(57)【要約】【課題】二次元画像を取得するときは膨大なデータを無駄にせず、三次元光線も取得できる画像取得装置を提供する。【解決手段】複屈折光学素子と等方性部材とが界面を介して接合されているレンズＬ０と、液晶パネル２０６と、偏光板２０８とを備え、液晶パネル２０６における第１の偏光状態と第２の偏光状態とを切り換えて、二次元画像又は三次元画像を撮影する。【選択図】      図１３
2010025975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光線を透過するものであって、複屈折材料を用いた複屈折光学素子と等方性材料を用いた等方性部材とを有し、前記複屈折光学素子と前記等方性部材とが界面を介して接合されている第１光学素子と、
前記第１光学素子における前記被写体側の面に配され、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第１の屈折率差を生じさせる第１の偏光状態と、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第２の屈折率差を生じさせる第２の偏光状態とに切り換え可能な偏光制御素子と、
前記偏光制御素子における前記被写体側の面に配され、前記被写体からの光線の中で予め規定された偏光状態の光線を透過する偏光子と、
前記第１光学素子の照射側における光軸上に配され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、
前記第１光学素子、前記偏光制御素子、前記偏光子とを一体で一方向に移動させて前記被写体を走査する駆動部と、
前記駆動部によって前記第１光学素子、前記偏光制御素子、前記偏光子を移動させながら、前記被写体から前記偏向子、前記偏光制御素子、前記第１光学素子を透過して、前記第２光学素子により結像された光線を画像として取得する撮像部と、
前記偏光制御素子における前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とを切り換える制御部と、
を有する画像取得装置。
【請求項２】
被写体からの光線を透過するものであって、複屈折材料を用いた複屈折光学素子と等方性材料を用いた等方性部材とを有し、前記複屈折光学素子と前記等方性部材とが界面を介して接合されている第１光学素子と、
前記第１光学素子における前記被写体側の面に配され、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第１の屈折率差を生じさせる第１の偏光状態と、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第２の屈折率差を生じさせる第２の偏光状態とに切り換え可能な偏光制御素子と、
前記被写体を照明するものであって、予め規定された偏光状態の光線を前記被写体に照射する照明部と、
前記第１光学素子の照射側における光軸上に配され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、
前記第１光学素子、前記偏光制御素子とを一体で一方向に移動させて前記被写体を走査する駆動部と、
前記駆動部によって前記第１光学素子、前記偏光制御素子を移動させながら、前記被写体から前記偏光制御素子、前記第１光学素子を透過して、前記第２光学素子により結像された光線を画像として取得する撮像部と、
前記偏光制御素子における前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とを切り換える制御部と、
を有する画像取得装置。
【請求項３】
前記照明部は、光源と、前記光源の中から予め規定された偏光状態の光線を透過する偏向子を有する、
請求項２記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記照明部は、予め規定された偏光状態の光線を照射する光源を有する、
請求項２記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記制御部が前記第１の偏光状態に切り換えたときに、前記撮像部は前記画像として多視差画像を取得し、
前記制御部が前記第２の偏光状態に切り換えたときに、前記撮像部は前記画像として単一の視差画像を取得する、
請求項１又は２記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記偏光子の透過軸が、前記被写体を照明する照明光の入射角度に対し直交する角度に設定されている、
請求項１又は２記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記偏光制御素子は、複数の区画に分割され、前記区画毎に前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態に切り換える、
請求項１又は２記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記制御部は、予め白板と黒板を撮影した補正用画像に基づいて、前記撮像部で取得した前記画像を構成する画素値のムラを補正する、
