CN104977777A - 摄像装置及摄像方法 - Google Patents

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    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements

Abstract

本发明提供摄像装置及摄像方法，维持立体图像中的视差的同时，提高平面图像的质量。摄像装置具有摄像元件，该摄像元件对通过了单一拍摄镜头的不同区域的光束分别进行光电变换并生成第1平面图像及第2平面图像，摄像装置能够进行取得立体图像的立体拍摄和取得平面图像的平面拍摄；其中，摄像装置具有：作为减光单元的一例的减光镜，减少从拍摄镜头入射到摄像元件的光量；AE控制部，取得被摄体的亮度；光圈控制部，在立体拍摄时，根据被摄体的亮度控制是否利用减光镜减少到达摄像元件的光量，在平面拍摄时，使减光镜为非插入状态，并且使光圈的光圈值大于立体拍摄时的光圈值。

Description

摄像装置及摄像方法
本申请是申请日为2011年6月27日、申请号为201180028853.0、发明名称为摄像装置及摄像方法这一申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种使用单一的拍摄光学系统可生成由多个视点的平面图像构成的立体图像的摄像装置及摄像方法。
背景技术
现有技术中，使用单一的拍摄光学系统可生成由多个视点的平面图像构成的立体图像的摄像装置为世人所知。
专利文献1公开了下述构成：具有单一的拍摄光学系统，通过旋转光圈进行光瞳分割，生成立体图像。
专利文献2公开了下述构成：设置偏光元件，按照光路使摄像元件受光，从而通过单一的拍摄光学系统获得相位信息。
专利文献3公开了下述摄像装置：具有单一的拍摄光学系统、排列了第1像素组及第2像素组的摄像元件，上述第1像素组及第2像素组使通过了该单一的拍摄光学系统的不同的区域的光束分别光电变换，该摄像装置生成由通过第1像素组获得的平面图像、及通过第2像素组获得的平面图像所构成的立体图像。
专利文献4记载了，在专利文献3所述的摄像装置中，对第1像素的输出和第2像素的输出进行相加。
专利文献5公开了以下构成：在具有多个拍摄光学系统的多镜头摄像装置中，以2D动画、3D动画各自的拍摄中设定的周期进行曝光控制。在3D动画拍摄中，不改变深度，因此尽量不移动机械光圈。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2009－527007号公报
专利文献2：日本特开2009－168995号公报
专利文献3：日本特开平10－42314号公报
专利文献4：日本特开2008－299184号公报
专利文献5：日本特开2008－187385号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在使用单一的拍摄光学系统可生成由多个视点的平面图像构成的立体图像的摄像装置(以下称为“单镜头3D摄像装置”)中，根据多个视点的平面图像生成一张高分辨率图像时，在高分辨率平面图像中，在非对焦部分会产生阶梯状的图案。以下说明该阶梯状图案产生的构成。
首先，使用图33A说明通过不进行光瞳分割的单镜头摄像装置拍摄3个被摄体91、92、93的情况。摄像元件16上成像的3个图像91a、92a、93a中，通过摄像元件16焦点对齐的，仅是位于对焦面D上的被摄体92的图像92a。被摄体91距拍摄镜头12的距离比对焦面D远，其对焦图像91d和摄像元件16相比在靠近拍摄镜头12的地方形成，因此被摄体91的图像91a焦点未对齐，成为模糊的图像，即模糊图像。并且，被摄体93距拍摄镜头12的距离比对焦面D近，其对焦图像93d和摄像元件16相比在距拍摄镜头12远的地方形成，因此被摄体93的图像93a的焦点也不对齐，成为模糊图像。
接着说明通过光瞳分割的单镜头3D摄像装置拍摄3个被摄体91、92、93的情况。在该示例的单镜头3D摄像装置中，包括以下状态：如图33B所示，将拍摄镜头12的光瞳通过快门95仅限制在上方的状态；如图33C所示，将拍摄镜头12的光瞳通过快门95仅限制在下方的状态。该单镜头3D摄像装置中的摄像元件16上的图像的模糊量(图像焦点不对齐的量)及位置和图33A所示的单镜头摄像装置不同。即，在图33B所示的状态下，如图34B所示，被摄体91的图像91b和不进行光瞳分割时(图34A)的被摄体91的图像91a相比，模糊量小，且位置向图中下侧移动。并且，被摄体93的图像93b的模糊量变小，且位置向图中的上侧移动。在图33C所示的状态下，如图34C所示，被摄体91的图像91c和不进行光瞳分割时(34A)的被摄体91的图像91a相比，模糊量变小且位置向图中的上侧移动。并且，被摄体93的图像93c的模糊量变小，且位置向图中的下侧移动。
在该单镜头3D摄像装置中，为生成高分辨率平面图像，合成了图34B所示的图像和图34C所示的图像时，图像91b和图像91c、图像93b和图像93c中，因成像位置偏离，会产生阶梯状的图案。即，在高分辨率平面图像拍摄时，来自同一被摄体的光束通过拍摄镜头12的不同的光瞳位置，从而使同一被摄体的图像成像在摄像元件16的不同位置，存在产生因视差引起的阶梯状的图案的问题。在本说明书中将这种图案的产生称为产生伪分辨。
专利文献1～5对于可解决因视差引起的伪分辨的构成，并没有公开。
此外，在专利文献4所述的构成中，仅在附近像素之间进行像素相加，因此存在对焦的主要被摄体的分辨率通过像素相加下降的问题。例如，在2图像混合时，分辨率会下降到1/2。
并且，在专利文献5所述的构成中，因是多镜头方式，所以即使设定为小光圈也不会产生伪分辨，并且其关注点在于不切换光圈。
本发明鉴于以上情况而出现，其目的在于提供一种可维持立体图像中的视差的同时，可提高平面图像的质量的摄像装置及摄像方法。
用于解决问题的手段
为实现上述目的，本发明提供一种摄像装置，具备单一的拍摄光学系统和具有对通过了单一拍摄光学系统的不同区域的光束分别进行光电变换的第1像素组及第2像素组的摄像元件，能够执行以下拍摄：立体拍摄，通过第1像素组及第2像素组拍摄同一场景，取得由通过第1像素组及第2像素组分别生成的第1平面图像及第2平面图像构成的立体图像；平面拍摄，根据第1平面图像及第2平面图像取得一张平面图像；其特征在于具有：减光单元，能够减少从拍摄光学系统入射到摄像元件的光量；光圈，配置在光路中；被摄体亮度取得单元，取得被摄体亮度；控制单元，在立体拍摄时，根据通过被摄体亮度取得单元取得的被摄体亮度控制是否通过减光单元减少到达摄像元件的光量，在平面拍摄时，使光圈的光圈值大于立体拍摄时的光圈值。
即，在立体拍摄时，根据被摄体亮度来控制是否减少到达摄像元件的光量，在平面拍摄时，使光圈的光圈值大于立体拍摄时的光圈值，使第1及第2平面图像间的成像位置接近，因此可在维持立体图像中的视差的同时，消除平面图像的伪分辨的产生，提高质量。
在本发明的一个实施方式中优选：第1像素组和第2像素组由二维排列的受光元件构成，在摄像元件上，第1像素组的各像素和第2像素组的各像素彼此相邻地配置。
在本发明的一个实施方式中优选：具有对通过了拍摄光学系统的光束进行分割的光学部件，摄像元件由分别接受通过光学部件光瞳分割的光束的具有第1像素组的第1摄像元件和具有第2像素组的第2摄像元件构成。
