(57)【要約】【課題】電気的特性の差がない左眼用画像と右眼用画像とを十分な動解像度を有して撮像して出力する。【解決手段】撮像装置１００は、被写体点Ｓから到来する光束を集光する対物レンズ光学系１と、対物レンズ光学系１の光軸と直交する面において、この面と光軸とが交わる点に対して点対称となる窓４Ｌ，４Ｒが設けられた光束分離部４と、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒを通過した各光束の進行方向を変更するプリズム５Ｌ，５Ｒと、プリズム５Ｌ，５Ｒによって進行方向が変更された各光束による像を撮像する撮像部３と、撮像部３が撮像した撮像画像から各光束による像をそれぞれ含む画像領域を抽出して左眼用画像信号と右眼用画像信号とを生成して出力する画像処理部６とを備えた。【選択図】図１
2011182041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から到来する光束を集光するレンズ光学系と、
前記レンズ光学系が集光した光束を複数の光束に分離する光束分離部と、
前記光束分離部が分離した各光束の進行方向を変更する複数の光路変更部と、
前記複数の光路変更部の後段に設けられ単一の撮像面を有する撮像部と、
前記撮像部が出力する撮像画像から前記各光束による像を含む画像領域を抽出して左眼用画像と右眼用画像とを生成する画像処理部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記レンズ光学系の前段もしくは後段、または前記レンズ光学系の光路上の中間に設けられる光量調節部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光路変更部は、光学プリズムであることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の光学プリズムそれぞれに対応して、前記光学プリズムによる光の屈折の方向と逆方向に光を屈折させる向きに設けられる複数の補正光学プリズムをさらに備えることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
フォーカス位置を取得するフォーカス位置情報取得部と、
前記フォーカス位置情報取得部から供給される前記フォーカス位置に基づき、前記画像処理部が前記画像領域を抽出する切出位置を補正する切出位置補正部と、
をさらに備え、
前記画像処理部は、前記切出位置補正部が補正した切出位置に基づいて、前記画像領域を抽出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体を単眼のレンズ光学系で捉えてステレオ写真を撮影する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１に記載されたステレオカメラ装置は、単眼の対物レンズと、この対物レンズの光軸に対して垂直方向に離間して２つの窓が設けられた開口部と、単眼の集束レンズと、２系統の光の進行方向をそれぞれ変更する反射光学系と、２つのフィルムとを備えたものである。そして、このステレオカメラ装置は、対物レンズを通して入射させた光束を開口部の２つの窓を通すことによって視差のある２系統の光束を得る。そして、このステレオカメラ装置は、これら２系統の光束を、集束レンズを通して反射光学系に供給し、この反射光学系で系統ごとに光の進行方向を変更させ各フィルムに結像させて撮像する。このステレオカメラ装置によれば、視差のある２つの画像を同時に得ることができる。
【０００３】
また、単眼のレンズ光学系を備えたカメラを用いて被写体の立体像を撮像する時分割立体カメラが知られている（例えば、非特許文献２参照）。この非特許文献２に記載された時分割立体カメラは、左眼用シャッタ窓と右眼用シャッタ窓とが設けられた液晶シャッタと単一の撮像素子とを備えたものである。そして、この時分割立体カメラは、左眼用シャッタ窓と右眼用シャッタ窓とを交互に開閉するように液晶シャッタを制御して、左眼用の像と右眼用の像とを単一の撮像素子で時分割に撮像するものである。この時分割立体カメラによれば、単一の撮像素子で、視差のある左眼用画像と右眼要画像とを時分割に得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Kennedy, C. “The Development and Use of Stereo Photography for Educational Purposes”, J.SMPE, vol.26, No.1, pp.3-17, 1936.
