(57)【要約】【課題】移動体を撮影して得られる立体画像に含まれる誤り視差を大幅に改善する。【解決手段】被写体側から到来する光束を集光する対物レンズ光学系１と、光軸ａ上の位置を中心として所定距離だけ離間して配設され、対物レンズ光学系１を通して到来する光束の一部を通過可能に開口または遮断可能に閉口する第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂと、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの後段に配設される撮像部６と、画像フレームごとに、画像フレーム有効期間よりも短期間である時間で第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂを択一的に開口させるよう第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂを制御するシャッタ制御部と、撮像部６が画像フレームごとに生成する撮像画像信号に基づいて立体画像信号を生成する画像信号処理部とを備えた。【選択図】図５
2012203214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体側から到来する光束を集光するレンズ光学系と、
前記レンズ光学系の光軸に対して垂直方向に所定距離だけ離間して配設され、前記レンズ光学系を通して到来する前記光束の一部を通過可能に開口または遮断可能に閉口する複数のシャッタと、
前記複数のシャッタの後段に配設される撮像部と、
画像フレームごとに、画像フレーム有効期間よりも短期間である時間で前記複数のシャッタを択一的に開口させるとともに残りのシャッタを閉口させるよう前記複数のシャッタを制御するシャッタ制御部と、
前記撮像部が画像フレームごとに生成する複数の撮像画像信号に基づいて立体画像信号を生成する画像信号処理部と、
を備えることを特徴とする立体画像撮影装置。
【請求項２】
前記シャッタ制御部は、画像フレームごとに、画像フレーム有効期間内に前記複数のシャッタを択一的に複数回開口させるよう前記複数のシャッタを制御し、
前記画像信号処理部は、前記撮像部が画像フレームごとに生成する前記複数のシャッタそれぞれに対応する複数の撮像画像信号の全てまたは一部を加算して立体画像信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の立体画像撮影装置。
【請求項３】
前記撮像部の撮像面における被写体像の移動速度に応じて、前記撮像部が画像フレームごとに生成する前記複数のシャッタそれぞれに対応する前記複数の撮像画像信号の一部を選択する
ことを特徴とする請求項２記載の立体画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体を単眼の光学系でとらえて撮像し、立体画像を生成する立体画像撮影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この立体画像撮影装置は、被写体側から到来する光束を撮像板に結像させる光学系と、光学系と撮像板との間、または光学系の中において光軸上の位置を中心として所定距離だけ離して配置され、光学系を通して到来する光束を通過させまたは遮光する複数の円形シャッタとを備えたものである。この立体画像撮影装置は、所定の時間間隔で、複数の円形シャッタのいずれか一つを開口するとともに、残りの円形シャッタを閉口して撮影する。すなわち、この立体画像撮影装置は、入射方向が異なる光束を単一の撮像板で時分割に撮像して左眼用画像と右眼用画像とを得るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７１５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、立体画像撮影装置に対する被写体の位置が移動する場合、上記の立体画像撮影装置が撮像して得る立体画像に誤り視差が含まれる場合がある。これは、上記の立体画像撮影装置が左眼用画像と右眼用画像とを時分割に撮影する方式であることによって左眼用画像と右眼用画像との取得タイミングがずれているためであり、特に、撮影の視野内において視差が生じる方向に被写体が移動する場合に、誤り視差が大きくなる。
【０００５】
ここで、左眼用画像と右眼用画像との取得タイミングのずれ、およびこの取得タイミングのずれによって生ずる誤り視差について説明する。
図１１は、上記従来の立体画像撮影装置における撮像板の動作タイミングの概略を示すタイミングチャートである。ただし、この立体画像撮影装置は、二つの円形シャッタを備えて開口状態と閉口状態との組み合わせを交互に切り替えて動作するものである。同図において、垂直同期信号は、映像のフレーム周期を示す信号であり、垂直ブランキング期間ｔＢＬＫと画像フレーム有効期間ｔＡＩとを撮像板に対して指定する信号である。左眼用シャッタ信号は、画像フレーム有効期間ｔＡＩと略同一期間である左眼用シャッタ開口期間ｔａにおいて左眼用シャッタを開口させる信号である。同様に、右眼用シャッタ信号は、画像フレーム有効期間ｔＡＩと略同一期間である右眼用シャッタ開口期間ｔｂにおいて右眼用シャッタを開口させる信号である。撮像画像信号は、撮像板が出力する左眼用画像信号および右眼用画像信号である。
【０００６】
図１１のタイミングチャートによれば、撮像板は、画像フレーム有効期間ｔＡＩ中有効となる左眼用シャッタ開口期間ｔａにおいて、左眼用シャッタを通過して結像された光束を撮像して左眼用画像信号を出力する。また、撮像板は、次画像フレームの画像フレーム有効期間ｔＡＩ中有効となる右眼用シャッタ開口期間ｔｂにおいて、右眼用シャッタを通過して結像された光束を撮像して右眼用画像信号を出力する。
このように、撮像板が、映像のフレーム周期で左眼用画像と右眼用画像とを交互に取得することにより、左眼用画像と右眼用画像との取得タイミングには、１画像フレーム期間分の画像取得時間差ｔｄｉｆｆが発生する。この画像取得時間差ｔｄｉｆｆが取得タイミングのずれ量である。
【０００７】
次に、取得タイミングのずれによって生ずる誤り視差について、図１２〜図１６を併せ参照して説明する。
図１２は、従来の立体画像撮影装置が、合焦位置に静止する被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。なお、同図（図１３〜図１６も同様）においては、便宜上、被写体点を丸印で図示してある。
図１２に示すように、立体画像撮影装置５０は、対物レンズ光学系２１と、遮光板２２と、左眼用シャッタ２３ａと、右眼用シャッタ２３ｂと、集束レンズ光学系２５と、撮像部２６とを備える。対物レンズ光学系２１および集束レンズ光学系２５は、各光軸を立体画像撮影装置５０の光軸ａに一致させて配設される。遮光板２２は、平板面を有し、この平板面を光軸ａに対し垂直にして配設される。左眼用シャッタ２３ａおよび右眼用シャッタ２３ｂは、光軸ａに貫かれる遮光板２２上の点を中心とし、対物レンズ光学系２１を通して到来する光束を受光可能な遮光板２２上の位置に相対して遮光板２２に設けられる。すなわち、立体画像撮影装置５０の構成は、特許文献１に開示された立体画像撮影装置の構成と同様である。
【０００８】
図１２では、光軸ａと交わる原点を有するＸＹ直交軸において、Ｘ軸正方向側（同図における下方側）を左側、Ｘ軸負方向側（同図における上方側）を右側と定義する。すなわち、ここでの左側および右側は、立体画像撮影装置５０の撮影者が被写体を見る状態での左右方向を表している。立体画像撮影装置５０は、左眼用シャッタ開口期間ｔａにおいて、左眼用シャッタ２３ａを開口させるとともに右眼用シャッタ２３ｂを閉口させ、右眼用シャッタ開口期間ｔｂにおいて、右眼用シャッタ２３ｂを開口させるとともに左眼用シャッタ２３ａを閉口させる。よって、撮像部２６は、左眼用シャッタ開口期間ｔａにおいて対物レンズ光学系２１と左眼用シャッタ２３ａと集束レンズ光学系２５とを通過して到来する第１光束を撮像して左眼用画像信号を生成する。また、撮像部２６は、右眼用シャッタ開口期間ｔｂにおいて対物レンズ光学系２１と右眼用シャッタ２３ｂと集束レンズ光学系２５とを通過して到来する第２光束を撮像して右眼用画像信号を生成する。そして、立体画像撮影装置５０は、撮像部２６が生成した左眼用画像信号および右眼用画像信号を一対の立体画像信号として出力する。