在本发明的一个实施方式中优选：控制单元在立体拍摄时将光圈设定为开放状态，在平面拍摄时使光圈比开放状态缩小。
在本发明的一个实施方式中优选：减光单元是能够插入到供入射于摄像元件的光束通过的光路中的减光镜，控制单元在立体拍摄时根据通过被摄体亮度取得单元取得的被摄体亮度来控制是否设定成将减光镜插入到光路中的插入状态。
在本发明的一个实施方式中优选：控制单元在立体拍摄时，当被摄体亮度大于阈值时，使减光镜为插入状态，在被摄体亮度为阈值以下时，使减光镜为非插入状态。
在本发明的一个实施方式中优选：减光单元是遮挡光圈的开口的一部分的遮挡部，该遮挡部遮挡光圈的开口的一部分，以将从光轴方向上看到的光圈的开口在摄像元件的水平方向及垂直方向的至少一个方向上平均地二等分；控制单元控制遮挡部，在立体拍摄时设定为通过遮挡部遮挡光圈的开口的至少一部分的遮挡状态，在平面拍摄时设定为不通过遮挡部遮挡光圈的开口的非遮挡状态。
在本发明的一个实施方式中优选：控制单元在立体拍摄时，根据通过被摄体亮度取得单元取得的被摄体亮度来变更由遮挡部遮挡的光圈的开口的遮挡区域大小。
此外，减光单元及光圈不限于配置在拍摄光学系统和摄像元件之间，也存在以下情况：拍摄光学系统由多个镜头(镜头组)构成，减光单元及光圈中的至少一方配置在镜头组中。
在本发明的一个实施方式中优选：具有取得被摄体距离的被摄体距离取得单元，控制单元在平面拍摄时根据通过被摄体距离取得单元取得的被摄体距离来控制是否使光圈为开放状态。
在本发明的一个实施方式中优选：控制单元在平面拍摄时，当被摄体距离大于阈值时，使光圈为开放状态。即，即使在平面拍摄中，被摄体距离较大时，第1及第2平面图像间的成像偏移较小，因此可避免由光圈引起的衍射，获得高质量的画质。
在本发明的一个实施方式中优选：具有取得拍摄光学系统的焦距的焦距取得单元，控制单元在平面拍摄时根据通过焦距取得单元取得的焦距来控制是否使光圈为开放状态。
在本发明的一个实施方式中优选：控制单元在平面拍摄时，当焦距大于阈值时，使光圈为开放状态。即，即使在平面拍摄中，拍摄光学系统的焦距较短时，第1及第2平面图像间的成像偏移较小，因此可避免由光圈引起的衍射，获得高质量的画质。
在本发明的一个实施方式中优选：具有视差信息取得单元，计算出通过摄像元件获得的构成立体图像的第1平面图像和第2平面图像之间的视差量，并且取得视差范围，该视差范围表示立体图像中的近侧的最大视差量与远侧的最大视差量之差，控制单元在平面拍摄时，根据通过视差信息取得单元取得的视差范围控制是否使光圈为开放状态。此外，此处的“近侧”是指相对摄像装置位于近处的一侧，而“远侧”是指从摄像装置向被摄体离开的一侧，是相对摄像装置位于远处的一侧。
在本发明的一个实施方式中优选：在平面拍摄时，当取得的视差范围小于阈值时，使光圈为开放状态，当取得的视差范围为阈值以上时，使光圈的光圈值大于立体拍摄时的光圈值。
在本发明的一个实施方式中优选：具有接受拍摄指示的输入的指示输入单元，视差信息取得单元根据向指示输入单元输入拍摄指示之前由摄像元件所拍摄的立体图像来计算出视差范围。
在本发明的一个实施方式中优选：控制单元在输入拍摄指示之前的拍摄时使光圈为开放状态。
在本发明的一个实施方式中优选：控制单元在平面拍摄时使光圈为开放状态时，根据通过被摄体亮度取得单元取得的被摄体亮度来切换是否利用减光单元进行减光。
在本发明的一个实施方式中优选：在平面拍摄时，合成第1平面图像及第2平面图像，取得分辨率比第1及第2平面图像高的一张高分辨率平面图像。
在本发明的一个实施方式中优选：在平面拍摄时，对第1平面图像和第2平面图像中彼此相邻的像素的摄像信号进行相加，取得分辨率和第1及第2平面图像相同的一张平面图像。
在本发明的一个实施方式中优选：摄像元件中，第1像素组及第2像素组分别在平面视图中在第1方向和与该第1方向正交的第2方向上二维排列，从第1及第2方向中的至少一个方向观察时，第1像素组的像素和与该第1像素组的像素分离地对应的第2像素组的像素重叠配置，使得受光区域的一部分看上去相重叠。
并且，本发明提供一种摄像方法，使用单一的拍摄光学系统、具有对通过了单一拍摄光学系统的不同区域的光束分别进行光电变换的第1像素组及第2像素组的摄像元件、能够减少从拍摄光学系统入射到摄像元件的光量的减光单元及配置在光路中的光圈，能够执行以下拍摄：立体拍摄，通过第1像素组及第2像素组拍摄同一场景，取得由通过第1像素组及第2像素组分别生成的第1平面图像及第2平面图像构成的立体图像；及平面拍摄，根据第1平面图像及第2平面图像取得一张平面图像；其特征在于：取得被摄体亮度，在立体拍摄时根据取得的被摄体亮度控制是否利用减光单元减少到达摄像元件的光量，在平面拍摄时使光圈的光圈值大于立体拍摄时的光圈值。
发明的效果
根据本发明，可在维持立体图像中的视差的同时，提高平面图像的质量。
附图说明
图1是表示第1～第4实施方式中的本发明涉及的摄像装置的硬件构成例的框图。
图2是表示摄像元件的构成示例的图。
图3是表示摄像像素的图。
图4是图3的要部放大图。
图5是第1实施方式中的摄像装置的要部框图。
图6是表示第1实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。
图7是表示第2实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。
图8是第3实施方式中的摄像装置的要部框图。
图9是表示第3实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。
图10是第4实施方式中的摄像装置的要部框图。
图11是表示第4实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。
图12是第5实施方式中的摄像装置的框图。
图13是斜向观察摄像装置的拍摄镜头、光圈、液晶快门及摄像元件的斜视图。
图14是表示摄像元件的成对像素的入射角灵敏度特性的图。
图15是表示将摄像元件的成对像素的入射角度灵敏度特性完全分离时的特性的图。
图16是表示在液晶快门上设置了非透过区域而引起的摄像元件的成对像素的入射角度灵敏度特性的变化的图。
图17是表示第5实施方式中的摄像处理例的流程的流程图。
图18是说明变更液晶快门的非透过区域的宽度的图。
图19是表示第6实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。
图20是表示第7实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。
图21是表示第8实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。
图22是表示拍摄模式设定处理的流程的流程图。
图23是由多个视点的平面图像通过像素相加而生成一张平面图像时的说明图。
图24是表示摄像元件的成对像素的像素相加后的入射角度灵敏度特性的图。
图25是仅记载了摄像元件的一例的滤色镜GRBgrb的排列的图。
图26是表示位于各像素上方的微型透镜和遮光部件开口之间的位置关系的图。
图27是表示在图25所示的像素排列中使构成成对像素的二个像素重叠配置的情况的图。
图28是表示整体的像素排列是正方型排列时的像素排列的概要的示意图。
