JP3869702B2

JP3869702B2 - ステレオ画像撮像装置

Info

Publication number: JP3869702B2
Application number: JP2001332368A
Authority: JP
Inventors: 修三瀬尾
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP2003134533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステレオ視法における視差画像を撮像するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
異なる視点から撮像され、視差のある複数の画像（以下視差画像と呼ぶ）を用いるステレオ視法に関しては、解析写真測量やコンピュータビジョンの分野で広く研究されている。視差画像の撮像には視点の異なる複数のカメラを用いる方法や、1台のカメラの視点を順次移動する方法などがある。また、単一の光学系を用いた視差画像の撮像方法としては、例えば特開平１０−４２３１４号公報に記載された方法がある。この方法では、光軸に垂直な面内の異なる位置に設けられた開口を通して撮像面に導かれる被写体像が視差を持つことを利用して視差画像を得ている。すなわち、光軸に垂直な面内を移動できる絞りを設け、絞りをこの面内で移動させることにより異なる位置に絞りを配置し、それぞれの位置に絞りが配置された状態で被写体を撮像することにより視差画像を得ている。この方法によれば、カメラを複数設けたり、カメラを移動させたりすることなく、単一の光学系を用いて視差画像を撮像することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、それぞれの視差画像を撮像する毎に絞りの位置を移動させる方法では、絞り位置を移動させるための駆動機構が必要となるため機構的に複雑になり製造コストも高くなる。また、絞りの移動には時間を要するため、それぞれの視差画像は同時に撮像されたものではなく、所定の時間間隔をおいて撮像された画像となる。したがって、上述の方法では静止した被写体しか撮像することができない。
【０００４】
本発明は、簡単な機構により視差画像を単一の光学系で同時に撮像できるステレオ画像撮像装置を得ること及び通常画像を同一の装置で得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のステレオ画像撮像装置は、被写体の第１の波長領域の光による第１の被写体像と、第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の光による第２の被写体像とを検出可能な撮像部と、撮像部に第１及び第２の被写体像を結像可能な撮像光学系と、撮像光学系の光路内に第１の波長領域の光を選択的に透過可能な第１の視差絞りを形成するとともに、光路内の前記第１の領域とは異なる位置に第２の波長領域の光を選択的に透過可能な第２の視差絞りを形成する視差絞り形成手段と、光路内に第１及び第２の波長領域を含む波長領域の光を透過可能な開口絞りを形成する開口絞り形成手段と、視差絞り形成手段により第１及び第２の視差絞りを光路内に形成し、第１の視差絞りを介して第１の被写体像を撮像部に結像させ、第２の視差絞りを介して第２の被写体像を撮像部に結像させることにより視差のある第１及び第２の被写体像を撮像部において検出する第１の撮影モードと、開口絞り形成手段により開口絞りを光路内に形成し、開口絞りを介して第１及び第２の波長領域を含む光による第３の被写体像を撮像部に視差のない１つの画像として結像させて第３の被写体像を撮像部において検出する第２の撮影モードと、第１又は第２の撮影モードを択一的に選択するためのモード選択手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
ステレオ画像撮像装置は、光路の少なくとも一部を遮光可能な複数の遮光セグメントを備え、視差絞り形成手段と開口絞り形成手段とが複数の遮光セグメントを重ね合わせることにより第１、第２の視差絞りと開口絞りとを形成することが好ましい。このとき、視差絞り形成手段は第１及び第２の視差絞りを形成するときに開口絞りがこれら複数の遮光セグメントにより閉じられ、開口絞り形成手段が開口絞りを形成するとき、第１及び第２の視差絞りがこれら複数の遮光セグメントにより閉じられることが好ましい。これにより、より簡略な構成で視差絞りと開口絞りとを兼用することができる。
【０００７】
例えば、複数の遮光セグメントは第１及び第２の遮光セグメントを有し、第１及び第２の遮光セグメントに第１及び第２の開口部がそれぞれ設けられるとともに第１の遮光セグメントの第１の開口部に第１の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが、また第２の遮光セグメントの第１の開口部に第２の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが設けられ、第１の撮影モードにおいて第１の遮光セグメントの第１の開口部と第２の遮光セグメントの第２の開口部とが相互に重なり合うことにより第１又は第２の視差絞りが形成される。
【０００８】
また例えば、複数の遮光セグメントが第１及び第２の遮光セグメントを有するとともに、撮像光学系が開口絞りの最大開口に相当する開口が形成された遮光板を有し、遮光板の開口の周囲に第１及び第２の波長領域を選択的に透過可能な光学フィルタが貼付された開口が第１及び第２の視差絞りとして形成され、第２の撮影モードにおいて第１及び第２の視差絞りが遮光セグメントにより遮光され、光軸上に開口絞りを形成されることにより光が透過可能になり、第１の撮影モードにおいてこれら複数の遮光セグメントが遮光板から退避されることにより、光軸上の開口絞りを閉じると同時に第１及び第２の視差絞りを光が透過可能となる。