【０００９】
図１２に示すように、合焦位置Ｓに静止した状態の被写体点を立体画像撮影装置５０が撮影する場合、左眼用シャッタ２３ａを通過した第１光束と右眼用シャッタ２３ｂを通過した第２光束とは、撮像部２６の撮像面上の同一位置にそれぞれ結像される。つまり、この状態においては、左眼用画像と右眼用画像との間には視差が生じない。よって、この状態においては、左眼用画像と右眼用画像との誤り視差が生じない。
【００１０】
図１３は、立体画像撮影装置５０が、立体画像撮影装置５０から向かって右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。同図は、画像取得時間差ｔｄｉｆｆの時間をかけて、被写体点が合焦位置ＳＳから合焦位置ＳＥまで右側方向（Ｘ軸負方向）に移動する様子を表している。立体画像撮影装置５０は、左眼用シャッタ開口期間ｔａにおいて合焦位置ＳＳにある被写体点を撮影して左眼用画像を取得し、右眼用シャッタ開口期間ｔｂにおいて合焦位置ＳＥにある被写体点を撮影して右眼用画像を取得する。
同図に示すように、合焦位置ＳＳおよび合焦位置ＳＥにある各被写体点を立体画像撮影装置５０が撮影する場合、左眼用シャッタ２３ａを通過した第１光束と右眼用シャッタ２３ｂを通過した第２光束とは、撮像部２６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の左側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の右側に位置することとなる。この左眼用画像と右眼用画像との位置ずれが、誤り視差である。
【００１１】
立体画像撮影装置５０が、右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影して得た立体画像は、立体画像撮影装置５０に対して被写体側の合焦位置よりも遠い位置に静止する被写体点を立体画像撮影装置５０が撮影して得た立体画像に類似する。この類似性について図１４を参照して説明する。
図１４は、立体画像撮影装置５０が、立体画像撮影装置５０に対して被写体側の合焦位置よりも遠い位置に静止する被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
同図に示すように、立体画像撮影装置５０に対して被写体側の合焦位置よりも遠い位置Ｓに静止した状態の被写体点を立体画像撮影装置５０が撮影する場合、撮像部２６側の合焦位置は撮像部２６の撮像面に対して集束レンズ光学系２５寄りの位置となる。よって、左眼用シャッタ２３ａを通過した第１光束と右眼用シャッタ２３ｂを通過した第２光束とは、撮像部２６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の左側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の右側に位置することとなる。
【００１２】
したがって、立体画像撮影装置５０が右側方向に移動する被写体を撮影して得た立体画像を表示させた場合、観察者には、その被写体が実際よりも遠い位置にあると知覚される。
【００１３】
図１５は、立体画像撮影装置５０が、立体画像撮影装置５０から向かって左側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。同図は、画像取得時間差ｔｄｉｆｆの時間をかけて、被写体点が合焦位置ＳＳから合焦位置ＳＥまで左側方向（Ｘ軸正方向）に移動する様子を表している。立体画像撮影装置５０は、左眼用シャッタ開口期間ｔａにおいて合焦位置ＳＳにある被写体点を撮影して左眼用画像を取得し、右眼用シャッタ開口期間ｔｂにおいて合焦位置ＳＥにある被写体点を撮影して右眼用画像を取得する。
同図に示すように、合焦位置ＳＳおよび合焦位置ＳＥにある各被写体点を立体画像撮影装置５０が撮影する場合、左眼用シャッタ２３ａを通過した第１光束と右眼用シャッタ２３ｂを通過した第２光束とは、撮像部２６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の右側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の左側に位置することとなる。この左眼用画像と右眼用画像との位置ずれが、誤り視差である。
【００１４】
立体画像撮影装置５０が、左側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影して得た立体画像は、立体画像撮影装置５０に対して被写体側の合焦位置よりも近い位置に静止する被写体点を立体画像撮影装置５０が撮影して得た立体画像に類似する。この類似性について図１６を参照して説明する。
図１６は、立体画像撮影装置５０が、立体画像撮影装置５０に対して被写体側の合焦位置よりも近い位置に静止する被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
同図に示すように、立体画像撮影装置５０に対して被写体側の合焦位置よりも近い位置Ｓに静止した状態の被写体点を立体画像撮影装置５０が撮影する場合、撮像部２６側の合焦位置は撮像部２６の撮像面に対して集束レンズ光学系２５と逆側の位置となる。よって、左眼用シャッタ２３ａを通過した第１光束と右眼用シャッタ２３ｂを通過した第２光束とは、撮像部２６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の右側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の左側に位置することとなる。
【００１５】
したがって、立体画像撮影装置５０が左側方向に移動する被写体を撮影して得た立体画像を表示させた場合、観察者には、その被写体が実際よりも近い位置にあると知覚される。
【００１６】
上述したように、上記従来の立体画像撮影装置が移動体を撮影して得る立体画像には誤り視差が含まれることがあり、この場合には、移動体の奥行きが正しく知覚できないことになる。
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、移動体を撮影して得られる立体画像に含まれる誤り視差を大幅に改善する立体画像撮影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】
【００１７】
［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様である立体画像撮影装置は、被写体側から到来する光束を集光するレンズ光学系と、前記レンズ光学系の光軸に対して垂直方向に所定距離だけ離間して配設され、前記レンズ光学系を通して到来する前記光束の一部を通過可能に開口または遮断可能に閉口する複数のシャッタと、前記複数のシャッタの後段に配設される撮像部と、画像フレームごとに、画像フレーム有効期間よりも短期間である時間で前記複数のシャッタを択一的に開口させるとともに残りのシャッタを閉口させるよう前記複数のシャッタを制御するシャッタ制御部と、前記撮像部が画像フレームごとに生成する複数の撮像画像信号に基づいて立体画像信号を生成する画像信号処理部と、を備えることを特徴とする。
ここで、レンズ光学系は、対物レンズ光学系および集束レンズ光学系のうち少なくとも対物レンズ光学系を含む。
上記構成によれば、本発明の一態様である立体画像撮影装置は、複数のシャッタそれぞれを通した光束の画像取得時間差を、画像フレーム有効期間よりも短時間に抑えることができ、被写体が当該立体画像撮影装置の左右方向に移動した場合の誤り視差を小さく抑えることができる。
［２］上記［１］記載の立体画像撮影装置において、前記シャッタ制御部は、画像フレームごとに、画像フレーム有効期間内に前記複数のシャッタを択一的に複数回開口させるよう前記複数のシャッタを制御し、前記画像信号処理部は、前記撮像部が画像フレームごとに生成する前記複数のシャッタそれぞれに対応する複数の撮像画像信号の全てまたは一部を加算して立体画像信号を生成することを特徴とする。
上記構成によっても、立体画像撮影装置は、複数のシャッタそれぞれを通した光束の画像取得時間差を、画像フレーム有効期間よりも短時間に抑えることができ、被写体が当該立体画像撮影装置の左右方向に移動した場合の誤り視差を小さく抑えることができる。