【非特許文献２】星野春男、山田光穂、岡野文男、湯山一郎、「時分割立体カメラの基礎研究」、電子情報通信学会研究報告。ＩＥ，画像工学、９９（４４５）ｐｐ．２５−３０、１９９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載されたステレオカメラ装置では、２つのフィルムを２つの撮像素子に置き換えた場合、各撮像素子の電気的特性を一致させるキャリブレーションが必要となる。この電気的特性は、例えばホワイトレベル、ペデスタルレベル、ガンマ特性、色バランス等を含むものである。このようなステレオカメラ装置においては、各種電気的特性のキャリブレーションを厳密に行う必要があり、そのためにキャリブレーション用の調整回路による煩雑な校正作業が発生する。
【０００６】
一方、非特許文献２に記載された時分割立体カメラでは、単一の撮像素子を備えるものであるため、左眼用画像と右眼用画像との間に電気的特性の差が生じない立体画像を得ることができる。しかしながら、この時分割立体カメラは、液晶シャッタの左眼用シャッタ窓と右眼用シャッタ窓とを交互に開閉させるものであるため、液晶シャッタの応答速度の性能や撮像素子の時間解像度（または、撮像フレーム速度）により、十分な動解像度を得ることができない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電気的特性の差がない左眼用画像と右眼用画像とを十分な動解像度を有して撮像して出力する撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［１］上記の課題を解決するための本発明の一態様である撮像装置は、被写体から到来する光束を集光するレンズ光学系と、前記レンズ光学系が集光した光束を複数の光束に分離する光束分離部と、前記光束分離部が分離した各光束の進行方向を変更する複数の光路変更部と、前記複数の光路変更部の後段に設けられ単一の撮像面を有する撮像部と、前記撮像部が出力する撮像画像から前記各光束による像を含む画像領域を抽出して左眼用画像と右眼用画像とを生成する画像処理部と、を備えることを特徴とする。
ここで、光束分離部は、例えば、レンズ光学系の光軸と交わる面において、この面とレンズ光学系の光軸とが交わる点に対して対称となる複数の窓が設けられた開口部である。
また、光束分離部は、例えば平板状の遮光壁としてもよい。この遮光壁は、例えば、レンズ光学系と撮像部との間に近接して設けられる。そして、遮光壁は、当該遮光壁の平面を撮像部側に延長したときに、撮像部の撮像面と交わる線が垂直方向となる向きに設けられる。
［２］上記［１］記載の撮像装置において、前記レンズ光学系の前段もしくは後段、または前記レンズ光学系の光路上の中間に設けられる光量調節部を更に備えることを特徴とする。
ここで、光量調節部は、例えば、減光フィルタであるＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタまたは液晶フィルタである。また、光量調節部は、例えば、レンズ光学系の光軸と直交する平面において光軸が貫く点を中心点として径方向に開口窓の径長を変更可能な絞り部である。
［３］上記［１］または［２］記載の撮像装置において、前記光路変更部は、光学プリズムであることを特徴とする。
［４］上記［３］記載の撮像装置において、前記複数の光学プリズムそれぞれに対応して、前記光学プリズムによる光の屈折の方向と逆方向に光を屈折させる向きに設けられる複数の補正光学プリズムをさらに備えることを特徴とする。
［５］上記［１］から［４］のいずれか一項記載の撮像装置において、フォーカス位置を取得するフォーカス位置情報取得部と、前記フォーカス位置情報取得部から供給される前記フォーカス位置に基づき、前記画像処理部が前記画像領域を抽出する切出位置を補正する切出位置補正部と、をさらに備え、前記画像処理部は、前記切出位置補正部が補正した切出位置に基づいて、前記画像領域を抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電気的特性の差がない左眼用画像と右眼用画像とを十分な動解像度を有して撮像して出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図２】同実施形態において撮像装置が備える光束分離部を撮像装置の背面側から見た正面図である。
【図３】同実施形態の第１変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図４】同実施形態の第２変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図５】同実施形態の第３変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図６】同実施形態の第４変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図７】同実施形態の第５変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図８】同実施形態の第６変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図９】同実施形態の第７変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態における撮像装置の概略の構成を示す図である。