【０００９】
例えば複数の遮光セグメントは絞り羽根であり、複数の絞り羽根が全閉可能なアイリス絞りとして開口絞りを構成する。また、例えば複数の遮光セグメントはシャッター羽根であり、複数のシャッター羽根がレンズシャッターとして開口絞りを構成する。これにより従来のアイリス絞りやレンズシャッターを用いて視差絞りを形成することができる。
【００１０】
また、上記開口に替えて、第１及び第２の遮光セグメントに第１の切欠部及び第２の切欠部をそれぞれ設け、第１の切欠部に第１の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタを設け、第１の撮影モードにおいて第１の遮光セグメントの第１の切欠部と第２の遮光セグメントの第２の切欠部とが相互に重なり合うことにより第１又は第２の視差絞りが形成されるようにしてもよい。更に、第１及び第２の遮光セグメントに開口部及び切欠部とをそれぞれ設け、開口部又は切欠部の一方に第１の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタを設け、第１の撮影モードにおいて第１の遮光セグメントの開口部と第２の遮光セグメントの切欠部とが相互に重なり合うことにより第１又は第２の開口を形成してもよい。
【００１１】
また、第２の撮影モードにおいてカラー画像を撮像する場合には、第１及び第２の波長領域は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のうちの何れか一つであることが好ましく、撮像部で検出可能な波長領域と前記視差絞りとが１対１に対応することが好ましい。また撮像部は、例えばオンチップカラーフィルタを搭載した撮像素子からなり、第１及び第２の波長領域がオンチップカラーフィルタの各色フィルタの透過波長領域に対応することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のステレオ画像撮像装置は、第１の波長領域の光による第１の被写体像と、第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の光による第２の被写体像と、第１及び第２の波長領域とは異なる第３の波長領域の光による第３の被写体像とを検出可能な撮像部と、撮像部に第１、第２及び第３の被写体像を結像可能な撮像光学系と、撮像光学系の光路内に第１の波長領域の光を選択的に透過可能な第１の視差絞りと、第１の領域とは異なる位置に第２の波長領域の光を選択的に透過可能な第２の視差絞りと、第１及び第２の領域とは異なる位置に第３の波長領域の光を選択的に透過可能な第３の視差絞りとを形成する視差絞り形成手段と、光路内に第１、第２及び第３の波長領域を含む波長領域の光を透過可能な開口絞りを形成する開口絞り形成手段と、視差絞り形成手段により第１、第２及び第３の視差絞りを光路内に形成し、第１、第２及び第３の視差絞りを介してそれぞれ第１、第２及び第３の被写体像を撮像部に結像させることにより視差のある第１、第２及び第３の被写体像を撮像部において検出する第１の撮影モードと、開口絞り形成手段により開口絞りを光路内に形成し、開口絞りを介して第１、第２及び第３の波長領域を含む光による第４の被写体像を撮像部に視差のない１つの画像として結像させて第４の被写体像を撮像部において検出する第２の撮影モードと、第１又は第２の撮影モードを択一的に選択するためのモード選択手段とを備えることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の第1の実施形態におけるステレオ画像撮像装置について図１〜図４を参照して説明する。
【００１４】
まず、図１、図２を参照して、本発明において利用される視差画像撮像の原理について説明する。図１、図２において撮像光学系１０は模式的に表されており、図１では、撮像部１１の撮像面Ｓ_iに、光軸Ｌよりも上方に設けられた開口１２を介して被写体像が投影される場合を示している。図２では、光軸Ｌよりも下方に設けられた開口１３を介して被写体像が投影される場合を示している。なお、開口１２、１３以外の太い実線で示された部分は遮光されており、Ｆａは開放絞りのときの径を示している。
【００１５】
図１、図２には光軸Ｌ上の異なる３つの物点Ａ、Ｂ、Ｃの位置と、これらが投影される撮像面Ｓ_i上の位置とが示されている。物点Ｂは合焦面Ｓ_o上の点であり、物点Ａは撮像系からみて合焦面Ｓ_oよりも遠い点、物点Ｃは合焦面Ｓ_oよりも近い点である。このとき開口１２を介して各物点Ａ、Ｂ、Ｃが結像される位置はそれぞれ撮像面Ｓ_iよりも手前側の結像点Ａ’、撮像面Ｓ_i上の結像点Ｂ’、撮像面Ｓ_iよりも後方側の結像点Ｃ’となる。また開口１３を介して各物点Ａ、Ｂ、Ｃが結像される位置はそれぞれ撮像面Ｓ_iよりも手前側の結像点Ａ”、撮像面Ｓ_i上の結像点Ｂ’、撮像面Ｓ_iよりも後方側の結像点Ｃ”となる。すなわち、開口１２を介して撮像面Ｓ_iに投影される各物点Ａ、Ｂ、Ｃの投影像は、物点Ａは光軸Ｌよりも下側の領域Ａ₁に、物点Ｂは光軸Ｌ上の結像点Ｂ’に、物点Ｃは光軸Ｌよりも上側の領域Ｃ₁に投影される。また開口１３を介して撮像面Ｓ_iに投影される各物点Ａ、Ｂ、Ｃの投影像は、物点Ａは光軸Ｌよりも上側の領域Ａ₂に、物点Ｂは光軸Ｌ上の結像点Ｂ’に、物点Ｃは光軸Ｌよりも下側の領域Ｃ₂に投影される。なお、開口１２、１３の大きさは、物点Ａ、Ｃが投影される領域Ａ₁、Ａ₂、Ｃ₁、Ｃ₂の大きさが十分に小さく、物点Ａ、Ｃの像のピンぼけが十分に小さいと見なせる程度の大きさに設定されている。
【００１６】