［３］上記［２］記載の立体画像撮影装置において、前記撮像部の撮像面における被写体像の移動速度に応じて、前記撮像部が画像フレームごとに生成する前記複数のシャッタそれぞれに対応する前記複数の撮像画像信号の一部を選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、移動体を撮影して得られる立体画像に含まれる誤り視差を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態である立体画像撮影装置が備える光学系の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態において、対物レンズ光学系と、遮光板と、第１シャッタと、第２シャッタとを、立体画像撮影装置の前面側から正対して見た正面図である。
【図３】同実施形態である立体画像撮影装置の、主に電気系の概略構成を示すブロック図である。
【図４】同実施形態である立体画像撮影装置の動作タイミングの概略を示すタイミングチャートである。
【図５】同実施形態である立体画像撮影装置が、当該立体画像撮影装置から向かって右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
【図６】本発明の第２実施形態である立体画像撮影装置の、主に電気系の概略構成を示すブロック図である。
【図７】同実施形態である立体画像撮影装置の動作タイミングの概略を示すタイミングチャートである。
【図８】同実施形態である立体画像撮影装置が、当該立体画像撮影装置から向かって右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
【図９】本発明のその他の実施形態である立体画像撮影装置が備える光学系の概略構成を示す断面図である。
【図１０】その他の実施形態において、対物レンズ光学系と、第１シャッタと、第２シャッタと、第３シャッタと、第４シャッタとを、立体画像撮影装置の前面側から正対して見た正面図である。
【図１１】従来の立体画像撮影装置における撮像板の動作タイミングの概略を示すタイミングチャートである。
【図１２】従来の立体画像撮影装置が、合焦位置に静止する被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
【図１３】従来の立体画像撮影装置が、当該立体画像撮影装置から向かって右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
【図１４】従来の立体画像撮影装置が、当該立体画像撮影装置に対して被写体側の合焦位置よりも遠い位置に静止する被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
【図１５】従来の立体画像撮影装置が、当該立体画像撮影装置から向かって左側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
【図１６】従来の立体画像撮影装置が、当該立体画像撮影装置に対して被写体側の合焦位置よりも近い位置に静止する被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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］
図１は、第１実施形態である立体画像撮影装置が備える光学系の概略構成を示す断面図である。同図に示すように、立体画像撮影装置１００は、対物レンズ光学系１と、遮光板２と、第１シャッタ３ａと、第２シャッタ３ｂと、集束レンズ光学系５と、撮像部６とを備える。このうち、遮光板２と、第１シャッタ３ａと、第２シャッタ３ｂとは、露光調節部４を構成する。
同図では、立体画像撮影装置１００の光軸ａと交わる原点を有するＸＹ直交軸において、Ｘ軸正方向側（同図における下方側）を「左側」、Ｘ軸負方向側（同図における上方側）を「右側」と定義する。すなわち、ここでの左側および右側は、立体画像撮影装置１００の撮影者が被写体を見る状態での左右の向きを表している。
なお、本実施形態における実体配置図の断面図部分は、正確な形状および縮尺を表したものではない。
【００２１】
図１に示すように、対物レンズ光学系１および集束レンズ光学系５は、各光軸を光軸ａに一致させて配設される。遮光板２は、平板面を有し、この平板面を光軸ａに対し垂直にして配設される。第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂは、光軸ａに貫かれる遮光板２上の点を中心とし、対物レンズ光学系１を通して到来する光束を受光可能な遮光板２上の位置に配設される。遮光板２における第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの配置の詳細については後述する。
【００２２】
対物レンズ光学系１は、被写体側から到来する光束を集光するレンズを有する。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。
遮光板２は、対物レンズ光学系１と集束レンズ光学系５との間に配設され、被写体側から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を遮光する。また、遮光板２には、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂが配設される。
第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂは、対物レンズ光学系１を通して到来する光束を集束レンズ光学系５側に通過させるために開口し、また遮光するために閉口するものであり、電子シャッタまたはメカニカルシャッタにより実現される。詳細は後述するが、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂは、一方が開口するときには他方が閉口するよう制御される。
以下、第１シャッタ３ａを通過する光束を第１光束、第２シャッタ３ｂを通過する光束を第２光束と呼ぶ。
【００２３】
集束レンズ光学系５は、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂから到来する第１光束および第２光束を集光するレンズを有する。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。
対物レンズ光学系１と集束レンズ光学系５とは、レンズ光学系である。レンズ光学系と露光調節部４とは、図示しない鏡筒に収納される。
【００２４】
撮像部６は、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６は、集束レンズ光学系５を通して到来する第１光束および第２光束のいずれかを撮像面に結像させた状態で光電変換し、撮像画像信号として出力する。
【００２５】
図２は、対物レンズ光学系１と、遮光板２と、第１シャッタ３ａと、第２シャッタ３ｂとを、立体画像撮影装置１００の前面側から正対して見た正面図である。同図におけるＸＹ直交軸は、図１におけるＸＹ直交軸に対応する。図２に示すように、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの各開閉口は、同一の大きさの略円（真円を含む）の形状を有する。これら第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂは、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの各中心点がＸ軸上であって原点Ｏから等距離となる位置に配設される。
なお、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの各開閉口の形状は、円形以外にも楕円形や多角形等であってもよい。
【００２６】
第１シャッタ３ａと第２シャッタ３ｂとのＸ軸上の距離が離れるほど、第１シャッタ３ａを通過する第１光束と第２シャッタ３ｂを通過する第２光束とによる各像の視差が大きくなる。また、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの各開閉口が大きいほど撮像部６で得られる光量が多くなる一方、被写界深度が浅くなるため撮像面における各像の焦点ぼけ量が大きくなる。よって、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの各開閉口の大きさおよびＸ軸上の離間距離は、撮像部６における光量、被写界深度、および撮像画像の視差量を考慮して決められる。