【図１１】同実施形態において、対物レンズ光学系から無限遠方にある被写体点と対物レンズ光学系に比較的近い距離にある被写体点とを、撮像部が撮像する場合における撮像面上の結像位置を模式的に示す図である。
【図１２】同実施形態において、撮像部の撮像面上において視点画像を含む矩形領域の切出位置を補正して画像領域を抽出する様子を模式的に示した図である。
【図１３】同実施形態において、無限遠方の被写体点の補正量を説明するための図である。
【図１４】同実施形態による撮像装置の光学系モデルにおいて、無限遠方の被写体点の補正量を説明するための図である。
【図１５】光束分離部の別の例である。
【図１６】光束分離部の別の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
本発明の第１実施形態である撮像装置について説明する。この第１実施形態における撮像装置は、被写体を単眼のレンズ光学系で捉えて撮像し、相対的に視差がある左眼用画像と右眼用画像とを生成する装置である。なお、これら左眼用画像と右眼用画像とを併せてステレオ画像とも呼ぶ。
【００１２】
図１は、第１実施形態における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示すように、撮像装置１００は、対物レンズ光学系１と、集束レンズ光学系２と、撮像部３と、光束分離部４と、光学プリズム５Ｌ，５Ｒと、画像処理部６とを備える。同図は、撮像装置１００が被写体の一点である被写体点Ｓを撮像する様子を模式的に示したものである。なお、同図において、被写体点Ｓから撮像部３に光が到達するまでの光路および構成部は、実体配置図の断面を示す図であり、撮像部３の出力以降は機能構成と信号の流れを示す図である。また、同図の実体配置図の断面図部分は、厳密に正確な縮尺を表したものではない。
また、図２は、撮像装置１００が備える光束分離部４を撮像装置１００の背面側から見た正面図である。同図において、光束分離部４は、窓４Ｌ，４Ｒを有する。以下、図１および図２を併せ参照して撮像装置１００の構成について説明する。
【００１３】
対物レンズ光学系１は、被写体から到来する光束を集光するレンズを含む。このレンズは、１枚のレンズであってもよいし、複数のレンズを組み合わせたレンズ群であってもよい。
【００１４】
光束分離部４は、その外周形状が円板状であり、光の反射率が小さい色（黒色等）に着色されるか、または光の反射率の小さい部材で形成される。光束分離部４は、２つの同径円の窓４Ｌ，４Ｒを有する。なお、光束分離部４の外周円の中心点（点Ｏ）を原点としてその外周円を含む平面上にＸ−Ｙ直交座標軸（水平方向がＸ軸で、鉛直方向がＹ軸）をとったとき、窓４Ｌ，４Ｒの中心点が、共にＸ軸上であって、原点からそれぞれ等距離の位置になるようにしている。窓４Ｌ，４Ｒの形状は、好ましくは円形であるが、円形以外にも楕円形等や多角形であってもよい。
光束分離部４は、この光束分離部４の円板平面が対物レンズ光学系１の光軸に直交し且つ光束分離部４の点Ｏが対物レンズ光学系１の光軸に貫かれる位置に設けられる。このように設置されることにより、光束分離部４は、対物レンズ光学系１で集光された光束の一部を、窓４Ｌを通過する光束と窓４Ｒを通過する光束の２系統に分離する。
【００１５】
光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒの位置が互いに離れるほど、２系統の光束による像の間に大きな視差が生じる。また、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒの直径が大きいほど、輝度が高くなる一方、被写界深度が浅くなることによって撮像部３が撮像する２系統の像それぞれの焦点ぼけ量は大きくなる。よって、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒの位置および大きさは、撮像部３が撮像する撮像画像の視差量、輝度、および被写界深度を考慮して設定されるものである。
【００１６】
光学プリズム５Ｌ，５Ｒは、光の進行方向を変更する光路変更部であり、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒから到来する２系統の光束をそれぞれ入射させて屈折透過させる。光学プリズム５Ｌは、窓４Ｌから到来する光束が光束分離部４におけるＸ軸に沿う負方向に屈折するように設けられる。また、光学プリズム５Ｒは、窓４Ｒから到来する光束が光束分離部４におけるＸ軸に沿う正方向に屈折するように設けられる。そして、光学プリズム５Ｌ，５Ｒを屈折透過した２系統の光束が互いに干渉しないで撮像部３の撮像面に結像するように、光学プリズム５Ｌ，５Ｒを設ける位置を調整するようにする。２系統の光束が互いに干渉しないで撮像部３に結像するとは、例えば、光束分離部４におけるＸ軸に沿う方向に２つの像が重複せずに結像することである。
【００１７】
集束レンズ光学系２は、光学プリズム５Ｌ，５Ｒから到来する２系統の光束を集光するレンズを含む。このレンズは、１枚のレンズであってもよいし、複数のレンズが組み合わされたレンズ群であってもよい。集束レンズ光学系２は、集束レンズ光学系２の光軸が対物レンズ光学系１の光軸に一軸上に重なる位置に設けられる。
【００１８】
本実施形態において、対物レンズ光学系１と集束レンズ光学系２とを併せてレンズ光学系と呼ぶ。対物レンズ光学系１と光束分離部４と光学プリズム５Ｌ，５Ｒと集束レンズ光学系２とは、不図示の鏡筒に収納されて支持される。
【００１９】