請求項１又は２記載の画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元画像や二次元画像を読み取るための画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ越しの画像のスキャンをすることによって三次元光線を取得する三次元光線取得装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、複屈折材料からなるレンズを用いた偏光子も提案されている（例えば、特許文献２参照）
さらに、複屈折レンチキュラーシートと液晶素子によってレンズ効果を制御し、液晶素子のＯＮ／ＯＦＦによって立体表示と平面表示を切り替える立体画像表示装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００７−１０２２０１公報
【特許文献２】特許第２８９３７６９号公報
【特許文献３】特開２００６−２７６４６６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１の三次元光線取得装置では、多方向の画像を冗長に撮影しているため、通常の二次元データを取得するときには膨大なデータを無駄に取得することになり、走査速度が遅くなるという問題点があった。そのため、書類を複写する複写機と、複写機と類似の構造を持ち多方向の画像を取得できる三次元光線取得装置はそれぞれに互換性がなかった。
【０００５】
また、特許文献３には、画像取得装置の構成については開示されていなかったという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、二次元画像を取得するときは膨大なデータを無駄にせず、三次元光線も取得できる画像取得装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、被写体からの光線を透過するものであって、複屈折材料を用いた複屈折光学素子と等方性材料を用いた等方性部材とを有し、前記複屈折光学素子と前記等方性部材とが界面を介して接合されている第１光学素子と、前記第１光学素子における前記被写体側の面に配され、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第１の屈折率差を生じさせる第１の偏光状態と、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第２の屈折率差を生じさせる第２の偏光状態とに切り換え可能な偏光制御素子と、前記偏光制御素子における前記被写体側の面に配され、前記被写体からの光線の中で予め規定された偏光状態の光線を透過する偏光子と、前記第１光学素子の照射側における光軸上に配され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、前記第１光学素子、前記偏光制御素子、前記偏光子とを一体で一方向に移動させて前記被写体を走査する駆動部と、前記駆動部によって前記第１光学素子、前記偏光制御素子、前記偏光子を移動させながら、前記被写体から前記偏向子、前記偏光制御素子、前記第１光学素子を透過して、前記第２光学素子により結像された光線を画像として取得する撮像部と、前記偏光制御素子における前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とを切り換える制御部と、を有する画像取得装置である。
【０００８】
また、本発明は、被写体からの光線を透過するものであって、複屈折材料を用いた複屈折光学素子と等方性材料を用いた等方性部材とを有し、前記複屈折光学素子と前記等方性部材とが界面を介して接合されている第１光学素子と、前記第１光学素子における前記被写体側の面に配され、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第１の屈折率差を生じさせる第１の偏光状態と、前記複屈折光学素子と前記等方性部材との間に第２の屈折率差を生じさせる第２の偏光状態とに切り換え可能な偏光制御素子と、前記被写体を照明するものであって、予め規定された偏光状態の光線を前記被写体に照射する照明部と、前記第１光学素子の照射側における光軸上に配され、前記第１光学素子からの光線を結像する第２光学素子と、前記第１光学素子、前記偏光制御素子とを一体で一方向に移動させて前記被写体を走査する駆動部と、前記駆動部によって前記第１光学素子、前記偏光制御素子を移動させながら、前記被写体から前記偏光制御素子、前記第１光学素子を透過して、前記第２光学素子により結像された光線を画像として取得する撮像部と、前記偏光制御素子における前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態とを切り換える制御部と、を有する画像取得装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、二次元画像を取得するときは膨大なデータを無駄にせず、三次元光線も取得できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、三次元光線取得装置（以下、単に「画像取得装置」という）の最良な実施形態を詳細に説明する。ここで、画像取得装置は、三次元画像再生装置（以下、「画像再生装置」という）を用いて三次元画像を再生する場合に、その再生に必要な三次元の光線情報（以下、光線情報という）を取得するための装置である。