【００２７】
図３は、立体画像撮影装置１００の、主に電気系の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、立体画像撮影装置１００は、第１シャッタ３ａと、第２シャッタ３ｂと、撮像部６と、タイミング生成部７と、画像信号処理部８とを、電気系に関係する構成として備える。なお、第１シャッタ３ａと、第２シャッタ３ｂと、撮像部６とは、図１に示す光学系に関係する構成と重複するが、ここでは、電気系に関する説明のみを行う。
【００２８】
タイミング生成部７は、立体画像撮影装置１００の映像に関するタイミング信号を生成する。具体的には、タイミング生成部７は、垂直同期信号と、第１露光制御信号と、第２露光制御信号と、撮像制御信号と、立体画像出力制御信号とを生成する。垂直同期信号は、立体画像撮影装置１００における映像信号のフレーム周期を規定する信号である。第１露光制御信号は、第１シャッタ３ａを制御する信号であり、映像のフレーム周期に同期し、１画像フレームあたり一つの第１シャッタ開口期間を示す信号である。第２露光制御信号は、第２シャッタ３ｂを制御する信号であり、映像のフレーム周期に同期し、前記の第１シャッタ開口期間に重複しない、１画像フレームあたり一つの第２シャッタ開口期間を示す信号である。撮像制御信号は、第１光束および第２光束の撮像タイミングを規定する信号である。立体画像出力制御信号は、映像のフレーム周期に同期し、立体画像撮影装置１００からの出力タイミングを規定する信号である。
【００２９】
タイミング生成部７は、第１露光制御信号を第１シャッタ３ａに供給し、第２露光制御信号を第２シャッタ３ｂに供給し、撮像制御信号を撮像部６に供給し、立体画像出力制御信号を画像信号処理部８に供給する。
なお、タイミング生成部７において、第１露光制御信号および第２露光制御信号を生成する機能部は、シャッタ制御部である。
【００３０】
第１シャッタ３ａは、タイミング生成部７から供給される第１露光制御信号を受信して、この第１露光制御信号が示す第１シャッタ開口期間において開口して光束を通過させ、第１シャッタ開口期間を除く期間において閉口して光束を遮断する。
第２シャッタ３ｂは、タイミング生成部７から供給される第２露光制御信号を受信して、この第２露光制御信号が示す第２シャッタ開口期間において開口して光束を通過させ、第２シャッタ開口期間を除く期間において閉口して光束を遮断する。
【００３１】
撮像部６は、タイミング生成部７から供給される撮像制御信号を取り込み、集束レンズ光学系５を通して撮像面に結像される第１光束および第２光束いずれかを撮像制御信号にしたがって撮像し、撮像画像信号を生成する。具体的には、撮像部６は、第１シャッタ３ａを通過し集束レンズ光学系５を通して到来する第１光束を、撮像制御信号にしたがって撮像して第１画像信号を生成し、第２シャッタ３ｂを通過し集束レンズ光学系５を通して到来する第２光束を、撮像制御信号にしたがって撮像して第２画像信号を生成する。撮像部６は、生成した撮像画像信号、すなわち生成した第１画像信号および第２画像信号を画像信号処理部８に供給する。
【００３２】
画像信号処理部８は、タイミング生成部７から供給される立体画像出力制御信号を取り込み、また、撮像部６から供給される撮像画像信号を取り込む。そして、画像信号処理部８は、撮像画像信号から左眼用画像信号および右眼用画像信号を生成し、これら左眼用画像信号およびと右眼用画像信号を、立体画像出力制御信号にしたがって映像のフレーム周期に同期させて出力する。具体的には、画像信号処理部８は、撮像部６から供給される撮像画像信号の第１画像信号を左眼用画像信号として立体画像出力制御信号にしたがって出力するとともに、撮像部６から供給される撮像画像信号の第２画像信号を右眼用画像信号として立体画像出力制御信号にしたがって出力する。
【００３３】
また、立体画像撮影装置１００は、図示しないフォーカス調節部を含む。このフォーカス調節部は、例えば、対物レンズ光学系１および集束レンズ光学系５のうち少なくとも対物レンズ光学系１の位置を光軸ａに沿う方向に移動させることによって、撮像部６の撮像面に対する第１光束および第２光束の焦点位置を調節するものである。このフォーカス調節部は、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。
【００３４】
次に、立体画像撮影装置１００が被写体点を撮影する場合を例として、立体画像撮影装置１００の動作を説明する。まず、立体画像撮影装置１００の動作タイミングについて説明する。
図４は、立体画像撮影装置１００の動作タイミングの概略を示すタイミングチャートである。同図において、垂直同期信号は、垂直ブランキング期間ｔＢＬＫと画像フレーム有効期間ｔＡＩとを示す。垂直ブランキング期間ｔＢＬＫは、垂直帰線期間に相当する期間であり、撮影において画像が有効でない期間である。画像フレーム有効期間ｔＡＩは、１画像フレームにおいて撮像可能な期間である。第１露光制御信号は、画像フレーム有効期間ｔＡＩ中で且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩよりも短期間である第１シャッタ開口期間ｔａを示す。第２露光制御信号は、第１シャッタ開口期間ｔａの経過後に、画像フレーム有効期間ｔＡＩ中で且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩよりも短期間である第２シャッタ開口期間ｔｂを示す。第１シャッタ開口期間ｔａと第２シャッタ開口期間ｔｂとの時間長は略同一（同一を含む）である。
【００３５】
撮像画像信号は、撮像部６が撮像制御信号に基づくタイミングで撮像して生成する信号である。具体的には、撮像画像信号は、撮像部６が、第１シャッタ３ａを通過して到来する第１光束を撮像して生成する第１画像信号と、第２シャッタ３ｂを通過して到来する第２光束を撮像して生成する第２画像信号とを時系列的に含む。第１画像信号および第２画像信号それぞれは、画像フレーム有効期間ｔＡＩにおける画像フレームの画像信号である。図４において、１画像フレームにおける第１画像信号１−１および第２画像信号２−１が一対の撮像画像信号である。左眼用画像信号および右眼用画像信号は、画像信号処理部８が立体画像出力制御信号に基づくタイミングで出力する信号である。同図において、左眼用画像信号Ｌ−１および右眼用画像信号Ｒ−１は、一対の立体画像信号であり、一対の撮像画像信号の有効期間の経過後に画像信号処理部８から出力される。
【００３６】
図４に示すタイミングチャートによれば、第１シャッタ３ａと第２シャッタ３ｂとは、画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間において、時間的に重複することなく連続して開口状態が切り替わる。これにより、撮像部６が生成する一対の第１画像信号および第２画像信号には、第２画像信号を取得する時間分の画像取得時間差ｔｄｉｆｆが発生する。この画像取得時間差ｔｄｉｆｆは、前述したとおり取得タイミングのずれ量となるが、従来の立体画像撮影装置５０において発生する１画像フレーム期間分の画像取得時間差ｔｄｉｆｆ（図１１を参照。）と比較すると短時間である。
【００３７】
図５は、立体画像撮影装置１００が、立体画像撮影装置１００から向かって右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。同図では、光軸ａと交わる原点を有するＸＹ直交軸において、Ｘ軸正方向側（同図における下方側）を「左側」、Ｘ軸負方向側（同図における上方側）を「右側」と定義する。すなわち、ここでの左側および右側は、立体画像撮影装置１００の撮影者が被写体を見る状態での左右の向きを表している。また、同図においては、便宜上、被写体点および被写体点の像を丸印として示す。
同図は、画像取得時間差ｔｄｉｆｆの時間をかけて、被写体点が合焦位置ＳＳから合焦位置ＳＥまで右側方向（Ｘ軸負方向）に移動する様子を表している。なお、吹き出しｂｌ１は、被写体点の拡大図であり、吹き出しｂｌ２は、撮像面上の像の拡大図である。
【００３８】