撮像部３は、単一の撮像面を有する固体撮像素子であり、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。撮像部３は、集束レンズ光学系２を通して到来する２系統の光束が撮像面に結像された状態で２つの像を撮像する。すなわち、窓４Ｌから到来する光束と窓４Ｒから到来する光束とが、光束分離部４におけるＸ軸に沿う方向に撮像面に並んで結像された状態で、撮像部３は２つの像を撮像する。そして、撮像部３は、窓４Ｌから到来した光束に対応する視点画像ＬＩと、窓４Ｒから到来した光束に対応する視点画像ＲＩとを含む撮像画像を出力する。この撮像画像においては、視点画像ＬＩが左側に、視点画像ＲＩが右側に並んでいる。
【００２０】
撮像部３は、例えば、３８４０画素×２１６０画素の超高精細画像の解像度で撮像可能な単板式カラー撮像素子である。これによれば、視点画像ＬＩ，ＲＩの解像度は、それぞれ、最大１９２０画素×２１６０画素である。
また、撮像部３を、７６８０画素×４３２０画素の超高精細画像の解像度で撮像可能な単板式カラー撮像素子としてもよい。これによれば、視点画像ＬＩ，ＲＩの解像度は、最大３８４０画素×４３２０画素である。
【００２１】
画像処理部６は、撮像部３から撮像画像を取得し、この撮像画像から視点画像ＬＩを含む矩形状の第１の画像領域と視点画像ＲＩを含む矩形状の第２の画像領域とをそれぞれ抽出する。画像処理部６は、撮像画像における第１および第２の画像領域の座標値を予め記憶している。そして、画像処理部６は、第１の画像領域のデータを画像信号に変換し、左眼用画像信号として出力するとともに、第２の画像領域のデータを画像信号に変換し、右眼用画像信号として出力する。
【００２２】
また、撮像装置１００は、不図示のフォーカス調整部を含む。このフォーカス調整部は、例えば、対物レンズ光学系１および集束レンズ光学系２のうち少なくとも対物レンズ光学系１の位置を光軸方向に前後移動させることによって、光束の焦点位置を撮像部３の撮像面に合わせるものである。このフォーカス調整部は、マニュアル方式であってもよいしオートフォーカス方式であってもよい。
【００２３】
次に、撮像装置１００の動作について、被写体点Ｓを撮像する場合を例に説明する。撮像装置１００の対物レンズ光学系１は、被写体点Ｓから到来する光束を集光する。次に、光束分離部４は、対物レンズ光学系１が集光した光束を２系統の光束に分離する。つまり、対物レンズ光学系１によって集光された光束のうち窓４Ｌ，４Ｒを通過する分だけが後段へ進み、その他の分は遮蔽される。次に、光学プリズム５Ｌ，５Ｒは、窓４Ｌ，４Ｒから到来する２系統の光束を、光束分離部４におけるＸ軸に沿う方向に（窓４Ｌからの光束を負方向に、そして窓４Ｒからの光束を正方向に）屈折させる。次に、集束レンズ光学系２は、光学プリズム５Ｌ，５Ｒからの２系統の光束を集光して、光束分離部４におけるＸ軸に沿う方向に並ぶ形で、撮像部３の撮像面に２系統の光束それぞれを結像させる。次に、撮像部３は、撮像面に結像された像を撮像し、窓４Ｌから到来する光束に対応する視点画像ＬＩと、窓４Ｒから到来する光束に対応する視点画像ＲＩとを含む撮像画像を出力する。次に、画像処理部６は、撮像部３から撮像画像を取得するとともに予め記憶された第１および第２の画像領域の座標値を読み込んで、撮像画像から視点画像ＬＩが含まれる第１の画像領域と視点画像ＲＩが含まれる第２の画像領域とをそれぞれ抽出する。次に、画像処理部６は、第１の画像領域のデータを画像信号に変換し左眼用画像信号として出力するとともに、第２の画像領域のデータを画像信号に変換し右眼用画像信号として出力する。
【００２４】
［第１実施形態の第１の変形例］
次に、第１実施形態の第１変形例である撮像装置について説明する。本変形例において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図３は、第１実施形態の第１変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ａは、第１実施形態における撮像装置１００に対して、光学プリズム５Ｌ，５Ｒの配置位置が異なる。
【００２５】
つまり、本変形例による撮像装置１００ａでは、光学プリズム５Ｌ，５Ｒそれぞれが、集束レンズ光学系２と撮像部３との間の２系統の光束それぞれの光路上に設けられる。具体的には、光学プリズム５Ｌは、集束レンズ光学系２で集光された窓４Ｌから到来する光束が、光束分離部４におけるＸ軸に沿う負方向に屈折するように設けられる。また、光学プリズム５Ｒは、集束レンズ光学系２で集光された窓４Ｒから到来する光束が、光束分離部４におけるＸ軸に沿う正方向に屈折するように設けられる。すなわち、屈折透過した２系統の光束が互いに干渉しないで撮像部３の撮像面に結像するような位置に、光学プリズム５Ｌ，５Ｒは設けられる。
【００２６】
［第１実施形態の第２の変形例］
次に、第１実施形態の第２変形例である撮像装置について説明する。本変形例において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図４は、第１実施形態の第２変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ｂは、第１実施形態における撮像装置１００に対して、絞り７が追加配置されるとともに、光束分離部４と光学プリズム５Ｌ，５Ｒとの配置位置が異なる。