【００１１】
「光線情報」とは、反射光、透過光、自発光の光を含む意味である。
【００１２】
「三次元画像」とは、複数の視差を持つ多視差画像を含む画像を意味し、詳しくは後から説明する。
【００１３】
「二次元画像」とは、一の視点から撮像された画像を意味する。
【００１４】
（画像再生装置の実施形態）
まず、本実施形態の画像取得装置を説明する前に、画像再生装置１００について図１〜図４に基づいて説明する。
【００１５】
（１）画像再生装置の構成
図１は、画像再生装置１００の概略構成を示す図である。
【００１６】
液晶ディスプレイ１０１は、ＲＧＢ３原色のサブピクセル（表示画素）が、図４に示すようにマトリクス平面状に配置されたカラー液晶表示画面を有する。この液晶ディスプレイ１０１は駆動装置１０５により電気的に駆動され、表示画面の各列に視差情報が表示される。液晶ディスプレイ１０１の背面側にはバックライト１０３が配置されており、バックライト用電源１０４から供給される駆動電力により、このバックライト１０３から発せられた光は液晶ディスプレイ１０１の表示画面を照らす。
【００１７】
ピンホールアレイ板１０２は、バックライト１０３とは反対側、すなわち、液晶ディスプレイ１０１の表示画面と観察者の観察眼１０８との間の位置に配置されている。このピンホールアレイ板１０２の各ピンホール１０９から射出される光線群により三次元実像１０６が再生され、観察眼１０８により認識される。
【００１８】
また、ピンホールアレイ板１０２から実像１０６とは逆方向に光線を辿っていくことにより、三次元虚像１０７を再生することもできる。さらに、ピンホールアレイ板１０２の前後に連続的に三次元像を再生させることも可能である。なお、ピンホール１０９に代えて公知のマイクロレンズアレイ１１２としてもよい。
【００１９】
（２）画像再生装置の再生方法
画像再生装置１００は、ＲＧＢの混色において色割れのない、自然で高精細な立体像を再生することができるように以下の構成を有している。
【００２０】
図２は、図１に示した画像再生装置１００と三次元画像１０６との位置関係を上から見た図である。観察者１０８から見てピンホールアレイ板１０２の後ろ側に配置される液晶ディスプレイ１０１は、それぞれ角度に応じて微妙に見え方の違う視差画像群、すなわち「多視差画像」を表示する。この多視差画像から発せられた光は、いずれかのピンホール１０９を通って多数の視差画像光線群となり、これらが集光されて三次元実像１０６（立体像）が再生される。
【００２１】
多視差画像を平面的に表示する液晶ディスプレイ１０１において、その最小の駆動単位である表示画素は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各サブピクセル１，２，・・・である（図４参照）。Ｒ、Ｇ、Ｂの３つのサブピクセル１，２，・・・によって色を再現することができる。各サブピクセル１，２，・・・は、各々からピンホール１０９の中心を通る直線が、表示空間上の立体像と交わる点の輝度及び色の情報を表示する。ここで、同一のピンホール１０９を通る同一サブピクセル１，２，・・・からの直線が「立体像と交わる点」は一般には複数あるが、表示点は観察者側に最も近い点とする。例えば図２において、点Ｐ２よりも観察眼１０８に近い点Ｐ１を表示点とする。
【００２２】
（３）変更例
図３は、画像再生装置の変更例であり、図１のピンホールアレイ板１０２に代えてスリットアレイ板１１０を配置した場合を示す図である。ここで、スリットアレイ板１１０は、垂直方向（又は水平方向）にかけて形成された複数の孔部（スリット１１１）により構成されている。なお、図３の拡大図は、スリットアレイ板１１０を正面から見た概略図を示している。
【００２３】
スリットアレイ板１１０を用いる場合、垂直方向の屈折率は微少であるため垂直方向の視差は放棄される。スリットアレイ板１１０はピンホールアレイ板１０２よりも製作が容易であり、ピンホールアレイ板１０２と同様に色分離のない自然で高精細な立体像を再生できる。なお、スリットアレイ板１１０に代えて、水平方向又は垂直方向に曲率を有した複数のシリンドリカルレンズから構成されるレンチキュラーシート１１３を用いてもよい。
【００２４】
（画像取得装置の第１の実施形態）
上記した画像再生装置１００では、光線情報に対応した配置の表示画素を、光線情報をピンホールアレイ板１０２の背面に表示することで、光線情報の再生を行う。このような表示を行うためには、画像再生装置１００の構成（光学特性）に対応した光線情報を取得する必要がある。
【００２５】
そこで、画像取得装置２００では、後述する図７、８に示したような構成を採用することにより、画像再生装置１００の光学特性に対応した光線情報を取得する。すなわち、レンズＬ１が、画像再生装置１００での光線制御素子に相当し、被写体からの光線角度を光学素子Ｌ２上の所定の位置に変換する。また、結像レンズＬ３は単一の視差画像を透視画像として結像し、光学素子Ｌ２上の多視差画像の光線情報を取得する。
【００２６】
次に、画像取得装置２００の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２７】
