JP5967868B2 - 撮像装置およびレンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は、縦の立体画像撮影が可能な撮像装置を提供する。

立体画像撮影の際には、同じ被写体に対して互いに離間した複数の場所からの画像、すなわち視差画像を撮像する必要がある。従来から、一つの撮像素子を備えた撮像装置により視差画像を時分割で取得する方法が知られている。しかしながら、このような撮像装置は、テレビモニタで映像を再生することを前提とするため、撮影画面の長手方向が水平方向となるような撮影、いわゆる横撮影にのみ対応している。この撮像装置を用いて、撮影画面の長手方向が鉛直方向となるように９０度回転させて撮影する、いわゆる縦撮影を行うと、視差方向が鉛直方向（縦視差）となり、立体映像として再生できない。

特許文献１、２には、撮像素子を９０度回転させることで縦の立体画像撮影を可能とした撮像装置が開示されている。

特開平１０−２２４８２０号公報 特開２００９−１８８９３１号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示されている構成では、撮像素子に対する電気的接続のために、フレキシブルプリント基板などの柔軟性のあるケーブルが必要となる。このため、撮像素子の周囲構造が複雑化し、高コストとなる。また、撮像素子に対してノイズの影響が大きくなりやすい。

そこで本発明は、簡易な構成で縦の立体画像撮影が可能な撮像装置およびレンズ装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、視差を生成する視差生成部を備え、異なる視点からの視差画像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の結像面に設けられた撮像素子と、前記撮像素子の面中心を中心として、前記撮像素子を回転させることなく前記視差生成部を回転させることにより前記異なる視点の視差方向を回転させる回転手段と、を有し、前記回転手段は、水平方向に対する撮像装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記視差生成部を回転させる。また、本発明の他の側面としての撮像装置は、開口パターンを形成する電子式シャッタを備え、異なる視点からの視差画像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の結像面に設けられた撮像素子と、前記撮像素子の面中心を中心として、前記撮像素子を回転させることなく前記電子式シャッタの開口パターンを電気的に変更することにより前記異なる視点の視差方向を回転させる回転手段と、を有し、前記回転手段は、水平方向に対する撮像装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記開口パターンを変更する。

本発明の他の側面としてのレンズ装置は、視差を生成させる視差生成部を備え、異なる視点からの視差画像を撮像素子に結像させる結像光学系と、前記異なる視点の視差方向を回転させるため、前記視差生成部を回転させる信号を受け取る端子と、前記信号に基づいて前記視差生成部を回転させる回転手段と、を有し、前記回転手段は、水平方向に対するレンズ装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記視差生成部を回転させる。また、本発明の他の側面としてのレンズ装置は、開口パターンを形成する電子式シャッタを備え、異なる視点からの視差画像を撮像素子に結像させる結像光学系と、前記異なる視点の視差方向を回転させるため、前記電子式シャッタの開口パターンを電気的に変更させる信号を受け取る端子と、前記信号に基づいて前記電子式シャッタの開口パターンを電気的に変更する回転手段と、を有し、前記回転手段は、水平方向に対するレンズ装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記開口パターンを変更する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、簡易な構成で縦の立体画像撮影が可能な撮像装置およびレンズ装置を提供することができる。

実施例１における撮像装置の構成図である。 実施例１における撮像装置の模式的正面図である。 実施例１における撮像装置の動作を示すフローチャートである。 実施例２における撮像装置の構成図である。 実施例２における撮像装置の模式的斜視図である。 実施例３におけるシャッタの分割構成図である。 実施例２の立体撮像光学系の側面図

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１における撮像装置について説明する。図１は、本実施例における撮像装置１（立体画像撮像装置）の構成図である。撮像装置１において、撮像光学系１０１は、異なる二つの視点（左眼、右眼）からの二つの被写体像（視差画像）を結像させる結像光学系である。二つの視点の間の距離、すなわち基線長は例えば６５ｍｍ程度が好ましい。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、立体画像表示時の立体感の要求に応じて適宜変更される。