立体画像撮影装置１００の動作は次のとおりである。
立体画像撮影装置１００のタイミング生成部７が生成する第１露光制御信号および第２露光制御信号にしたがって、画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第１シャッタ開口期間ｔａにおいて、第１シャッタ３ａは開口するとともに第２シャッタ３ｂは閉口する。そして、第１シャッタ３ａのみが、合焦位置ＳＳにある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第１シャッタ３ａを通過した光束は第１光束である。
集束レンズ光学系５は、第１シャッタ３ａから到来する第１光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳに結像させる。
撮像部６は、タイミング生成部７から供給される撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＳに結像された被写体点の像を撮像して第１画像信号を生成し、この第１画像信号を画像信号処理部８に供給する。
画像信号処理部８は、撮像部６から供給される第１画像信号を取り込んで記憶する。
【００３９】
次に、上記の第１シャッタ開口期間ｔａの経過後であり且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第２シャッタ開口期間ｔｂにおいて、第２シャッタ３ｂは開口するとともに第１シャッタ３ａは閉口する。そして、第２シャッタ３ｂのみが、合焦位置ＳＥにある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第２シャッタ３ｂを通過した光束は第２光束である。
集束レンズ光学系５は、第２シャッタ３ｂから到来する第２光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳとは異なる位置である位置ＩＥに結像させる。
撮像部６は、撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＥに結像された被写体点の像を撮像して第２画像信号を生成し、この第２画像信号を画像信号処理部８に供給する。
画像信号処理部８は、撮像部６から供給される第２画像信号を取り込んで記憶する。
【００４０】
次に、画像信号処理部８は、タイミング生成部７から供給される立体画像出力制御信号に基づいて、記憶した第１画像信号を左眼用画像信号として出力するとともに、記憶した第２画像信号を右眼用画像信号として出力する。これら左眼用画像信号と右眼用画像信号とは、１画像フレーム期間分の一対の立体画像信号である。
【００４１】
図５に示すように、合焦位置ＳＳおよび合焦位置ＳＥにある各被写体点を立体画像撮影装置１００が撮影する場合、第１シャッタ３ａを通過した第１光束と第２シャッタ３ｂを通過した第２光束とは、撮像部６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の左側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の右側に位置することとなる。ただし、この左眼用画像と右眼用画像との位置ずれ、すなわち誤り視差は、図１３に示した従来の立体画像撮影装置５０による誤り視差に対して十分小さい。
【００４２】
図４のタイミングチャートと関連付けて各部の動作を説明すると、シャッタ制御部は、単一のシャッタの一画像フレームあたりの開口時間の上限が画像フレーム有効期間ｔＡＩよりも短い画像取得時間差許容時間内となるように、シャッタの開閉を制御する。撮像部６は、単一のシャッタに関してその画像取得時間差許容時間内の画像を撮像する。そして、画像信号処理部８は、撮像された画像を画像フレーム有効期間ｔＡＩの画像として出力する。言い換えると、画像信号処理部８は、画像取得時間差許容時間に撮像された画像を画像有効期間ｔＡＩの画像に引き伸ばして出力する。
【００４３】
なお、立体画像撮影装置１００が、左側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する場合については、上述した、右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する場合と同様に考えることができる。すなわち、立体画像撮影装置１００が、左側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する場合、第１シャッタ３ａを通過した第１光束と第２シャッタ３ｂを通過した第２光束とは、撮像部６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の右側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の左側に位置することとなる。ただし、この左眼用画像と右眼用画像との位置ずれ、すなわち誤り視差は、図１５に示した従来の立体画像撮影装置５０による誤り視差に対して十分小さい。
【００４４】
以上説明したとおり、本発明の第１実施形態である立体画像撮影装置１００は、画像フレームごとに、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの開閉を、画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間において連続して一回だけ切り替えるようにした。つまり、立体画像撮影装置１００は、画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部期間において、第１シャッタ３ａの開口期間である第１シャッタ開口期間ｔａと、第２シャッタ３ｂの開口期間である第２シャッタ開口期間ｔｂとを連続させるようにした。そして、立体画像撮影装置１００は、第１シャッタ開口期間ｔａと第２シャッタ開口期間ｔｂとにおいて、それぞれ第１光束と第２光束とを撮像して第１画像信号と第２画像信号とを取得するようにした。
【００４５】
このように構成したことにより、立体画像撮影装置１００は、画像取得時間差ｔｄｉｆｆを、画像フレーム有効期間ｔＡＩよりも短時間である第２画像信号を取得する時間に抑えることができ、被写体が立体画像撮影装置１００の左右方向に移動した場合の誤り視差を小さく抑えることができる。
したがって、立体画像撮影装置１００が右側方向に移動する被写体を撮影して得た立体画像を表示させた場合、観察者に、その被写体が実際よりも遠い位置にあると誤認識されるおそれが大幅に減少する。また、立体画像撮影装置１００が左側方向に移動する被写体を撮影して得た立体画像を表示させた場合、観察者に、その被写体が実際よりも近い位置にあると誤認識されるおそれが大幅に減少する。
【００４６】
［第２の実施の形態］
第１実施形態である立体画像撮影装置１００は、画像フレームごとに、第１シャッタ３ａおよび第２シャッタ３ｂの開閉を、画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間において連続して一回だけ切り替えるようにした。
本発明の第２実施形態である立体画像撮影装置は、第１シャッタと第２シャッタとを、１画像フレームにおける画像フレーム有効期間内において、開口状態が時間的に重複しないよう開閉状態を複数回（本実施形態では３回）切り替えるものである。
本実施形態である立体画像撮影装置は、第１実施形態である立体画像撮影装置１００に対して、タイミング生成部および画像信号処理部の構成および動作と撮像部の動作とが異なるものである。本実施形態においては、第１実施形態と異なる点についての説明を行い、共通する部分についての説明を省略する。
【００４７】
図６は、立体画像撮影装置１００ａの、主に電気系の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、立体画像撮影装置１００ａは、立体画像撮影装置１００におけるタイミング生成部７および画像信号処理部８が、タイミング生成部７ａおよび画像信号処理部８ａに変更された構成を有する。
【００４８】
