JP2019103023A - 立体視双眼鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で右眼用画像と左眼用画像間の視差を変更可能とする。【解決手段】立体視双眼鏡は、単眼対物光学系１と、複数の画素２１のそれぞれが対物光学系からの光束により形成される互いに視差を有する第１および第２の物体像をそれぞれ撮像可能な第１および第２の光電変換部を有する単一の撮像素子２０と、第１の光電変換部からの出力を用いて右眼用画像を生成し、第２の光電変換部からの出力を用いて左眼用画像を生成する画像処理部３と、表示素子４１、４２に表示された右眼用および左眼用画像をそれぞれ右眼と左眼により観察可能とする双眼の接眼光学系５１、５２とを有する。各画素は、視差方向の間隔が互いに異なる複数対の第１および第２の光電変換部を有する。画像処理部は、複数対の第１および第２の光電変換部のうち選択された一対の第１および第２の光電変換部からの出力を用いて右眼用および左眼用画像を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、立体視が可能な双眼鏡に関する。

両眼立体視が可能な双眼鏡として、特許文献１には、単眼対物光学系を通して視差を有する右眼用画像および左眼用画像を撮像および表示が可能なものが開示されている。この双眼鏡では、対物光学系内の絞りの開口の大きさを制御することで、右眼用および左眼用画像間の視差の大きさを変更することができる。

特許第５８６０２５１号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された双眼鏡では、視差の大きさを変更するために絞りの開口の大きさを制御する必要があり、構成が複雑になり易い。

本発明は、簡単な構成でありながらも両眼立体視用の右眼用画像と左眼用画像間の視差を変更することができるようにした立体視双眼鏡を提供する。

本発明の一側面としての立体視双眼鏡は、単眼の対物光学系と、複数の画素を有し、該複数の画素のそれぞれが対物光学系からの光束により形成される互いに視差を有する第１の物体像および第２の物体像をそれぞれ撮像可能な第１の光電変換部および第２の光電変換部を有する単一の撮像素子と、複数の画素における第１の光電変換部からの出力を用いて右眼用画像を生成するとともに、複数の画素における第２の光電変換部からの出力を用いて左眼用画像を生成する画像処理部と、右眼用画像および左眼用画像を表示する表示素子と、表示素子に表示された右眼用画像および左眼用画像をそれぞれ観察者の右眼と左眼により観察可能とする双眼の接眼光学系とを有する。複数の画素のそれぞれは、視差方向の間隔が互いに異なる複数対の第１および第２の光電変換部を有する。そして、画像処理部は、複数対の第１および第２の光電変換部のうち選択されたいずれか一対の第１および第２の光電変換部からの出力を用いて右眼用および左眼用画像を生成することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成でありながらも両眼立体視用の右眼用画像と左眼用画像間の視差を変更することが可能な立体視双眼鏡を実現することができる。

本発明の実施例１である立体視双眼鏡の構成を示す図。 実施例１におけるＣＭＯＳ型撮像素子の画素構成を示す図。 実施例１における視差の変更を示す図。 本発明の実施例２である立体視双眼鏡におけるＣＭＯＳ型撮像素子の画素構成を示す図。 上記実施例の変形例である立体視双眼鏡の構成を示す図。 上記実施例の他の変形例である立体視双眼鏡の構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１としての立体視双眼鏡（以下、単に双眼鏡という）の構成を示している。双眼鏡は、単眼の対物光学系としての撮像光学系１と、撮像部２と、画像処理部３と、右眼用表示素子４１と、左眼用表示素子４２と、双眼（右眼用および左眼用）の接眼光学系５１、５２とを有する。

撮像光学系１は、複数のレンズおよび絞り等により構成され、不図示の被写体からの光束を撮像部２に含まれる後述する撮像素子２０上に結像させる。撮像部２は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の単一の撮像素子２０とその周辺回路とを含み、撮像素子２０上に形成された物体像（被写体像）を光電変換してアナログ撮像信号を出力する。後に詳しく説明するように、撮像素子２０は、複数の画素のそれぞれ（各画素）が、撮像光学系１からの光束により形成される互いに視差を有する第１の物体像および第２の物体像をそれぞれ撮像可能な第１の光電変換部および第２の光電変換部を有する。

図２は、撮像素子２０の各画素２１の構成を示す。各画素２１には、１つのマイクロレンズ２２が設けられ、該マイクロレンズ２２の下に複数の第１の光電変換部としての２つの右眼用光電変換部２０１、２０３および複数の第２の光電変換部としての２つの左眼用光電変換部２０２、２０４が設けられている。

