(57)【要約】【課題】十分な被写体光を取り入れることが出来、また撮影後の立体画像処理も容易である立体画像生成用の撮像装置を提供する。【解決手段】偏向光学素子ＤＭが、固体撮像素子ＣＣＤの電荷の読み取りタイミングに応じて、第１の導光光学系ＯＳ１を通過した被写体光と、第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光とが、交互に固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに入射するように、第１の導光光学系ＯＳ１及び第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光を反射するので、十分な強度の被写体光を固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに導くことができる。又、単一の固体撮像素子ＣＣＤを用いることで、コストも抑えることが出来、撮影後の立体画像処理も容易である。【選択図】図１
2012159769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離で光軸を離した第１の導光光学系及び第２の導光光学系と、
被写体光を受光する受光面を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の電荷の読み取りタイミングに応じて、前記第１の導光光学系を通過した被写体光と、前記第２の導光光学系を通過した被写体光とが、交互に前記固体撮像素子の受光面に入射するように、前記第１の導光光学系及び前記第２の導光光学系を通過した被写体光のうち少なくとも一方を反射する偏向光学素子と、を有することを特徴とする立体画像生成用の撮像装置。
【請求項２】
前記偏向光学素子は、前記第１の導光光学系を通過した被写体光のみが、前記固体撮像素子の受光面に入射するように、被写体光を反射する第１の位置と、前記第２の導光光学系を通過した被写体光のみが、前記固体撮像素子の受光面に入射するように、被写体光を反射する第２の位置との間で移動可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像生成用の撮像装置。
【請求項３】
前記偏向光学素子は、前記第１の導光光学系を通過した被写体光のみが、前記固体撮像素子の受光面に入射するように、被写体光を反射する第１の位置と、前記第２の導光光学系を通過した被写体光が、前記固体撮像素子の受光面に入射することを妨げないが、前記第１の導光光学系を通過した被写体光を遮蔽する第２の位置との間で移動可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像生成用の撮像装置。
【請求項４】
前記偏向光学素子が前記第１の位置及び／又は前記第２の位置にあることを検出するセンサを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の立体画像生成用の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の導光光学系及び前記第２の導光光学系は、同じ構成要素を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立体画像生成用の撮像装置。
【請求項６】
前記偏向光学素子の近傍に絞りを設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の立体画像生成用の撮像装置。
【請求項７】
前記偏向光学素子に入射する被写体光の入射角は３０度以内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の立体画像生成用の撮像装置。
【請求項８】
迷光を抑制する遮光部材を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の立体画像生成用の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの導光光学系を介して入射する被写体光を１つの固体撮像素子に結像させて立体画像を生成する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被写体画像の右目情報と左目情報の視差に基づく立体画像を生成する立体撮像装置が知られている。このような立体撮像装置としては、例えば一対のデジタルカメラやカムコーダを視差分だけ離して撮影を行い、その後、それぞれのカメラ等からの画像情報を画像処理で合成することにより立体画像や立体映像を得ている。ところが、このような手法で立体画像を生成すると、画像処理に時間がかかるという問題がある。これに対し、特許文献１には、２つの光学系からの光線をビームスプリッタで結合することにより、１つの撮像素子に入射させることができる撮像装置が開示されている。かかる撮像装置によれば、撮像素子が１つであるため、画像処理が容易になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０２−２２６８９５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、特許文献１の撮像装置では、一方の光学系からの光線はビームスプリッタで反射させ、他方の光学系からの光線はビームスプリッタを透過させるものであるため、最大でも被写体光の半分の光量しか撮像素子に入射させることができず、例えば暗いシーンの撮影を行うのに不便であった。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、十分な被写体光を取り入れることが出来、また撮影後の立体画像処理も容易である立体画像生成用の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】
