(57)【要約】【課題】  立体撮影装置の光学系と駆動ユニットの構造を最適化し、薄型で小型の立体撮影装置を備えた電子機器を提供する。【解決手段】  本発明の立体撮影装置は、異なる視差で被写体像を取り込む２つの光入射部と、光入射部に取り込まれた２つの被写体像を各々異なる偏光として１つの光軸上に合成する偏光合成部と、光軸上に配置される光学系と、光学系を駆動する駆動ユニットと、光学系からの被写体像を各偏光に分離させる偏光分離部とを備えた立体撮影装置であって、光軸は、２つの光入射部の中央からずらして配置され、駆動ユニットは、２つの光入射部の中央に対して光軸の反対側に配置されていることを特徴とする。【選択図】図７
2013097079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる視差で被写体像を取り込む２つの光入射部と、
前記光入射部に取り込まれた２つの被写体像を各々異なる偏光として１つの光軸上に合成する偏光合成部と、
前記光軸上に配置される光学系と、
前記光学系を駆動する駆動ユニットと、
前記光学系からの被写体像を各偏光に分離させる偏光分離部とを備えた立体撮影装置であって、
前記光軸は、前記２つの光入射部の中央からずらして配置され、
前記駆動ユニットは、前記２つの光入射部の中央に対して前記光軸の反対側に配置されていることを特徴とする立体撮影装置。
【請求項２】
前記光学系は、ズームレンズとフォーカスレンズとを有し、
前記駆動ユニットは、前記ズームレンズを保持する第１のレンズホルダと、前記フォーカスレンズを保持する第２のレンズホルダと、
前記第１のレンズホルダを駆動する第１の駆動系と、前記第２のレンズホルダを駆動する第２の駆動系とを有することを特徴とする請求項１に記載の立体撮影装置。
【請求項３】
前記駆動ユニットは、前記第１の駆動系と前記第２の駆動系を前記光軸と並列に配置したことを特徴とする請求項２に記載の立体撮影装置。
【請求項４】
前記第２のレンズホルダは、
前記レンズを保持する枠部と、
前記枠部から延びるホルダアームと、
前記ホルダアームの端部に設けられた螺合部とを有し、
前記ホルダアームは、前記第１の駆動系を跨いで、前記螺合部を前記第２の駆動系のリードスクリューに螺合させることを特徴とする請求項３に記載の立体撮影装置。
【請求項５】
前記ホルダアームは、前記螺合部よりも幅広に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の立体撮影装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の立体撮影装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止画または動画のステレオ撮影が可能な偏光合成式ステレオカメラ、特に、同一被写体の２つの偏光画像を合成し光学系を通して再び２つの偏光画像を得ることができる偏光合成式ステレオカメラに関し、特に電子機器である携帯型情報端末および携帯電話に内蔵される小型の立体像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体を立体的にディスプレイに表示する方法として被写体の画像を異なる２方向から撮影し、ステレオ画像を生成することが提案されている。また、被写体までの距離の測定のための１つの方法としても被写体のステレオ画像を生成し被写体のズレから、三角測量の原理を用いて被写体までの距離を測定することが行われている。
【０００３】
このステレオ画像を撮影する一般的な方式としては以下のものがある。
（１）カメラを２台使用するもの。
（２）左右で対となる反射手段を使用してカメラの撮影素子を半分に分けて撮影するもの。
【０００４】
（１）のカメラを２台使用する方式では、全く同じ特性のカメラ２台が必要であり、とくに、２台のカメラの取り付け、即ち光軸合わせを精度よく行う必要がある。また、２台のカメラに外部信号に同期させて映像を取り込む機構も必要である。例えば、特許文献１に記載されたものでは、左右カメラに夫々治具上に配置された位置決め装置を備え、この治具と平行に配置された白板に設けた参照点と参照水平線を用いて、カメラの光軸と水平角度を調節するようにしている。
【０００５】
また（２）の左右で対となる反射手段を使用して、カメラの撮影素子を半分に分けて左右別々の撮像素子を使用して撮影する方式としては、例えば、２つの被写体光入射窓を持つステレオアダプタをステレオ撮影可能なカメラに取り付け、ステレオフォーマットの画面を２分割して右目用、左目用の写真を並べて露光するもの（特許文献２参照）、或いは、カメラの撮影素子を左右（水平方向）半分に分けて撮像を行った場合、左右の視野が狭くなるため、左右二つの撮影レンズの光路を回転ミラーと湾曲（凸面）ミラーを用いて左右方向に圧縮して撮像した後、画像処理で伸張して撮像素子全体を用いて撮像したときと同じアスペクト比にしたステレオアダプタ及びステレオ画像撮像装置（特許文献３参照）が知られている。