タイミング生成部７ａは、立体画像撮影装置１００ａの映像に関するタイミング信号を生成する。具体的には、タイミング生成部７ａは、垂直同期信号と、第１露光制御信号と、第２露光制御信号と、撮像制御信号と、立体画像出力制御信号とを生成する。垂直同期信号は、立体画像撮影装置１００ａにおける映像信号のフレーム周期を規定する信号である。第１露光制御信号は、第１シャッタ３ａを制御する信号であり、映像のフレーム周期に同期し、１画像フレームあたり三つの第１シャッタ開口期間を示す信号である。第２露光制御信号は、第２シャッタ３ｂを制御する信号であり、映像のフレーム周期に同期し、前記の第１シャッタ開口期間に重複しない、１画像フレームあたり三つの第２シャッタ開口期間を示す信号である。撮像制御信号は、第１光束および第２光束の撮像タイミングを規定する信号である。立体画像出力制御信号は、映像のフレーム周期に同期し、立体画像撮影装置１００ａからの出力タイミングを規定する信号である。
【００４９】
タイミング生成部７ａは、第１露光制御信号を第１シャッタ３ａに供給し、第２露光制御信号を第２シャッタ３ｂに供給し、撮像制御信号を撮像部６に供給し、立体画像出力制御信号を画像信号処理部８ａに供給する。
なお、タイミング生成部７ａにおいて、第１露光制御信号および第２露光制御信号を生成する機能部は、シャッタ制御部である。
【００５０】
画像信号処理部８ａは、タイミング生成部７ａから供給される立体画像出力制御信号を取り込み、また、撮像部６から供給される撮像画像信号を取り込む。そして、画像信号処理部８ａは、撮像画像信号から左眼用画像信号および右眼用画像信号を生成し、これら左眼用画像信号および右眼用画像信号を立体画像出力制御信号にしたがって映像のフレーム周期に同期させて出力する。具体的には、画像信号処理部８ａは、画像合成部８１を備える。画像合成部８１は、撮像部６から供給される撮像画像信号のうち三つの第１画像信号を加算平均して左眼用画像信号を生成し、また、三つの第２画像信号を加算平均して右眼用画像信号を生成する。そして、画像信号処理８ａは、画像合成部８１が生成した左眼用画像信号および右眼用画像信号を、立体画像出力制御信号にしたがって出力する。
【００５１】
画像信号の加算平均処理において、加算回数をｋ回（ｋは２以上の整数）とすると、画像信号に重畳されたノイズ成分は加算平均処理後に（１／√ｋ）倍となる。よって、画像信号処理部８ａが出力する左眼用画像信号および右眼用画像信号は、第１実施形態における画像信号処理部８が出力する左眼用画像信号および右眼用画像信号に対して輝度が高く且つＳ／Ｎ（信号対ノイズ）比が高い。
【００５２】
次に、立体画像撮影装置１００ａが被写体点を撮影する場合を例として、立体画像撮影装置１００ａの動作を説明する。まず、立体画像撮影装置１００ａの動作タイミングについて説明する。
図７は、立体画像撮影装置１００ａの動作タイミングの概略を示すタイミングチャートである。同図において、垂直同期信号は、第１実施形態と同様に、垂直ブランキング期間ｔＢＬＫと画像フレーム有効期間ｔＡＩとを示す。第１露光制御信号は、画像フレーム有効期間ｔＡＩにおいて周期的な三つの第１シャッタ開口期間ｔａを示す。第２露光制御信号は、画像フレーム有効期間ｔＡＩにおいて、第１シャッタ開口期間ｔａに重複しない周期的な三つの第２シャッタ開口期間ｔｂを示す。第１シャッタ開口期間ｔａと第２シャッタ開口期間ｔｂとの時間長は略同一（同一を含む）である。また、１画像フレームにおいて、三つの第１シャッタ開口期間ｔａと三つの第２シャッタ開口期間ｔｂとを合計した期間は、画像フレーム有効期間ｔＡＩと略同一（同一を含む）の時間長である。
【００５３】
撮像画像信号は、撮像部６が撮像制御信号に基づくタイミングで撮像して生成する信号である。具体的には、撮像画像信号は、撮像部６が、第１シャッタ３ａを通過して到来する第１光束を撮像して生成する第１画像信号と、第２シャッタ３ｂを通過して到来する第２光束を撮像して生成する第２画像信号とを時系列的に含む。第１画像信号および第２画像信号それぞれは、画像フレーム有効期間ｔＡＩにおける画像フレームの画像信号である。図７において、１画像フレームにおける、第１画像信号１−１および第２画像信号２−１、第１画像信号１−２および第２画像信号２−２、ならびに、第１画像信号１−３および第２画像信号２−３が、一組の撮像画像信号である。左眼用画像信号および右眼用画像信号は、画像信号処理部８ａが立体画像出力制御信号に基づくタイミングで出力する信号である。同図において、左眼用画像信号Ｌ−１は、第１画像信号１−１，１−２，１−３全てを加算平均して得られた画像信号であり、右眼用画像信号Ｒ−１は、第２画像信号２−１，２−２，２−３全てを加算平均して得られた画像信号である。同図において、左眼用画像信号Ｌ−１および右眼用画像信号Ｒ−１は、一対の立体画像信号であり、一組の撮像画像信号の有効期間の経過後に画像信号処理部８から出力される。る。
【００５４】
図７に示すタイミングチャートによれば、第１シャッタ３ａと第２シャッタ３ｂとは、画像フレーム有効期間ｔＡＩにおいて、時間的に重複することなく連続して開口状態が切り替わる。これにより、撮像部６が生成する一組の第１画像信号および第２画像信号には、一つの第２画像信号を取得する時間分の画像取得時間差ｔｄｉｆｆが発生する。この画像取得時間差ｔｄｉｆｆは、前述したとおり取得タイミングのずれ量となるが、従来の立体画像撮影装置５０において発生する１画像フレーム期間分の画像取得時間差ｔｄｉｆｆ（図１１を参照。）と比較すると短時間である。
【００５５】
図８は、立体画像撮影装置１００ａが、立体画像撮影装置１００ａから向かって右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する様子を模式的に表す図である。同図では、光軸ａと交わる原点を有するＸＹ直交軸において、Ｘ軸正方向側（同図における下方側）を左側、Ｘ軸負方向側（同図における上方側）を右側と定義する。すなわち、ここでの左側および右側は、立体画像撮影装置１００ａの撮影者が被写体を見る状態での左右方向を表している。また、同図においては、便宜上、被写体点および被写体点の像を丸印として示す。
同図は、画像フレーム有効期間ｔＡＩの時間をかけて、被写体点が合焦位置ＳＳ１から合焦位置ＳＥ３まで右側方向（Ｘ軸負方向）に移動する様子を表している。なお、吹き出しｂｌ３は、被写体点の拡大図であり、吹き出しｂｌ４は、撮像面上の像の拡大図である。
【００５６】
立体画像撮影装置１００ａの動作は次のとおりである。
立体画像撮影装置１００ａのタイミング生成部７ａが生成する第１露光制御信号および第２露光制御信号にしたがって、画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第１の第１シャッタ開口期間ｔａにおいて、第１シャッタ３ａは開口するとともに第２シャッタ３ｂは閉口する。そして、第１シャッタ３ａのみが、合焦位置ＳＳ１にある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第１シャッタ３ａを通過した光束は第１光束である。
集束レンズ光学系５は、第１シャッタ３ａから到来する第１光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳ１に結像させる。
撮像部６は、タイミング生成部７から供給される撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＳ１に結像された被写体点の像を撮像して第１の第１画像信号を生成し、この第１の第１画像信号を画像信号処理部８ａに供給する。
画像信号処理部８ａは、撮像部６から供給される第１の第１画像信号を取り込んで記憶する。
【００５７】
次に、上記の第１の第１シャッタ開口期間ｔａの経過後であり且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第１の第２シャッタ開口期間ｔｂにおいて、第２シャッタ３ｂは開口するとともに第１シャッタ３ａは閉口する。そして、第２シャッタ３ｂのみが、合焦位置ＳＥ１にある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第２シャッタ３ｂを通過した光束は第２光束である。
集束レンズ光学系５は、第２シャッタ３ｂから到来する第２光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳ１とは異なる位置である位置ＩＥ１に結像させる。