图29是表示在图28所示的像素排列中使构成成对像素的二个像素重叠配置的情况的图。
图30是表示可同时进行纵拍及横拍的摄像元件的一例的像素排列的图。
图31中，图31A是表示液晶快门的遮挡区域的基本形态的图，图31B是表示液晶快门的变形例的图。
图32是表示液晶快门的遮挡区域的其他变形例的图。
图33是用于说明本发明的课题的说明图，图33A是表示无光瞳分割的摄像系统的要部的说明图，图33B及图33C是表示光瞳分割方式的3D单镜头摄像系统的要部的说明图。
图34是用于说明本发明的课题的说明图，图34A是表示无光瞳分割的摄像系统中的成像情况的示意图，图34B及图34C是表示光瞳分割方式的3D单镜头摄像系统中的成像情况的示意图。
图35是表示光瞳分割的其他例子的说明图。
附图标记
10 摄像装置
12 拍摄镜头
14 光圈
15 ND滤镜(减光镜)
16 摄像元件
40 CPU
62 拍摄模式设定控制部
64 AE控制部(被摄体亮度取得单元)
66 AF控制部(被摄体距离取得单元)
68 拍摄执行控制部
70 光圈控制部
72 焦距取得部
74 视差信息取得部
115 液晶快门
131 液晶快门驱动部
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。
(摄像装置的整体构成)
图1是表示本发明涉及的摄像装置10的实施方式的框图。
该摄像装置10用于将拍摄的图像记录到记录介质54中。装置整体的动作由中央处理装置(CPU)40统一控制。
摄像装置10上设置快门按钮、模式拨盘、重放按钮、菜单/OK键、十字键、返回键等操作部38。来自该操作部38的信号被输入到CPU40，CPU40根据输入信号来控制摄像装置10的各电路，例如进行镜头驱动控制、光圈驱动控制、拍摄动作控制、图像处理控制、图像数据的记录/重放控制、立体显示用的液晶监视器30的显示控制等。
快门按钮是输入开始拍摄的指示的操作按钮，由具有在半按时接通的S1开关及全按时接通的S2开关的二级行程式开关构成。模式拨盘是选择2D(平面)拍摄模式、3D(立体)拍摄模式、自动拍摄模式、手动拍摄模式、人物、风景、夜景等场景位置、微距模式、动画模式、本发明涉及的视差优先拍摄模式的选择单元。
重放按钮是用于切换到将拍摄记录的立体图像(3D图像)、平面图像(2D图像)的静止图像或动画显示到液晶监视器30的重放模式的按钮。菜单/OK键是兼具以下功能的操作键：作为菜单按钮的功能，用于发出在液晶监视器30的画面上显示菜单的指令；作为OK按钮的功能，发出选择内容的确定及执行等的指令。十字键是输入上下左右4个方向的指示的操作部，作为从菜单画面选择项目或指示从各菜单选择各种设定项目等的按钮(光标移动操作单元)而发挥作用。并且，十字键的上/下键作为拍摄时的变焦开关或重放模式时的重放变焦开关而发挥作用，左/右键作为重放模式时的送帧(正向/逆向传送)按钮而发挥作用。返回键在选择项目等消除所需对象、取消指示内容、或者返回到前一操作状态等时使用。
在拍摄模式中，表示被摄体的图像光经由包括聚焦透镜及变焦透镜在内的拍摄镜头12(拍摄光学系统)、光圈14而成像在作为固体摄像元件的摄像元件16的受光面上。拍摄镜头12通过由CPU40控制的镜头驱动部36驱动，进行聚焦控制、变焦控制等。
光圈14配置在入射到摄像元件16的光束所通过的光路13中，例如由5个光圈叶片构成。光圈14通过由CPU40控制的光圈驱动部34驱动，例如在光圈值F1.4～F11的范围内以1AV刻度分6个阶段地进行控制光圈。此外，图1表示在拍摄镜头12和摄像元件16之间配置光圈14的情况，但不限于此。也包括拍摄镜头12由多个镜头(或者多个镜头组)构成、在拍摄镜头12中配置光圈14的情况。
ND滤镜15(减光镜)是减少入射到摄像元件16的光量的设备，可插入到入射于摄像元件16的光束所通过的光路13中。此外，图1表示在拍摄镜头12和摄像元件16之间配置ND滤镜15的情况，但不限于此。也包括拍摄镜头12由多个镜头(或者多个镜头组)构成、在拍摄镜头12中配置ND滤镜15的情况。
ND滤镜15通过滤镜插拔驱动部33在插入到光路13中的插入状态和从光路13脱离的非插入状态之间进行切换。ND滤镜15的个数无特别限定。可由多个(例如5个)滤镜构成。
CPU40经由摄像元件控制部32控制摄像元件16中的电荷积蓄时间(快门速度)、摄像元件16中的图像信号的读出。并且，CPU40经由滤镜插拔驱动部33对ND滤镜15的插入状态及非插入状态进行切换。并且，CPU40经由光圈驱动部34控制光圈14。
(单镜头3D摄像元件的构成示例)
图2是表示摄像元件16的构成示例的图。
摄像元件16具有分别以矩阵状排列的奇数行的摄像像素(以下称为“主像素”)和偶数行的摄像像素(以下称为“副像素”)，可独立地读出在这些主、副像素中分别进行光电变换后的2个面的图像信号。
如图2所示，在摄像元件16的奇数行(1、3、5、…)中，具有R(红)、G(绿)、B(蓝)的滤色镜的像素中，GRGR…的像素排列的行和BGBG…的像素排列的行交替地设置；另一方面，偶数行(2、4、6、…)的像素和奇数行一样，GRGR…的像素排列的行和BGBG…的像素排列的行交替地设置，并且，相对于偶数行的像素，像素之间在行的方向上偏移了排列间距的2分之1间距地进行配置。即，摄像元件16的像素排列是蜂巢型排列。
图3是表示拍摄镜头12、光圈14、摄像元件16的主像素PDa及副像素PDb的各一个像素的图，图4是图3的要部放大图。
如图4A所示，普通摄像元件的像素(光电二极管PD)中，通过射出光瞳的光束经由微型透镜不受限制地入射。
与之相对，在摄像元件16的主像素PDa及副像素PDb上形成遮光部件16A，通过该遮光部件16A，主像素PDa、副像素PDb的受光面的右半部分或左半部分被遮光。即，遮光部件16A具有作为光瞳分割部件的功能。如图4A所示，主像素PDa组副像素PDb组由二维排列的受光元件PDa、PDb构成，摄像元件16上主像素PDa和副像素PDb彼此相邻地配置。
此外，上述构成的摄像元件16的主像素PDa和副像素PDb中，使通过遮光部件16A限制光束的区域(右半部分、左半部分)不同地构成，但不限于此，也可不设置遮光部件16A，而使微型透镜L和光电二极管PD(PDa、PDb)相对地向左右方向偏移，从而通过该方向的偏移来限制入射到光电二极管PD的光束，并且也可是：对2个像素(主像素和副像素)设置一个微型透镜，限制入射到各像素的光束。
回到图1，摄像元件16中积蓄的信号电荷，根据由摄像元件控制部32加入的读出信号而作为和信号电荷对应的电压信号被读出。从摄像元件16读出的电压信号被加入到模拟信号处理部18，在此各个像素的R、G、B信号被采样保持，以CPU40指定的增益(相当于ISO灵敏度)放大后被加入到A/D变换器20。A/D变换器20将依次输入的R、G、B信号变换为数字的R、G、B信号并输出到图像输入控制器22。
数字信号处理部24对经由图像输入控制器22输入的数字的图像信号，进行偏移处理、包括白平衡校正及灵敏度校正在内的增益/控制处理、γ校正处理、同步处理、YC处理、对比度加强、轮廓校正等规定的信号处理。
并且，EEPROM56是存储了相机控制程序、摄像元件16的缺陷信息、图像处理等中使用的各种参数、表格、程序线图等的非易失性存储器。