【０００６】
ただ、このように撮像素子を左右に分割して使用すると、左右で同じ撮影対象（被写体）を取り込む光軸が異なる（物理的に離れた位置にある）ため、レンズの歪みをうち消すように撮像した左右画像を補正する必要があるだけではなく、撮像画像の左右方向の視野が狭くなるため、これを回避しようとすれば、例えば、特許文献３に記載されているような複雑な補正手段が必要になる。また左右の画像は撮像素子の半分で撮像するため、全体画素を用いて撮像する場合に比して、画像が粗くなるという問題もある。
【０００７】
また、それ以外に、特許文献４として、右目用の像としてＰ偏光像、左目用の像としてＳ偏光像とし、偏光の違いにより撮像することも考えられるが、Ｓ偏光 は反射しやすく、水面やガラス窓を写すと反射光がよく写り、Ｐ偏光は反射光が写りにくいため、Ｐ偏光像とＳ偏光像では同じ像を写しても見え方に違いが発生し左右の像が異なり、２つの像を合成しても立体像としては認識しにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２２９７３６号公報
【特許文献２】特開平７−７７７４７号公報
【特許文献３】特開２００３−１４０２８０号公報
【特許文献４】特開昭６４−５４４３８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ステレオ画像を撮影するための従来の方式の問題を解消するためなされたものであって、その目的は、一旦ステレオアダプタで左右に分けた画像を、カメラの撮像画素全体で撮像して１枚の画像を形成することで従来の撮像画素を左右に分けた場合の問題を解決し、また、そこから左右画像を容易に分割できるようにすることで、従来のように光学系の補正や撮像画像の補正を必要とすることなく、ぶれや歪みのないステレオ画像を容易に得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の立体撮影装置は、異なる視差で被写体像を取り込む２つの光入射部と、光入射部に取り込まれた２つの被写体像を各々異なる偏光として１つの光軸上に合成する偏光合成部と、光軸上に配置される光学系と、光学系を駆動する駆動ユニットと、光学系からの被写体像を各偏光に分離させる偏光分離部とを備えた立体撮影装置であって、光軸は、２つの光入射部の中央からずらして配置され、駆動ユニットは、２つの光入射部の中央に対して光軸の反対側に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、光学系は、ズームレンズとフォーカスレンズを有し、駆動ユニットは、ズームレンズを保持する第１のレンズホルダと、フォーカスレンズを保持する第２のレンズホルダと、第１のレンズホルダを駆動する第１の駆動系と、第２のレンズホルダを駆動する第２の駆動系とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、駆動ユニットは、第１の駆動系と第２の駆動系を光軸と並列に配置したことを特徴とする。
【００１３】
また、第２のレンズホルダは、レンズを保持する枠部と、枠部から延びるホルダアームと、ホルダアームの端部に設けられた螺合部とを有し、ホルダーアームは、第１の駆動系を跨いで、螺合部を第２の駆動系のリードスクリューに螺合させることを特徴とする。
【００１４】
また、ホルダーアームは、螺合部よりも幅広に形成されていることを特徴とする
本発明の電子機器は、上記いずれかの立体撮影装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１台のカメラでぶれのない視差を持った立体画像を得ることができるため、従来のように２台のカメラを用いた場合のように、全く同じ特性のカメラを２台用意する必要がなく、２台のカメラの取り付け、即ち光軸合わせ等の調整作業や、２台のカメラの同期機構等を必要としない。
【００１６】
また、本発明によれば、立体撮影装置の光学系と駆動ユニットの構造を最適化し、薄型で小型の立体撮影装置を備えた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る立体撮影装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る立体撮影装置を説明する平面図と斜視図である。
【図３】本発明の他の立体撮影装置の斜視図である。
【図４】本発明の他の偏光分離部の図である。
【図５】本発明の他の偏光分離部の図である。
【図６】本発明の他の偏光分離部の図である。
【図７】本発明の立体撮影装置の正面平面図である。
【図８】本発明の立体撮影装置の分解斜視図である。
【図９】本発明の立体撮影装置に用いられるレンズホルダの斜視図である。