撮像部６は、撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＥ１に結像された被写体点の像を撮像して第１の第２画像信号を生成し、この第１の第２画像信号を画像信号処理部８ａに供給する。
画像信号処理部８ａは、撮像部６から供給される第１の第２画像信号を取り込んで記憶する。
【００５８】
次に、上記の第１の第２シャッタ開口期間ｔｂの経過後であり且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第２の第１シャッタ開口期間ｔａにおいて、第１シャッタ３ａは開口するとともに第２シャッタ３ｂは閉口する。そして、第１シャッタ３ａのみが、合焦位置ＳＳ２にある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第１シャッタ３ａを通過した光束は第１光束である。
集束レンズ光学系５は、第１シャッタ３ａから到来する第１光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳ２に結像させる。
撮像部６は、撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＳ２に結像された被写体点の像を撮像して第２の第１画像信号を生成し、この第２の第１画像信号を画像信号処理部８ａに供給する。
画像信号処理部８ａは、撮像部６から供給される第２の第１画像信号を取り込んで記憶する。
【００５９】
次に、上記の第２の第１シャッタ開口期間ｔａの経過後であり且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第２の第２シャッタ開口期間ｔｂにおいて、第２シャッタ３ｂは開口するとともに第１シャッタ３ａは閉口する。そして、第２シャッタ３ｂのみが、合焦位置ＳＥ２にある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第２シャッタ３ｂを通過した光束は第２光束である。
集束レンズ光学系５は、第２シャッタ３ｂから到来する第２光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳ２とは異なる位置である位置ＩＥ２に結像させる。
撮像部６は、撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＥ２に結像された被写体点の像を撮像して第２の第２画像信号を画像信号処理部８ａに供給する。
画像信号処理部８ａは、撮像部６から供給される第２の第２画像信号を取り込んで記憶する。
【００６０】
次に、上記の第２の第２シャッタ開口期間ｔｂの後であり且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第３の第１シャッタ開口期間ｔａにおいて、立体画像撮影装置１００ａの第１シャッタ３ａは開口するとともに第２シャッタ３ｂは閉口する。そして、第１シャッタ３ａのみが、合焦位置ＳＳ３にある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第１シャッタ３ａを通過した光束は第１光束である。
集束レンズ光学系５は、第１シャッタ３ａから到来する第１光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳ３に結像させる。
撮像部６は、撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＳ３に結像された被写体点の像を撮像して第３の第１画像信号を生成し、この第３の第１画像信号を画像信号処理部８ａに供給する。
画像信号処理部８ａは、撮像部６から供給される第３の第１画像信号を取り込んで記憶する。
【００６１】
次に、上記の第３の第１シャッタ開口期間ｔａの経過後であり且つ画像フレーム有効期間ｔＡＩの一部の期間である第３の第２シャッタ開口期間ｔｂにおいて、第２シャッタ３ｂは開口するとともに第１シャッタ３ａは閉口する。そして、第２シャッタ３ｂのみが、合焦位置ＳＥ３にある被写体点から対物レンズ光学系１を通して到来する光束を通過させる。第２シャッタ３ｂを通過した光束は第２光束である。
集束レンズ光学系５は、第２シャッタ３ｂから到来する第２光束を集光し、撮像部６の撮像面上の位置ＩＳ３とは異なる位置である位置ＩＥ３に結像させる。
撮像部６は、撮像制御信号に基づき撮像面上の位置ＩＥ３に結像された被写体点の像を撮像して第３の第２画像信号を生成し、この第３の第２画像信号を画像信号処理部８ａに供給する。
画像信号処理部８ａは、撮像部６から供給される第３の第２画像信号を取り込んで記憶する。
【００６２】
図８に示すように、合焦位置ＳＳ１〜ＳＳ３および合焦位置ＳＥ１〜ＳＥ３にある各被写体点を立体画像撮影装置１００ａが撮影する場合、第１シャッタ３ａを通過した三つの第１光束と第２シャッタ３ｂを通過した三つの第２光束とは、撮像部６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の左側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の右側に位置することとなる。ただし、この左眼用画像と右眼用画像との位置ずれ、すなわち誤り視差は、図１３に示した従来の立体画像撮影装置５０による誤り視差に対して十分小さい。
【００６３】
次に、画像信号処理部８ａは、記憶した第１〜第３の第１画像信号の加算平均を計算し、この計算結果を左眼用画像信号としてタイミング生成部７ａから供給される立体画像出力制御信号に基づいて出力するとともに、記憶した第１〜第３の第２画像信号の加算平均を計算し、この計算結果を右眼用画像信号として立体画像出力制御信号に基づいて出力する。これら左眼用画像信号と右眼用画像信号とは、１画像フレーム期間分の一対の立体画像信号である。
【００６４】
図７のタイミングチャートと関連付けて各部の動作を説明すると、シャッタ制御部は、単一のシャッタの一画像フレームあたりの開口時間の上限が画像フレーム有効期間ｔＡＩよりも短い画像取得時間差許容時間内となるように、シャッタの開閉を制御する。撮像部６は、単一のシャッタに関してその画像取得時間差許容時間内の画像を撮像する。そして、画像信号処理部８ａは、撮像された画像を画像フレーム有効期間ｔＡＩの画像として出力する。言い換えると、画像信号処理部８ａは、画像取得時間差許容時間に撮像された画像を画像有効期間ｔＡＩの画像に引き伸ばして出力する。
【００６５】
なお、立体画像撮影装置１００ａが、左側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する場合については、上述した、右側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する場合と同様に考えることができる。すなわち、立体画像撮影装置１００ａが、左側方向に移動する合焦位置上の被写体点を撮影する場合、第１シャッタ３ａを通過した三つの第１光束と第２シャッタ３ｂを通過した三つの第２光束とは、撮像部６の撮像面上の異なる位置にそれぞれ結像される。具体的には、右眼用画像は左眼用画像の右側、言い換えると、左眼用画像は右眼用画像の左側に位置することとなる。ただし、この左眼用画像と右眼用画像との位置ずれ、すなわち誤り視差は、図１５に示した従来の立体画像撮影装置５０による誤り視差に対して十分小さい。
【００６６】
以上説明したとおり、本発明の第２実施形態である立体画像撮影装置１００ａは、第１シャッタ３ａと第２シャッタ３ｂとを、１画像フレームにおける画像フレーム有効期間ｔＡＩにおいて、開口状態が時間的に重複しないよう開閉状態を３回切り替えるようにした。つまり、立体画像撮影装置１００ａは、画像フレーム有効期間ｔＡＩにおいて、第１シャッタ３ａの開口期間である第１シャッタ開口期間ｔａと、第２シャッタ３ｂの開口期間である第２シャッタ開口期間ｔｂとを３回連続させるようにした。そして、立体画像撮影装置１００ａは、第１〜第３の第１シャッタ開口期間ｔａそれぞれにおいて第１光束を撮像して第１〜第３の第１画像信号を取得し、第１〜第３の第２シャッタ開口期間ｔｂそれぞれにおいて第２光束を撮像して第１〜第３の第２画像信号を取得するようにした。そして、立体画像撮影装置１００ａは、第１〜第３の第１画像信号を加算平均して左眼用画像信号を生成し、第１〜第３の第２画像信号を加算平均して右眼用画像信号を生成するようにした。