撮像光学系１０１は、左眼および右眼の視点に相当するそれぞれの光軸上に配置される左右二つのシャッタＳＬ、ＳＲ（一対のシャッタ）、および、左右の光軸をそれぞれ内向きに偏向させる左右二つの反射ミラーＭＬ、ＭＲ（一対の反射部材）を有する。また撮像光学系１０１は、左右の光軸を重ね合わせる（合成する）ために配置される三角プリズムＰ（合成光学素子）、光量調整のための絞り１０１ａ、および、フォーカスレンズ１０１ｂなどの複数のレンズを有する。一対のシャッタＳＬ、ＳＲにより制限された光束は、一対の反射ミラーＭＬ、ＭＲにより反射され、三角プリズムＰにより合成される。図１中の破線で示されるように、シャッタＳＬ、ＳＲ、反射ミラーＭＬ、ＭＲ、三角プリズムＰ、および、絞り１０１ａは、本実施例における視差生成部３００を構成する。

左右のシャッタＳＬ、ＳＲは交互に切り替えられ、左右の視差画像を時系列的に撮像素子１０２上に結像させる。撮像素子１０２は、撮像光学系１０１の結像面に設けられている。シャッタＳＬ、ＳＲは、機械的なシャッタを用いることができ、また液晶シャッタを用いてもよい。撮像素子１０２は、撮像光学系１０１によって撮像素子の１０２の面上に形成された光学像を電気信号に変換する（光電変換）。Ａ／Ｄ変換器１０３は、撮像素子１０２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して画像処理部１０４に供給する。画像処理部１０４は、Ａ／Ｄ変換器１０３からの各画像データに対して所定の画素補間処理や色変換処理等の画像処理を行う。また、画像処理部１０４においては、撮像した各画像データを用いて所定の演算処理が行われる。得られた演算結果は、システムコントローラ１０９に供給される。

状態検知部１０７は、絞り１０１ａおよびフォーカスレンズ１０１ｂの現在の状態を検知して、システムコントローラ１０９に撮像光学系１０１の状態データを供給する。システムコントローラ１０９は、供給された演算結果と撮像光学系１０１の状態データに基づいて、撮像光学系制御部１０６を制御する。撮像光学系制御部１０６は、撮像光学系１０１の絞り１０１ａおよびフォーカスレンズ１０１ｂを駆動して、オートフォーカス調整や自動露出調整等を実行する。縦横検知部１１０は、撮像装置１の水平度を検知し、その結果を視差方向制御部１１１（回転手段制御部）に供給する。視差方向制御部１１１は、撮像素子１０２の面中心を中心として視差生成部３００を回転させることで視差方向を水平に保つように制御する。視差方向制御部１１１は、縦横検知部１１０からの水平度の情報に応じて回転駆動部１１２（回転手段）を制御する。回転駆動部１１２は、視差方向制御部１１１からの信号に基づいて、視差生成部３００を回転させることにより異なる視点の視差方向を回転させる。

画像記録媒体１０８は、撮影した視差画像の静止画や動画を格納し、また、画像ファイルを構成する場合のファイルヘッダを格納する記録部である。表示部２００は、例えば液晶表示素子およびレンチキュラーレンズで構成され、レンズ作用により裸眼で左眼および右眼に別々の視差画像を見せることを可能にする表示装置である。