【図１０】画像処理装置の構造を説明するブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る立体撮影装置を電子機器に搭載した実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施の形態１＞
本発明の１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る立体撮影装置は、二つの入射面の距離の差に応じた視差を備えた同一被写体の同一偏 光の画像光線を、一方の視差の画像光線の位相をλ／２ずらすことで、異なる偏光の画像光線として合成し、１つのカメラ光学系で撮影し、再び偏光の違いにより２つの画像光線に分離しそれぞれに対応した撮像素子に結像させ、左右２枚の画像を形成するものである。以下、その構成について具体的に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る偏光合成式立体撮影装置を概略的に示す概念図である。即ち、偏光合成式立体撮影装置は、概略的には被写体０の像を、光線α1、α２として
それぞれ異なる視差で取り込む２か所の光入射部１０、１２と、光入射部１０から入射した画像光線α１のＳ偏光成分と、光入射部１２から入射した画像光線 α２のＳ偏光成分の位相をλ／２ずらしてＰ偏光とした後で合成して、光線α１と光線α２の光軸が一致するようにカメラ光学系３に導く偏光合成部２と、合成 されて入射した画像光線を所望の倍率で撮像センサ上に結像するように結像画像を出射するカメラ光学系３と、カメラ光学系３を出射した結像画像を偏光の違いにより２つの撮像センサ（素子）５、６の方向に分離する偏光分離部４と分離した像を撮像（光電変換）した後Ａ／Ｄ変換して得たデジタル画像データから画像 を形成する画像処理装置７とから成っている。
【００２０】
上記実施の形態では、反射光の影響を考慮して、光入射部１０から入射した画像光線α１のＳ偏光成分と、光入射部１２から入射した画像光線α２のＳ偏光成 分の位相をλ／２ずらしてＰ偏光として合成したが、反射光の影響を抑圧する場合には、光入射部１０から入射した画像光線α１のＰ偏光成分、光入射部１２か ら入射した画像光線α２のＰ偏光成分の位相をλ／２ずらしてＳ偏光成分として合成してもよい。その場合、図２に記載する偏光合成部２に位置する第１の偏光分離膜１３’は、Ｐ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過して使用することになる。
【００２１】
図２は、偏光合成式立体撮影装置1の具体的な実施形態を模式的に示した図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は斜視図を表す。偏光合成部２は、光の入射側からみて、光入射部であるレンズ１０、１２と、第１のプリズム１３とからなっている。
【００２２】
第１のプリズム１３は、レンズから入射した画像を折り曲げ、伝搬させるプリズム部と、一方の偏光を反射し、他方の偏光を透過（例えば、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過）する第１の偏光分離膜１３’からなる。また、カメラ光学系部３と対向する側の反対面側にλ／４膜（λ／４シート、λ／４位相差シート）１７（λは可視波長域としλ＝４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）と画像を反射する反射面として反射ミラー１８が配置されている。
【００２３】
次に画像光線α１とα２について、図２（ａ）を用いて説明する。画像光線α１は実線、α２は破線でそれぞれ記載している。Ｚ方向からレンズ１０、１２に 入射した光線α１、α２はその下のプリズム部で第１の偏光分離膜１３’の方向に反射する。ここで第１の偏光分離膜１３’は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過 する偏光分離膜とした場合について説明する。レンズ１０側から第１の偏光分離膜１３’に入射する光線α１のうちＳ偏光成分からなる偏光画像光線は、反射し て―Ｙ方向のカメラ光学系部３の方向に向かう。一方、光線α２のうちＰ偏光成分からなる偏光画像光線に関しては、第１の偏光分離膜１３’を透過し、カメラ 光学系部３の方向に向かわず結像に寄与しない。つまり、実線で示した光線α１は、レンズ１０から偏光分離膜１３’まではＰ偏光とＳ偏光からなるが、偏光分 離膜１３’からカメラ光学系部３へは、光線α１はＳ偏光のみからなる。
【００２４】
また、レンズ１２側から第１の偏光分離膜１３’に入射する光線α２のうちＳ偏光成分からなる偏光画像光線は、Ｙ方向に反射してλ／４シート１７を透過することで、たとえば右回り円偏光に変換され、さらに反射ミラー１８で反射することで左回り円偏光になり、再びλ／４シート１７を透過することでＰ偏光になる。Ｐ偏光になった偏光画像光線は、第１の偏光分離膜１３’を透過し、カメラ光学系部３の方向に出射する。