合焦面Ｓ_o上にある物点の撮像面Ｓ_i上の投影像は開口の位置によらないのに対し、合焦面Ｓ_o上にない物点の撮像面Ｓ_i上への投影像は開口の位置により変化する。この変化は、物点の位置が合焦面Ｓ_oから離れるほど大きく、その変化の方向は物点の位置が合焦面Ｓ_oよりも撮像面Ｓ_iに近い位置にあるときには開口の位置が変化する方向と同方向に変化し、物点の位置が合焦面Ｓ_oよりも撮像面Ｓ_iから遠い位置にあるときには開口の位置が変化する方向とは逆方向に変化する。例えば、開口の位置が図１の開口１２の位置から図２の開口１３の位置に変化（下向きに移動）したとすると、合焦面Ｓ_oよりも撮像面Ｓ_iに近い位置にある物点Ｃが投影される位置は、光軸Ｌの上方にある領域Ｃ₁から光軸Ｌの下方にある領域Ｃ₂に変化（下向きに移動）する。一方、合焦面Ｓ_oよりも撮像面Ｓ_iから遠い位置にある物点Ａが投影される位置は、光軸Ｌよりも下方にある領域Ａ₁から光軸よりも上方にある領域Ａ₂に変化（上向きに移動）する。
【００１７】
したがって、２つの異なる位置に設けられた開口を通して撮像される２枚の被写体像には、被写体までの距離に対応したズレが生じ、このズレは２つの視点から被写体を撮像したときに得られる視差に対応する。すなわち、２つの異なる位置に設けられた開口を通して被写体像を撮像することにより１組の視差画像を得ることができる。以下視差画像を撮像するために用いられる上述の開口を視差絞りと呼ぶ。
【００１８】
次に図３〜図７を参照して第1の実施形態のステレオ画像撮像装置について説明する。図３は本実施形態のステレオ画像撮像装置の回路構成を示すブロック図である。なお、図１、図２と共通部分に関しては同一の記号を用いる。
【００１９】
撮像光学系１０に入射した被写体からの光は、絞り（例えばアイリス絞り）２０を介して被写体像を撮像するための撮像部１１の撮像面Ｓ_iに投影（結像）され被写体像を形成する。アイリス絞り２０は後に詳述するように視差絞りとしても用いられ、撮像面Ｓ_iでは通常のカラー画像の他、視差画像の撮像も行うことができる。撮像光学系１０のフォーカスやズーム動作はレンズ駆動回路３５により制御され、アイリス絞り２０の開閉動作はアイリス絞り駆動回路３６により制御される。また、レンズ駆動回路３５及びアイリス絞り駆動回路３６はシステムコントロール回路３１によって制御される。
【００２０】
撮像部１１は例えばＲ、Ｇ、Ｂのオンチップカラーフィルタ１４が搭載されたＣＣＤから構成され、ＣＣＤ１１で検出された画像信号は、画像処理装置３０に入力され、Ａ／Ｄ変換されデジタルの画像信号に変換されるとともに従来公知の各種信号処理が施される。その後画像信号は、ステレオ画像撮像装置全体の制御を行うシステムコントロール回路３１内のメモリ（図示せず）にＲＧＢの画像データとして一時的に記憶される。システムコントロール回路３１内のメモリに記憶されたＲＧＢの画像データは画像記録装置３２を介してメモリカード等の記録媒体Ｍに記録される。また、ＣＣＤ１１の駆動はＣＣＤドライバ３３により制御され、ＣＣＤドライバ３３はシステムコントロール回路３１によって制御される。
【００２１】
システムコントロール回路３１には、後述する通常撮影モード（第２の撮影モード）とステレオ撮影モード（第１の撮影モード）との間におけるモード切替を行うためのモード切替スイッチ３７が接続されている。また、ステレオ画像撮像装置の撮像動作や画像データの記録媒体Ｍへの記録動作などは、システムコントロール回路３１に接続された操作部３４に設けられた図示しないレリーズスイッチや各種操作ボタンを操作することにより行われる。なお、ステレオ画像撮像装置は、この他にもデジタルカメラが通常具備する機能及び機構を備えているがここでは省略する。
【００２２】
次に図４〜図６を参照して第１の実施形態のアイリス絞り２０について説明する。図４は、アイリス絞り２０に用いられる絞り羽根（遮光セグメント）５１の形状を示す平面図であり、図５、図６は３枚の絞り羽根５１から成るアイリス絞り２０全体の平面図である。図５は絞りが開放された状態を示しており、このときアイリス絞り２０は通常の絞り（開口絞り）としての機能を果たし、通常のカラー画像の撮像が行われる。図６はアイリス絞りが全閉され、かつ視差絞りとしての機能を果たす状態を示している。
【００２３】
図４に示されるように、絞り羽根５１は撮像光学系１０（図３参照）の光路を遮光する幅広のブレード部６０と、絞り羽根５１を回動自在に鏡筒に固定するための軸部６１と、ブレード部６０と軸部６１とを連絡するレバー部６２とから構成される。軸部６１には軸孔５１ａが形成され、レバー部６２にはカム孔５１ｂが形成されている。ブレード部６０のレバー部６１側には例えば円形の開口２１が形成されており、レバー部６１とは反対のブレード部６０の先端側には例えば開口２１と略同じ大きさの円形の開口２２が設けられている。開口２１には、例えばＲ、Ｇ、Ｂのうちの何れかの色フィルタ（斜線で示す）が設けられている。以下、Ｒの色フィルタが設けられた絞り羽根を符号５１Ｒで、Ｇ、Ｂの色フィルタが設けられた絞り羽根をそれぞれ符号５１Ｇ、５１Ｂで表す。なお、開口２１、２２の配置の詳細に関しては後述する。
【００２４】
図５において、光軸Ｌを中心とする円形開口ＬＰは、撮像光学系１０内の遮光板４０に形成された固定絞りであり、アイリス絞り２０の最大開口に相当する。開口ＬＰが形成された遮光板（固定絞り）４０の上にはアイリス絞り２０を駆動するための駆動リング５３が載置される。駆動リング５３は、その外周の一部に絞りセグメントギア部５３ｂを有する。セグメントギア部５３ｂはアイリス駆動回路３６（図３参照）に設けられた図示しないモーターに取り付けられたピニオンと噛合し光軸Ｌを中心に回動可能である。駆動リング５３上には光軸Ｌを中心とする回転対称な位置に、３つの駆動ピン５３ａが設けられ、駆動リングの外側には光軸Ｌに対し回転対称な位置に、３つのピボット５２が撮像光学系１０の鏡筒内に固定的に配置される。なお、本図において、遮光板４０の外周形状を示す輪郭線は省略されている。
【００２５】
