることを特徴とする。
【００５４】
また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記２枚のミラーの離間した隙間を通ってきた前記入射光を受光する第３の固体撮像素子を備えることを特徴とする。
【００５５】
以上述べた実施形態によれば、視差の分離を行う境界線上の入射光を所要幅で阻止（カット）するため、単眼方式であっても視差分離を良好に行うことができ、立体視可能な立体画像データを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の立体画像撮像装置は、単眼式であっても左右の視差を良好に分離できるため、低コストな立体画像撮像装置に適用すると有用である。【００５７】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年３月２日出願の日本出願（特願２０１１−４５５４４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  デジタルカメラ（立体画像撮像装置）
１１  矩形筐体
１２  撮影レンズ
１３  レンズ鏡筒
２１  リレーレンズ
２３，６３  視差分離手段
２４  光分割用ミラー
２５，２６  反射ミラー
２７，６７  先端接合縁（視差を分離する境界）
３０，３３  固体撮像素子
４０  ＣＰＵ
４２  画像処理部
６１  光非透過領域
ｘ  光非透過領域の幅
【図１】
2012117617.tif 000003
【図２】
2012117617.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012117617.tif 000007
【図６】
2012117617.tif 000008
【図７】
2012117617.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2012117617.tif 000012
2012117617.tif 000013
2012117617.tif 000014
2012117617.tif 000015