(57)【要約】【課題】大掛かりな駆動装置を用いることなく、１つのＣＣＤであっても歪みのない画像を撮像できる立体撮像装置を提案する。【解決手段】互いに視差を有する左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束３８，３９を結像させる左目用光学系３４及び右目用光学系３５と、左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束３８，３９が結像される結像面４１を有し、結像面４１に交互に結像された左目画像及び右目画像のそれぞれに対応する画像信号を出力するとともに、左目画像の被写体光束３８が結像面４１に入射するときに結像面４１が被写体光束３８の光軸に対して垂直となる第１位置と、右目画像の被写体光束３９が結像面４１に入射するときに結像面４１が被写体光束３９の光軸に対して垂直となる第２位置とに、回動自在に支持されたＣＣＤ４２とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに視差を有する左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束を結像させる左目用光学系及び右目用光学系と、
前記左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束が結像される結像面を有し、前記結像面に交互に結像された前記左目画像及び右目画像のそれぞれに対応する画像信号を出力するとともに、前記左目用光学系と前記右目用光学系の中間位置に配置され回動自在に支持された撮像素子と、
前記左目用光学系を透過した被写体光束が前記結像面に入射するときに前記結像面が前記被写体光束の光軸に対して垂直となる第１位置と、前記右目用光学系を透過した被写体光束が前記結像面に入射するときに前記結像面が前記被写体光束の光軸に対して垂直となる第２位置とに、前記撮像素子を回動させる回動制御手段と、
を備えたことを特徴とする立体撮像装置。
【請求項２】
前記第２位置は前記撮像素子が前記第１位置から１８０°回転した位置であることを特徴とする請求項１記載の立体撮像装置。
【請求項３】
互いに視差を有する左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束を結像させる左目用光学系及び右目用光学系と、
前記左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束が結像される結像面を有し、前記結像面に交互に結像された前記左目画像及び右目画像のそれぞれに対応する画像信号を出力するとともに、前記左目用光学系と前記右目用光学系の中間位置に固定され、前記結像面に前記左右の被写体光束が同一の角度で斜めに入射する撮像素子と、
斜めに入射した前記被写体光束による画像を、前記被写体光束が前記結像面に垂直に入射したときの画像となるように画像処理によって前記画像信号を補正する傾き画像補正手段と、
を備えたことを特徴とする立体撮像装置。
【請求項４】
前記左目用光学系に第１のシャッタが設けられるとともに、前記右目用光学系に第２のシャッタが設けられ、
前記撮像素子が前記第１位置にあるときは前記第２のシャッタが閉じられた状態で、前記第２位置にあるときは前記第１のシャッタが閉じられた状態で前記撮像素子による撮像が実行されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の立体撮像装置。
【請求項５】
前記左目用光学系及び右目用光学系は、光学レンズ群と１つの反射部材とによってそれぞれ構成され、前記光学レンズ群から射出された被写体光束が前記反射部材で反射されて前記撮像素子に結像されることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の立体撮像装置。
【請求項６】
前記左目用光学系及び右目用光学系は、光学レンズ群の光軸が前記反射部材の反射面上で反射する位置を中心にそれぞれの光軸が被写体側で交差する方向に同じ角度で回動自在であり、前記光学レンズ群は前記反射部材の２倍の回動角で回動することを特徴とする請求項５記載の立体撮像装置。
