【手続補正書】
【提出日】平成28年11月29日(2016.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの２つの画像の偏光方向が互いに直交するように重畳する画像重畳手段と、該画像重畳手段によって重畳され異なる偏光方向の２つの画像を受光する撮像手段と、該撮像手段に結像させる光学部材とを備え、被写体からの視差を有する２つの画像を撮像する視差画像撮像装置において、
被写体からの２つの画像が前記画像重畳手段を介して前記撮像手段に到達するように、被写体からの２つの画像のうち、少なくとも一方の画像の偏光面を変更する偏光面変更手段を備えたことを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光面変更手段が、２つの画像のいずれかの画像の偏光面を偏光する１／２波長板を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光面変更手段が、２つの画像の少なくとも一方の画像の偏光面を変更する１／４波長板を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項４】
請求項１記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光面変更手段が、２つの画像の少なくとも一方の画像の偏光状態をランダムに変更させる媒質を含む構造体であることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項５】
請求項１記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段によって撮像した画像から、偏光方向ごとに画像を分離することにより、視差をもった２つの画像を形成し、形成した２つの画像間の視差により被写体までの距離を算出する距離算出手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
視差を有する２つの画像を１つの光路に重ね合わせる偏光合波手段を設け、２つの画像の光路における光路長を互いに略同じにすることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項７】
請求項１記載の視差画像撮像装置において、
前記光学部材は、ズーム機能を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記光学部材は車両の車内に設置し、前記偏光面変更手段は車両の車外に設置することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項９】
請求項６記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光合波手段は、被写体からの画像が最初の反射面から次の反射面までに媒質で充填されていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１０】
請求項１記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光面変更手段によって互いの偏光方向が揃った２つの画像を取得する視差画像取得手段を備え、該視差画像取得手段は、前記光学部材の瞳面、または該瞳面の周辺に２つの偏光子を含んだ面を有していることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段は、偏光ビームスプリッタ及びミラーを含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段は、ハーフミラー及び偏光子を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段は、偏光子を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光ビームスプリッタの光学面又は前記ミラーの反射面が前記光学部材の画角中央の光線とのなす角度が４５度より大きく設定されるように、前記偏光ビームスプリッタ又は前記ミラーを設置していることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１５】
請求項１２記載の視差画像撮像装置において、
前記ハーフミラーの光学面又は前記偏光子の反射面が前記光学部材の画角中央の光線とのなす角度が４５度より大きく設定されるように、前記ハーフミラー又は前記偏光子を設置していることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段と前記光学部材との間に、前記光学部材に入射する光線の量を規制する光学絞りを配置することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１７】
請求項１１記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光ビームスプリッタは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１８】
請求項６記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光合波手段は、クロスプリズムを含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差をもった２つの画像間のクロストークを除去するクロストーク除去手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の視差画像撮像装置において、
前記クロストーク除去手段は、画面上の位置によってクロストークをキャンセルする量を変化させることを特徴する視差画像撮像装置。
【請求項２１】
請求項１８記載の視差画像撮像装置において、
前記クロスプリズムは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えていることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２２】
請求項１８記載の視差画像撮像装置において、
前記クロスプリズムにおける対向する側面に三角柱プリズム又は四辺柱プリズム又はミラーを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
被写体から撮像手段までの間に赤外線カットフィルタを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２４】
請求項１〜２２のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
被写体から撮像手段までの間に減光フィルタを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記光学部材の光学面において前記撮像手段の撮像面に結像する光が入射する範囲にアライメントマーカーを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２６】
請求項２５記載の視差画像撮像装置において、
前記アライメントマーカーは、曲率を有する面を備える透明部材であり、前記曲率を有する面によって焦点を前記撮像手段の撮像面上に結ぶことを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段とは前記視差を有する２つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように、別の撮像手段を設けることを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２８】