３つの絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、駆動リング５３上の光軸Ｌに対し回転対称となるように配置される。絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、例えば絞り羽根５１Ｂ、絞り羽根５１Ｇ、絞り羽根５１Ｒの順にその一部が重なる状態で駆動リング上に載置される。このとき３つの絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの軸孔５１ａはそれぞれ３つのピボット５２に回動自在に取り付けられ、カム孔５１ｂは駆動ピン５３ａに摺動自在に係合される。これにより各絞り羽根５１のカム孔５１ｂと駆動ピン５３ａはカム機構を構成し、駆動リング５３が光軸Ｌ周りに回転されると、このカム機構により絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂはそれぞれ軸孔５２を中心に、光軸Ｌに対する回転対称性を維持しながら回動され、絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂにより光軸Ｌを中心に開口ＬＰに形成される開口絞りの拡縮動作が行われる。
【００２６】
図５は、アイリス絞り２０が最も開いた状態を示しているので、絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは何れも開口ＬＰの光路を遮光しないように、開口ＬＰよりも外側（遮光板４０上）に位置している。このとき各駆動ピン５３ａはカム孔５１ｂのブレード部６０よりの位置にある。駆動リング５３が図５の位置から光軸Ｌを軸に反時計回りに回転されると、各絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、カム孔５１ｂと駆動ピン５３ａによるカム機構により各々ピボット５２を中心に時計回りに回動される。このとき開口ＬＰは重ね合わされた絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂにより周縁から徐々に遮光され、光軸Ｌを中心とする開口が開口絞りとして形成される。開口絞りの大きさは、駆動リング５３の回転角に対応して拡縮される。駆動リング５３が反時計回りに限界となる位置まで回転されると、図６に示される状態となり、絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは開口ＬＰの中心付近で完全に重なり合い光軸Ｌを中心として絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂにより形成された開口絞りは完全に閉じられる。一方、視差絞りが開口ＬＰ内に絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの開口２１、２２により形成される。なお、このとき、駆動ピン５３ａはカム孔５１ｂの軸部６１よりの位置にある。
【００２７】
次に、図６を参照して絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに設けられる開口２１、２２の配置について説明する。
【００２８】
絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに設けられる開口２１、２２は、図６の状態において、絞り羽根５１Ｒの開口２１に絞り羽根５１Ｂの開口２２が重なり、絞り羽根５１Ｇの開口２１に絞り羽根５１Ｒの開口２２が重なり、絞り羽根５１Ｂの開口２１に絞り羽根５１Ｇの開口２２が重なるように配置される。また、このとき絞り羽根５１の開口２１、２２は、開口ＬＰ内に位置する。
【００２９】
すなわち、駆動リング５３が反時計周りに限界位置まで回転されたとき、撮像光学系１０に入射した光のうちＲ成分の光は絞り羽根５１Ｂの開口２２及びＲフィルタが貼付された絞り羽根５１Ｒの開口２１を透過し、Ｇ成分の光は絞り羽根５１Ｒの開口２２及びＧフィルタが貼付された絞り羽根５１Ｇの開口２１を透過し、Ｂ成分の光は絞り羽根５１Ｇの開口２２及びＢフィルタが貼付された絞り羽根５１Ｂの開口２１を透過する。このとき絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに設けられた各々の開口２０、２１は視差絞りとしての役割を果たす。以下においては、絞り羽根５１Ｂの開口２２及び絞り羽根５１Ｒの開口２１から成る視差絞りを符号２１Ｒを用いて参照し、絞り羽根５１Ｒの開口２２及び絞り羽根５１Ｇの開口２１から成る視差絞りを符号２１Ｇ、絞り羽根５１Ｇの開口２２及び絞り羽根５１Ｂの開口２１から成る視差絞りを符号２１Ｂを用いて参照する。なお、絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂにより開口ＬＰの中心に形成される開口絞りが完全に閉じ切っていないときには、開口２１、２２は、開口ＬＰの外側の領域（遮光板４０上）に位置するか、他の絞り羽根により遮光されており、視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを光が透過することはない。
【００３０】
図６の状態において、撮像光学系１０に入射した光のＲＧＢ成分はそれぞれ視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介してＣＣＤ１１の撮像面Ｓ_iに投影（結像）され被写体像を形成する。視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは異なる位置に設けられているので、図１、２を参照して説明したように、各視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介してＣＣＤ１１の撮像面Ｓ_iに投影されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光によるＲ、Ｇ、Ｂの被写体像は相互に視差のある視差画像として投影される。すなわち、ＣＣＤ１１の撮像面Ｓ_iにはＲＧＢ各々の光による３つの視差画像が同時に投影される。