マイクロレンズ２２は、撮像光学系１の射出瞳のうち互いに異なる領域（以下、瞳領域という）を通過した光束をそれぞれの光電変換部２０１〜２０４上に結像させる。マイクロレンズ２２の中心に対してそれぞれ第１の距離に設けられた第１の光電変換部としての右眼用光電変換部２０１と第２の光電変換部としての左眼用光電変換部２０２は互いに対をなす。また、マイクロレンズ２２の中心に対して第１の距離より長い第２の距離に設けられた第１の光電変換部としての右眼用光電変換部２０３と第２の光電変換部としての左眼用光電変換部２０４は互いに対をなす。このように、各画素は、第１および第２の物体像間に視差が生じる方向である視差方向（図２の左右方向）の間隔が互いに異なる複数対（本実施例では２対）の右眼用および左眼用光電変換部（第１および第２の光電変換部）が設けられている。

画像処理部３は、複数の画素における右眼用光電変換部での光電変換により生じたアナログ撮像信号を互いに結合するとともにデジタル変換して画像データとしての右眼用画像を生成する。また、複数の画素における左眼用光電変換部での光電変換により生じた撮像信号を互いに結合するとともにデジタル変換して画像データとしての左眼用画像を生成する。画像処理部３は、これら右眼用画像および左眼用画像をそれぞれ、右眼用表示素子４１および左眼用表示素子４２に出力してこれらを表示させる。

右眼用接眼光学系５１および左眼用接眼光学系５２はそれぞれ、右眼用表示素子４１および左眼用表示素子４２に表示された右眼用画像および左眼用画像の観察者（以下、ユーザという）の右眼および左眼による観察を可能とする。

図３を用いて、本実施例における互いに異なる瞳領域を通過した光束により得られる両眼立体視用の画像における視差について説明する。図３は、一対の右眼用および左眼用光電変換部２０１、２０２および他の一対の右眼用および左眼用光電変換部２０３、２０４が設けられた１画素を示している。

上記２対のうち右眼用および左眼用光電変換部２０１、２０２の対が選択された場合は、これら右眼用および左眼用光電変換部２０１、２０２に結像する光束はそれぞれ、図３（ａ）に示すように射出瞳２２のうち互いに異なる瞳領域２２１、２２２を通過する。このときの１画素内での受光強度分布は図３（ｂ）に示すようになり、該光束により形成された第１および第２の物体像を撮像して得られた右眼用画像と左眼用画像間の視差は、瞳領域２２１、２２２の重心間距離（基線長）Ｌ１に応じたものとなる。重心間距離Ｌ１は、射出瞳２２の直径をＤとすると、該直径Ｄのほぼ１／４、すなわちＬ１＝Ｄ／４となる。

また、右眼用および左眼用光電変換部２０３、２０４の対が選択された場合は、これら右眼用および左眼用光電変換部２０３、２０４に結像する光束はそれぞれ、図３（ｃ）に示すように射出瞳２２のうち互いに異なる瞳領域２２３、２２４を通過する。このときの１画素内での受光強度分布は図３（ｄ）に示すようになり、該光束により形成された第１および第２の物体像を撮像して得られた右眼用画像と左眼用画像間の視差は、瞳領域２２３、２２４の重心間距離（基線長）Ｌ２に応じたものとなる。重心間距離Ｌ２は、射出瞳２２の直径Ｄのほぼ３／４、すなわちＬ２＝３Ｄ／４となる。

重心間距離Ｌ１、Ｌ２は、Ｌ１＜Ｌ２の関係を有するので、図３（ｃ）に示す場合の方が図３（ａ）に示す場合よりも右眼用および左眼用画像間に大きな視差が生じる。そして、右眼用および左眼用光電変換部として上記２対のうちいずれかを選択することで、右眼用および左眼用画像間の視差の大きさを２つ選択することができる。

ユーザは、図１に示したスイッチやダイヤル等の撮像モード選択部（選択手段）６０の操作を通じて、視差が大きい（立体感が強い）モードと視差が弱い（立体感が弱い）モードを選択的に設定することができる。

図４を用いて、本発明の実施例２について説明する。実施例１では、撮像素子の１画素内に２対の右眼用および左眼用光電変換部が設けられている場合について説明したが、１画素内により多くの対（３対以上）の右眼用および左眼用光電変換部を１画素に設けてもよい。

図４には、本実施例の撮像素子２０’における１画素２１’の構成を示している。１画素２１’には、マイクロレンズ２２の下に、一対の右眼用および左眼用光電変換部２３１、２３２、他の一対の右眼用および左眼用光電変換部２３３、２３４、さらに他の一対の右眼用および左眼用光電変換部２３５、２３６が設けられている。