【０００６】
請求項１に記載の立体画像生成用の撮像装置は、
所定距離で光軸を離した第１の導光光学系及び第２の導光光学系と、
被写体光を受光する受光面を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の電荷の読み取りタイミングに応じて、前記第１の導光光学系を通過した被写体光と、前記第２の導光光学系を通過した被写体光とが、交互に前記固体撮像素子の受光面に入射するように、前記第１の導光光学系及び前記第２の導光光学系を通過した被写体光のうち少なくとも一方を反射する偏向光学素子と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、前記偏向光学素子が、前記固体撮像素子の電荷の読み取りタイミングに応じて、前記第１の導光光学系を通過した被写体光と、前記第２の導光光学系を通過した被写体光とが、交互に前記固体撮像素子の受光面に入射するように、前記第１の導光光学系及び前記第２の導光光学系を通過した被写体光のうち少なくとも一方を反射するので、十分な強度の被写体光を前記固体撮像素子の受光面に導くことができる。又、単一の固体撮像素子を用いることで、コストも抑えることが出来、撮影後の立体画像処理も容易である。
【０００８】
請求項２に記載の立体画像生成用の撮像装置は、請求項１に記載の発明において、前記偏向光学素子は、前記第１の導光光学系を通過した被写体光のみが、前記固体撮像素子の受光面に入射するように、被写体光を反射する第１の位置と、前記第２の導光光学系を通過した被写体光のみが、前記固体撮像素子の受光面に入射するように、被写体光を反射する第２の位置との間で移動可能となっていることを特徴とする。これにより、十分な強度の被写体光を前記固体撮像素子の受光面に導くことができる。このような偏向光学素子としては、例えば特開2008-292951号公報に記載されたＭＥＭＳミラーやガルバノミラー等を用いることができる。
【０００９】
請求項３に記載の立体画像生成用の撮像装置は、請求項１に記載の発明において、前記偏向光学素子は、前記第１の導光光学系を通過した被写体光のみが、前記固体撮像素子の受光面に入射するように、被写体光を反射する第１の位置と、前記第２の導光光学系を通過した被写体光が、前記固体撮像素子の受光面に入射することを妨げないが、前記第１の導光光学系を通過した被写体光を遮蔽する第２の位置との間で移動可能となっていることを特徴とする。これにより、十分な強度の被写体光を前記固体撮像素子の受光面に導くことができる。このような偏向光学素子としては、特開2008-292951号公報に記載されたＭＥＭＳミラーやガルバノミラー等を用いることができる。
【００１０】
請求項４に記載の立体画像生成用の撮像装置は、請求項２又は３に記載の発明において、前記偏向光学素子が前記第１の位置及び／又は前記第２の位置にあることを検出するセンサを有することを特徴とする。前記偏向光学素子の動作を前記センサで検出することで、前記固体撮像素子の信号読み取りタイミングに同期させることができる。
【００１１】
請求項５に記載の立体画像生成用の撮像装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第１の導光光学系及び前記第２の導光光学系は、同じ構成要素を有することを特徴とする。これにより、２つの導光光学系の収差量などの光学特性を同じにすることができ、立体画像生成時の違和感を減少させることができる。
【００１２】
請求項６に記載の立体画像生成用の撮像装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記偏向光学素子の近傍に絞りを設けたことを特徴とする。前記絞りを、前記偏向光学素子の近傍に設けることで、撮像装置の大型化を抑制できる。また、前記偏向光学素子自体が絞りとして機能しても良い。
【００１３】
請求項７に記載の立体画像生成用の撮像装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記偏向光学素子に入射する被写体光の入射角は３０度以内であることを特徴とする。前記偏向光学素子への入射角を抑えることで、前記偏向光学素子の大型化を抑制できる。また、入射角度を小さくすることで、より高速に被写体像を切り換えることができるので、高速シャッタとして機能させることもできる。なお、ここで言う３０度とは、適切に一方の被写体光が前記固体撮像素子の受光面に到達している状態において、前記偏向光学素子に入射する前記被写体光の結像高０の主光線の入射角（前記偏向光学素子の法線からの角度）のことを言う。偏向光学素子への主光線入射角を大きくすれば（≦４５度）、最も物体側のレンズから固体撮像素子受光面までの距離を短くすることが出来る反面、偏向光学素子の最大ふれ角も大きくなり偏向光学素子が大型化してしまう。