以下、図５〜図１０を参照して、第１の実施形態の画像取得装置２００について説明する。
【００２８】
（１）画像取得装置２００の構成
画像取得装置２００では撮像及び照明に係る光学系と、その光学系を可動させ走査する駆動系と、駆動毎に画像データを取得（撮像）する撮像部で構成される。
【００２９】
図５は、画像取得装置２００の平面図を示しており、図６は、画像取得装置２００の側面図を示している。なお、図５、図６では、筐体２０１内の撮像に係る光学系（撮像光学系）と撮像部Ｒのみを示している。
【００３０】
図５、図６に示すように、撮像光学系として、レンズＬ１、レンズＬ２、結像レンズＬ３、ミラーＭ１、ミラーＭ２、ミラーＭ３を備える。ミラーＭ１はレンズ越しの光軸を９０度曲げる作用を持つ。また、ミラーＭ２、ミラーＭ３はミラーＭ１からの光を受け、結像レンズＬ３に折り返す作用を持つ。また、光線情報を取得する撮像部Ｒは、結像レンズＬ３の後段に配置される。ここで、光電変換素子アレイである撮像部Ｒとして、ＣＣＤ（Charge−Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像手段を用いるものとする。
【００３１】
光線情報を表す直交座標系として、図５に示すように平面図の水平方向をｘ軸とｙ軸からなるｘ−ｙ平面とし、図６に示すように、ｘ−ｙ平面の垂直方向をｚ軸方向と呼ぶ。このｘ、ｙ、ｚ座標系によれば、レンズＬ１、レンズＬ２、二次元画像を撮像できる撮像部Ｒはｙ軸方向に延設され、撮像部Ｒの走査方向はｘ軸方向となる。
【００３２】
（２）画像取得装置２００の取得動作
撮像系において、レンズＬ１、レンズＬ２、ミラーＭ１が一体的にｘ軸方向に移動して走査する。また、ミラーＭ２とミラーＭ３は一体的に設置され、レンズＬ１、レンズＬ２、ミラーＭ１の走査速度の半分の走査速度でｘ軸方向に移動して走査する。これにより、走査による移動があってもレンズＬ１からの光路長は変化しない。このミラーＭ１、ミラーＭ２、ミラーＭ３のミラーの形状はレンズ越しの画像取得範囲となる。後で示す光学系の光線範囲に準じて必要な範囲のミラーを設置する。なお、レンズＬ１、レンズＬ２、ミラーＭ１と、ミラーＭ２、ミラーＭ３とは、不図示のモータ等の駆動部によってｘ軸方向に移動する。
【００３３】
図７、図８は、画像取得装置２００のミラーＭ１〜Ｍ３による光線の折り返しを説明を簡単にするために省略し、光学系の光線を直線的に示した図である。なお、図７は画像取得装置２００の側面図を示しており、図８は画像取得装置２００の平面図を示している。
【００３４】
図７、図８において、距離ａは、レンズＬ１とレンズＬ２との間の距離を、距離ｂは、レンズＬ２と結像レンズＬ３との間の距離を、距離ｃは、結像レンズＬ３と撮像部Ｒとの間の距離を示している。
【００３５】
ここで、レンズＬ１の焦点距離ｆ１が、ｆ１＝ａであり、レンズＬ２の焦点距離ｆ２が、−１／ｆ２＝１／ａ−１／ｂであるものとする。また、レンズＬ３については、水平方向の焦点距離ｆ３ｈと、垂直方向の焦点距離ｆ３ｖとが異なるものとすると、水平方向の焦点距離ｆ３ｈは、下記（１）式の関係式に基づいて決定される。さらに、垂直方向の焦点距離ｆ３ｖは、下記（２）式の関係式に基づいて決定される。なお、レンズＬ１〜Ｌ３を挟んで像側（図中右方向）を正（＋）、被写体となる物体側（図中左方向）を負（−）の符号としている。
【００３６】
水平方向：    １／（ａ＋ｂ）−１／ｃ＝−１／ｆ３ｈ  ・・・（１）
垂直方向：    １／ｂ−１／ｃ＝−１／ｆ３ｖ  ・・・（２）
すなわち、レンズＬ１は水平方向では被写体からの平行光をレンズ幅で集め、レンズＬ２上に集光するその光は、当該レンズＬ２を介して結像レンズＬ３により撮像部Ｒ上に結像される。垂直方向ではレンズＬ１のレンズ面（走査面表面）の像（ある程度の被写体深度を有する）が、撮像部Ｒ上に結像される。
【００３７】
上記した光学系とすることで、レンズＬ１のレンズ面での平行光の角度分布を撮像部Ｒの撮像画素数分の、被写体の視差を取得できる。このように、レンズＬ２を、レンズＬ１と結像レンズＬ３との間に配置することで、広い角度範囲を撮像部Ｒ上に入れ込むことができる。垂直方向では、視差なく被写体の像を結像できる。被写体の水平方向の像は走査することで得ることができる。この走査を行って、撮像部Ｒで撮像した画像は、図示しないメモリに記憶される。
【００３８】
なお、レンズＬ１を、スリット（又はピンホール）に代えることとしてもよい。この場合、画像再生装置１００の、スリットアレイ板１１０（又はピンホールアレイ板１０２）の光学特性に応じたサイズとすることが好ましい。
【００３９】
また、光学レンズＬ２により、レンズＬ１と結像レンズＬ３とが共役像関係にある場合、結像レンズＬ３をスリットとすることで、上記同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、結像レンズＬ３にテレセントリック光学系を採用することで、結像レンズＬ３の焦点位置にスリットを配置し、このスリットとレンズＬ１との関係を、レンズＬ２により共役像関係とすることで、上記同様の効果を得ることができる。
【００４１】
（３）画像取得装置２００の原理