図２は、本実施例における撮像装置１の模式的正面図であり、視差生成部３００の構成要素が回転する様子を示している。図２（ａ）は撮像装置１の水平画角のほうが大きい状態であり、図２（ｂ）は撮像装置１の鉛直画角のほうが大きい状態である。図２に示されるように、本実施例では視差生成部３００を構成するシャッタＳＬ、ＳＲ、合成プリズムＰ、絞り１０１ａ（以上、破線部）、および、反射ミラーＭＬ、ＭＲ（不図示）は、撮像装置１の本体に対して矢印方向に回転可能に構成されている。また、縦横検知部１１０により取得された撮像装置１の水平度の情報に基づいて、例えば図２（ａ）の状態又は図２（ｂ）の状態のいずれかであるかを検知する。そして、それに応じて視差生成部３００を撮像素子１０２の面中心を中心として回転させることで、視差方向を一定に（水平方向に）保つことができる。

次に、図３のフローチャートを参照して、本実施例の撮像装置１の視差方向を保つための動作について詳述する。まず、撮影者の操作により撮影信号が入力されると、システムコントローラ１０９はステップＳ１１において、撮影者が望む撮像光学系１０１の状態に基づいて、撮像光学系制御部１０６を介して撮像光学系１０１を制御する。続いてステップＳ１２において、システムコントローラ１０９は、縦横検知部１１０により水平方向に対する撮像装置１の姿勢（水平度）を検知する。具体的には、縦横検知部１１０は、円い空洞の中の球体の位置を検出して姿勢を検出する重力センサーやジャイロセンサー等を備えて構成される。

次にステップＳ１３において、システムコントローラ１０９は、撮像光学系１０１の状態を検知する状態検知部１０７により検知された視差生成部３００の回転位置および撮像装置１の水平度の情報に基づいて、撮像光学系１０１の視差方向を検出する。続いてステップＳ１４において、システムコントローラ１０９は、状態検知部１０７で検出された視差方向が水平に保たれているか否かを判定する。視差方向が水平からずれている場合、ステップＳ１５に進み、視差方向制御部１１１（回転駆動部１１２）により視差生成部３００を回転駆動させることで視差方向が水平方向になるように制御する。視差方向を制御すると、再び撮像光学系１０１を制御する工程に戻り、上記工程（ステップＳ１１〜Ｓ１４）を繰り返す。

システムコントローラ１０９は、ステップＳ１４において、視差方向が水平に保たれていると判定した場合、ステップＳ１６に進み、撮影者は所望の状態に制御された撮像光学系１０１を介して左右の視差画像データを取得することができる。このときシステムコントローラ１０９は、撮像光学系１０１を介して結像される左右の視差画像を撮像素子１０２、Ａ／Ｄ変換器１０３を通して画像処理部１０４に転送し、所定の演算処理を行って左右の視差画像データを取得する。続いてステップＳ１７において、システムコントローラ１０９は、画像記録媒体１０８で上述の左右の視差画像データが立体画像データとして立体画像データファイルに記録する。以上により、撮像装置１の視差方向を保ちながら撮像する動作が完了する。

本実施例によれば、撮像装置の水平度に応じて、撮像装置の視差生成部（視点分離部）を回転させることで、撮像装置がいずれの状態である場合でも縦視差を生じることなく不快感の無い立体画像データを取得することができる。

次に、本発明の実施例２における撮像装置について説明する。図４は、本実施例における撮像装置１ａの構成図である。本実施例の撮像装置１ａは、撮像光学系（視差生成部）の構成が異なる点以外は、実施例１の撮像装置１と同様である。このため、実施例１と同一の部材についての説明は省略する。

本実施例の撮像光学系１００１は視差生成部３００ａを備え、視差生成部３００ａは撮像光学系１００１の瞳位置にシャッタ４００を備えて構成されている。なお本実施例において、シャッタ４００は液晶シャッタであるが、これに限定されるものではなく、例えば機械的なシャッタを用いてもよい。シャッタ４００は、撮像光学系１００１の光路の中心を境にして、左右の視点に対応する二領域に分かれており、液晶駆動部（不図示）により交互に開閉するように構成されている。すなわちシャッタ４００は、実施例１における左右のシャッタＳＬ、ＳＲを撮像光学系１００１の瞳位置に移動して構成されている。このため実施例１と同様に、左右二領域のシャッタを交互に切り替えることで、左右の視差画像を時系列的に撮像素子１０２上に結像させることができる。縦横検知部１１０は、撮像装置１ａの水平度を取得し、視差方向制御部１１１により視差生成部３００ａ（シャッタ４００）を回転させることで視差方向を常に一定方向（水平方向）に保つように制御する。