【００３１】
視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに貼付される色フィルタとＣＣＤ１１に用いられる色フィルタとはそれぞれ対応しており、視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介して結像されるＲＧＢの被写体像は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの波長領域の光を選択的に透過するフィルタが設けられた画素で、それぞれＲＧＢの画像として検出される。なお、これらＲＧＢ画像の撮像は、本実施形態の場合、例えばＣＣＤの電子シャッター動作により行われるが、視差絞り部２０とは別にメカシャッターを設けることによって行ってもよい。なお、ＲＧＢによる視差画像の視差を大きくするには、図６の状態において、視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの各々がなるべく離れていることが望ましく、例えば開口ＬＰの縁に沿って略等間隔で配置されるように構成される。また、形成される３つの視差絞りのうちの２つの視差絞りの中心を結ぶ直線がＣＣＤの水平又は垂直ラインと平行となるような配置にすると、エピポーララインの取り扱いが容易になる。
【００３２】
図７は、視差画像を撮像するための処理手順を示すフローチャートである。
本実施形態のステレオ画像撮像装置は、通常のカメラとしての機能を果たし被写体像を１枚ずつ撮像するための通常撮影モードと、複数（本実施形態では３つ）の視差画像を同時に撮像するためのステレオ撮影モードとを備える。これらの撮影モードの切替は、モード切替スイッチ３７（図３参照）を操作して行われる。モード切替スイッチ３７がステレオ撮影モードに設定され操作部３４（図３参照）のレリーズスイッチが全押されるとステップ１０１が開始する。ステップ１０１では、アイリス絞り２０が図６に示される全閉状態まで絞り込まれるとともに、ＣＣＤ１１を通常のスチルビデオを撮影するときと同様の方法で駆動し、被写体のカラー画像を撮像する。このとき被写体のカラー画像は視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介して撮像されるので、ＲＧＢの各画素で検出される被写体のＲＧＢの画像は、視差のある３つの画像（視差画像）として検出される。ステップ１０２では、ＣＣＤ１１で取得されたＲＧＢの画像データをＲＧＢ毎に分離し、Ｒの画像、Ｇの画像、Ｂの画像の画像データを生成する。ステップ１０３では、各ＲＧＢの色毎に分離された画像を不揮発性の記録媒体Ｍに記録する。これによりこの視差画像撮像処理は終了する。なお、検出された３つの視差画像であるＲＧＢの画像データからは、従来公知の方法により立体画像が得られる。また、通常のカラー画像は、モード切替スイッチ３７を通常撮影モードに設定することにより撮像され、このときアイリス絞り２０は３つの絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂにより光軸Ｌを中心に開口ＬＰ内に適切な大きさの開口絞り形成し被写体の画像を撮像する。
【００３３】
以上のように第１の実施形態によれば、簡単な構成により通常の被写体像を撮影できるとともに、被写体の３つの視差画像を１回の撮像動作で同時に検出できるステレオ画像撮像装置を得ることができる。このステレオ画像撮像装置では複数の視差画像を同時に撮像できるので、移動する物体であっても容易に立体画像の撮影を行うことが可能である。また、通常の画像を撮像するための絞りを視差絞りとして兼用しているため、小型化に有利であり製造コストも低く抑えることが可能である。
【００３４】
次に図８、図９を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と視差絞りが設けられる部材及び位置が異なるがその他の構成は第１の実施形態と同様である。以下第１の実施形態と異なるところについて説明し、共通の構成部分に対しては同一の参照符号を用いる。
【００３５】
図８は、図５と同様にアイリス絞り２０’が開放された状態を示しており、このときアイリス絞り２０’は通常の開口絞りとして用いられ通常のカラー画像の撮像が行われる。図９は通常の開口絞りとしては、絞りが全閉された状態を示しており、このときアイリス絞り２０’は視差絞りとしての役割を果たす。
【００３６】
第２の実施形態のアイリス絞り２０’は、第１の実施形態と同様に３つの絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’から構成される。しかし、絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’のブレード部には視差絞りとして用いられる開口（第１の実施形態における開口２１、２２）は設けられていない。第２の実施形態では、３つの開口（視差絞り）２１Ｒ’、２１Ｇ’、２１Ｂ’が遮光板４０’に形成されている。これらの開口（視差絞り）２１Ｒ’、２１Ｇ’、２１Ｂ’は、遮光板４０’の開口ＬＲと駆動リング５３とに挟まれる円環領域に、光軸Ｌに対し軸対称に形成される。開口２１Ｒ’にはＲの色フィルタが貼付され、開口（視差絞り）２１Ｇ’、２１Ｂ’にはそれぞれＧ、Ｂの色フィルタが貼付されている。アイリス絞り２０’が開口絞りとして機能している間は、各視差絞り２１Ｒ’、２１Ｇ’、２１Ｂ’はそれぞれ絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’によりその光路が塞がれており、撮像光学系１０に入射した光は、３つの絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’により光軸Ｌを中心に開口ＬＰ内に形成される開口絞りのみを通過することができる。すなわち、開口２１Ｒ’、２１Ｇ’、２１Ｂ’は何れも撮像光学系の光学系内に配置されている。