【００２５】
レンズ１２側から第１の偏光分離膜１３’に入射する画像光線のうちＰ偏光成分からなる偏光画像光線は、第１の偏光分離膜１３’を透過し、カメラ光学系部３の方向に向かわず結像に寄与しない。つまり、破線で示した光線α２は、レンズ１２から偏光分離膜１３’まではＰ偏光とＳ偏光からなり、偏光分離膜１３’で反射されたＳ偏光はλ／４シート１７を透過し、反射ミラー１８で反射し、再びλ／４シート１７を透過することでＰ偏光となって偏光分離膜１３’を透過し、偏光分離膜１３’からカメラ光学系部３へは、光線α２はＰ偏光のみからなる。
【００２６】
また、光学特性上、レンズ１０側からカメラ光学系部３の方向に出射する画像光線とレンズ１２側からカメラ光学系部３の方向に出射する画像光線の光路長を同一にすることが望ましく、レンズ１０側のプリズム長をレンズ１２側に比べて長くし光路長をそろえている。つまり、レンズ１２側から入射した画像光線α２のうちＳ偏光が偏光分離膜１３’で反射されてから、λ／４シート１７、反射ミラー１８を経てＰ偏光となって反射分離膜１３’を透過するまでの間の光路長の分だけ、レンズ１０側のプリズム長を長くしている。
【００２７】
図２（ａ）の立体撮影装置では、画像光線α２のＳ偏光をＰ偏光とするためにレンズ１２側にλ／４シート１７および反射ミラー１８を設けた構成とした。別の構成としては、偏光分離膜１３’がＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過する構成とし、レンズ１０側の画像光線α１のＳ偏光をＰ偏光とするλ／２シートを偏光分離膜１３’の手前に設けることで、画像光線α１のＰ偏光となった偏光画像光線が偏光分離膜１３’で反射されカメラ光学系部３に向かい、一方、レンズ１２側の画像光線α２を反射ミラー１８の方向からカメラ光学系部３に入射させ、偏光分離膜１３’でＰ偏光を反射してカメラ光学系部３の方向と異なる方向に向かわすと共に、Ｓ偏光をカメラ光学系部３に向かう構成としても構わない。
【００２８】
これまでに説明したＰ偏光とＳ偏光との関係は、偏光分離膜１３’等の構成も含めてＰ偏光とＳ偏光を逆としても良い。また、光入射部のレンズ１０、１２は 後述するカメラ光学系部３の光学特性を得やすく、あるいは偏光合成部２を伝搬する光束径を小さくすることができる効果があるが、組立性を良くする、部品削減によるコスト削減、装置厚みを薄くするために光入射部であるレンズ１０、１２をなくすこともできる。
【００２９】
上記の方法にて、レンズ１０側とレンズ１２側から取り込んだ２つの像を１つの光軸上に合成してカメラ光学系部３に出射することができる。また、像の合成にはＰ偏光とＳ偏光の違いを利用しているが、取り込んでいる像はいずれもＳ偏光像であり、そのうち一方のＳ偏光像を装置内部で位相を１／２λずらして、Ｐ 偏光に変換しているだけであるため、たとえば水面、ガラスの反射光、液晶の表示画面等２つの像間で偏光の違いによる像の違いが発生せず、後述の立体像を生 成した場合にも違和感のない像が得られる。
【００３０】
第１の偏光分離膜１３’の特性としては、可視光波長帯域λ（４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）を用い、第１の偏光分離膜１３’への入射角４５±１０度の範囲でＰ偏光透過率８０％以上、Ｓ偏光反射率８０％以上が望ましい。
【００３１】
また、カメラ光学系部３に出射するＰ偏光をさらに除去するため、図３に示すように、レンズ１０、１２の前後どちらかに偏光シート９を配置しても良い。図 ３（ａ）はレンズ１０、１２の前に偏光シート９を配置したもので、図３（ｂ）はレンズ１０、１２の後に偏光シート９を配置したものである。これにより、第１のプリズム１３に入射する段階で、Ｐ偏光像を除去し、Ｓ偏光像の比率を高くすることができるため、偏光の違いによる像の違いが発生せず、立体像を生成し た場合により違和感のない像を得られる。なお、レンズ１０、１２の後に偏光シート９を配置するほうが、光線がレンズにより集光され、偏光シート９への光線 の入射角を狭くすることができるため、偏光シート９の性能をより発揮することができ、より高い効果を得られる。
【００３２】
また更に、被写体像取込部のレンズ１０、１２の前後に偏光補正シート１１を配置しても良い。偏光補正シート１１は、Ｓ偏光成分あるいはＰ偏光成分の偏り成分（特に水面、ガラスの反射光、液晶の表示画面など）を含む直線偏光成分の位相をλ／４ずらして円偏光成分に変換し、偏光の偏りによる見え方の違いを補正する機能を有する。さらにその後ろに偏光合成時のクロストークを減らすためにＳ偏光のみを透過させる偏光シート９を付加してもよい。これにより後段の偏 光分離膜１３’の変更分離特性が十分でない場合でも偏光合成時にα１からの光がＰ偏光、α２からの光がＳ偏光として混じってしまいクロストークとして３Ｄ 像を劣化させることを防止できる。
【００３３】