請求項２７記載の視差画像撮像装置において、
移動体のウインドシールド上に特定波長の光を投光する光投光手段と、前記撮像手段とは前記視差を有する２つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように設けられた光検出手段と、前記光検出手段に特定波長の光のみを透過させるフィルタとを有し、前記ウインドシールドからの反射光の光量に基づき前記ウインドシールドに付着する雨滴を検出することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項２９】
請求項１〜２８のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差をもった２つの画像の内の少なくとも一つに対して、座標変換処理を行う座標変換手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差をもった２つの画像のブロックマッチング演算の中に、ブロック内の平均値を減算する距離算出手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項３１】
請求項１記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段は、画素ごとに異なる方向の偏光子を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段によって撮像化した画素の偏光状態を補間する偏光状態補間処理手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
被写体からの２つの画像が画像重畳手段を介して撮像手段に到達するように、被写体からの２つの画像のうち、少なくとも一方の画像の偏光面を変更する偏光面変更手段を備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、被写体からの２つの画像の異なる偏光面の入射強度は、被写体について異なっている。この２つの画像は、画像重畳手段によって、互いに直交する偏光方向が１つの画像に重畳され、撮像手段に受光させなければ、撮像手段によって２つの視差を有する画像は取得できない。被写体からの画像が、例えばＳ波のみであった場合には、画像重畳手段によって、Ｓ波の画像を一方の画像、Ｐ波の画像は他方の画像で重畳され、一方の画像しか画像重畳手段を介して撮像手段に到達できない。そのため、偏光面変更手段によって２つの画像のうち、少なくとも一方の画像の偏光面を変更することにより、被写体から見た偏光方向の同じ２つの画像が、直交する方向の偏光方向に変換され、画像重畳手段を介して撮像手段に到達させる。これにより、被写体から見たときに偏光方向が互いに同じ２つの画像が、異なる方向の偏光方向で撮像手段に受光され、視差を有する２つの画像を取得することができる。この結果、左右の画像共に、同じ偏光方向の被写体を見ていることにより、測距演算を行った際のマッチング処理で、対応する画素を検索したときのマッチング処理結果の誤差を抑制し、マッチング処理の精度を向上させることができる。よって、被写体に偏光特性があったとしても、被写体からの偏光方向が互いに同じ２つの画像を取得でき、測距演算の精度を向上させることができる。
（態様２）
（態様１）において、偏光面変更手段が、２つの画像のいずれかの画像の偏光面を変更する１／２波長板を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、左右の被写体からの同じ偏光方向の画像を得ることができる。
（態様３）
（態様１）において、偏光面変更手段が、２つの画像の少なくとも一方の画像の偏光面を変更する１／４波長板を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、両眼とも円偏光を撮影していることとなり、偏光方向に依存しない画像を撮影することになる。
（態様４）
（態様１）において、偏光面変更手段が、２つの画像の少なくとも一方の画像の偏光状態をランダムに変更させる媒質を含む構造体である。これによれば、上記実施形態について説明したように、入射してくる光の偏光をランダムにし、両眼とも偏光方向に依存しない画像を撮影することができる。
（態様５）
（態様１）において、撮像手段によって撮像した画像から、偏光方向ごとに画像を分離することにより、視差をもった２つの画像を形成し、形成した２つの画像間の視差により被写体までの距離を算出する距離算出手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、温度による光学部材の歪みや撮像手段の取付位置変化が被写体までの距離算出に与える影響は少ない。
（態様６）
（態様１）〜（態様５）において、視差を有する２つの画像を１つの光路に重ね合わせる偏光合波手段を設け、２つの画像の光路における光路長を互いに略同じにする。これによれば、上記実施形態について説明したように、通常のカメラと同じく、単に視差演算の最に横方向のピクセルのみを探索することで視差を得ることができる。
（態様７）
（態様１）において、光学部材は、ズーム機能を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、両眼の画像に全く同じ変化が反映される。これにより、右眼用と左眼用の２つの異なる光学特性を持つことによって生じる光軸や画像サイズ、フォーカスずれを抑制することが可能で自然な立体画像を取得することができる。
（態様８）
（態様１）〜（態様７）のいずれかにおいて、光学部材は車両の車内に設置し、偏光面変更手段は車両の車外に設置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、車両のフロントガラスの歪みや厚みムラ、曲率などが左右の対応する部分で異なり、左右の画像のマッチングが取れなくなる場合がある。これをキャンセルするためには、車内に撮像素子、またレンズ部のみを設置し、ガラスよりも外側にクロスプリズムを設置すると良い。これにより、左右の画像共に同じフロントガラスの部分を通ることになり、同じようにフロントガラスの影響を受けるため、左右の画像はフロントガラスの具合によらず常にマッチングが可能となる。
（態様９）
（態様６）において、偏光合波手段は、被写体からの画像が最初の反射面から次の反射面までに媒質で充填されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、距離が長い被写体に近いミラー面から次のミラー面までが高屈折率の媒質で充填されていることにより小型化が図れる。
（態様１０）
（態様１）において、偏光面変更手段によって互いの偏光方向が揃った２つの画像を取得する視差画像取得手段を備え、該視差画像取得手段は、光学部材の瞳面、または該瞳面の周辺に２つの偏光子を含んだ面を有している。これによれば、上記実施形態について説明したように、撮像素子上では領域分割された偏光子がピクセル毎に並んだ領域分割フィルタ２５２が設けられ、２つの画像を分離し、視差をもった２つの画像を得ることができる。
（態様１１）
（態様１０）において、視差画像取得手段は、偏光ビームスプリッタ及びミラーを含んで構成されている。これによれば、上記実施形態１について説明したように、簡易な構成で、左右の光路長は略同一とすることができ、通常のカメラと同様に視差を得ることができる。
（態様１２）
（態様１０）において、視差画像取得手段は、ハーフミラー及び偏光子を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、簡易な構成で、左右の光路長は略同一とすることができ、通常のカメラと同様に視差を得ることができる。