【００３７】
モード切替スイッチ３７がステレオ撮像モードに設定されているとき、駆動リング５３は反時計回りに限界位置まで回転され、アイリス絞り２０’は図９の状態となり、開口ＬＰは全て絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’により遮蔽される。一方、絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’のブレード部の略全体が、開口ＬＰ上に移動するため遮光板４０’に形成された視差絞り２１Ｒ’、２１Ｇ’、２１Ｂ’は、絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’によりその光路が遮蔽されず、撮像光学系１０に入射した光は、視差絞り２１Ｒ’、２１Ｇ’、２１Ｂ’を介してＣＣＤ１１で受光される。ＣＣＤ１１に投影されたＲ、Ｇ、Ｂの被写体像の撮像は、第１の実施形態と同様にＣＣＤ１１の電子シャッター（あるいは別途設けられたメカシャッター）により行われる。なお、図９の状態から駆動リング５３が時計回りに回転されるとき、視差絞り２１Ｒ’、２１Ｇ’、２１Ｂ’が完全に絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’により遮光されるまで、絞り羽根５１Ｒ’、５１Ｇ’、５１Ｂ’のブレード部は開口ＬＰを完全に遮蔽しており、その中心に開口絞りが形成されることはない。
【００３８】
以上のように第２の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また第２の実施形態では、各視差絞りが単独の開口により構成されるのでより簡単に構成することができる。
【００３９】
次に図４〜図６及び図１０を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態のステレオ画像撮像装置では、アイリス絞りと電子シャッタ−を用いていたが、第３の実施形態ではレンズシャッターを用いている。
【００４０】
第３の実施形態のレンズシャッターは第１の実施形態におけるアイリス絞りと同様の構成を備えており、その駆動方法のみが第１の実施形態とは異なりレンズシャッターとして機能するように駆動される。なお第３の実施形態では第１の実施形態におけるアイリス絞り２０をレンズシャッター２０”と読み替え、絞り羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂをシャッター羽根（遮光セグメント）５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂと読み替える。
【００４１】
第３の実施形態におけるレンズシャッター２０”において、各シャッター羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは、撮影時以外は図１０に示される位置に配置され、開口ＬＲはレンズシャッター２０”の各シャッター羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂにより完全に遮光されている。すなわち、開口ＬＲの中心（光軸Ｌ）では、３枚のシャッター羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが重なり合っており開口は形成されず、各シャッター羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに設けられた開口２１、２２も、互いに重なり合うことは無い。また、図１０の状態は、図６の状態から駆動リング５３が若干時計回りに回転移動した状態に対応している。
【００４２】
撮影モードが通常撮影モードに設定されているときに、レリーズスイッチが全押さえると、レンズシャッター２０”は、通常のレンズシャッターとして駆動される。すなわち、図１０の状態から駆動リング５３が時計回りに高速で所定の位置まで回転された後再び図１０の位置に戻される。これによりシャッター羽根５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂは光路から所定の位置まで退避されることにより露光が開始され、元の位置に復帰することにより露光が終了する。
【００４３】
一方、撮影モードがステレオ撮影モードに設定されているときに、レリーズスイッチが全押されると、図１０の状態から駆動リング５３が反時計回りに高速で図６に示される位置にまで回転され、その後再び図１０の位置に戻される。これにより視差絞り２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを介して所定時間のＲ、Ｇ、Ｂの光がＣＣＤ１１において受光され３つの視差画像が検出される。
【００４４】
以上のように、第３の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第２の実施形態のアイリス絞りを、第３の実施形態のようにレンズシャッターとして用いても同様の効果が得られる。
【００４５】
本実施形態ではＲＧＢのオンチップカラーフィルタを搭載したＣＣＤを用いたため、ＲＧＢの色フィルタを貼付した３つの視差絞りが用いられたが、視差絞りの色フィルタはＣＣＤの色フィルタに対応したものであればよくＲＧＢに限定されるものではない。
【００４６】
色フィルタの数は３色に限定されるものではなく２色あるいは４色以上であってもよく、絞り（シャッター）羽根の数も２枚あるいは４枚以上であってもよく、視差絞りの数は絞り（シャッター）羽根の枚数よりも少なくともよい。