絞り７は、光束の光量を調整する光量調節部である。本変形例による撮像装置１００ｂでは、絞り７は、対物レンズ光学系１と集束レンズ光学系２との間の光束の光路上に設けられる。絞り７は、例えば、対物レンズ光学系１の光軸と直交する平面において光軸が貫く点を中心点として径方向に開口窓の径長を変更可能なものである。
【００２７】
また、本変形例による撮像装置１００ｂでは、光束分離部４と光学プリズム５Ｌ，５Ｒとは、集束レンズ光学系２と撮像部３との間の光路上に設けられる。具体的には、光束分離部４は、この光束分離部４の円板平面が集束レンズ光学系２の光軸に直交し且つ光束分離部４の点Ｏが集束レンズ光学系２の光軸に貫かれる位置に設けられる。このように設置されることにより、光束分離部４は、集束レンズ光学系２で集光された光束を、窓４Ｌを通過する光束と窓４Ｒを通過する光束の２系統に分離する。
【００２８】
光学プリズム５Ｌは、窓４Ｌから到来する光束が、光束分離部４におけるＸ軸に沿う負方向に屈折するように設けられる。また、光学プリズム５Ｒは、窓４Ｒから到来する光束が、光束分離部４におけるＸ軸に沿う正方向に屈折するように設けられる。そして、光学プリズム５Ｌ，５Ｒを屈折透過した２系統の光束が互いに干渉しないで撮像部３の撮像面に結像するように、光学プリズム５Ｌ，５Ｒを設ける位置を調整するようにする。
【００２９】
［第１実施形態の第３の変形例］
次に、第１実施形態の第３変形例である撮像装置について説明する。本変形例において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図５は、第１実施形態の第３変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ｃは、光学プリズム５Ｌに対応して集束レンズ光学系２Ｌを備えるとともに、光学プリズム５Ｒに対応して集束レンズ光学系２Ｒを備える。
集束レンズ光学系２Ｌは、光学プリズム５Ｌから到来する光束を集光するレンズを含む。また、集束レンズ光学系２Ｒは、光学プリズム５Ｒから到来する光束を集光するレンズを含む。集束レンズ光学系２Ｌ，２Ｒがそれぞれ含むレンズは、１枚のレンズであってもよいし、複数のレンズが組み合わされたレンズ群であってもよい。
【００３０】
［第１実施形態の第４の変形例］
次に、第１実施形態の第４変形例である撮像装置について説明する。本変形例において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図６は、第１実施形態の第４変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ｄは、第１実施形態における撮像装置１００に対して遮光壁８が追加配置されたものである。遮光壁８も光束分離部である。
遮光壁８は、例えば平板状の遮光部材であり、光の反射率が小さい色（黒色等）に着色されるか、または光の反射率の小さい部材で形成される。遮光壁８は、例えば、集束レンズ光学系２と撮像部３との間に近接して設けられる。そして、遮光壁８は、撮像部３と垂直方向となる向きに設けられる。また、遮光壁８の平面を撮像部３側に延長すると、撮像部３の撮像面のほぼ中央で交わるようにする。
【００３１】
第１実施形態による撮像装置１００において、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒの面積を大きくして撮像部３における撮像画像の輝度を高くしたり、屈折角度が比較的小さい光学プリズム５Ｌ，５Ｒを適用したり、屈折角度が比較的小さくなるように光学プリズム５Ｌ，５Ｒを設けたりすると、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒから到来する２系統の光束が撮像部３の撮像面において互いに接近し、干渉するおそれが高くなる。本変形例の撮像装置１００ｄによれば、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒから到来する２系統の光束が撮像部３の撮像面において互いに接近した場合でも、遮光壁８が２系統の光束を、集束レンズ光学系２を通過した後の光路上で干渉しないように分離するため、視点画像ＬＩと視点画像ＲＩとの独立性を高くすることができる。
【００３２】
［第１実施形態の第５の変形例］
次に、第１実施形態の第５変形例である撮像装置について説明する。本変形例において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図７は、第１実施形態の第５変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ｅは、第１実施形態における撮像装置１００に対し、光束分離部４に替えて絞り７を配置するとともに、遮光壁８を追加配置したものである。絞り７は、前述した第１実施形態の第２変形例における絞り７であり、遮光壁８は、上述した第１実施形態の第４変形例における遮光壁８である。
【００３３】
本変形例による撮像装置１００ｅは、光束分離部４を備えないため、光学プリズム５Ｌ，５Ｒには分離されない光束が入射されるが、光学プリズム５Ｌ，５Ｒは対物レンズ光学系１の径方向に離間して配置されるため、光学プリズム５Ｌ，５Ｒを屈折透過して撮像部３の撮像面に結像する２つの像には視差が生ずる。また、光学プリズム５Ｌ，５Ｒからの２系統の光束は、遮光壁８によって干渉しないため、撮像部３からは分離性の高い視点画像ＬＩ，ＲＩを得ることができる。
【００３４】
［第１実施形態の第６の変形例］