次に、本実施形態の画像取得装置２００の原理について、図９〜図１２を参照して、照明光と被写体からの光との関係から説明する。
【００４２】
図９は、被写体を含めた撮像光学系の側面図になっている。なお、ミラーＭ１〜Ｍ３等により光線の折り返しは、説明を簡単にするために省略している（なお、以下の説明でも同じである）。
【００４３】
被写体からは照明からの光を様々な方向に散乱反射している。この光線を取得し再生すれば実空間に近い立体表示をすることができる。被写体の様々な方向からの光線がレンズＬ１に入射する。図中では例として丸数字１から丸数字５の光線を示す。
【００４４】
レンズＬ１によって、当該レンズＬ１位置での丸数字１から丸数字５の光線角度がレンズＬ２上の異なる位置に集光される。
【００４５】
これがレンズＬ２と結像レンズＬ３によって撮像部Ｒに結像される。このとき丸数字１から丸数字５の並びが反転する。レンズＬ１で反転し、結像レンズＬ３で反転するため、２回反転する。
【００４６】
このように、レンズＬ１の位置を変えて撮像を行うことで広い範囲の光線情報を取得することができる。
【００４７】
なお、画像再生装置１００に表示するときには、レンズＬ１に対応するレンズやスリットといった光線制御素子にそれぞれの位置に対応した光線情報を与えればよい。図１０に示すように光線制御素子（レンズアレイやピンホールアレイ若しくはレンチキュラーシートやスリットアレイ）を通すことで場所が異なる画素が光線角度に対応し出力される。それぞれの位置で入力した光線情報を表示すれば光線の集合として三次元の被写体を再生されることがわかる。例えば図９で取得した丸数字１から丸数字５を図のように配置すれば、全く同じ立体像が再生される。
【００４８】
レンズＬ１がなくても結像レンズＬ３の射出瞳がシリンドリカルレンズで結像される場合、その像を通した光線を取得するため、同様に三次元光線を取得できる。
【００４９】
（４）変更例
垂直方向（又は、水平方向）の視差を放棄する場合、水平方向（又は、垂直方向）に曲率を有したシリンドリカルレンズを、レンズＬ２として用いる。このようにすれば、垂直方向にはレンズＬ２は作用せず、垂直方向では図１１（ａ）のように通常の画像取得と同じように画像を取得することができる。
【００５０】
垂直方向に視差を割り振らない光線制御素子（レンチキュラーシートやスリットアレイ）を用いて立体画像を再生する場合、図１１（ｂ）に示したように、観察者は、撮像部Ｒの撮像位置に対応する位置から観察することで、垂直方向には通常の画像と同様に撮像位置からの透視画像が観察できるが、このとき、両眼の視差等から奥行き感を知覚することができる。
【００５１】
（画像取得装置２００の第２の実施形態）
第１の実施形態における画像取得装置２００において、書面などの二次元平面の二次元画像を読み取る場合、視差情報は必要なく膨大なデータが無駄になるだけでなく、無駄なデータを読み込むため走査速度が遅くなる。
【００５２】
そこで、第２の実施形態の画像取得装置２００では、光線として分解する被写体側の光学素子を無効にすることによって、無駄なデータを読み込むことなく走査速度が早くなる構成を説明する。
【００５３】
本実施形態の画像取得装置２００について図１２から図１９に基づいて説明する。
【００５４】
（１）画像取得装置２００の構成
画像取得装置２００の構成について図１２に基づいて説明する。
【００５５】
本実施形態と、第１の実施形態の異なる点は、第１の実施形態のレンズＬ１を省略し、Ｌ２に代えて、レンズＬ０を配置する。レンズＬ１を省略して結像レンズＬ３の射出瞳がシリンドリカルレンズで結像され、その像を通した光線が取得されるため、三次元光線が取得される。
【００５６】
画像取得装置２００では撮像及び照明に係る光学系と、その光学系を可動させ走査する駆動系と、駆動毎に画像データを取得（撮像）する撮像部で構成される。
【００５７】
図１２（ａ）は、画像取得装置２００の平面図を示しており、図１２（ｂ）は、画像取得装置２００の側面図を示している。なお、図１２（ａ）（ｂ）では、筐体２０１内の撮像に係る光学系（撮像光学系）と撮像部Ｒのみを示し、また、説明を簡単にするために、図１２（ｂ）と図６とは上下反対に記載している。
【００５８】
図１２（ａ）（ｂ）に示すように、撮像光学系として、偏光制御素子である液晶パネル２０６、偏向子である偏光板２０７、第１光学素子であるレンズＬ０、第２光学素子である結像レンズＬ３、ミラーＭ１、ミラーＭ２、ミラーＭ３を備え、レンズＬ０の両側には、一対の照明装置２０２，２０２を備えている。
【００５９】
ミラーＭ１はレンズ越しの光軸を９０度曲げる作用を持つ。また、ミラーＭ２、ミラーＭ３はミラーＭ１からの光を受け、結像レンズＬ３に折り返す作用を持つ。また、光線情報を取得する撮像部Ｒは、結像レンズＬ３の後段に配置される。
【００６０】
撮像部Ｒは、ＲＧＢの３色のカラーフィルターを有し、このカラーフィルターを透過した光線を撮像する。
【００６１】
そして、レンズＬ０、液晶パネル２０６、偏光板２０７、レンズＬ２、ミラーＭ１が一体的にｘ軸方向に移動して走査する。また、ミラーＭ２とミラーＭ３は一体的に設置され、レンズＬ０、レンズＬ２、ミラーＭ１の走査速度の半分の走査速度でｘ軸方向に移動して走査する。なお、レンズＬ１、レンズＬ２、ミラーＭ１と、ミラーＭ２、ミラーＭ３とは、不図示のモータ等の駆動部によってｘ軸方向に移動する。