図５は、本実施例における撮像装置１ａの模式的斜視図であり、視差生成部３００ａ（シャッタ４００）が回転する様子を示している。図５（ａ）は撮像装置１ａの水平画角のほうが大きい状態であり、図５（ｂ）は撮像装置１ａの鉛直画角のほうが大きい状態である。図５に示されるように、視差生成部３００ａを構成するシャッタ４００は、撮像装置１ａの本体に対して矢印方向に回転可能に構成されている。また、上述の縦横検知部１１０によって取得された撮像装置１ａの水平度の情報に基づいて、システムコントローラ１０９は、例えば図５（ａ）の状態又は図５（ｂ）の状態のいずれかであるかを検知する。システムコントローラ１０９は、それに対応させてシャッタ４００を撮像素子１０２の面中心を中心として回転させることにより、視差方向を水平方向に保つことができる。

なお、本実施例における撮像装置１ａの視差方向を水平方向に保つ動作については、実施例１と同様であるため説明を省略する。また、本実施例ではシャッタ４００を機械的に回転させる機構を用いて回転制御を行っているが、これに限定されるものではない。例えば、シャッタ４００を液晶シャッタ（電子式シャッタ）で構成し、シャッタ４００の開口パターンを電気的に変更するように制御することもできる。この場合、電気的な制御によって機械的な回転制御と同様の効果を得られるように、水平度の情報に応じて開口パターンを回転方向に変形させる。

本実施例によれば、撮像装置の水平度に応じて、撮像装置の視差生成部（視点分離部）を回転させることで、撮像装置がいずれの状態である場合でも縦視差を生じることなく不快感の無い立体画像データを取得することができる。

次に、本発明の実施例３における撮像装置について説明する。本実施例では、実施例２と比較してシャッタ４００の分割構成が異なり、その他の構成は実施例２と同様である。このため、シャッタ４００の分割構成以外についての説明は省略する。

図６は、本実施例におけるシャッタ４００の分割構成図である。実施例２のシャッタ４００は、撮像光学系１００１の光路の中心を境にして左右の視点に対応する二領域に分かれており、液晶駆動部（不図示）により交互に開閉するように構成されていた。一方、本実施例におけるシャッタ４００ａは、図６に示されるように、撮像光学系１００１の光路の中心を境にして上下左右ＡＢＣＤの四領域に分かれている。

図７は、シャッタ４００の開口パターンの制御方法を示す図である。図７（ａ）は撮像装置１ａが水平状態にある場合、図７（ｂ）は縦撮影状態の場合、図７（ｃ）は４５度方向に傾いた状態をそれぞれ示している。撮像装置１ａが水平画角の方が大きい水平状態である場合、シャッタ４００は図７（ａ）に示されるように、Ａ、Ｃ（白領域）とＢ、Ｄ（ドット領域）とを交互に開閉させる開口パターンとなる。また、撮像装置１ａが鉛直画角の方が大きい縦撮影状態である場合、シャッタ４００は図７（ｂ）に示されるように、Ａ、Ｂ（白領域）とＣ、Ｄ（ドット領域）とを交互に開閉させる開口パターンとなる。また、撮像装置が４５度方向に傾いた状態である場合、シャッタ４００は図７（ｃ）に示されるように、Ａ（白領域）とＤ（ドット領域）とを交互に開閉させる開口パターンとなる。