次に、第１実施形態の第６変形例である撮像装置について説明する。第１実施形態による撮像装置１００において、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒから到来する２系統の光束それぞれの光量を減少させる方法として、例えば、光束分離部４において窓４Ｌ，４Ｒの面積を小さくする方法も考えられる。しかしながら、窓４Ｌ，４Ｒそれぞれが同時に同一面積となるように窓４Ｌ，４Ｒを駆動する機構を実現することは難しく、またそのような駆動機構を小型に実現することは困難である。また、前述したとおり、窓４Ｌ，４Ｒの面積が変わると撮像部３における撮像画像の被写界深度も変わるため、窓４Ｌ，４Ｒの面積を変更させることによる光量調整は、画像処理部６が出力する左眼用画像信号および右眼用画像信号によって観察者に与える視覚的な立体感に影響を及ぼすことになる。
【００３５】
そこで、本変形例においては、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒの面積を変えることなく２系統の光束の光量を調整する例を示す。本変形例において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図８は、第１実施形態の第６変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ｆは、第１実施形態における撮像装置１００に対して減光フィルタ９が追加されたものである。
減光フィルタ９は、他の光学的特性に影響を与えずに光量のみを減少させる光量調節部であり、集束レンズ光学系２と撮像部３との間において集束レンズ光学系２からの光束をカバーするように配置される。減光フィルタ９は、例えば、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタまたは液晶フィルタである。ＮＤフィルタを用いる場合は、例えば、光透過率の異なるＮＤフィルタを交換することによって光量を調節する。液晶フィルタを用いる場合は、例えば、液晶フィルタに印加する電圧を制御して電圧値を変更することによって光量を調整する。
【００３６】
よって、本変形例における撮像装置１００ｆによれば、光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒを通過する２系統の光束の光学的特性を変えることなく光量を変更することができるため、視覚的な立体感に影響を及ぼさない。また、第２変形例および第５変形例における絞り７は、対物レンズ光学系１の光軸と直交する平面において光軸が貫く点を中心点として径方向に開口窓の径長を変更するものであるため、光束分離部４の窓が点Ｏを中心とした単一の円周上に存在するものにしか適用できない。しかし、本変形例における撮像装置１００ｆによれば、光束分離部４の窓の配置が制限を受けることがない。
【００３７】
［第１実施形態の第７の変形例］
次に、第１実施形態の第７変形例である撮像装置について説明する。第１実施形態による撮像装置１００において、光学プリズム５Ｌ，５Ｒが光束分離部４の窓４Ｌ，４Ｒからの光束を屈折透過すると、光の波長に応じて屈折率が異なることによる色収差や幾何学的歪が発生する。
そこで、本変形例においては、これらの色収差や幾何学的歪により撮像画像への影響を軽減しまたは無くす撮像装置の例を示す。本変形例において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図９は、第１実施形態の第７変形例における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ｇは、第１実施形態における撮像装置１００に対して補正光学プリズム１０Ｌ，１０Ｒが追加されたものである。
【００３８】
補正光学プリズム１０Ｌ，１０Ｒは、光学プリズム５Ｌ，５Ｒが光束を屈折透過させたことによる色収差および幾何学的歪のうち少なくとも一方を相殺する方向に光束を屈折透過させるように配置される。つまり、補正光学プリズム１０Ｌは、光学プリズム５Ｌによる光の屈折の方向と逆方向に光を屈折させる向きに設けられる。そして、補正光学プリズム１０Ｒは、光学プリズム５Ｒによる光の屈折の方向と逆方向に光を屈折させる向きに設けられる。より具体的には、補正光学プリズム１０Ｌは、窓４Ｌから到来する光束が光束分離部４におけるＸ軸に沿う正方向に屈折するように設けられる。また、補正光学プリズム１０Ｒは、窓４Ｒから到来する光束が光束分離部４におけるＸ軸に沿う負方向に屈折するように設けられる。補正光学プリズム１０Ｌ，１０Ｒの配置位置は、図９に示すように、集束レンズ光学系２と撮像部３との間の光路上に設けられてもよいし、光学プリズム５Ｌ，５Ｒの直前または直後に設けられてもよい。
【００３９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２実施形態である撮像装置について説明する。本実施形態において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。図１０は、第２実施形態における撮像装置の概略の構成を示す図である。同図に示す撮像装置１００ｈは、第１実施形態における撮像装置１００に対して、フォーカス位置情報取得部１１が追加して設けられるとともに、画像処理部６が水平切出位置補正部（切出位置補正部）６０を含む画像処理部６ａに変更されたものである。
【００４０】