【００４７】
第１及び第２の実施形態では、絞りとしてアイリス絞りが用いられたが本発明はアイリス絞りに限定されるものではない。また、第３の実施形態ではレンズシャッターとして３枚羽根のセクタシャッターが用いられたが、本発明はセクタシャッターに限定されるものではない。
【００４８】
本実施形態の視差絞りに用いられた色フィルタは可視光領域の光を選択的に透過する光学フィルタであったが、これは可視光領域に限定されるものではなく、例えば赤外領域や紫外領域の波長の光であってもよい。
【００４９】
本実施形態では、撮像部にオンチップカラーフィルタを搭載したカラー単板式のＣＣＤを用いて視差画像の撮像を行ったが、ダイクロイックプリズム等を利用して光を複数の色成分に分離し、それぞれの色成分に対応する複数のＣＣＤを用いて視差画像を撮像してもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、絞り羽根、シャッター羽根、遮光板には視差絞りを形成するための開口が設けられていたが、これらの一部又は全部を切欠に置き換えて開口を形成してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な機構により視差画像を単一の光学系で同時に撮像できるとともに通常画像を撮像できるステレオ画像撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における視差画像撮像の原理を説明する図である。
【図２】本発明における視差画像撮像の原理を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるステレオ画像撮像装置の概略を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態で用いられる遮光セグメント（絞り羽根）の平面図である。
【図５】第１の実施形態のステレオ画像撮像装置で用いられるアイリス絞りの開放時の平面形状を模式的に示す図である。
【図６】第１の実施形態のステレオ画像撮像装置で用いられるアイリス絞りが全閉し視差絞りとして用いられるときの平面形状を模式的に示す図である。
【図７】ステレオ画像撮像装置で実行される視差画像撮像処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態のステレオ画像撮像装置で用いられるアイリス絞りの開放時の平面形状を模式的に示す図である。
【図９】第２の実施形態のステレオ画像撮像装置で用いられるアイリス絞りが全閉し視差絞りとして用いられるときの平面形状を模式的に示す図である。
【図１０】第３の実施形態のステレオ画像撮像装置で用いられるレンズシャッターが閉じられているときの平面図を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０撮像光学系
１１撮像部（ＣＣＤ）
１４オンチップカラーフィルタ
２０、２０’ アイリス絞り
２０” レンズシャッター
２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ視差絞り

Claims

第１の波長領域の光による被写体の第１の被写体像と、前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の光による前記被写体の第２の被写体像とを検出可能な撮像部と、
前記撮像部に前記第１及び第２の被写体像を結像可能な撮像光学系と、
前記撮像光学系の光路内に前記第１の波長領域の光を選択的に透過可能な第１の視差絞りを形成するとともに、前記光路内の前記第１の領域とは異なる位置に前記第２の波長領域の光を選択的に透過可能な第２の視差絞りを形成する視差絞り形成手段と、
前記光路内に前記第１及び第２の波長領域を含む波長領域の光を透過可能な開口絞りを形成する開口絞り形成手段と、
前記光路の少なくとも一部を遮光可能な複数の遮光セグメントと、
前記視差絞り形成手段により前記第１及び第２の視差絞りを前記光路内に形成し、前記第１の視差絞りを介して前記第１の被写体像を前記撮像部に結像させ、前記第２の視差絞りを介して前記第２の被写体像を前記撮像部に結像させることにより視差のある前記第１及び第２の被写体像を前記撮像部において検出する第１の撮影モードと、
前記開口絞り形成手段により前記開口絞りを前記光路内に形成し、前記開口絞りを介して前記第１及び第２の波長領域を含む光による第３の被写体像を前記撮像部に視差のない１つの画像として結像させて前記第３の被写体像を前記撮像部において検出する第２の撮影モードと、
前記第１又は第２の撮影モードを択一的に選択するためのモード選択手段と、
前記視差絞り形成手段と前記開口絞り形成手段とが前記複数の遮光セグメントにより前記第１、第２の視差絞りと前記開口絞りとを形成する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置。
前記視差絞り形成手段が前記第１及び第２の視差絞りを形成するときに前記開口絞りが前記複数の遮光セグメントにより閉じられ、前記開口絞り形成手段が前記開口絞りを形成するとき、前記第１及び第２の視差絞りが前記複数の遮光セグメントにより閉じられることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
前記複数の遮光セグメントが第１及び第２の遮光セグメントを有し、前記第１及び第２の遮光セグメントに第１及び第２の開口部がそれぞれ設けられるとともに前記第１の遮光セグメントの第１の開口部に前記第１の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが設けられ、また第２の遮光セグメントの第１開口部に前記第２の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが設けられ、前記第１の撮影モードにおいて前記第１の遮光セグメントの前記第１の開口部と前記第２の遮光セグメントの第２の開口部とが相互に重なり合うことにより前記第１又は第２の視差絞りが形成されることを特徴とする請求項２に記載のステレオ画像撮像装置。