【請求項７】
前記左右の光学レンズ群は、光軸が互いに左右方向に平行に配置されるとともに、その幅が調節自在であることを特徴とする請求項５記載の立体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの撮影光学系による被写体像を１つの撮像素子に結像させて立体画像を形成する立体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立体画像の撮像装置は、被写体に対する左目情報と右目情報の視差によって立体画像を生成するものであるが、その方法の１つに、前記左目情報と右目情報を別々の撮影光学系によって取り込み１つの撮像素子に結像させる方法がある。前記左目情報と右目情報の取り込み方法は、種々提案されている。例えば、下記特許文献１には、アナモフックレンズを用いたミラー光学系によって基線長の左右両端から左目像と右目像をそれぞれ入射させ、入射した左目像と右目像とをそれぞれ左右方向に１／２に圧縮して１つのＣＣＤに結像させ、結像させた画像データを２倍に水平伸長して元に戻して左右の画像情報とする立体撮像装置が示されている。また、下記特許文献２には、左目像を得る光学系の結像点と右目像を得る光学系の結像点との間で１つのＣＣＤを移動させ時分割でそれぞれの情報を得る立体撮像装置、及び、左目像を得る光学系の結像点と右目像を得る光学系の結像点とをミラーを変位させて１つのＣＣＤに交互に結像させてそれぞれの情報を得る立体撮像装置が記載されている。
【特許文献１】特開平０７−０７２３８４号公報
【特許文献２】特開平１１−０１８１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１に示された構成は、ＣＣＤの１／２の領域を左右それぞれの結像領域としているため、画素数が半分になり画質が劣化する。また、特許文献２に記載された方法は、ＣＣＤを水平移動させる駆動装置にガタが発生することがあり光軸位置を高精度に確保することが難しく、且つスペースが大きく必要である。また、基線長分を隔てた２つの画像光を１つのミラーで反射させ、該ミラーを振って２つの画像光のいずれかをＣＣＤに結像させる方法は、ＣＣＤに対する光軸がＣＣＤの結像面に対して垂直にならないので画像に歪みが生じる。前記２つの画像光はそれぞれ異なる角度で結像するため生じる歪み方も異なる。また構造的にも、前記ミラーが非常に大きなものとなるので、精度・スペースの点からも現実的とは言えず、多くの問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑み、大掛かりな駆動装置を用いることなく、１つのＣＣＤであっても歪みのない画像を撮像できる立体撮像装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による立体撮像装置は、互いに視差を有する左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束を結像させる左目用光学系及び右目用光学系と、前記左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束が結像される結像面を有し、前記結像面に交互に結像された前記左目画像及び右目画像のそれぞれに対応する画像信号を出力するとともに、前記左目用光学系と前記右目用光学系の中間位置に配置され回動自在に支持された撮像素子と、前記左目用光学系を透過した被写体光束が前記結像面に入射するときに前記結像面が前記被写体光束の光軸に対して垂直となる第１位置と、前記右目用光学系を透過した被写体光束が前記結像面に入射するときに前記結像面が前記被写体光束の光軸に対して垂直となる第２位置とに、前記撮像素子を回動させる回動制御手段と、を備えたことを特徴とする。前記第２位置は前記撮像素子が前記第１位置から１８０°回転した位置にすると良い。
【０００６】