以上のとおり、上記各実施例によれば、撮像装置の水平度に応じて、撮像装置の視差生成部を回転させることで、撮像装置がいずれの状態である場合でも縦視差を生じることなく不快感の無い立体画像データを取得することができる。すなわち、通常の横長アスペクトを有する撮像素子を用いることで、立体画像撮影時にも横撮影と縦撮影が可能となり、画像のアスペクトを撮影者の望むとおりにすることが可能となる。また、正方形型の撮像素子を用いれば、上記構成により常に視差方向が保たれているため、画像の切り出しによって所望のアスペクト比を有する立体画像データを取得することもできる。したがって、上記各実施例によれば、簡易な構成で縦の立体画像撮影が可能な撮像装置を提供することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上記各実施例は、撮像光学系を備えたレンズ装置が撮像装置本体に着脱可能に構成されている場合でも適用可能である。この場合、レンズ装置は、異なる視点の視差方向を回転させるため視差生成部を回転させる信号を受け取る端子（接点）と、この信号に基づいて視差生成部を回転させる回転手段とを備えて構成される。

また上記各実施例では、縦横検知部からの水平度の情報に応じて回転手段は回転手段制御部により制御されるが、これに限定されるものではない。回転手段制御部は、撮影者が手動で操作部を操作することにより、回転手段の回転位置を所定の位置に決定できるように構成してもよい。

１、１ａ 撮像装置
１０１、１００１ 撮像光学系
１０２ 撮像素子
３００、３００ａ 視差生成部

Claims (8)

1. 視差を生成する視差生成部を備え、異なる視点からの視差画像を結像させる結像光学系と、
   前記結像光学系の結像面に設けられた撮像素子と、
   前記撮像素子の面中心を中心として、前記撮像素子を回転させることなく前記視差生成部を回転させることにより前記異なる視点の視差方向を回転させる回転手段と、を有し、
   前記回転手段は、水平方向に対する撮像装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記視差生成部を回転させることを特徴とする撮像装置。
2. 前記視差生成部は、
   光束を制限する一対のシャッタと、
   前記一対のシャッタからの光束を反射する一対の反射部材と、
   前記一対の反射部材からの光束を合成する合成光学素子と、を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記視差生成部は、電子式シャッタを有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 開口パターンを形成する電子式シャッタを備え、異なる視点からの視差画像を結像させる結像光学系と、
   前記結像光学系の結像面に設けられた撮像素子と、
   前記撮像素子の面中心を中心として、前記撮像素子を回転させることなく前記電子式シャッタの開口パターンを電気的に変更することにより前記異なる視点の視差方向を回転させる回転手段と、を有し、
   前記回転手段は、水平方向に対する撮像装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記開口パターンを変更することを特徴とする撮像装置。
5. 前記撮像装置の水平度を検知する縦横検知部と、
   前記縦横検知部からの前記水平度の情報に応じて前記回転手段を制御する回転手段制御部と、を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記回転手段の回転位置を決定するために手動で操作される操作部と、
   前記操作部からの情報に応じて前記回転手段を制御する回転手段制御部と、を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 視差を生成させる視差生成部を備え、異なる視点からの視差画像を撮像素子に結像させる結像光学系と、
   前記異なる視点の視差方向を回転させるため、前記視差生成部を回転させる信号を受け取る端子と、
   前記信号に基づいて前記視差生成部を回転させる回転手段と、を有し、
   前記回転手段は、水平方向に対するレンズ装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記視差生成部を回転させることを特徴とするレンズ装置。
8. 開口パターンを形成する電子式シャッタを備え、異なる視点からの視差画像を撮像素子に結像させる結像光学系と、
   前記異なる視点の視差方向を回転させるため、前記電子式シャッタの開口パターンを電気的に変更させる信号を受け取る端子と、
   前記信号に基づいて前記電子式シャッタの開口パターンを電気的に変更する回転手段と、を有し、
   前記回転手段は、水平方向に対するレンズ装置の姿勢によらず、前記視差方向を該水平方向に保つように前記開口パターンを変更することを特徴とするレンズ装置。