【００６２】
そして、撮像部Ｒで撮像された画像信号を処理し保存する制御部２０３を有している。
【００６３】
（２）レンズＬ０の構成
図１３と図１４は、本実施形態の電気的にスイッチングするレンズＬ０を示すもので、複屈折光学素子である複屈折レンズ２０４と等方性部材２０５が曲率を持った界面で接合され、液晶パネル２０６、偏光板２０７との構成を示す図である。
【００６４】
レンズＬ０の被写体側のレンズ面には、液晶パネル２０６が設けられ、また、この液晶パネル２０６の被写体側の面には偏光板２０７が設けられている。
【００６５】
レンズＬ０は、例えば、図１２（ａ）に示すようにｙ軸方向に延びている。複屈折レンズ２０４は複屈折材料をレンズ形状（例えば、ｙ軸方向に延びるシリンドリカルレンズの形状）にしたものであり、等方性部材２０５は等方性材料を用いる事ができる。複屈折レンズ２０４、等方性部材２０５とは接合界面を介して一体に構成されている。なお、図１３と図１４では、複屈折レンズ２０４、等方性部材２０５、液晶パネル２０６、偏光板２０７の順番に構成されているが、等方性部材２０５、複屈折レンズ２０４、液晶パネル２０６、偏光板２０７の順番に構成してもよい。
【００６６】
液晶パネル２０６は、一対の板状の透明電極２１１，２１１の間に液晶分子２１２が挟持されている。
【００６７】
図１５と図１６に示す照明装置２０２，２０２は、被写体を照明するためのものであり、レンズＬ０の両側に配置されている。この照明装置２０２，２０２は、板状の導光板２０８と、導光板２０８の側部に配置された光源２０９、光源２０９からの光を反射する反射板２１０を有している。光源２０９として、冷陰極管、ＬＥＤを用いる。
【００６８】
（３）三次元画像を取得する場合
本実施形態における画像取得装置２００において、三次元画像を取得する場合について、図１３、図１５、図１７、図１９に基づいて説明する。
【００６９】
図１３に示すように、撮影するとき、被写体からの光は偏光板２０７を通し、ある規定された一つの偏光状態を持った光が液晶パネル２０６に入射する。電圧が掛かった液晶パネル２０６では偏光板２０７の偏光状態のまま、等方性部材２０５と複屈折レンズ２０７の接合界面を持つレンズＬ０に入射する。
【００７０】
複屈折材料の屈折率楕円体は、図１７で示すような状態であり、偏光板２０７の透過軸が複屈折材料のｎｅの軸と略等しい場合、等方性部材２０５の屈折率（複屈折材料のｎｏの軸と等しい）と屈折率差（第１の屈折率差）が生まれ、レンズ効果が生じる。
【００７１】
図１５に三次元画像の撮影状態の取得光線の範囲（視野）を示す。このときの撮影間隔は、取得したい水平撮像画素ピッチで取得する。
【００７２】
そして、制御部２０３は、液晶パネル２０６に電圧を掛けた状態で取得した画像については、三次元画像として処理し保存する。規定された三次元画像再生装置で再生できるようなフォーマットに処理することもできる。制御部２０３は、三次元画像を取得する場合には、レンズＬ０の液晶パネル２０６に電圧を掛けてレンズ効果が生じさせる。
【００７３】
（４）二次元画像を取得する場合
本実施形態における画像取得装置２００において、二次元画像を取得する場合について、図１４、図１６、図１８、図１９に基づいて説明する。
【００７４】
図１４に示すように、撮影するとき、被写体からの光は偏光板２０７を通し、ある規定された一つの偏光状態を持った光が液晶パネル２０６に入射する。電圧が掛からない液晶パネル２０６では、偏光状態が９０度旋回されて、等方性部材２０５と複屈折材料を用いた複屈折レンズ２０４に入射する。
【００７５】
すなわち、図１９で示すように、透明電極２１１，２１１に電圧が掛からない場合、ここで用いているＴＮ型の液晶分子２１２のツイストによって偏光状態が９０度回旋する。９０度偏光状態が回旋した光に対し複屈折レンズ２０４はｎｏの屈折率を持ち、等方性部材２０５の屈折率（複屈折材料のｎｏの軸と等しい）と誤差範囲より小さい程度の屈折率差（第２の屈折率差）しか生じず、レンズ効果が実質的に無効になって、屈折がほとんど生じず光がレンズＬ０からそのまま透過する。
【００７６】
図１４に二次元画像の撮影状態の取得光線の範囲（視野）を示す。取得光線角度はすべてほぼ等しく、視差のない１つの視野とみなすことができる。電気的にスイッチング可能なレンズＬ０を用いることによってレンズ効果を無くし、二次元画像が撮影できる。
【００７７】
このときの撮影間隔は図１６に示すように、図１４の視野毎に撮影を行い、その画像を合成することによって二次元画像を構成することができる。撮影間隔は広がるため走査速度が三次元画像に比べ早くすることができる。また、無駄な三次元データを取得する必要もなくなる。
【００７８】
そして、制御部２０３は、液晶パネル２０６に電圧を掛けない状態で取得した画像については、二次元画像として処理して保存する。また、制御部２０３は、二次元画像を取得する場合には、液晶パネル２０６に電圧を掛けずレンズＬ０の屈折率差をほとんど生じさせず、レンズ効果をほとんど作用させない。
【００７９】
（変更例）
本発明は上記実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。
【００８０】
（１）変更例１