また、３Ｄ像を劣化させる迷光を抑制するために、光線α１、α２が通る部分を除く第１のプリズム１３の表面への墨塗りや、すりガラス加工を行うことも良い。レンズの縁や反射面での散乱等によって生じる迷光が、カメラ光学系部３に出射し、撮像センサ５、６に結像すると、３Ｄ像を劣化させてしまうが、上記の方法によれば、光線α１、α２以外の迷光を抑制することができる。その他には、レンズ１０、１２とカメラ光学系部３間のＸ方向の距離を広げることで、レンズを通ってカメラ光学系部３へ侵入する迷光を抑制できる。
【００３４】
次に、カメラ光学系部３は、複数のレンズ群８から構成されており、これらのレンズ群８の一部が駆動することにより焦点距離を変更できるズーム光学系となっている。このため入力された２種類の偏光像はこの１組のズームレンズユニットで同時にズーミング、フォーカシングが行われるとともに、光学系のもつ収差の影響は２つの像に対して同じように働くため、２つの像間の画像の違いが発生せず、さらに、撮像系として最もコストがかかり、サイズアップの影響があるカメラ光学系部分に対してコストダウンとサイズの最小化の効果が大きいこととなる。
【００３５】
カメラ光学系部３から出射した２種類の偏光像光線は偏光分離部４に入射し、第２のプリズム４’（例えば、ＰＢＳ  偏光ビームスプリッタ  Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍ
Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）で元のＰ偏光像とＳ偏光像に分離され撮像センサ５に結像する。このとき第２のプリズム４’の特性は可視光波長帯域λ（４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）、第２の偏光分離膜４”への入射角４５±１０度の範囲でＰ偏光透過率８０％以上、Ｓ偏光反射率８０％以上が望ましい。また、 第２の偏光分離膜４”と撮像センサ５、６の間に偏光シート９を配置することにより、偏光分離時のクロストークを低減することができる。
【００３６】
図４は、偏光分離時のクロストークを低減するために、第２の偏光分離膜４”と撮像センサ５、６の間に偏光シート９を配置したものである。例えば、偏光分 離膜４”と撮像センサ５の間にＳ偏光を透過させる偏光シート９を配置し、偏光分離膜４”と撮像センサ６の間にＰ偏光を透過させる偏光シート９を配置することで、迷光を遮断することができ、各レンズ１０、１３から入射した光線をきれいに再分割して各センサに結像することができる。
【００３７】
撮像センサ５の間隔を広げ、配置しやすくなるレイアウトの偏光分離部４の他の実施例として図５（ａ）〜（ｅ）がある。図５（ａ）〜（ｃ）は第２のプリズ ム４’の形状を異型にし、第２の偏光分離膜４”への光の入射角を４５度より小さくすることで撮像センサ５の間隔を広げたものである。図５（ｄ）の第２のプリズム４’はＳ偏光反射、Ｐ偏光透過する第２の偏光分離膜４”とカメラ光学系部３方向と対向する側にλ／４シート１７と反射ミラー１８に配置されている。 カメラ光学系部３方向から入射した画像のうちＳ偏光成分は第２の偏光分離膜４”で反射して撮像センサ５に向かい、Ｐ偏光成分は第２の偏光分離膜４”を透過してλ／４シートを透過することで、たとえば右回り円偏光に変換され、さらに反射ミラー１８で反射することで左回り円偏光になり、再びλ／４シートを透過 することでＳ偏光になる。Ｓ偏光になった画像は偏光分離膜４”を反射し、撮像センサ６に入射する。また、光学特性上、撮像センサ５、６に入射する画像の光路長を同一にすることが望ましく、撮像センサ５側の第２のプリズム４’を長くし光路長を揃えている。
【００３８】
図５（ｅ）の第２のプリズム４’はＳ偏光反射、Ｐ偏光透過する第２の偏光分離膜４”とカメラ光学系部３方向と直交する側にλ／４シート１７と反射ミラー１８に配置されている。カメラ光学系部３方向から入射した画像のうちＰ偏光成分は第２の偏光分離膜４”を透過して撮像センサ６に向かい、Ｓ偏光成分は第２の偏光分離膜４”を反射してλ／４シートを透過することで、たとえば右回り円偏光に変換され、さらに反射ミラー１８で反射することで左回り円偏光になり、再びλ／４シートを透過することでＰ偏光になる。Ｐ偏光になった画像は第２の偏光分離膜４”を透過し、撮像センサ５に入射する。また、光学特性上、撮像センサ５、６に入射する画像の光路長を同一にすることが望ましく、撮像センサ６側の第２のプリズム４’を長くし光路長を揃えている。
【００３９】
また偏光分離部４の他の実施例として図６に示すように、撮像センサ６の各画素２１に対応した位置にＰ偏光透過の偏光素子２０とＳ偏光透過の変更素子が交互に配置された偏光板２２を構成することでカメラ光学系部３からのＰ，Ｓ偏光を分離するようにしている。これにより撮像センサ６は１個しか使用する必要がなくなり、組立性が向上し、コスト削減が可能となるとともに、プリズムのような大きな光学素子が不要となり、装置の小型化が可能となると共に、光学性能の改善が図られる効果がある。