【００１４】
請求項８に記載の立体画像生成用の撮像装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、迷光を抑制する遮光部材を設けたことを特徴とする。これにより、不要な迷光が固体撮像素子の受光面に到達して画質を低下させることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、十分な被写体光を取り入れることが出来、また撮影後の立体画像処理も容易である立体画像生成用の撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態にかかる撮像装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態の撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施の形態にかかる撮像装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる立体画像生成用の撮像装置の概略構成図である。図１において、撮像装置は、視差分だけ入射光軸を平行に離した第１の導光光学系ＯＳ１及び第２の導光光学系ＯＳ２と、偏向光学素子ＤＭと、共通光学系ＣＯＳと、固体撮像素子ＣＣＤとを有する。
【００１８】
第１の導光光学系ＯＳ１は、物体側から順に、凸レンズＬ１１と、ミラーＭ１と、凹レンズＬ１２と、絞りＳ１とを有する。第２の導光光学系ＯＳ２は、物体側から順に、凸レンズＬ２１と、ミラーＭ２と、凹レンズＬ２２と、絞りＳ２とを有する。図１から明らかなように、第１の導光光学系ＯＳ１と第２の導光光学系ＯＳ２とは同じ構成要素を有しており、これらを共通光学系ＣＯＳの光軸を挟んで対称な位置に配置している。
【００１９】
絞りＳ１，Ｓ２の間であって、その近傍に偏向光学素子ＤＭが配置されている。偏向光学素子ＤＭは、例えばＭＥＭＳミラーであって不図示の駆動部からの信号により、図１に示す第１の位置Ａと第２の位置Ｂとの間で中央の軸回りに回動可能な構成となっている。第１の位置Ａでは、第１の導光光学系ＯＳ１を通過した被写体光が、偏向光学素子ＤＭで反射され、凸レンズＬ３を通過して固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに入射するようになっているが、第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光は、凸レンズＬ３に入射しない。一方、第２の位置Ｂでは、第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光が、偏向光学素子ＤＭで反射され、凸レンズＬ３を通過して固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに入射するようになっているが、第１の導光光学系ＯＳ１を通過した被写体光は、凸レンズＬ３に入射しない。
【００２０】
偏向光学素子ＤＭの枠周囲には、遮光部材として黒色塗料が形成されている。共通光学系ＣＯＳは、フォーカシング用の凸レンズＬ３を有している。尚、これ以外にズーム用のレンズを光学系内のどこかに設けても良い。更に共通光学系ＣＯＳの鏡筒などに、迷光を抑制する遮光部材を設けても良い。固体撮像素子ＣＣＤは、受光面ＲＰを有する。
【００２１】
偏向光学素子ＤＭの近傍に、センサＳＳが配置されている。センサＳＳは、例えばフォトディテクタであって、検出光を偏向光学素子ＤＭの背面に投射し、その反射光を検出することで、偏向光学素子ＤＭが第１の位置Ａにあるか第２の位置Ｂにあるかを検出できるものである。
【００２２】
図２は、本実施の形態の撮像装置の動作を示すフローチャートである。不図示のシャッタボタンを操作することで、撮像が開始されると、まずステップＳ１０１で、不図示の駆動部が偏向光学素子ＤＭを第１の位置Ａに向かって回動させる。更にステップＳ１０２で、センサＳＳが、偏向光学素子ＤＭが第１の位置Ａに到達したことを検出したときは、第１導光光学系ＯＳ１に入射した被写体光が、凸レンズＬ１１を通過し、ミラーＭ１で反射され、凹レンズＬ１２と絞りＳ１とを通過した後、偏向光学素子ＤＭで反射されて凸レンズＬ３に向かうようになるので、ステップＳ１０３で、受光面ＲＰに入射した被写体光を画像信号に変換し固体撮像素子ＣＣＤの撮像を行う。これを用いて右目用の画像が形成されることとなる。
【００２３】
その後、ステップＳ１０４で画像データの読み出しを行い、不図示のメモリに記憶するが、これと並行して、ステップＳ１０５で偏向光学素子ＤＭを第２の位置Ｂに向かって回動させる。回動中の偏向光学素子ＤＭは、第１の位置でも第２の位置でもない中間位置をとりうるが、このとき固体撮像素子ＣＣＤは撮像を中止して（シャッタを閉じて）画像データの読み出しを行っているため、不要光を取り込むことはない。
【００２４】