其中，如图2B及图2C所示，从摄像元件16的奇数行的主像素读出的主图像数据作为左视点的平面图像(以下称为“左图像”)被处理，从偶数行的副像素读出的副图像数据作为右视点的平面图像(以下称为“右图像”)被处理。
通过数字信号处理部24处理的左图像及右图像输入到VRAM50。VRAM50中包括分别存储表示1帧的3D图像的3D图像数据的A区域和B区域。在VRAM50中，表示1帧的3D图像的3D图像数据在A区域和B区域交替改写。VRAM50的A区域及B区域中，从改写3D图像数据的区域以外的区域，读出写入的3D图像数据。从VRAM50读出的3D图像数据在视频编码器28中被编码，输出到设置在相机背面的立体显示用的液晶监视器30(LCD)，从而使3D的被摄体图像显示在液晶监视器30的显示画面上。
该液晶监视器30是将立体图像(左图像及右图像)通过视差屏障作为分别具有规定指向性的指向性图像可显示的立体显示单元，但不限于此，也可是通过佩戴使用双凸透镜的部件或者偏光眼镜、液晶快门眼镜等专用眼镜单独观察左图像和右图像的装置。
并且，当存在操作部38的快门按钮的第1阶段的按下(半按)动作时，摄像元件16开始AF动作及AE动作，通过镜头驱动部36进行控制，以使拍摄镜头12内的聚焦透镜到达对焦位置。并且，半按快门按钮时，从A/D变换器20输出的图像数据被导入到AE检测部44。
在AE检测部44中，对整个画面的G信号进行积算，或者对将画面中央部和周边部进行不同加权后的G信号进行积算，并将该积算值输出到CPU40。
AF处理部42是进行对比度AF处理或相位AF处理的部分。当进行对比度AF处理时，提取左图像数据及右图像数据的至少一个图像数据中的规定聚焦区域内的图像数据的高频成分，通过对该高频成分进行积分，计算出表示对焦状态的AF评估值。通过控制拍摄镜头12内的聚焦透镜进行AF控制，以使该AF评估值达到极大值。并且，当进行相位差AF处理时，检测左图像数据及右图像数据中的规定聚焦区域内的主像素、副像素所对应的图像数据的相位差，根据表示该相位差的信息求出散焦量。通过控制拍摄镜头12内的聚焦透镜进行AF控制，以使该散焦量变为0。在该AF控制过程中，计算出对焦的被摄体的被摄体距离。
AE动作及AF动作结束、存在快门按钮的第2阶段的按下(全按)动作时，响应于该按下动作而从A/D变换器20输出的主像素及副像素所对应的左图像及右图像的2张图像的图像数据从图像输入控制器22输入到存储器(SDRAM)48，暂时被存储起来。
存储器48中暂时存储的2张图像的图像数据通过数字信号处理部24适当读出，在此进行包括图像数据的亮度数据及色差数据的生成处理(YC处理)在内的规定的信号处理。被YC处理的图像数据(YC数据)再次存储到存储器48。接着，2张图像的YC数据分别输出到压缩解压缩处理部26，进行JPEG(joint photographic experts group/联合图像专家小组)等规定的压缩处理后，再次存储到存储器48。
根据存储器48中存储的2张图像的YC数据(压缩数据)，生成多图像文件(MP文件：多个图像连接而成的形式的文件)，该MP文件由介质I/F52读出，并记录到记录介质54。
接着，将本发明分为第1实施方式～第8实施方式进行以下说明。
(第1实施方式)
图5是表示摄像装置10的要部详情的框图。此外，在图5中，对图1所示的构成要素标注相同的附图标记，以下对已经说明的事项省略其说明。
在本实施方式的摄像装置10中，CPU40的构成包括：拍摄模式设定控制部62、AE控制部64、AF控制部66、拍摄执行控制部68及光圈控制部70。
拍摄模式设定控制部62通过操作部38接受拍摄模式的设定操作，并将所接受的拍摄模式存储到存储器48。拍摄模式至少包括3D拍摄模式及2D拍摄模式。并且，2D拍摄模式中包括：生成高分辨率平面(2D)图像的高分辨率2D拍摄模式和生成低分辨率平面(2D)图像的低分辨率2D拍摄模式。以下，为简要说明本发明，说明2D拍摄模式是高分辨率2D拍摄模式的情况。
AE控制部64根据下述光圈控制部70的控制进行AE控制，根据从AE检测部44输出的积算值计算EV值(被摄体亮度)，按照光圈控制部70的控制，根据EV值确定光圈14的光圈值、ND滤镜15是否插入(插入状态/非插入状态)及摄像元件16的快门速度，根据确定的光圈值由光圈驱动部34控制光圈14，根据所确定的ND滤镜15是否插入由滤镜插拔驱动部33切换ND滤镜15的插入状态/非插入状态，根据所确定的快门速度由摄像元件控制部32控制摄像元件16中的电荷积蓄时间(曝光时间)。
AF控制部66通过控制AF处理部42，进行对比度AF处理或相位差AF处理，在该AF控制过程中，从AF处理部42取得对焦的被摄体的被摄体距离。
拍摄执行控制部68经由摄像元件控制部32控制摄像元件16中的电荷积蓄及电荷(图像信号)的读出，取得由主像素组的像素信号构成的左图像和由副像素组的像素信号构成的右图像。
在3D拍摄模式时，拍摄执行控制部68通过摄像元件16拍摄被摄体，取得由左图像及右图像的组构成的3D图像(立体图像)，将该3D图像经由介质I/F52记录到记录介质54。并且，拍摄执行控制部68在2D拍摄模式(在本例中是高分辨率2D拍摄模式)时，通过摄像元件16拍摄被摄体，由左图像及右图像合成一张高分辨率2D图像，将该高分辨率2D图像经由介质I/F52记录到记录介质54。即，在本摄像装置10中，对同一场景同时执行3D拍摄及2D拍摄，从而可获得对同一场景进行拍摄的3D图像及2D图像这两个图像。
3D图像的分辨率是与各视点图像(左图像及右图像)相同的分辨率，与之相对，高分辨率2D图像的分辨率比各视点图像(左图像及右图像)的分辨率高(例如是2倍)。
光圈控制部70根据拍摄执行控制部68的指示通过光圈驱动部34切换光圈14的光圈值(F值)。并且，光圈控制部70根据拍摄执行控制部68的指示通过滤镜插拔驱动部33来切换ND滤镜15的插入状态和非插入状态。插入状态是ND滤镜15插入到拍摄镜头12和摄像元件16之间的光轴上的状态，非插入状态是ND滤镜15从拍摄镜头12和摄像元件16之间的光轴上脱离的状态。此外，ND滤镜15的个数可以是多个，当是多个时，控制插入个数。
在3D拍摄时，光圈控制部70使光圈控制部70为开放状态(光圈值为最小值)，并且，根据通过AE控制部64取得的被摄体亮度来切换使ND滤镜15是插入到光路13的插入状态还是非插入状态。
并且，本实施方式的光圈控制部70在2D拍摄时使光圈14的光圈值大于3D拍摄时的光圈值，并且使ND滤镜15为非插入状态。
图6是表示第1实施方式中的摄像处理示例的流程的流程图。本处理由CPU40按照程序来执行。
在步骤S2中，通过AE控制部64进行AE处理。在该AE处理中计算出被摄体亮度(EV值)。
在步骤S4中，通过AF控制部66进行FA(自动对焦)处理。在该AF处理中，取得对焦后的被摄体的被摄体距离。
在步骤S6中，判断拍摄模式是3D拍摄模式还是2D拍摄模式。当是3D拍摄模式时，前进到步骤S8；当是2D拍摄模式时，前进到步骤S14。
在3D拍摄模式下，在步骤S8中，判断由AE控制部64取得的被摄体亮度是否大于阈值Tev。
当被摄体亮度大于阈值Tev时(较亮时)，在步骤S10中，光圈控制部70通过光圈驱动部34使光圈14为开放状态，通过滤镜插拔驱动部33将ND滤镜15设定为插入状态。