あるいは、互いに視差を有する左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束を結像させる左目用光学系及び右目用光学系と、前記左目画像と右目画像のそれぞれの被写体光束が結像される結像面を有し、前記結像面に交互に結像された前記左目画像及び右目画像のそれぞれに対応する画像信号を出力するとともに、前記左目用光学系と前記右目用光学系の中間位置に固定され、前記結像面に前記左右の被写体光束が同一の角度で斜めに入射する撮像素子と、斜めに入射した前記被写体光束による画像を、前記被写体光束が前記結像面に垂直に入射したときの画像となるように画像処理によって前記画像信号を補正する傾き画像補正手段と、を備えるようにしても良い。
【０００７】
前記左目用光学系に第１のシャッタが設けられるとともに、前記右目用光学系に第２のシャッタが設けられ、前記撮像素子が前記第１位置にあるときは前記第２のシャッタが閉じられた状態で、前記第２位置にあるときは前記第１のシャッタが閉じられた状態で前記撮像素子による撮像が実行されるようにすると良い。前記左目用光学系及び右目用光学系は、光学レンズ群と１つの反射部材とによってそれぞれ構成され、前記光学レンズ群から射出された被写体光束が前記反射部材で反射されて前記撮像素子に結像されるようにすると良い。前記左目用光学系及び右目用光学系は、光学レンズ群の光軸が前記反射部材の反射面上で反射する位置を中心にそれぞれの光軸が被写体側で交差する方向に同じ角度で回動自在であり、前記光学レンズ群は前記反射部材の２倍の回動角で回動するようにすると良い。あるいは、前記左右の光学レンズ群は、光軸が互いに左右方向に平行に配置されるとともに、その幅が調節自在であるようにすると良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による立体撮像装置は、１つのＣＣＤを回転させて姿勢を自在に変更できるようにしたことで、入射する左右それぞれの光軸がともにＣＣＤの結像面に対して垂直となり、撮像した画像に僅かな歪みも生じない立体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による３Ｄカメラの外観を示す斜視図である。
【図２】３Ｄカメラを裏面側から見た外観を示す斜視図である。
【図３】３Ｄカメラの撮像ユニットの構成を示す模式図である。
【図４】ＣＣＤの動きを説明する模式図である。
【図５】ミラー位置を代えた別の構成を説明する模式図である。
【図６】図５のＣＣＤの動きを説明する模式図である。
【図７】３Ｄカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図８】別の撮像ユニットの構成を示す模式図である。
【図９】別の３Ｄカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】別の３Ｄカメラの画像の歪み補正を説明する模式図である。
【図１１】光線角度の制御に関する説明のための模式図である。
【図１２】眼幅調整の説明のための模式図である。
【図１３】別の眼幅調整の説明のための模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び図２に示すように、本発明による３Ｄカメラ（立体撮像装置）１０は、略直方体形状のカメラ本体１１の前面に、左目用の撮影レンズ（光学レンズ群）１２と右目用の撮影レンズ（光学レンズ群）１３、ストロボ発光部１４が露呈して設けられ、カメラ本体１１の上面には、電源ボタン１６、シャッタボタン１７が操作可能に設けられている。カメラ本体１１の背面には、画像を表示するＬＣＤパネル１８、撮影モードと再生モードとを切替える撮影再生切替ボタン１９、上下左右に４つのスイッチが付いた十字ボタン２１、その他の操作ボタン２２が設けられている。十字ボタン２１は、メニュー画面で表示された撮影条件などの各種メニューの選択に使用される他、再生画面で表示される画像を次の画像にしたり１つ前に戻したりするときにも用いられる。その他の操作ボタン２２は、十字ボタン２１で選択した撮影条件などを決定したり保存したりあるいは消去したりするときに用いられる。カメラ本体１１の底面には、画像データが記憶されるメモリカード２５が着脱自在に装填されるスロット（図示せず）が設けられ、撮影された画像データがメモリカード２５に書き込まれて保存される。
【００１１】