上記第２の実施形態の変更例１を図２０に基づいて説明する。
【００８１】
図２０は、照明装置２０２に偏光板２１３を取り付けた変更例である。
【００８２】
上記第２の実施形態のように偏光板をレンズＬ０の前面に設置せず、偏光板２１３を照明装置２０２の導光板２０８の射出面に設置する。
【００８３】
この変更例であっても通常の被写体であれば反射や散乱で偏光状態が変わらず、液晶パネル２０６に対する電圧のＯＮ／ＯＦＦによって、レンズＬ０の屈折率をスイッチングできる。
【００８４】
（２）変更例２
上記第２の実施形態の変更例２を図２１に基づいて説明する。
【００８５】
図２１にレーザ光源２１４による照明装置２０２の変更例を示す。レーザ光線は偏光状態を揃えて光を出射することができる。
【００８６】
レンズＬ０の屈折率楕円体のｎｅの軸と合わせた偏光状態でレーザ光線をレーザ光源２１４が出射することでレンズＬ０のスイッチングができる。また、偏光板２０７での吸収が起きないため光の利用効率が向上できる。
【００８７】
（３）変更例３
上記第２の実施形態の変更例３を図２２に基づいて説明する。
【００８８】
図２２に赤、青、緑の３原色のＲＧＢのレーザ光源２１４−Ｒ，Ｇ，Ｂによる照明による照明の構成例を示す。赤、青、緑の３原色のレーザ光線を用いることによってカラー画像を取得することができる。また、時間的に分割してそれぞれの色を照明すれば、撮像系のフィルター（例えば、撮像部Ｒのカラーフィルター）が不要になり、光の利用効が向上する。
【００８９】
（４）変更例４
上記第２の実施形態の変更例４を図２３、図２４、図２６に基づいて説明する。
【００９０】
図２３に、二次元画像を撮影する二次元モードと、三次元画像を撮影する三次元モードの部分的な撮影モードの切り替え例を示す。
【００９１】
二次元データと三次元データが混在している場合、部分的に撮影モードを切り替える。すなわち、三次元の被写体部分の液晶パネル２０６に電圧かけて、部分的に三次元光線として取得し、他の部分では、液晶パネル２０６に電圧かけず、二次元画像として取得する。
【００９２】
また、図２４に示すように、液晶パネル２０６のｘ軸方向の電極を複数の区画に分割して、分割した区画の透明電極２１１，２１１毎にＯＮ／ＯＦＦさせる。そして、シリンドリカルレンズであるレンズＬ０の一部をレンズとして利用する。
【００９３】
図２３、図２４共に、図２５のフローチャートに示すように、三次元モードと二次元モードとを部分的な領域を予め指定する。すなわち、ステップ１において、二次元モードでプレスキャンし、ステップ２において、その二次元画像を元にオペレータが三次元モードと二次元モードとの区別を制御部２０３に対し指定し、ステップ３において、本スキャンすると、レンズＬ０が部分的にスイッチングして、希望する画像を取得できる。また、プレスキャンを三次元モードで行い、データの特徴から三次元モードと二次元モードとの区別を行うこともできる。
【００９４】
（５）変更例５
上記第２の実施形態の変更例５を図２６に基づいて説明する。
【００９５】
図２６に光線角度範囲を可変にできるレンズＬ０、の例を示す。
【００９６】
光線角度を可変にするためには、シリンドリカルレンズの焦点距離を可変させる。この可変焦点のシリンドリカルレンズは、前面に偏光板２０７を配置し（入射光として偏光状態が一定になっていること）、シリンドリカルレンズ形状の複屈折レンズ２０４と等方性部材２０５を１セットし、それぞれの間に液晶パネル２０６を挟む。図では３セットの液晶パネル２０６と複屈折材料の複屈折レンズ２０４と等方性部材２０５、１枚の偏光板２０７の組を有している。ここでは３セットを用いて説明するが、複数であればいくつでもよい。
【００９７】
図２７〜図３０を用いてシリンドリカルレンズの可変焦点について説明する。
【００９８】
図２７では、全ての複屈折レンズ２０４の複屈折材料がｎｏとして作用する偏光状態となっており、全てレンズとして作用せず二次元モードとなる。
【００９９】
図２８では、全ての液晶パネル２０６に電圧をかけ、全ての複屈折レンズ２０４に屈折率差を生じさせる。このような状態では３枚の組み合わせレンズとして作用する。構成やレンズ間距離にもよるが焦点距離が短くなることができ、より広い角度範囲の光線情報が取得できる。
【０１００】
図２９では、被写体側の手前の２つの液晶パネル２０６に電圧をかけ、手前２つの複屈折レンズ２０４のレンズ効果を作用させる。
【０１０１】
図３０では、被写体側の一番手前の液晶パネル２０６と、最も被写体から離れた一番奥の液晶パネル２０６に電圧をかけ、手前一つの複屈折レンズ２０４のレンズ効果を有効にしている。
【０１０２】
それぞれの複屈折レンズを組み合わせることによって、複数パターンのレンズ状態を作り出すことができる。
【０１０３】
また、複屈折レンズ２０４がシリンドリカルレンズのような凸レンズだけでなく、凹レンズとの組み合わせもできる。
【０１０４】
（６）変更例６
上記第２の実施形態の変更例６を図３１に基づいて説明する。
【０１０５】
本変更例では、図３１に示すように、カメラの位置をずらすことによる垂直方向の解像度を向上させる。
【０１０６】