被摄体亮度为阈值Tev以下时(较暗时)，在步骤S12中，光圈控制部70通过光圈驱动部34使光圈14为开放的开放状态，通过滤镜插拔驱动部33使ND滤镜15为非插入状态。
在2D拍摄模式下，在步骤S14中，光圈控制部70经由光圈驱动部34将光圈14的光圈值(F值)设定为规定值以上，并且通过滤镜插拔驱动部33使ND滤镜15为非插入状态。
其中，光圈值的规定值是下述光圈值：在左图像和右图像中使同一被摄体的成像位置比3D拍摄时接近，由此使因视差引起的伪分辨在允许范围之内。此外，规定值随着被摄体距离、焦距、立体视觉环境(显示画面的大小、显示画面的分辨率、观看距离等)、用户的立体视觉融合界限等而不同，但是是使光圈14的光圈值比3D拍摄时大的值。
光圈控制部70例如使光圈14相对开放状态缩小一级以上。例如，开放为F2.8时为F4以上、开放为F5.6时为F8以上，以此设定比SN模式的拍摄时(开放)大一级以上的光圈值。当被摄体亮度大(亮)时，优选缩小二级以上。
在步骤S16中，拍摄执行控制部68经由摄像元件控制部32控制摄像元件16的曝光。
在步骤S18中，拍摄执行控制部68经由摄像元件控制部32控制来自摄像元件16的主像素及副像素的像素信号(电荷)的读出。读出的信号通过A/D变换器20从模拟信号变换为数字信号。
在步骤S20中，通过数字信号处理部24等，对左图像及右图像进行规定的数字信号处理。在2D拍摄模式中，合成左图像和右图像，而合成一张高分辨率2D图像。
在步骤S22中，通过压缩解压缩处理部26进行图像压缩。
在步骤S24中，通过介质I/F52，将立体图像或高分辨率2D图像记录到记录介质54。
在第1实施方式中，在2D拍摄时，必须通过光圈14(光圈)进行缩小。即，通过光圈控制部70对同一场景执行3D拍摄及2D拍摄时，即使被摄体亮度相同，光圈控制部70的光圈状态也切换为分别适于3D拍摄及2D拍摄的光圈状态。现有技术中，来自同一被摄体的光束通过拍摄镜头12的不同光瞳位置、同一被摄体的像在摄像元件16的不同位置成像，因此高分辨率2D图像中产生伪分辨，但在本实施方式中，2D拍摄时通过光圈14(光圈)进行缩小，因此在左右图像之间成像位置靠近，从而消除了伪分辨。并且，在3D拍摄时，开放光圈14，并且根据被摄体亮度控制是否使ND滤镜15为插入状态，因此可在维持立体图像的视差的同时，进行亮度调整。
此外，构成为，在3D拍摄时，对于是插入ND滤镜15的状态、还是缩小光圈14，可通过操作部38的设定输入进行切换。
(第2实施方式)
接着参照图5说明第2实施方式的摄像装置。此外，以下主要说明和第1实施方式不同的事项，对于在第1实施方式中已经说明的事项省略其说明。
在2D拍摄时，本实施方式的光圈控制部70根据通过AF控制部66取得的主要被摄体(对焦后的被摄体)的被摄体距离，来控制是否使ND滤镜15为插入状态。例如，在2D拍摄时，当对焦后的主要被摄体的被摄体距离大于阈值Ts时(主要被摄体较远时)，将光圈14设定为开放状态(光圈值为最小值)，当对焦后的主要被摄体的被摄体距离为阈值Ts以下时(主要被摄体较近时)，使光圈14的光圈值增大至规定值，并且使ND滤镜15为非插入状态。
图7是表示第2实施方式的摄像处理流程的流程图。
步骤S1～S12和第1实施方式相同。
在2D拍摄模式下，在步骤S13a中，光圈控制部70判断通过AF处理部42取得的主要被摄体(对焦后的被摄体)的被摄体距离是否大于阈值Ts。
当被摄体距离为阈值Ts以下时(主要被摄体较近时)，前进到步骤S14；当被摄体距离大于阈值Ts时(主要被摄体较远)时，前进到步骤S15。
步骤S14和第1实施方式相同。即，光圈控制部70通过光圈驱动部34将光圈14的光圈值(F值)设定为规定值以上，并且通过滤镜插拔驱动部33，使ND滤镜15为非插入状态。
在步骤S15中，光圈控制部70通过光圈驱动部34将光圈14设定为开放状态，并且根据被摄体亮度，通过滤镜插拔驱动部33来切换是否使ND滤镜15为插入状态。
步骤S16～S24和第1实施方式相同。
因此，在本实施方式中，当对焦后的被摄体的被摄体距离较大(被摄体较远)时，左图像和右图像中的成像偏移变小，因此在2D拍摄下，也将光圈14设定为开放状态(光圈值为最小值)。缩小光圈时，因衍射而使画质下降，但通过插入ND滤镜15的同时设定为开放状态(光圈值为最小值)，可避免因机械光圈造成的衍射，防止画质下降。并且，可进行将被摄体深度保持一定的拍摄。此外，当被摄体距离较小时，上述伪分辨的影响变大，因此允许衍射，缩小光圈14即可。
此外，以通过AF控制部66伴随AF控制来取得被摄体距离的情况为例进行了说明，但不限于这种情况，例如也可通过距离传感器等直接检测。
(第3实施方式)
接着参照图8说明第3实施方式的摄像装置。此外，以下主要说明和图5及图6所示的第1实施方式不同的事项，对在第1实施方式中已经说明的事项省略其说明。
图8是表示第3实施方式中的摄像装置10的要部的框图。此外，在图7中，对图1及图5所示的构成要素标注相同的附图标记。
拍摄镜头12具有变焦透镜，焦距取得部72取得拍摄镜头12的焦距。
本实施方式的光圈控制部70在2D拍摄时根据通过焦距取得部72取得的拍摄镜头12的焦距，来控制是否使ND滤镜15为插入状态。例如在2D拍摄时，当焦距大于阈值Tz(焦距长)时，使光圈14的光圈值增大至规定值，并使ND滤色镜15为非插入状态；当焦距为阈值Tz以下(焦距短)时，将光圈14设定为开放状态(光圈值为最小值)。
图9是表示第3实施方式的摄像处理的流程的流程图。
步骤S2～S12和第1实施方式相同。
在2D拍摄模式下，在步骤S13b中，判断通过焦距取得部72取得的拍摄镜头12的焦距是否大于阈值Tz。
焦距大于阈值Tz时(焦距较长时)，前进到步骤S14，焦距是阈值Tz以下时(焦距较短时)，前进到步骤S15。
步骤S14～S24和第1实施方式相同。
在本实施方式中，拍摄镜头12的焦距较短时，在左图像和右图像中成像偏移变小，因此在2D拍摄中，也将光圈14设定为开放状态(光圈为最小值)，使用ND滤镜15进行减光。因此，可防止因衍射造成的画质下降。
此外，焦距的取得方式无特别限定。也可以通过直接对拍摄镜头12的变焦透镜的移动进行检测来检测出焦距，也可监视镜头驱动部36中的变焦透镜的驱动信号并求出焦距，还可通过图像处理求出焦距。
(第4实施方式)
接着参照图10说明第4实施方式的摄像装置。此外，以下主要说明和第2实施方式不同的事项，对已经说明的事项省略其说明。
图10是表示第4实施方式中的摄像装置10的要部的框图。此外，在图10中，对图1及图5所示的构成要素标注相同的附图标记。
视差信息取得部74根据通过摄像元件16拍摄取得的3D图像来取得和构成3D图像的多个视点的平面图像(视点图像)间的视差相关的视差信息。视差信息包括视差图(视差分布信息)、根据视差图取得的视差范围等信息。视差范围表示通过摄像元件16获得的3D图像的近侧的最大视差量和远侧的最大视差量之差。
本例的视差信息取得部74检测出所取得的3D图像中左图像(第一2D图像)和右图像(第二平面图像)的特征一致的对应点，计算出检测出的各对应点的左图像和右图像的视差量，制成表示视差量的分布的视差图。并且，本例的视差信息取得部74根据制成的视差图计算出近侧的最大视差量和远侧的最大视差量之差(视差范围)。