図３及び図４に示すように、３Ｄカメラ１０の撮像ユニット３０は、左目用の撮影レンズ１２とミラー（反射部材）３２とからなる左目用光学系３４と、右目用の撮影レンズ１３とミラー（反射部材）３３とからなる右目用光学系３５と、左目用光学系３４を透過する被写体光束３８及び右目用光学系３５を透過する被写体光束３９とが入射する結像面４１を有するＣＣＤ（撮像素子）４２とを備える。前記左目用光学系３４及び右目用光学系３５には、それぞれに第１のシャッタ３６及び第２のシャッタ３７が設けられ、前記被写体光束３８及び被写体光束３９の透過量を制御する。前記ミラー３２及びミラー３３は、撮影レンズ１２及び１３を透過した被写体光束３８及び３９をそれぞれ反射させて前記結像面４１に入射させる。前記ＣＣＤ４２は、前記シャッタ３６が開閉制御されるときは前記被写体光束３８が前記結像面４１に垂直に入射する第１位置に回動され、前記シャッタ３７が開閉制御されるときは前記被写体光束３９が前記結像面４１に垂直に入射する第２位置に回動されて、前記被写体光束３８及び３９が前記結像面４１に結像される。前記ＣＣＤ４２はＣＣＤ駆動モータ（回動制御手段）４３によって回動される。
【００１２】
前記結像面４１に入射する前記被写体光束３８，３９が前記結像面４１に対して垂直であれば、前記ミラー３２，３３の反射角は何度であっても良いが、図３に示すように、前記ミラー３２，３３の反射角を鋭角にして、前記２つの光学系３４，３５の間に前記ＣＣＤ４２を配置すると前記３Ｄカメラ１０の厚さ方向の寸法を薄くすることができる。この厚さ方向に多少の余裕があれば、図５及び図６に示すように、前記ミラー３２，３３の反射角を４５°にすると、反射された前記被写体光束３８，３９は１８０°反対の方向から前記結像面４１に入射する配置となり、前記ＣＣＤ４２は１８０°反転して位置の切替えを行えば良い。このように、ミラーで曲げられた光が同一線上で一致する配置は光軸精度が出し易く、量産する上で好ましい。
【００１３】
図７に示すように、３Ｄカメラ１０の電気的構成は、前記ＣＣＤ４２、ＣＰＵ５０、ＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）５１、ＡＭＰ（増幅回路）５２、Ａ／Ｄ変換器５３、画像信号処理回路５４、圧縮伸長処理回路５５、ＡＥ／ＡＦ処理回路５６、ＲＯＭ５７、ＲＡＭ５８、ＳＤＲＡＭ５９、３Ｄ画像生成回路６７、前記ＬＣＤパネル１８を制御するＬＣＤドライバ６１及びメディアコントローラ６２がデータバス６０に接続されている。ＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５７に記憶されたシーケンスプログラムをワークメモリであるＲＡＭ５８に読み出して実行する。ＣＣＤ４２から出力された画像信号は、ＣＤＳ５１に入力され、ＣＣＤ４２の各受光素子の蓄積電荷量に正確に対応したＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画像データとして出力される。ＣＤＳ５１から出力された画像データは、ＡＭＰ５２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５３でデジタルの画像データに変換される。Ａ／Ｄ変換器５３から出力された画像データは、データバス６０を介してＳＤＲＡＭ５９に一時的にストアされる。画像信号処理回路５４は、ＳＤＲＡＭ５９から画像データを読み出して、階調変換、γ補正処理などの各種画像処理を施し、この画像データを再度ＳＤＲＡＭ５９に記録する。３Ｄ画像生成回路６７は、ＳＤＲＡＭ５９に記録された左目用の撮影レンズ１２による左目画像データと右目用の撮影レンズ１３による右目画像データとから立体画像データを生成する。生成された立体画像データはＬＣＤドライバ６１でアナログのコンポジット信号に変換されＬＣＤパネル１８に表示される。ＳＤＲＡＭ５９には、複数の画像を記憶する複数のメモリエリアがあり、一方からの読み出し中に、他方に書き込みをすることができる。圧縮伸長処理回路５５は、画像信号処理回路５４で画像処理が施された画像データに対して、所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す。前記立体画像データは圧縮された後に、メディアコントローラ６２を経由してメモリカード２５に記録され保存される。あるいは、前記左目画像データと右目画像データとが別々に保存されるようにしても良い。