更にステップＳ１０６で、センサＳＳが、偏向光学素子ＤＭが第２の位置Ｂに到達したことを検出したときは、第２導光光学系ＯＳ２に入射した被写体光が、凸レンズＬ２１を通過し、ミラーＭ２で反射され、凹レンズＬ２２と絞りＳ２とを通過した後、偏向光学素子ＤＭで反射されて凸レンズＬ３に向かうようになるので、ステップＳ１０７で、受光面ＲＰに入射した被写体光を画像信号に変換し固体撮像素子ＣＣＤの撮像を行う。これを用いて左目用の画像が形成されることとなる。
【００２５】
その後、ステップＳ１０８で画像データの読み出しを行い、不図示のメモリに記憶するが、ステップＳ１０９で撮像の終了の操作が行われず、連続して撮像を行う場合には、これと並行して、再びステップＳ１０１で偏向光学素子ＤＭを第１の位置Ａに向かって回動させる。以下、同様に動作が実行される。一方、ステップＳ１０９で撮像の終了の操作が行われたときは、撮像を終了する。
【００２６】
本実施の形態によれば、偏向光学素子ＤＭが、固体撮像素子ＣＣＤの電荷の読み取りタイミングに応じて、第１の導光光学系ＯＳ１を通過した被写体光と、第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光とが、交互に固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに入射するように、第１の導光光学系ＯＳ１及び第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光を反射するので、十分な強度の被写体光を固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに導くことができる。又、単一の固体撮像素子ＣＣＤを用いることで、コストも抑えることが出来、撮影後の立体画像処理も容易である。
【００２７】
図３は、第２の実施の形態にかかる撮像装置の概略構成図である。図３において、撮像装置は、視差分だけ入射光軸を平行に離した第１の導光光学系ＯＳ１及び第２の導光光学系ＯＳ２と、偏向光学素子ＤＭと、共通光学系ＣＯＳと、固体撮像素子ＣＣＤとを有する。
【００２８】
第１の導光光学系ＯＳ１は、物体側から順に、レンズＬ１１と、ミラーＭ１と、レンズＬ２とを有する。第２の導光光学系ＯＳ２は、物体側から順に、レンズＬ２１と、レンズＬ２２とを有する。
【００２９】
レンズＬ１２からの光路とレンズＬ２２からの光路の交差部に、偏向光学素子ＤＭが配置されている。偏向光学素子ＤＭは、例えばＭＥＭＳミラーであって不図示の駆動部からの信号により、図１に示す第１の位置Ａと第２の位置Ｂとの間で端部軸回りに回動可能な構成となっている。第１の位置Ａでは、第１の導光光学系ＯＳ１を通過した被写体光が、偏向光学素子ＤＭで反射され、凸レンズＬ３を通過して固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに入射するようになっているが、第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光は、偏向光学素子ＤＭの背面に遮蔽されて凸レンズＬ３に入射しない。一方、第２の位置Ｂでは、第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光が、凸レンズＬ３を通過して固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに入射するように、偏向光学素子ＤＭが退避した位置となるが、第１の導光光学系ＯＳ１を通過した被写体光は、偏向光学素子ＤＭの反射面により入射方向に反射されて凸レンズＬ３に入射しない。
【００３０】
偏向光学素子ＤＭの背面には、遮光部材として黒色塗料が形成されている。共通光学系ＣＯＳは、フォーカシング用の凸レンズＬ３を有している。尚、これ以外にズーム用のレンズを光学系内のどこかに設けても良い。固体撮像素子ＣＣＤは、受光面ＲＰを有する。
【００３１】
偏向光学素子ＤＭの近傍に、センサＳＳが配置されている。センサＳＳは、例えばフォトディテクタであって、検出光を偏向光学素子ＤＭに投射し、その反射光を検出することで、偏向光学素子ＤＭが第１の位置Ａにあるか第２の位置Ｂにあるかを検出できるものである。
【００３２】
本実施の形態においても、偏向光学素子ＤＭが、固体撮像素子ＣＣＤの電荷の読み取りタイミングに応じて、第１の導光光学系ＯＳ１を通過した被写体光と、第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光とが、交互に固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに入射するように、第１の導光光学系ＯＳ１と第２の導光光学系ＯＳ２を通過した被写体光の一方を通過させ、他方を遮蔽するので、十分な強度の被写体光を固体撮像素子ＣＣＤの受光面ＲＰに導くことができる。又、単一の固体撮像素子ＣＣＤを用いることで、コストも抑えることが出来、撮影後の立体画像処理も容易である。
【符号の説明】
【００３３】
ＣＣＤ 固体撮像素子
ＣＯＳ 共通光学系
ＤＭ 偏向光学素子
Ｌ１１ レンズ
Ｌ１２ レンズ
Ｌ２１ レンズ
Ｌ２２ レンズ
Ｌ３ 凸レンズ
Ｍ１ ミラー
Ｍ２ ミラー
ＯＳ１ 第１の導光光学系
ＯＳ２ 第２の導光光学系
ＲＰ 受光面
Ｓ１，Ｓ２ 絞り
ＳＳ センサ
【図１】
2012159769.tif 000003
【図２】
2012159769.tif 000004
【図３】
2012159769.tif 000005