本実施例において、右眼用および左眼用光電変換部２３１、２３２の対が選択された場合は、これらが受光する光束が通過した互いに異なる瞳領域間の重心間距離（以下、Ｌ１という）に応じた右眼用画像と左眼用画像間の視差が得られる。また右眼用および左眼用光電変換部２３３、２３４の対が選択された場合は、これらが受光する光束が通過した互いに異なる瞳領域間の重心間距離（以下、Ｌ２という）に応じた右眼用画像と左眼用画像間の視差が得られる。さらに右眼用および左眼用光電変換部２３５、２３６の対が選択された場合は、これらが受光する光束が通過した互いに異なる瞳領域間の重心間距離（以下、Ｌ３という）に応じた右眼用画像と左眼用画像間の視差が得られる。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係を有し、右眼用および左眼用光電変換部として上記３対のうちいずれかを選択することで、右眼用および左眼用画像間の視差の大きさを３つから選択することができる。ユーザは、モード選択部６０の操作を通じて、視差が大きい（立体感が強い）モード、視差が中程度（立体感が通常レベルの）モードおよび視差が小さい（立体感が弱い）モードのうちいずれかを選択的に設定することができる。

以上説明したように、各実施例では、大きい視差が要求される場合は撮像光学系の射出瞳のうちより外側の対の瞳領域を通過する光束を受光する右眼および左眼光電変換部の対を選択する。逆に小さい視差が要求される場合は撮像光学系の射出瞳のうちより内側の対の瞳領域を通過する光束を受光する右眼および左眼用光電変換部の対を選択する。これにより、単眼の撮像光学系でありながらも、かつ簡単な構成でありながらも、双眼の撮像光学系を有する場合と同様の視差を有する右眼用および左眼用画像を取得することができる。しかも、使用する右眼および左眼用光電変換部の対を選択することにより、視差の大きさを変更することができるため、ユーザ所望の立体感を有する立体画像を提示することができる。

なお、上記各実施例では、右眼用画像および左眼用画像をそれぞれ右眼用表示素子および左眼用表示素子に表示する場合について説明した。しかし、図５に示すように、２つの表示素子分のサイズを有する単一の表示素子４３における互いに異なる表示領域のそれぞれに右眼用画像および左眼用画像を表示して、これらを右眼用接眼光学系５１および左眼用接眼光学系５２を通して観察できるようにしてもよい。

また、図６に示すように、右眼用画像および左眼用画像を単一の表示素子４４に交互に表示してもよい。この場合、表示素子４４に右眼用画像が表示されたときは右眼用接眼光学系５１を通して右眼用画像のみが観察可能な状態となり、左眼用画像が表示されたときは左眼用接眼光学系５２を通して左眼用画像のみが観察可能となるように構成すればよい。具体的には、液晶シャッタ等の透光状態と遮光状態とを切り替えられる光学素子５３、５４を用いて、右眼用および左眼用接眼光学系５１、５２を交互に透光状態と遮光状態とに切り替えればよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ 撮像光学系（対物光学系）
２０ 撮像素子
３ 画像処理部
４１、４２ 表示素子
５１、５２ 接眼光学系

Claims (5)

1. 単眼の対物光学系と、
   複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれが、前記対物光学系からの光束により形成される互いに視差を有する第１の物体像および第２の物体像をそれぞれ撮像可能な第１の光電変換部および第２の光電変換部を有する単一の撮像素子と、
   前記複数の画素における前記第１の光電変換部からの出力を用いて右眼用画像を生成するとともに、前記複数の画素における前記第２の光電変換部からの出力を用いて左眼用画像を生成する画像処理部と、
   前記右眼用画像および前記左眼用画像を表示する表示素子と、
   前記表示素子に表示された前記右眼用画像および前記左眼用画像をそれぞれ観察者の右眼と左眼により観察可能とする双眼の接眼光学系とを有し、
   前記複数の画素のそれぞれは、視差方向の間隔が互いに異なる複数対の第１および第２の光電変換部を有し、
   前記画像処理部は、前記複数対の第１および第２の光電変換部のうち選択されたいずれか一対の第１および第２の光電変換部からの出力を用いて前記右眼用画像および左眼用画像を生成することを特徴とする立体視双眼鏡。
2. 観察者による前記一対の光電変換部の選択を可能とする選択手段を有することを
   特徴とする請求項１に記載の立体視双眼鏡。
3. 前記各画素に設けられた単一のマイクロレンズが、前記複数対の第１および第２の光電変換部に対して前記視差が互いに異なる複数対の前記第１および第２の物体像を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の立体視双眼鏡。
4. 前記表示素子として、前記右眼用および左眼用画像をそれぞれ表示する２つの表示素子を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の立体視双眼鏡。
5. 前記表示素子は、前記左眼用画像および前記右眼用画像を交互に表示する単一の表示素子であり、
   前記接眼光学系は、前記右眼用画像のみが観察可能な状態と前記左眼用画像のみが観察可能な状態とに交互に切り替わるように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の立体視双眼鏡。