前記複数の遮光セグメントが第１及び第２の遮光セグメントを有するとともに前記撮像光学系が前記開口絞りの最大開口に相当する開口が形成された遮光板を有し、前記遮光板の前記開口の周囲に前記第１及び第２の波長領域を選択的に透過可能な光学フィルタが貼付された開口が前記第１及び第２の視差絞りとして形成され、前記第２の撮影モードにおいて前記第１及び第２の視差絞りが前記遮光セグメントにより遮光され、同時に光軸上に前記開口絞りを形成し、この開口絞りを光が透過可能になり、また前記第１の撮影モードにおいて前記複数の遮光セグメントが前記遮光板から退避されることにより光軸上の開口絞りを閉じると同時に前記第１及び第２の視差絞りを光が透過可能となることを特徴とする請求項２に記載のステレオ画像撮像装置。
前記複数の遮光セグメントが絞り羽根であり、前記複数の絞り羽根が全閉可能なアイリス絞りとして前記開口絞りを構成することを特徴とする請求項３に記載のステレオ画像撮像装置。
前記複数の遮光セグメントがシャッター羽根であり、前記複数のシャッター羽根がレンズシャッターとして前記開口絞りを構成することを特徴とする請求項３及び請求項４に記載のステレオ画像撮像装置。
前記複数の遮光セグメントが第１及び第２の遮光セグメントを有し、前記第１及び第２の遮光セグメントに第１の切欠部及び第２の切欠部がそれぞれ設けられるとともに前記第１の遮光セグメントの第１の切欠部に前記第１の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが設けられ、第２の遮光セグメントの第１の切欠部に前記第２の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが設けられ、前記第１の撮影モードにおいて前記第１の遮光セグメントの前記第１の切欠部と前記第２の遮光セグメントの第２の切欠部とが相互に重なり合うことにより前記第１又は第２の視差絞りが形成されることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
前記複数の遮光セグメントが第１及び第２の遮光セグメントを有し、前記第１及び第２の遮光セグメントに開口部及び切欠部とがそれぞれ設けられるとともに前記第１の遮光セグメントの開口部又は切欠部の一方に前記第１の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが設けられ、また第２の遮光セグメントの開口部又は切欠部の一方に前記第２の波長領域の光を選択的に透過可能な光学フィルタが設けられ、前記第１の撮影モードにおいて前記第１の遮光セグメントの前記開口部と前記第２の遮光セグメントの切欠部、あるいは前記第１の遮光セグメントの前記切欠部と前記第２の遮光セグメントの開口部とが相互に重なり合うことにより前記第１又は第２の視差絞りが形成されることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
前記第１及び第２の波長領域が赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
前記撮像部で検出可能な波長領域と前記視差絞りとが１対１に対応することを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
前記撮像部がオンチップカラーフィルタを搭載した撮像素子からなり、前記第１及び第２の波長領域が前記オンチップカラーフィルタの各色フィルタの透過波長領域に対応することを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
第１の波長領域の光による第１の被写体像と、前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の光による第２の被写体像と、前記第１及び第２の波長領域とは異なる第３の波長領域の光による第３の被写体像とを検出可能な撮像部と、
前記撮像部に前記第１、第２及び第３の被写体像を結像可能な撮像光学系と、
前記撮像光学系の光路内に前記第１の波長領域の光を選択的に透過可能な第１の視差絞りと、前記第１の領域とは異なる位置に前記第２の波長領域の光を選択的に透過可能な第２の視差絞りと、前記第１及び第２の領域とは異なる位置に前記第３の波長領域の光を選択的に透過可能な第３の視差絞りとを形成する視差絞り形成手段と、
前記光路内に前記第１、第２及び第３の波長領域を含む波長領域の光を透過可能な開口絞りを形成する開口絞り形成手段と、
前記光路の少なくとも一部を遮光可能な複数の遮光セグメントと、
前記視差絞り形成手段により前記第１、第２及び第３の視差絞りを前記光路内に形成し、前記第１、第２及び第３の視差絞りを介してそれぞれ前記第１、第２及び第３の被写体像を前記撮像部に結像させることにより視差のある前記第１、第２及び第３の被写体像を前記撮像部において検出する第１の撮影モードと、
前記開口絞り形成手段により前記開口絞りを前記光路内に形成し、前記開口絞りを介して前記第１、第２及び第３の波長領域を含む光による第４の被写体像を前記撮像部に視差のない１つの画像として結像させて前記第４の被写体像を前記撮像部において検出する第２の撮影モードと、
前記第１又は第２の撮影モードを択一的に選択するためのモード選択手段とを備え、
前記視差絞り形成手段と前記開口絞り形成手段とが前記複数の遮光セグメントにより前記第１、第２、第３の視差絞りと前記開口絞りとを形成する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置。