【００６７】
このように構成したことにより、立体画像撮影装置１００ａは、画像取得時間差ｔｄｉｆｆを、画像フレーム有効期間ｔＡＩよりも短時間である第２画像信号を取得する時間に抑えることができ、被写体が立体画像撮影装置１００ａの左右方向に移動した場合の誤り視差を小さく抑えることができる。
したがって、立体画像撮影装置１００ａが右側方向に移動する被写体を撮影して得た立体画像を表示させた場合、観察者に、その被写体が実際よりも遠い位置にあると誤認識されるおそれが大幅に減少する。また、立体画像撮影装置１００ａが左側方向に移動する被写体を撮影して得た立体画像を表示させた場合、観察者に、その被写体が実際よりも近い位置にあると誤認識されるおそれが大幅に減少する。
【００６８】
また、立体画像撮影装置１００ａは、撮像時刻が異なる複数の画像信号を加算平均して最終的な左眼用画像信号および右眼用画像信号を生成するため、第１実施形態における立体画像撮影装置１００に対して、輝度が高く且つＳ／Ｎ比が高い左眼用画像信号および右眼用画像信号を得ることができる。
【００６９】
［その他の実施形態］
上述した第１実施形態である立体画像撮影装置１００と第２実施形態である立体画像撮影装置１００ａとは、対物レンズ光学系１および集束レンズ光学系５をレンズ光学系として備えたものであった。これら以外にも、立体画像撮影装置１００，１００ａは、例えば集束レンズ光学系５を省略した構成としてもよい。
図９は、その他の実施形態である立体画像撮影装置が備える光学系の概略構成を示す断面図である。同図に示すように、立体画像撮影装置１００ｂは、立体画像撮影装置１００，１００ａから集束レンズ光学系５を削除した構成を有する。立体画像撮影装置１００ｂでも、第１シャッタ３ａを通過する第１光束と第２シャッタ３ｂを通過する第２光束とを択一的に撮像部６の撮像面に結像させることができる。よって、立体画像撮影装置１００ｂの電気系に関係する構成を立体画像撮影装置１００，１００ａと同様とすることにより、立体画像撮影装置１００ｂは、第１実施形態または第２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７０】
また、遮光板２に配設されるシャッタの個数は、２個に限らず偶数（ただし、０を除く）としてもよい。具体的に、シャッタの個数を４個とした例について説明する。
図１０は、対物レンズ光学系１と、第１シャッタ１３ａと、第２シャッタ１３ｂと、第３シャッタ１３ｃと、第４シャッタ１３ｄとを、立体画像撮影装置１００（立体画像撮影装置１００ａ，１００ｂでも同様）の前面側から正対して見た正面図である。同図に示すように、第１シャッタ１３ａおよび第３シャッタ１３ｃは、第１シャッタ１３ａおよび第３シャッタ１３ｃの各中心点がＸ軸上であって原点Ｏから等距離となる位置に配設される。同様に、第２シャッタ１３ｂおよび第４シャッタ１３ｄは、第２シャッタ１３ｂおよび第４シャッタ１３ｄの各中心点がＹ軸上であって原点Ｏから等距離となる位置に配設される。
これら第１〜第４シャッタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ全てを備えた立体画像撮影装置は、画像フレームごとに、画像フレーム有効期間ｔＡＩ内において少なくとも一順するように、第１〜第４シャッタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを択一的に（例えば、周方向に順次）開口させて時分割に撮像し視差画像を得る。つまり、第１〜第４シャッタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ全てを備えた立体画像撮影装置は、いずれかのシャッタを開口させているときは他の三つのシャッタを閉口させるよう制御して時分割に撮像し視差画像を得る。
【００７１】
また、第２実施形態では、１画像フレームにおいて、三つの第１シャッタ開口期間ｔａと三つの第２シャッタ開口期間ｔｂとを合計した期間は、略画像フレーム有効期間ｔＡＩであるとしたが、これら合計期間が画像フレーム有効期間ｔＡＩ未満となるようにしてもよい。
【００７２】
また、第２実施形態では、画像合成部８１は、撮像部６から供給される撮像画像信号のうち三つ全ての第１画像信号を加算平均して左眼用画像信号を生成し、三つ全ての第２画像信号を加算平均して右眼用画像信号を生成した。これ以外に、画像合成部８１は、画像フレーム有効期間ｔＡＩにおける全ての第１画像信号および第２画像信号のうち、一部の第１画像信号および第２画像信号を用いて左眼用画像信号および右眼用画像信号を生成するようにしてもよい。つまり、露光調節部４がｎ個（ｎは０を除く偶数）のシャッタを備え、画像フレームごとに、各シャッタが有効画像期間ｔＡＩ内にｍ回（ｍは２以上の整数）開口するように制御された場合、撮像部６は、画像フレームごとに、ｎ×ｍ個の第１画像信号とｎ×ｍ個の第２画像信号とを生成して画像信号処理部８ａに供給する。画像信号処理部８ａの画像合成部８１は、これらｎ×ｍ個ずつの第１画像信号および第２画像信号のうち、ｎ×ｐ個（ｐはｍ以下の整数）ずつの第１画像信号および第２画像信号を加算平均することにより左眼用画像信号および右眼用画像信号を生成する。
【００７３】
なお、値ｐの決定方法は、撮影者がマニュアルで設定する方法でもよいし、被写体に応じて自動的に設定する方法でもよい。自動的な設定方法としては、例えば、立体画像撮影装置が、撮像部６でとらえた被写体像の移動速度を検出し、この移動速度が大きいほど少なくなるようにｐを決定して設定する。具体的には、立体画像撮影装置は、被写体像の移動速度と画像取得時間差ｔｄｉｆｆとにより計算される被写体像の撮像面における移動距離（移動画素数）が大きくなるほど小さくなるｐを決定して設定する。または、立体画像撮影装置は、被写体像の撮像面における移動距離（移動画素数）が閾値を超える場合に、ｐを小さくして設定する。このように、被写体の移動速度に応じて加算平均に要する画像信号の個数を決定する方法を用いることにより、画像のぼけを低く抑えた左眼用画像信号および右眼用画像信号を生成することができる。
【００７４】
また、第２実施形態では、第１画像信号および第２画像信号それぞれの加算平均処理を画像信号処理部８ａが行ったが、これ以外に、撮像部６がこの内部において加算平均処理を行うようにしてもよい。具体的には、撮像部６を、画素ごとに複数コマ分の容量を有するメモリＣＣＤを内蔵した高速度ＣＣＤイメージセンサで実現し、第１〜第３の第１画像の電荷と第１〜第３の第２画像の電荷とをメモリＣＣＤに保持させ、電荷の状態で加算平均をとって撮像部６から読み出すようにすればよい。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら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。
【符号の説明】
【００７６】
１  対物レンズ光学系
２  遮光板
３ａ  第１シャッタ
３ｂ  第２シャッタ
４  露光調節部
５  集束レンズ光学系
６  撮像部
７，７ａ  タイミング生成部
８，８ａ  画像信号処理部
１３ａ  第１シャッタ
１３ｂ  第２シャッタ
１３ｃ  第３シャッタ
１３ｄ  第４シャッタ
８１  画像合成部
１００，１００ａ，１００ｂ  立体画像撮影装置
【図１】
2012203214.tif 000003
【図２】
2012203214.tif 000004
【図３】
2012203214.tif 000005
【図４】
2012203214.tif 000006
【図５】
2012203214.tif 000007
【図６】
2012203214.tif 000008
【図７】
2012203214.tif 000009
【図８】
2012203214.tif 000010
【図９】
2012203214.tif 000011
【図１０】
2012203214.tif 000012
【図１１】
2012203214.tif 000013
【図１２】
2012203214.tif 000014
【図１３】
2012203214.tif 000015
【図１４】
2012203214.tif 000016
【図１５】
2012203214.tif 000017
【図１６】
2012203214.tif 000018