【００４０】
撮像センサ５、６は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子（センサ）、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄ変換器等を備えており、上記Ｐ偏光及びＳ偏光の分離画像に基づく撮像素子の出力に基づいて画像データを生成する。また、カメラ装置は、自身が撮影した画像に関する情報を記録する内蔵メモリを有し、双方向パラレルインターフェースやＳＣＳＩインターフェース等の、高速で画像転送可能な汎用インターフェースやＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｂｕｓ）によって画像処理装置７のコンピュータに接続される。
【００４１】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２の立体撮影装置について、図７〜図９を用いて説明する。実施の形態２の立体撮影装置は、実施の形態１の立体撮影装置で説明したズーム光学系を具体化したものであり、実施の形態１の立体撮影装置と同じ構成については同一の符号を付している。
【００４２】
図７は、本発明の実施の形態２である立体撮影装置の構造を示す正面図である。また、図８は、立体撮影装置の分解斜視図である。
【００４３】
実施の形態２の立体撮影装置は、図７に示すように、異なる視差で被写体像を取り込む２つの光入射部１０、１２と、光入射部１０、１２に取り込まれた２つの被写体像を各々異なる偏光として１つの光軸Ａ−Ａ上に合成する偏光合成部２と、光軸Ａ−Ａ上に配置された複数のレンズ群を有するカメラ光学系３と、カメラ光学系３を駆動する駆動ユニット４０と、カメラ光学系３からの被写体像を各偏光に分離させる偏光分離部４と、分離された被写体像を撮像する２つの撮像素子５、６とを備えている。
【００４４】
図７及び図８に示すように、光入射部１０、１２は、レンズホルダ１０ａと１２ａに組み込まれたレンズ１０ｂと１２ｂが、例えば、中心間隔２０ｍｍで配置されており、それぞれのレンズ１０ｂ、１２ｂから被写体像を異なる視差で光線α１、α２として取り込む。
【００４５】
偏光合成部２は、第１のプリズム１３と、第１のプリズム１３の外側に配置されるλ／４膜１７、反射ミラー１８、及び、不要な外光を遮光するカバーと、第１のプリズム１３の像面側に配置されるレンズから構成されている。偏光合成部２は、実施の形態１の立体撮影装置と同様に、光入射部１０から取り込まれた光線α１からｓ偏光成分を抽出し、光入射部１２から取り込まれた光線α２からｐ偏光成分を抽出し、光線α１のｓ偏光と光線α２のｐ偏光を合成光Ａ１としてカメラ光学系３に出射する。
【００４６】
ここで、光学特性上、光入射部１０からカメラ光学系３に至る光路長と、光入射部１２からカメラ光学系３に至る光路長とを同一にすることが望ましいため、光入射部１０側のプリズム長を光入射部１２側に比べて長くすることで光路長を揃えている。このため、図７に示すように、偏光合成部２から出射される合成光Ａ１の光軸Ａ−Ａは、光入射部１０と光入射部１２の中心Ｂ−Ｂから光入射部１２側にずれているので、カメラ光学系３の光軸も光入射部１２側にずらして光軸Ａ−Ａに合せて配置している。
【００４７】
偏光合成部２で合成された合成光Ａ１は、光軸Ａ−Ａ上に出射され、カメラ光学系３によって所望の倍率にズームされ、ズーム調整された合成光Ａ２は、偏光分離部４に入射する。
【００４８】
偏光分離部４は、図８に示すように、レンズ４ａと、第２のプリズム４’と、不要な外光を遮光するカバー４ｂとから構成されている。レンズ４ａは、カメラ光学系３のズーミング時に発生した、コマ収差や非点収差を補正している。第２のプリズム４’は、偏光合成部２の偏光分離膜１３’と同様に偏光膜を有し、ズーム調整された合成光Ａ２からｓ偏光成分とｐ偏光成分を再び分離するとともに、一方の偏光成分を反射させ光軸を９０度折り曲げることにより、光線α１、α２をそれぞれの撮像素子５、６に結像させて、被写体の立体像を得るための画像を生成する。
【００４９】
立体撮影装置１は、筺体５１と、天板５２および底板５３とを備え、光入射部１０、１２と偏光合成部２は、筺体５１の外側に設置される。カメラ光学系３と、駆動ユニット４０と、偏光分離部４と、撮像素子５、６は、筺体５１の内側に設置され、天板５２と底板５３が取り付けられて筺体５１内に封入される。また、筺体５１には、カメラ光学系３のレンズ位置を検出するためのフォトインタラプタ５４ａ、５４ｂが設置される。
【００５０】
次に、本発明の立体撮影装置１において特徴部となる、カメラ光学系３と駆動ユニット４０について詳細に説明する。
【００５１】
カメラ光学系３は、合成光Ａ１の光軸Ａ−Ａ方向に複数のレンズ群を配列した構成となっており、図８に示すように、絞り３３と、ズーム用のレンズ３４、３５と、ズーム及びフォーカス用のレンズ３６とを有している。