（態様１３）
（態様１１）において、視差画像取得手段は、偏光子を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、クロストークを低減することができる。
（態様１４）
（態様１１）において、偏光ビームスプリッタの光学面又はミラーの反射面が光学部材の画角中央の光線とのなす角度が４５度より大きく設定されるように、偏光ビームスプリッタ又は前記ミラーを設置している。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光ビームスプリッタ膜２３１又はミラー面２３２、２３３、２３４が設置されているプリズムの大きさを小さくすることができる。
（態様１５）
（態様１２）において、ハーフミラーの光学面又は偏光子の反射面が光学部材の画角中央の光線とのなす角度が４５度より大きく設定されるように、ハーフミラー又は偏光子を設置している。これによれば、上記実施形態について説明したように、画角中央の光線との、ハーフミラー及びミラー面のなす角度を４５度より大きく設定することで、プリズムの大きさを小さくすることができる。
（態様１６）
（態様１０）〜（態様１５）のいずれかにおいて、視差画像取得手段と光学部材との間に、光学部材に入射する光線の量を規制する光学絞りを配置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光ビームスプリッタ膜２３１又はミラー面２３２、２３３、２３４が設置されているプリズムに入射するとき既に画角に応じて光線が広がりを有している。このため、光線の広がりに応じてプリズムの大きさを設定する必要があるが、光学絞り２３５をプリズム側寄りに設置することでプリズムが大きくなることを抑制できる。
（態様１７）
（態様１１）において、偏光ビームスプリッタは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えている。これによれば、上記実施形態１について説明したように、広く知られた半導体製造プロセスを利用して形成できる。耐熱性に優れ、高温になりやすい環境下においても好適に使用できる。
（態様１８）
（態様６）において、偏光合波手段は、クロスプリズムを含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光選択型のクロスプリズムを用いて偏光方向が異なる視差画像を取り込む。よって、耐環境性に富み、かつ低コスト化が図れる。
（態様１９）
（態様１）〜（態様１８）のいずれかにおいて、視差をもった２つの画像間のクロストークを除去するクロストーク除去手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、クロストークのない真の偏光成分の画像を得ることができる。
（態様２０）
（態様１９）において、クロストーク除去手段は、画面上の位置によってクロストークをキャンセルする量を変化させる。これによれば、上記実施形態について説明したように、クロストークのない真の偏光成分の画像を得ることができる。
（態様２１）
（態様１８）において、クロスプリズムは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えている。これによれば、上記実施形態１について説明したように、偏光選択型のクロスプリズムを用いて偏光方向が異なる視差画像を取り込む。よって、耐環境性に富み、かつ低コスト化が図れる。
（態様２２）
（態様１８）において、クロスプリズムにおける対向する側面に三角柱プリズム又は四辺柱プリズム又はミラーを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、三角柱プリズム又は四辺柱プリズムによって小型でかつ広範囲の視野を確保することができる。ミラーの場合は安価に構成することができる。
（態様２３）
（態様１）〜（態様２２）のいずれかにおいて、被写体から撮像手段までの間に赤外線カットフィルタを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、左右の画像間のクロストークを低減することができる。
（態様２４）
（態様１）〜（態様２２）のいずれかにおいて、被写体から撮像手段までの間に減光フィルタを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光ビームスプリッタ膜に伴う左右の画像の透過光量を調整することにより、左右の画像間のクロストークを低減することができる。
（態様２５）
（態様１）〜（態様２４）のいずれかにおいて、光学部材の光学面において撮像手段の撮像面に結像する光が入射する範囲にアライメントマーカーを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、製造時、使用中何らかの環境変化や経時変化のときにも簡単にキャリブレーションを行うことができる。
（態様２６）
（態様２５）において、アライメントマーカーは、曲率を有する面を備える透明部材であり、曲率を有する面によって焦点を撮像手段の撮像面上に結ぶ。これによれば、上記実施形態について説明したように、本来の測距に影響することなく、キャリブレーションを行うことができる。
（態様２７）
（態様１）〜（態様２６）のいずれかにおいて、撮像手段とは視差を有する２つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように、別の撮像手段を設ける。これによれば、上記実施形態１について説明したように、単体として多様な使用が可能となり、トータルとして低コスト化が図れる。
（態様２８）
（態様２７）において、移動体のウインドシールド上に特定波長の光を投光する光投光手段と、撮像手段とは視差を有する２つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように設けられた光検出手段と、光検出手段に特定波長の光のみを透過させるフィルタとを有し、ウインドシールドからの反射光の光量に基づきウインドシールドに付着する雨滴を検出する。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光を利用して雨滴センサ機能を付加することができる。
（態様２９）
（態様１）〜（態様２８）のいずれかにおいて、視差をもった２つの画像の内の少なくとも一つに対して、座標変換処理を行う座標変換手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、光学系の歪みを補正して距離測定の高い性能とすることができる。
（態様３０）
（態様１）〜（態様２９）のいずれかにおいて、視差をもった２つの画像のブロックマッチング演算の中に、ブロック内の平均値を減算する距離算出手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、左右の画像における偏光による差の分をオフセットすることでキャンセルできる。
（態様３１）
（態様１）において、撮像手段は、画素ごとに異なる方向の偏光子を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、異なる偏光方向の画素を取り出して左右の画像を構成できることで、左右の画像を分離することができる。
（態様３２）
（態様３１）において、撮像手段によって撮像化した画素の偏光状態を補間する偏光状態補間処理手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、出力画像としては、全ピクセルに対して、対応するＳ画素とＰ画素を有する画像を出力することができる。