在2D拍摄时，本例的光圈控制部70根据通过AF控制部66取得的主要被摄体(对焦后的被摄体)的被摄体距离及通过视差信息取得部74取得的视差范围，来控制是否开放光圈14。此外，本发明不限于根据被摄体距离和视差范围两者来切换光圈14的开放/非开放的情况，也包括仅根据视差范围切换光圈14的开放/非开放的情况。
例如，在2D拍摄时，当视差范围小于阈值TR时(判定为视差范围较小时)，将光圈14设定为开放状态(光圈值为最小值)；当视差范围为阈值TR以上时(判定为视差范围较大时)，将光圈14的光圈值增大到规定值。
图11是表示第4实施方式的摄像处理的流程的流程图。
在步骤S32中，视差信息取得部74根据构成由摄像元件16拍摄获得的3D图像的多个视点的2D图像，制成包括视差图及视差范围在内的视差信息。在本例中，根据通过操作部38(例如利用快门按钮)输入拍摄指示前作为立体图像拍摄的取景图像(实时取景图像)，计算出视差范围。此外，在拍摄取景图像时，光圈控制部70将光圈14设定为开放状态。这样一来，可切实取得视差信息。并且，取景图像的分辨率可低于记录介质54中记录的立体图像(记录图像)。这样一来，可减轻摄像装置10的处理负担。
步骤S2～S12及13a和第2实施方式相同。
在步骤S13a中，2D拍摄模式下被摄体距离为阈值Ts以下时(主要被摄体较近时)，前进到步骤S34；当被摄体距离大于阈值Ts时(主要被摄体较远时)，前进到步骤S15。
在步骤S34中，将视差范围与阈值TR相比较，当视差范围小于TR时(判定为视差范围较小时)，将光圈14设定为开放状态(光圈值为最小值)(步骤S15)，当视差范围是阈值TR以上时(判定为视差范围较大时)，光圈控制部70通过光圈驱动部34将光圈14的光圈值(F值)设定为规定值以上(步骤S14)。即，和相同被摄体亮度的3D拍摄相比，缩小光圈14。
此外，步骤S15～S24和第2实施方式相同。
(第5实施方式)
接着参照图12～图18说明第5实施方式的摄像装置。此外，以下对已经说明的事项省略其说明。
图12是表示第5实施方式中的摄像装置10的要部的框图。此外，在对和图1所示的摄像装置10相同的构成要素标注相同的附图标记。
在本实施方式中，如图13所示，在光圈14的背部设置下述液晶快门115。因此，按照拍摄镜头12、光圈14及液晶快门115的顺序通过并入射到摄像元件16的受光面的被摄体光像所对应的摄像图像信号，通过图12所示的A/D变换器20被变换为数字数据。
液晶快门115通过对液晶分子施加电压或去除电压，引起液晶分子的排列变化，从而进行光的透过、截断。从光轴方向K(图12的13)观察时，液晶快门115的液晶层是覆盖光圈14开口最大时的开口14a的大小即可。
液晶快门115可在液晶层的任意位置形成：通过了光圈14的光可透过的透过区域；及通过了光圈14不可透过的非透过区域。
液晶快门15和光圈14靠近(理想情况是接触)地配置，如图13所示，通过液晶快门115上形成的非透过区域115a，开口14a的一部分(和非透过区域115a基本相同面积的区域)变为被完全遮挡的状态。
CPU40上连接有液晶快门驱动部131。液晶快门驱动部131根据来自CPU40的指示进行液晶快门115的驱动控制。
在本实施方式的摄像装置10中，在3D拍摄模式时，通过CPU40的控制，液晶快门驱动部131将用于遮挡开口14a的一部分的非透过区域115a形成在液晶快门115上，使得将从光轴方向观察时的开口14a在水平方向X上平均地二等分。
在此详细说明构成成对像素的一个像素和另一个像素的入射角灵敏度特性(入射到像素的光的各入射角的灵敏度特性)。
图14是表示构成摄像元件16的成对像素的2个像素的入射角灵敏度特性的图。在图14中，附图标记TL表示的是主像素PDa组(以下也称为“A组”)的入射角灵敏度特性，附图标记TR表示的是副像素PDb组(以下也称为“B组”)的入射角灵敏度特性。附图标记T1表示的例如是在图4B所示的相位差像素中，使微型透镜L的中心和遮光部件开口16B的中心一致的虚拟的像素入射角灵敏度特性。
在图14中，横轴表示入射角，纵轴表示灵敏度。入射角在光和像素上方的微型透镜L的中心垂直地入射时为0°，入射到该中心的光线越是向水平方向(成对像素的光瞳分割方向)倾斜，其角度越大。具体而言，入射到微型透镜L的中心的光线向水平方向右侧倾斜时，图14的横轴的右侧的数值增加；该光线向水平方向左侧倾斜时，图14的横轴的左侧的数值增加。
如图14所示，构成摄像元件16的成对像素的2个像素的入射角灵敏度特性基本是同一形状，且各自的灵敏度的峰值位置位于以均等距离离开纵轴的位置。即，构成成对像素的2个像素的入射角灵敏度特性相对纵轴(入射角为0°时的灵敏度的轴)处于线对称的关系。并且，构成成对像素的2个像素的入射角灵敏度特性中，具有一个像素的灵敏度的入射角范围和具有另一个像素的灵敏度的入射角范围具有重叠范围(图14中的附图标记T2所示的范围)。
图14所示的波形TR和横轴所包围的范围相当于通过拍摄光学系统的第一光瞳区域的光量，被波形TL和横轴包围的范围相当于通过拍摄光学系统的第二光瞳区域的光量，被波形T1和横轴包围的范围相当于通过包括拍摄光学系统的第一光瞳区域和第二光瞳区域的第三光瞳区域的光量。即，构成成对像素的2个像素被光瞳分割，以接受通过拍摄光学系统的各个不同的光瞳区域的光。并且，构成成对像素的2个像素各自接受的光所通过的光瞳区域被以在光轴附近彼此具有重叠范围的方式进行光瞳分割。
为了在A组摄像图像信号和B组摄像图像信号中获得良好的视差，优选使图14所示的重叠范围T2为零，在成对像素的一个像素和另一个像素中将入射角灵敏度特性完全分离。但是，为了使重叠范围T2变为零，在构成成对像素的二个像素间需要增大遮光部件开口的间隔(下述图26的133a和133b之间的间隔)的水平方向X的距离，为了实现这一点，需要减小遮光部件开口16B(图26的遮光部件开口133a、133b)。其结果是，使重叠范围T2为零时的成对像素的入射角灵敏度特性TR、TL变为图15所示的情况，和图14相比，成对像素的灵敏度下降。
即，本实施方式的摄像元件16存在如下问题：要提高灵敏度时难以获得良好的视差，相反，要获得良好的视差时灵敏度下降。
因此，本实施方式的摄像装置10中，摄像元件16具有灵敏度比视差优先的图14所示的入射角灵敏度特性，设置在摄像元件16和光圈14之间的液晶快门115限制入射到摄像元件16的光，从而使得即使是图14所示的入射角灵敏度特性时也可获得良好的视差。
通过形成非透过区域115a(遮挡区域)，成对像素的入射角灵敏度特性TR、TL变为图16所示的情况。
在图16中，附图标记T3所示的范围是通过非透过区域115a无法再获得灵敏度的入射角范围。如果使该入射角范围的横轴方向的宽度与图14所示的重叠范围T2的横轴方向的宽度相同，则可去除重叠范围T2，将成对像素的入射角灵敏度特性完全分离。因此，设定非透过区域115a的水平方向x的宽度，以获得该范围T3。
这样一来，通过形成非透过区域115a，可在使各像素的灵敏度高于图15所示的例子的同时，在A组和B组中将入射角灵敏度特性完全分离。并且，该分离程度比图15所示的情况大。因此，可实现同时兼顾良好视差和高灵敏度的立体摄像。
回到图12进行说明，本实施方式的光圈控制部70在3D拍摄时经由液晶快门驱动部131控制液晶快门115，设定为通过液晶快门115遮挡光圈14的开口14a的一部分(中央部)的遮挡状态(非透过状态)。并且，光圈控制部70在3D拍摄时根据通过AE控制部64取得的被摄体亮度经由液晶快门驱动部131控制液晶快门115，控制光圈14的开口14a的遮挡区域(非透过区域)的大小(宽度)。并且，本例的光圈控制部70在3D拍摄时经由光圈驱动部34控制光圈14，将光圈14设定为开放状态(光圈值为最小值)。