【００５２】
駆動ユニット４０は、ズーム用のレンズ３４、３５を保持する第１のレンズホルダ４１と、ズーム及びフォーカス用のレンズ３６を保持する第２のレンズホルダ４２と、第１のレンズホルダ４１を駆動する第１の駆動系４３と、第２のレンズホルダ４２を駆動する第２の駆動系４４とを有している。
【００５３】
第１のレンズホルダ４１と第２のレンズホルダ４２は、ガイド軸４７ａ、４７ｂ、４７ｃと、ガイド軸４７ａ、４７ｂに組み合わされたスプリング４８ａ、４８ｂによって、光軸Ａ−Ａ方向に沿って移動するように規制されている。
【００５４】
駆動ユニット４０は、第１のレンズホルダ４１と第２のレンズホルダ４２を駆動することにより、カメラ光学系３のレンズ３４〜３６の位置を光軸Ａ−Ａ方向に変化させることにより、合成光Ａ１を所望の倍率で変倍する。
【００５５】
駆動ユニット４０の第１の駆動系４３は、ステップモータ４５ａに連設されたリードスクリュー４６ａを有し、第１のレンズホルダ４１に一体的に形成もしくは組み込まれた雌ネジとリードスクリュー４６ａの雄ネジが螺合しており、リードスクリュー４６ａの回転によって第１のレンズホルダ４１を光軸Ａ−Ａ方向に駆動させるようになっている。
【００５６】
第１の駆動系４３と同様に、第２の駆動系４４も、ステップモータ４５ｂに連設されたリードスクリュー４６ｂを有し、第２のレンズホルダ４２に一体的に形成もしくは組み込まれた雌ネジとリードスクリュー４６ｂの雄ネジが螺合しており、リードスクリュー４６ｂの回転によって第２のレンズホルダ４２を光軸Ａ−Ａ方向に駆動させるようになっている。
【００５７】
第１の駆動系４３と第２の駆動系４４は隣接した状態でユニット化され、それぞれのステップモータ４５ａ、４５ｂに接続されるフレキシブル配線４９が一つにまとめられているので、筺体５１の開口部が減ってゴミの侵入が防止されている。
【００５８】
ここで、立体撮影装置１を小型化、薄型化するためには、カメラ光学系３と駆動ユニット４０をどのように配置するかが重要となる。立体撮影装置１は、立体撮影を行なうために、光入射部１０と光入射部１２との間に所定の間隔が必要である。このため、カメラ光学系３と駆動ユニット４０を、光入射部１０と光入射部１２の間隔よりも内側に配置することにより、立体撮影装置１を最小化することができる。
【００５９】
本発明の立体撮影装置１では、カメラ光学系３が光軸Ａ−Ａを光入射部１２側にずらして配置されており、光入射部１０側の方がスペースが広くなっているため、カメラ光学系３よりもスペースを必要とする駆動ユニット４０を光入射部１０側に配置することにより、カメラ光学系３と駆動ユニット４０を光入射部１０と光入射部１２の間に収めることができる。
【００６０】
また、駆動ユニット４０の第１の駆動系４３と第２の駆動系４４をカメラ光学系３の光軸と並列に配置することにより、カメラ光学系３と駆動ユニット４０からなるズーム機構を小型化することができ、さらに、平面状に配置して薄型化することができる。
【００６１】
図９は、第２のレンズホルダ４２を詳細に示す斜視図である。第２のレンズホルダ４２は、レンズ３６を保持する枠部４２ａと、ガイド軸４７ｂが挿入される軸受部４２ｂ、４２ｃと、ガイド軸４７ｃが挿入される軸受部４２ｄと、第２の駆動系４４側に延設されたホルダアーム４２ｅと、ホルダアーム４２ｅの先端にリードスクリュー４６ｂの雄ネジと螺合する雌ネジが形成された螺合部４２ｆを有している。
【００６２】
第２のレンズホルダ４２は、ガイド軸４７ｂとガイド軸４７ｃの２軸で、第２のレンズホルダ４２が回転して光軸Ａ−Ａからずれないように規制されている。また、ガイド軸４７ｂを２箇所の軸受部４２ｂ、４２ｃで受けることにより、螺合部４２ｆに加わる力で第２のレンズホルダ４２がＸＹ面内を矢印方向にこじれて、ガイド軸４７ｂと軸受部４２ｂ、４２ｃの摺動性が低下することを防止している。第２のレンズホルダ４２のこじれをより抑制するためには、軸受部４２ｂ、４２ｃの間隔を広く設けることが望ましい。
【００６３】
第１のレンズホルダ４１も第２のレンズホルダ４２と同様の構成となっているが、第２のレンズホルダ４２のホルダアーム４２ｅは、螺合部４２ｆをリードスクリュー４６ａを跨いでリードスクリュー４６ｂに螺合させるので、第１のレンズホルダ４１よりも長い形状となっている。
【００６４】
ホルダアーム４２ｅが長くなって撓むと、螺合部４２ｆでこじれが生じ易くなるため、ホルダアーム４２ｅのＹ軸に関する断面２次モーメントの式（Ｃ×Ｂ３／１２）より、ホルダアーム４２ｅの幅Ｂを大きくすることが望ましい。また、螺合部４２ｆの幅は、リードスクリュー４６ｂ以外の部分に干渉しないようにホルダアーム４２ｅの幅Ｂよりも小さくすることが望ましい。
【００６５】