撮像装置１００ｈは、第１実施形態と同様に、不図示のフォーカス調整部を含む。このフォーカス調整部は、例えば、対物レンズ光学系１および集束レンズ光学系２のうち少なくとも対物レンズ光学系１の位置を光軸方向に前後移動させることによって、光束の焦点位置を撮像部３の撮像面に合わせるものである。このフォーカス調整部は、マニュアル方式であってもよいしオートフォーカス方式であってもよい。
【００４１】
フォーカス位置情報取得部１１は、フォーカス調整部からフォーカス位置情報を取得して画像処理部６ａに供給する。対物レンズ光学系１は、対物レンズ光学系１のフォーカス位置をフォーカス調整部から取得してフォーカス位置情報として出力する。そして、フォーカス位置情報取得部１１は、対物レンズ光学系１から出力されるフォーカス位置情報を取得して画像処理部６ａに供給する。
【００４２】
画像処理部６ａは、第１実施形態における画像処理部６の機能に加えて、水平切出位置補正部６０の機能構成を含む。水平切出位置補正部６０は、フォーカス位置情報取得部１１から供給されるフォーカス位置情報に基づいて、撮像部３から供給される撮像画像からの第１の画像領域と第２の画像領域との各切出位置を補正する。
【００４３】
次に、水平切出位置補正部６０の動作について説明する。図１１は、対物レンズ光学系１から無限遠方にある被写体点と対物レンズ光学系１に比較的近い距離にある被写体点とを、撮像部３が撮像する場合における撮像面上の結像位置を模式的に示す図である。同図（ａ）は、撮像部３が、無限遠方にある被写体点∞と、対物レンズ光学系１に比較的近い距離にある被写体点Ｓａとを撮像する場合における撮像面上の結像位置を示す図である。また、同図（ｂ）は、撮像部３が、無限遠方にある被写体点∞と、被写体点Ｓａよりもさらに対物レンズ光学系１に近い距離にある被写体点Ｓｂとを撮像する場合における撮像面上の結像位置を示す図である。
【００４４】
図１１（ｂ）の状態は、被写体点Ｓａのフォーカスが合っている状態である同図（ａ）の状態から、フォーカス調整部によるフォーカス位置の調整によって被写体点Ｓｂのフォーカスが合う状態に対物レンズ光学系１の位置が光軸方向にずれた状態である。よって、同図（ｂ）における撮像面上の被写体点∞の結像位置は、同図（ａ）における撮像面上の被写体点∞の結像位置よりも内側に寄る。つまり、被写体点∞よりも近距離にある被写体点が対物レンズ光学系１により近づくにしたがって、撮像面上の、被写体点∞と近づいてくる被写体点との視差は大きくなり、被写体点∞の結像位置は撮像面上の中央に寄ることになる。
【００４５】
そこで、水平切出位置補正部６０は、フォーカス位置情報取得部１１から取得するフォーカス位置情報に含まれるフォーカス位置に応じて視点画像を含む矩形領域の切出位置を補正する。図１２は、撮像部３の撮像面上において視点画像を含む矩形領域の切出位置を補正して画像領域を抽出する様子を模式的に示した図である。図１２（ａ）および同図（ｂ）は、図１１（ａ）および同図（ｂ）に対応する。すなわち、図１１（ａ）に示す被写体点∞と被写体点Ｓａとは、図１２（ａ）に示すように撮像部３の撮像面上に結像され、画像処理部６ａは、視点画像ＬＩａを含む矩形状の第１の画像領域と視点画像ＲＩａを含む矩形状の第２の画像領域とを抽出する。
【００４６】
一方、図１１（ｂ）に示す被写体点∞と被写体点Ｓｂとは、図１２（ｂ）に示すように撮像部３の撮像面上に結像され、画像処理部６ａの水平切出位置補正部６０は、視点画像ＬＩｂを含む矩形状の第１の画像領域と視点画像ＲＩｂを含む矩形状の第２の画像領域との各切出位置を補正する。そして、画像処理部６ａは、切出位置が補正された後の、視点画像ＬＩｂを含む矩形状の第１の画像領域と視点画像ＲＩｂを含む矩形状の第２の画像領域とを抽出する。
【００４７】
図１３は、無限遠方の被写体点∞の補正量を説明するための図である。同図は、プリズム１５Ｌ，１５Ｒを設けない場合の光学モデルである。同図に示すように、光束分離部の２つの窓それぞれの中心位置の間隔をＢとし、レンズ光学系の焦点距離をｆとし、被写体のフォーカス距離をＳとし、像のシフト量をｙとすると、このシフト量ｙは、下記の式（１）のように表される。但し、式（１）において１／ｓ’＝１／ｓ＋１／ｆである。
【００４８】
【数１】
2011182041.tif 000003
【００４９】
図１４は、本実施形態による撮像装置の光学系モデルにおいて、無限遠方の被写体点∞の補正量を説明するための図である。同図に示す光学モデルにおける像のシフト量ｙ’は、図１３に示す光学系モデルにおけるシフト量ｙに、光路上に設けられた光学プリズム５Ｌ，５Ｒの倍率ｒを乗じたものである。すなわち、本実施形態による撮像装置におけるシフト量ｙ’は、下記の式（２）のように表される。
【００５０】
【数２】
2011182041.tif 000004
【００５１】
また、撮像部３における画素ピッチをμとすると、水平切出位置補正部６０における補正量は、下記の式（３）のように表される。
【００５２】
【数３】
2011182041.tif 000005
【００５３】
本実施形態では、光学プリズム５Ｌ，５Ｒの倍率ｒを定数であると近似する。そして、本実施形態による撮像装置１００ｈは、フォーカス位置を無限遠方にしたときの撮像面における光軸上の被写体点∞の結像点を基準として、フォーカス距離をｓにしたときの被写体点∞の結像点の基準点からのシフト量をｙ’／μとして求めて式（３）に代入して倍率ｒを予め求めておく。
【００５４】