并且，本实施方式的光圈控制部70在2D拍摄时经由液晶快门驱动部131控制液晶快门115，设定为不由液晶快门115遮挡光圈14的开口14a的非遮挡状态(透过状态)。并且，光圈控制部70在2D拍摄时经由光圈驱动部34控制光圈14，使光圈14的光圈值大于3D拍摄时的光圈值。
图17是表示图12所示的摄像装置10的摄像处理示例的流程的流程图。该处理通过CPU40按照程序来执行。此外，说明在动作开始前液晶快门115整个面为透过状态的情况。
步骤S2～S6及S14和第1实施方式相同。
在3D拍摄模式下，在步骤S6后，CPU40经由液晶快门驱动部131在液晶快门115上形成非透过区域115a(步骤S42)。该非透过区域115a的水平方向X的宽度设定为和在步骤S2中取得的被摄体亮度对应的宽度。
步骤S16～S24和第1实施方式相同。
在2D拍摄模式下，CPU40使液晶快门115的整个面为非遮挡状态(透过状态)的情况下，根据确定的F值、快门速度、聚焦位置通过摄像元件16进行主摄像(步骤S16～S24)。即，在通过1次摄像记录1张2D图像的2D模式(平面拍摄)时，液晶快门驱动部131在液晶快门115上不形成非透过区域115a地进行摄像。
此外，图14所示的重叠范围T2是被摄体亮度为任意值时的范围，如被摄体亮度发生变化，则入射到摄像元件16的光量的最佳值也变化。因此，液晶快门驱动部131优选对应被摄体亮度来变更在液晶快门115上形成的非透过区域115a的水平方向X上的宽度。
例如，当被摄体亮度较小时，如图18A所示，减小非透过区域115a的水平方向X的宽度L；当被摄体亮度较大时，如图18B所示，增大非透过区域115a的水平方向X的宽度L。即，液晶快门驱动部131在被摄体亮度越大时则越增大非透过区域115a的水平方向X的宽度L。
这样一来，可不取决于被摄体亮度地始终获得良好的亮度的图像。
此外，在3D拍摄模式时，液晶快门115上形成的非透过区域115a的水平方向X的宽度L也可对应被摄体亮度以外的信息进行变化。例如，也可对应拍摄距离(被摄体距离)来确定非透过区域115a的宽度。或者拍摄镜头12在焦距可变时可还对应该焦距来确定非透过区域115a的宽度。
拍摄无限远的远景的风景图像时，成对像素中的灵敏度特性难以分离，拍摄近景图像时，成对像素中灵敏度特性易于分离。因此，当拍摄距离较近时，优先灵敏度，减小非透过区域115a的宽度变得有效。另一方面，当拍摄距离较远时，优先视差，增大非透过区域115a的宽度变得有效。如上所述，液晶快门驱动部131优选拍摄距离越远则越增大非透过区域115a的宽度。
并且，当焦距较短时，成对像素中灵敏度特性难以分离，焦距较长时，成对像素中灵敏度特性易于分离。因此，当焦距较长时，优先灵敏度，减小非透过区域115a的宽度变得有效。另一方面，当焦距较短时，优先视差，增大非透过区域115a的宽度变得有效。如上所述，液晶快门驱动部131优选焦距越短则越增大非透过区域115a的宽度。
并且，也可对应拍摄场景来确定非透过区域115a的水平方向X的宽度。
在夜景等较暗的场景(被摄体的亮度为阈值以下的场景)中，要求高灵敏度，因此优先灵敏度(减小非透过区域115a的宽度)，这以外的场景中优先视差(增大非透过区域115a的宽度)，从而可对应拍摄场景获得最佳画质。
并且，在本实施方式中，3D拍摄时优选将光圈14设定为开放状态，但如果在3D拍摄时缩小光圈14、且光圈值较大时，也可减小非透过区域115a的水平方向X的宽度L。即，液晶快门驱动部131在光圈值越大时，越减小非透过区域115a的水平方向X的宽度L。这种情况下，被摄体亮度越大，则越增大非透过区域115a的水平方向X的宽度L。
此外，在较暗的场景中，优选使非透过区域115a的宽度为零，以实现高灵敏度。
非透过区域115a的水平方向X的宽度可仅对应被摄体距离来确定，也可考虑拍摄距离、焦距、拍摄场景中的任意一个或其组合来确定。
例如，可对应拍摄距离或焦距以不存在重叠范围T3的方式设定了非透过区域115a的宽度后，对应被摄体亮度调节非透过区域115a的宽度。或者按照被摄体亮度和拍摄距离或焦距的各个组合来存储非透过区域115a的宽度，当组合确定时，设定为与该组合对应的宽度。被摄体亮度也可对应拍摄场景来确定。
此外，2D拍摄时的处理可如同第2实施方式～第4实施方式中所说明的那样进行。图19表示在2D拍摄时进行和第2实施方式一样的处理(尤其是步骤S13a～S15)的第6实施方式中的拍摄处理示例的流程。图20表示在2D拍摄时进行和第3实施方式一样的处理(尤其是步骤S13b～S15)的第7实施方式中的拍摄处理示例的流程。图21表示在2D拍摄时进行和第4实施方式一样的处理(尤其是步骤S13a、S34、S14、S15)的第8实施方式中的拍摄处理示例的流程。第6实施方式到第8实施方式中，步骤S42进行和第5实施方式相同的处理。
(拍摄模式设定处理)
图22是表示在第1实施方式至第8实施方式中通用的拍摄模式设定处理流程的流程图。该处理由拍摄模式设定控制部62执行。
电源接通时，摄像装置10变为待机状态(步骤S51)。在待机状态下，通过操作部38接受拍摄模式的选择指示操作。
接受了选择指示操作后，判断所选择指示的拍摄模式是2D拍摄模式还是3D拍摄模式(步骤S52)。
当选择指示的是3D拍摄模式时，设定3D拍摄模式(步骤S53)。
当选择指示的是2D拍摄模式时，判断是否大于记录像素数(摄像元件16的有效像素数/2)(步骤S54)。当记录像素数较大时，设定高分辨率2D拍摄模式(步骤S55)，否则设定低分辨率(像素相加)2D拍摄模式(步骤S56)。在像素相加2D拍摄模式中，将进行记录的2D图像的分辨率例如设定为高分辨率2D拍摄模式的1/2。
在3D拍摄模式中，对左图像及右图像分别进行通常的拜耳处理。
在像素相加2D拍摄模式处理中，对全部像素进行相加平均处理，抑制因视差引起的图形噪声的发生。
在本例中，具有生成高分辨率平面(2D)图像的高分辨率2D拍摄模式、生成分辨率比高分辨率平面图像低的像素相加平面(2D)图像的低分辨率(像素相加)2D拍摄模式及生成3D图像(立体图像)的3D拍摄模式，当设定了高分辨率2D拍摄模式时，生成高分辨率平面图像。
本发明不限于图22所示的情况，也可具有生成高分辨率平面图像的2D图像拍摄模式及生成3D图像的3D拍摄模式，当设定为2D拍摄模式时，可生成高分辨率平面图像。
图23是通过摄像元件16拍摄低分辨率(像素相加)2D图像时的说明图。在像素相加2D拍摄模式中，对A组和B组的成对的同色2个像素的摄像信号进行像素相加，并从摄像元件16输出。
将图23中的椭圆所示的成对像素的信号电荷通过摄像元件16进行像素相加(将信号电荷彼此相加)后，变换为摄像信号并输出，从而可获得个数与像素对的总数相同的相当于将成对像素的摄像信号彼此进行相加后的摄像信号，可处理作为这些摄像信号的集合的摄像图像信号，获得2D摄像图像数据。
或者是，读出A组的全部像素的摄像图像信号，读出B组的全部像素的摄像图像信号，通过数字信号处理部24(图像处理部)进行由成对像素获得的摄像信号的像素相加(将摄像信号彼此相加)，处理像素相加后的摄像图像信号，可获得2D的摄像图像数据。