また、第１のレンズホルダ４１と第１の駆動系４３と、第２のレンズホルダ４２と第２の駆動系４４との組合せを入替えることも可能であるが、第１のレンズホルダ４１は複数のレンズ３４、３５を保持し、第２のレンズホルダ４２と比べて重くなるので、本実施形態のように第１のレンズホルダ４１と第１の駆動系４３とを近づけて配置する方が、第１のレンズホルダ４１をこじれさせずに駆動させることができる。
【００６６】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の立体撮影装置を搭載した電子機器について、図１０、図１１を用いて説明する。立体撮影装置の構成については実施の形態１または実施の形態２と同一であるため、同一の符号を付してその詳細な説明および図面を省略する。図１０は画像処理装置7の構造を説明するブロック図である。
【００６７】
画像処理装置７は、演算処理を実行し命令を出力する等の機能を備えたＣＰＵ７１と、画像処理のための手順をＣＰＵ７１に実行させるためのプログラム等を格納したＲＯＭ７２と、ＣＰＵの処理動作のために、ＲＯＭ７２から読み出した上記プログラムや、ＣＰＵの処理のために必要なデータ等を一時的に格納しておくＲＡＭ７３からなるコンピュータ７０と、データやコマンド等を入力するための入力部７４と、ＣＰＵの出力を表示するための表示部７５、更に必要に応じて画像データを収納するための記憶手段（図示せず）を備えている。
【００６８】
以上の構成において、各光入射部１０及び１２を通った入射画像α１及びα２は、それぞれ偏光合成部２、カメラ光学系部３、偏光分離部４を通して、その撮像センサ上にそれぞれＰ偏光及びＳ偏光に分離した画像を結像する。このＰ、Ｓ偏光画像は上記光入射部１０及び１２の視差に応じてそれぞれ互いに僅かにずれている。
【００６９】
画像は撮像センサで電気信号に変換されて、Ａ／Ｄ変換した後、内蔵の画像信号処理回路に入りシェーディング補正やγ補正等の処理を行った後、その内蔵メモリに記録される。この内蔵メモリに記録された画像データは、画像処理装置３からの画像データ要求に応じて画像処理装置7に入力される。画像処理装置7に入力された画像データは、そのコンピュータ7０で画像２枚のステレオ画像に形成される。画像処理装置7のコンピュータ7０はこのようにして得られた２つの画像から、例えば被写体までの距離を演算し、図示しない出力装置に出力することもできる。
【００７０】
図１１は、本発明の偏光合成式立体撮影装置１を携帯電話あるいはポケットムービー、デジカメの等の電子機器の筐体に組み込んだときの実施例である。図１１（ａ）の電子機器は、図２の実施例の立体撮影装置のように、光入射部１０，１２が、偏光合成部２、カメラ光学系部３、偏光分離部４から成る平面に直交する側に配置されている場合の搭載例を表したものであり、図１１（ｂ）の電子機器は、図1のように光入射部１０，１２が、偏光合成部２、カメラ光学系部３、偏光分離部４から成る平面方向に配置されている場合の搭載例を表したものである。
【００７１】
また、本発明の立体撮影装置は、距離測定に必要な構成をさらに設け電子機器に搭載することにより距離測定を可能にすることが出来る。偏光合成式ステレオカメラによる距離計測は、既に知られた三角測量の原理に基づいて行う。画像上に区切った小領域毎に三角測量の原理に基づく演算処理を施すことで、その小領域に含まれる物体までの距離を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る立体撮影装置は、デジタルスチルカメラなどの撮影機器全般に広く適用することができる。また、携帯に適した小型の撮影装置に適用することができる。具体的には、携帯型情報端末または携帯電話に搭載される。
【符号の説明】
【００７３】
１  偏光合成式立体撮影装置
２  偏光合成部
３  カメラ光学系部
４  偏光分離部
４’  第２のプリズム
４’’  偏光分離膜
５，６  撮像センサ
７  画像処理装置
９  偏光シート
１０、１２  光入射部
１１  偏光補正シート
１３  第１のプリズム
１３'  偏光分離膜
４１  第１のレンズホルダ
４２  第２のレンズホルダ
４３  第１の駆動系
４４  第２の駆動系
４５  スッテプモータ
４６  リードスクリュー
７０  コンピュータ
７１  ＣＰＵ
７２  ＲＯＭ
７３  ＲＡＭ
７４  入力部
７５  表示部
【図１】
2013097079.tif 000003
【図２】
2013097079.tif 000004
【図３】
2013097079.tif 000005
【図４】
2013097079.tif 000006
【図５】
2013097079.tif 000007
【図６】
2013097079.tif 000008
【図７】
2013097079.tif 000009
【図８】
2013097079.tif 000010
【図９】
2013097079.tif 000011
【図１０】
2013097079.tif 000012
【図１１】
2013097079.tif 000013