以上、説明したとおり、第１実施形態および各変形例、ならびに第２実施形態における撮像装置は、光束分離部４の窓４Ｌから到来する光束と窓４Ｒから到来する光束とを単一の撮像部３の撮像面にそれぞれ結像させて撮像し、窓４Ｌから到来する光束に対応する視点画像ＬＩと、窓４Ｒから到来する光束に対応する視点画像ＲＩとを含む撮像画像を出力するようにした。よって、第１実施形態および各変形例、ならびに第２実施形態における撮像装置は、左眼用画像と右眼用画像とについての電気的特性を一致させるキャリブレーションを行う必要がない。
【００５５】
また、第１実施形態および各変形例、ならびに第２実施形態における撮像装置は、撮像部３の撮像面上に視点画像ＲＩと視点画像ＬＩとが互いに干渉しない位置に得られるようにした。よって、第１実施形態および各変形例、ならびに第２実施形態における撮像装置は、同時に左眼用画像と右眼用画像とを得ることができるため、左眼用シャッタと右眼用シャッタとを交互に開閉させるシャッタ機構を設ける必要がなく、高い動解像度を得ることができる。
【００５６】
さらに、第１実施形態および各変形例、ならびに第２実施形態における撮像装置は、反射鏡を用いた反射光学系を用いることなく構成することができるため、撮像装置自体の大きさを小型化することができる。
【００５７】
なお、上述した第１実施形態および各変形例、ならびに第２実施形態においては、図２に示すように、２つの窓４Ｌ，４Ｒが設けられた光束分離部４を備える撮像装置の例を示した。本発明の実施形態である撮像装置は、図２に示す光束分離部４の他、図１５に示すように、４つの窓を設けた光束分離部４ａとしてもよい。光束分離部４ａの外周円の中心点（点Ｏ）を原点としてその外周円を含む平面上にＸ−Ｙ直交座標軸（水平方向がＸ軸で、鉛直方向がＹ軸）をとったとき、２つの窓の中心点が、共にＸ軸上であって、原点からそれぞれ等距離の位置になるようにし、また、他の２つの窓の中心点が、共にＹ軸上であって、原点からそれぞれ等距離の位置になるようにしている。
同図に示す光束分離部４ａを適用する場合、画像処理部６，６ａは、撮像画像に含まれる４個の視点画像の画素データを、例えば線形補間することによって左眼用および右眼用の２系統の視点画像を生成し、これらの視点画像を含む矩形状の画像領域を抽出する。
【００５８】
また、本発明の実施形態である撮像装置は、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、さらに多くの窓を設けた光束分離部４ｂまたは光束分離部４ｃとしてもよい。同図（ａ）の光束分離部４ｂは、円板平面上でその外周円の中心点Ｏに対して点対称となるように９個の窓が設けられたものである。また、同図（ｂ）の光束分離部４ｃは、円板平面上でその外周円の中心点Ｏに対して点対称となるように８個の窓が設けられたものであり、同図（ａ）に示す光束分離部４ｂからその中心に位置する１つの窓を削除したものである。
図１６に示す光束分離部４ｂまたは光束分離部４ｃを適用する場合、画像処理部６，６ａは、撮像画像に含まれる９個または８個の視点画像の画素データを、例えば線形補間することによって左眼用および右眼用の２系統の視点画像を生成し、これらの視点画像を含む矩形状の画像領域を抽出する。
【００５９】
また、第１実施形態の第７の変形例では、光学プリズム５Ｌ，５Ｒにより発生する色収差や幾何学的歪を軽減しまたは無くすために、補正光学プリズム１０Ｌ，１０Ｒを設ける例を示した。この構成以外にも、光学プリズム５Ｌ，５Ｒによって発生した色収差による色ずれや幾何学的歪による像の歪みを含んだ撮像画像を、画像処理部６が画像処理を行うことによって色すれや像の歪みを電気的に補正するようにしてもよい。この場合、色ずれ量や歪み量を予め測定して補正量を求めておき、画像処理部６に予め設定しておく。
また、補正光学プリズム１０Ｌ，１０Ｒによる光学的補正と、画像処理部６による電気的補正とを併用するようにしてもよい。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、顕微鏡、テレビジョン放送の撮像装置、民生用のビデオ撮影装置、デジタルカメラ等に利用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１  対物レンズ光学系（レンズ光学系）
２，２Ｌ，２Ｒ  集束レンズ光学系（レンズ光学系）
３  撮像部
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  光束分離部
４Ｌ，４Ｒ  窓
５Ｌ，５Ｒ  光学プリズム（光路変更部）
６，６ａ  画像処理部
７  絞り（光量調整部）
８  遮光壁
９  減光フィルタ（光量調整部）
１０Ｌ，１０Ｒ  補正光学プリズム
１１  フォーカス位置情報取得部
６０  水平切出位置補正部（切出位置補正部）
【図１】
2011182041.tif 000006
【図２】
2011182041.tif 000007
【図３】
2011182041.tif 000008
【図４】
2011182041.tif 000009
【図５】
2011182041.tif 000010
【図６】
2011182041.tif 000011
【図７】
2011182041.tif 000012
【図８】
2011182041.tif 000013
【図９】
2011182041.tif 000014
【図１０】
2011182041.tif 000015
【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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