【００１４】
ＣＰＵ５０には、前記撮影レンズ１２，１３のピント調節やズーミングを行うステッピングモータ（図示せず）を制御するレンズモータドライバ６３と、前記ＣＣＤ４２の位置を制御するＣＣＤモータドライバ６４と、前記第１及び第２のシャッタ３６，３７を開閉制御するシャッタドライバ６５と、前記ストロボ発光部１４の発光を制御するストロボ回路６６が接続されている。前記第１及び第２のシャッタ３６，３７は、同時に閉じることはあっても同時に開くように制御されることはない。また、前記電源ボタン１６、シャッタボタン１７、十字ボタン２１及びその他の操作ボタン２２の操作信号がＣＰＵ５０に入力される。前記ＣＣＤ４２の結像面４１に結像された画像のピントが合っているか否かはＡＥ／ＡＦ処理回路５６によって検知され、ピントが合っていない場合は、ＣＰＵ５０からレンズモータドライバ６３に指令がでて撮影レンズ１２，１３のピント合わせが行われる。この時、ピント位置が立体撮影に適した近距離範囲内か、立体撮影に適さない遠距離かを確認し、被写体位置が立体撮影に適さない遠距離であることが確認された場合には、前記ＬＣＤパネルに警告が表示されるようにしても良い。
【００１５】
次に、前記３Ｄカメラ１０の作用について説明するが、３Ｄカメラ１０による立体写真の撮影操作手順の殆どは通常のカメラと同じであり、一度のレリーズで左右の画像が取り込まれる点が通常のカメラと異なる点であるから、前記撮像ユニット３０による左右の画像を取り込む手順を中心に説明する。前記３Ｄカメラ１０を被写体に向ける。前記撮影レンズ１２及び１３の背後に配置された前記第１及び第２のシャッタが交互に開いて、前記被写体光を透過させる。前記ＣＣＤ４２は前記第１及び第２のシャッタ３６，３７の開放に合わせて回転し前記結像面３１を図３に示す第１位置及び図４に示す第２位置の方向に向ける。前記撮影レンズ１２及び１３を透過した被写体光は前記ミラー３２，３３で反射されて前記ＣＣＤ４２に交互に結像される。前記シャッタボタン１７が押圧されると、ピントや輝度が再確認・再調整された後に前記ＣＣＤ４２に結像された前記左目画像の画像信号がＳＤＲＡＭ５８に一時的にストアされ、左目画像に続いて右目画像も同様にストアされる。ＳＤＲＡＭ５８に一時的にストアされた左目画像と右目画像は、前述した各種回路による処理が施されて前記ＬＣＤパネル１８に表示される。このように、本発明による３Ｄカメラ１０は、２つのシャッタ３６，３７の開閉制御に合わせてＣＣＤ４２を回動させるだけであるから、駆動機構の構造が簡単で、且つ、高精度が維持できる。当然にコストメリットも生じる。
【００１６】
次に、別の実施形態について説明する。別の実施形態は前記３Ｄカメラ１０のＣＣＤを固定して駆動機構を用いない構成としたものであり、高精度、省スペース、ローコスト化に有効である。図８に示すように撮像ユニット７０はＣＣＤ７２が固定された点が前記撮像ユニット３０と異なり、図９に示すように電気的構成において傾き画像補正回路（傾き画像補正手段）６８を備えている点以外は、図７に示された前記構成と同じである。ＣＣＤ７２は、結像面７１が前記撮影レンズ１２及び１３の光軸３８ａ及び３９ａと直交する面と平行になるように、且つ前記撮影レンズ１２と１３の中間位置に配置される。前記２つのミラー３２，３３は前記光軸３８ａ及び３９ａに対して同じ角度で反対方向に傾斜し、前記撮影レンズ１２，１３を透過した前記被写体光束３８，３９を前記結像面４１に向けて反射させる。反射した前記被写体光束３８，３９の光軸３８ｂ及び３９ｂを通る光は、ともに前記結像面７１の中心に同じ角度で入射する。
【００１７】