図３１（ａ）に示すように、ｙ方向にさらに解像度が高い画像を取得したい場合には、結像レンズＬ３からの光線情報をハーフミラーＭ４、Ｍ４で分け、これら光線情報を３台のカメラ２１６，２１７，２１８で撮像することにより、解像度を向上させることができる。このとき撮影される視野を図３１(ｂ)に示す。画像が画素の1/3ずつづれてオーバーラップしており、解像度を向上させることができる。  図示はしていないが、同様に３台のカメラ２１６，２１７，２１８をｘ方向にずらして配置することによって水平の解像度を上げることもできる。
【０１０７】
三次元モードにおいては、垂直方向（ｙ軸方向）にずらした場合には、垂直視差を得ることができ、水平方向（ｘ軸方向）にずらした場合には、角度分解能を上げることができる。
【０１０８】
（７）変更例７
上記第２の実施形態の変更例７を図３２に基づいて説明する。図３２は、照明と偏光板２０７の透過軸方向について説明する図である。
【０１０９】
照明の主方向に対し偏光板２０７の透過軸方向を垂直にして設置する。
【０１１０】
このようにすると、鏡面反射において反射し難い偏光状態の軸と重なるため鏡面反射成分を押さえ照明の映り込みを防止できる。
【０１１１】
（８）変更例８
上記第２の実施形態の変更例８を図３３に基づいて説明する。図３３は、シェーディング補正のための補正用画像の例を示す。
【０１１２】
シェーディング補正とは画素の輝度ムラや照明ムラなどを白板や黒板を予め撮影しておくことで補正を行うことである。
【０１１３】
二次元モードにおいて、視野範囲内に白板と黒板を撮像部Ｒで撮影して図３３に示すような補正用画像を取得する。これら補正用画像に基づいて、全ての画素（１回の撮影において）について輝度ムラや照明ムラの補正を行う。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施形態の画像再生装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した画像再生装置と三次元画像との位置関係を上から見た図である。
【図３】画像再生装置の変更例を示す図である。
【図４】マトリクス平面状に配置されたサブピクセルの図である。
【図５】第１の実施形態の画像取得装置の平面図である。
【図６】同じく画像取得装置の側面図である。
【図７】同じく画像取得装置の動作を説明するための側面図である。
【図８】画像取得装置の動作を説明するための平面図である。
【図９】被写体を含めた撮像光学系の側面図である。
【図１０】画像再生装置に表示するときの原理図である。
【図１１】（ａ）は一方向の視差を放棄した場合の画像取得装置の原理図であり、（ｂ）は画像再生装置の原理図である。
【図１２】（ａ）は第２の実施形態の画像取得装置の平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図１３】レンズＬ０、液晶パネル、偏光板によって、三次元画像撮影状態の説明図である。
【図１４】レンズＬ０、液晶パネル、偏光板によって、二次元画像撮影状態の説明図である。
【図１５】レンズＬ０、液晶パネル、偏光板によって、三次元画像撮影状態の視野状態を示す説明図である。
【図１６】レンズＬ０、液晶パネル、偏光板によって、二次元画像撮影状態の視野状態を示す説明図である。
【図１７】三次元画像撮影状態の走査間隔を説明する図である。
【図１８】二次元画像撮影状態の走査間隔を説明する図である。
【図１９】複屈折材料の屈折率楕円体を説明する図である。
【図２０】変更例１の説明図である。
【図２１】変更例２の説明図である。
【図２２】変更例３の説明図である。
【図２３】変更例４の第１の説明図である。
【図２４】変更例４の第２の説明図である。
【図２５】変更例４のフローチャートである。
【図２６】変更例５の第１の説明図である。
【図２７】変更例５の第２の説明図である。
【図２８】変更例５の第３の説明図である。
【図２９】変更例５の第４の説明図である。
【図３０】変更例５の第５の説明図である。
【図３１】変更例６の説明図である。
【図３２】変更例７の説明図である。
【図３３】変更例８における補正用画像の説明図である。
【符号の説明】
【０１１５】
２００  画像取得装置
２０１  筐体
２０２  照明装置
２０３  制御部
２０４  複屈折レンズ
２０５  等方性部材
２０６  液晶パネル
２０７  偏光板
Ｌ０  レンズ
Ｌ２  レンズ
Ｌ３  結像レンズ
Ｍ１  ミラー
Ｍ２  ミラー
Ｍ３  ミラー
【図１】
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【図２】
2010025975.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010025975.tif 000007
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2010025975.tif 000020
【図１９】
2010025975.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2010025975.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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