図１０に示すように、左目画像（Ａ）と右目画像（Ｂ）は左目用光学系３４及び右目用光学系３５を介して結像面７１に斜めに入射し結像される。結像した画像は、斜めになった分だけ歪み、例えば、矩形は横向きの等脚台形（Ｃ），（Ｄ）となる。ＣＣＤ７２から出力された画像信号は、デジタルの画像データに変換され前記ＳＤＲＡＭ５９に一時的にストアされる。ストアされた画像データは、直ちに読み出され前記傾き画像補正回路６８によってそれぞれ補正され、前記歪みを修正された後に前記ＳＤＲＡＭ５９に戻される。前記歪みを修正された画像データ（Ｅ），（Ｆ）は、再び読み出されて、画像信号処理回路５４によって各種画像処理が施され、再度ＳＤＲＡＭ５９に記録される。３Ｄ画像生成回路６７は、ＳＤＲＡＭ５９に記録された左右の画像データ（Ｅ），（Ｆ）から立体画像データ（Ｇ）を生成する。生成された立体画像データ（Ｇ）はＬＣＤドライバ６１を介してＬＣＤパネル１８に表示される。
【００１８】
前記実施形態は、軸支されたＣＣＤの姿勢を切替える簡単な構成、あるいはＣＣＤを固定して駆動機構を用いない構成とすることで、高精度、省スペース、ローコスト化に配慮したものであるが、より立体視し易くするために、左右の光軸の幅や角度を調節する機構を設けても良い。例えば、図１１に示すように、撮像ユニット８０は、角度制御装置８２によって前記左右の撮影レンズ１２，１３及びミラー３２，３３をそれぞれ内側に回動させることができるように構成される。撮影レンズ１２，１３が２θ回動すると、ミラー３２，３３はθだけ回動するようにして、ＣＣＤ４２の結像面４１に入射する被写体光束３８，３９の光軸３８ｂ，３９ｂの角度が変化しないようにようにする。このθの調整によって撮影レンズ１２，１３の光軸３８ａ，３９ａは内側に傾斜して被写体側で交差する。この交差する角度は輻輳角といい、脳が立体物を立体物として認識する情報の１つであり、その交差点の設定を被写体までの距離にすると、その被写体の立体視がし易くなる。特に、近距離（例えば、５０ｃｍ）の場合は効果的である。
【００１９】
また、図１２に示すように、撮像ユニット９０は、光学系移動装置９２によって左右の撮影レンズ１２，１３及びミラー３２，３３をそれぞれ内側あるいは外側に且つ斜めに移動自在に（矢印Ｈ及び矢印Ｊの方向）構成する。ミラー３２，３３は、ＣＣＤ４２の結像面４１にそれぞれ垂直に入射する被写体光束３８，３９の光軸３８ｂ，３９ｂに沿って移動される。撮影レンズ１２，１３は、前記ミラー３２，３３における被写体光束３８，３９の入射角及び反射角が変化しないように前記ミラー３２，３３の移動方向と平行に移動されるとともに、これらの移動による前記結像面４１へのピント調節が行われる。人間の両眼の幅には個人差があり、立体視するときの基線長が異なるため、撮影時の基線長を変更可能とすることは、見易い立体画像を形成する上で好ましい。なお、前記光学系移動装置９２によって撮影レンズ１２，１３及びミラー３２，３３を斜めに移動自在に構成したが、目的は眼幅調整であるから、前記撮影レンズ１２，１３が互いの光軸の平行を維持しながら移動して前記光軸の幅を変更可能であれば、これとは異なる動き方であっても良く、例えば、図１３に示すように、撮影レンズ１２，１３及びミラー３２，３３をそれぞれ内側あるいは外側に移動（矢印Ｋの方向）させるとともに、ＣＣＤ４２を前後方向（矢印Ｌの方向）へ移動して結像面４１と前記光軸３８ｂ，３９ｂとの位置合わせを行い、撮影レンズ１２，１３の一部のレンズを動かしてピント調節を行うようにしても良い。
【００２０】
前記実施形態は、静止画撮影、動画撮影について特に説明しなかったが、本発明による立体撮像装置は、静止画撮影、動画撮影のどちらにも適用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ３Ｄカメラ（立体撮像装置）
１２，１３  撮影レンズ（光学レンズ群）
１８  ＬＣＤパネル
３０，７０，８０，９０  撮像ユニット
３２，３３  ミラー（反射部材）
３４  左目用光学系
３５  右目用光学系
３６  第１のシャッタ
３７  第２のシャッタ
３８，３９  被写体光束
４１，７１  結像面
４２，７２  ＣＣＤ（撮像素子）
４３  ＣＣＤ駆動モータ（回動制御手段）
５０  ＣＰＵ
６４  ＣＣＤモータドライバ
６７  ３Ｄ画像生成回路
６８  傾き画像補正回路（傾き画像補正手段）
８２  角度制御装置
９２  光学系移動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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