A组的摄像图像信号和B组的摄像图像信号中，左右的模糊图像的位置在A组和B组中偏移，因此将它们直接作为2D图像显示时，会产生伪分辨(双重图像)。但是，在像本实施方式一样进行像素相加(包括在摄像元件16内在信号电荷的状态下进行相加的情况和在数字信号处理部24(图像处理部)内在摄像信号的状态下进行相加的情况)时，模糊部分通过相加合成，成为没有A组、B组像素区别的一张图像，可取得高质量的2D图像。
并且，在低分辨率2D拍摄模式中，液晶快门115的整个面变为透过区域，因此成对像素的像素相加后的入射角度灵敏度特性变为图13的附图标记T4所示，散焦图像不分离，可取得高质量的2D图像。
(摄像元件的变化)
接着说明摄像元件16的各种变化。
首先进一步说明图2所示的摄像元件16。
图25是仅记载了图2A的各像素PDa、PDb上层叠的滤色镜的排列的图。图25所示的“R”、“r”、“G”、“g”、“B”、“b”表示滤色镜的颜色(R、r＝红，G、g＝绿，B、b＝蓝)。R、r无颜色区别，G、g和B、b也同样。在该摄像元件16中，在位于奇数行的像素行的所有主像素PDa(以下称为“A组”)的上方，RGB的滤色镜呈拜耳排列；在位于偶数行的像素行的所有主像素PDb(以下称为“B组”)的上方，rgb的滤色镜呈拜耳排列。在图25所示的摄像元件16中，在同一面上平均地混合设置的A组像素和B组像素中，各像素1对1地对应设置，因此A组像素数、B组像素数相同。在滤色镜上(各像素133上)分别层叠有微型透镜，并且在各像素133的受光面的上部(滤色镜下)设置遮光部件开口(图4B的16B)，但这些在图25中被省略了图示。
图26是表示位于各像素上方的微型透镜(圆形)138和遮光部件开口之间的位置关系的图。在A组的像素中，相对于微型透镜138(图4B的L)，使遮光部件开口133a(图4B的16B)相对微型透镜中心向左侧(从被摄体侧观察摄像元件16时)偏心地设置。并且，在B组像素中，相对于微型透镜138，使遮光部件开口133b相对微型透镜中心向右侧偏心地设置。
A组和B组如下配置：以像素间距的1/2在垂直方向Y及水平方向X上互相错开，因而同色像素(R和r、G和g、B和b)斜向相邻。将斜向上最相邻的同色2个像素作为成对像素时，成对像素的一个遮光部件开口133a向左侧偏心，另一个遮光部件开口133b向右侧偏心。因此，构成成对像素的一个像素和另一个像素中，遮光部件开口相对于微型透镜138的中心彼此向相反方向错开，因此限制为：通过拍摄光学系统入射的来自同一被摄体的光的入射角彼此为相反方向。其结果是，使用摄像元件16拍摄被摄体时，通过遮光部件开口133a受光的A组摄像图像信号由右眼观察被摄体，通过遮光部件开口133b受光的B组摄像图像信号由左眼观察被摄体，在A组的摄像图像信号和B组的摄像图像信号之间产生视差。
被摄体中A组像素和B组像素对焦的部分在同一位置变为对焦状态，分别成像在A组像素、B组像素上。被摄体中未变为对焦状态的部分，在A组像素(右眼图像)和B组像素(左眼图像)中在左右偏移的位置上形成模糊图像。该模糊图像对应被摄体距离与对焦距离之差作为左右的偏移量(视差)进行变化，因此通过将A组的摄像图像信号和B组的摄像图像信号作为左右的摄像图像信号，可以以单一的拍摄光学系统和单一的摄像元件进行立体图像的摄像。
重放立体图像时，图12的数字信号处理部24(图像处理部)根据A组摄像图像信号生成1张右眼用摄像图像数据，保存到记录介质54(存储卡)，并且在LCD30(显示部)上显示右眼用摄像图像数据，根据B组摄像图像信号生成1张左眼用摄像图像数据，保存到记录介质54(存储卡)，并且在LCD30(显示部)上显示左眼用摄像图像数据，将被摄体的立体图像显示到LCD30(显示部)。
并且，在实施方式的摄像元件16中，采用图25的滤色镜排列，因此对A组摄像图像信号和B组摄像图像信号进行像素相加后的2D摄像图像信号的颜色排列变为拜耳排列，可利用已有的拜耳排列用的图像处理技术，图像处理变得容易。
在图25说明的实施方式中，是奇数行的像素相对于偶数行的像素逐一偏移1/2像素间距的像素排列(所谓蜂巢型像素排列)，但像素排列也可是正方型排列。
图27表示下述摄像元件16：为了在像素相加的平面图像中进一步降低双重图像的产生(伪分辨的产生)，在A组和B组中具有使像素的受光区域重叠的像素排列。该摄像元件16中，A组(第1像素组)及B组(第2像素且)分别在平面视图中在X方向和与其正交的Y方向二维排列，A组像素和B组像素在Y方向上使受光区域133a、133b以交错状且重叠地配置。
也可是图28A或图28B示意性表示的排列的一部分的正方型排列。具体而言，是作为偶数列整体的像素排列(主像素排列)及作为奇数列整体的像素排列(副像素排列)均是正方型排列的、双正方型排列。在图28A及图28B中，R、G、B分别是具有红、绿、蓝的滤镜的摄像像素，由彼此相邻的R－R、G－G、B－B的二个像素(即接近的同色像素)构成像素对。由像素对中的一个像素信号构成左图像的像素，由另一个像素信号构成右图像的像素。
图29表示在正方型排列的摄像元件16中在A组和B组中使像素的受光区域重叠的像素排列的情况。在图29所示的情况下，和图27所示的情况一样，A组及B组分别在平面视图中在X方向和与其正交的Y方向上二维排列，A组像素和B组像素在Y方向上使受光区域133a、133b以交错状且重叠地配置。
并且，在上述实施方式中，如图26所示，通过使成对像素的遮光部件开口彼此向左右的相反方向偏心，而对成对像素进行光瞳分割，获得具有视差的2个摄像图像信号。但是，即使不使遮光部件开口偏心也可实现光瞳分割。例如，使成对像素的遮光部件的开口在各像素的整个受光面上开口。进一步，也可对成对像素安装椭圆形的一个微型透镜，来自同一被摄体的入射角不同的入射光(通过了拍摄光学系统的不同光瞳区域的光)分别入射到各个成对像素。
并且，液晶快门115上形成的遮光区域(非透过区域)可根据是横拍还是纵拍而使形成的方向不同。
例如，采用像素排列的一部分如图30所示的摄像元件16，在横拍时，如图31A所示，在液晶快门115上形成非透过区域115a，在纵拍时，如图31B所示，在液晶快门115上形成非透过区域115a。并且，也可如图32所示，在液晶快门115上形成非透过区域115a。
此外，在本发明中，光瞳分割的方式不特别限定于使用图3～图4所示的光瞳分割用的遮光部件16A的方式。例如，可以是根据微型透镜L及光电二极管PD中的至少一个的配置、形状进行光瞳分割的方式，也可是通过机械光圈14进行光瞳分割的方式。还可是除此以外的其他方式。
并且，摄像元件16不限于CCD摄像元件。例如也可是CMOS摄像元件。
并且，在上述实施方式中，用于判断的规定值例如根据监视器大小(显示画面的大小)、监视器分辨率(显示画面的分辨率)、观察距离(观察显示画面的距离)、用户的立体视图融合界限(有个人差异)等计算条件，由CPU40计算出。这些计算条件的设定可以是用户设定及自动设定中的任意一种。当是用户设定时，通过操作部38进行设定操作，其设定内容被存储到EEPROM56中。监视器大小及监视器分辨率(显示画面的分辨率)可从监视器(图1的LCD30)等自动取得信息。并且，对于用户未设定的计算条件(或者未自动取得的计算条件)，可适用标准的条件。
并且，当光瞳分割使用图2～图4所示的摄像元件16(主像素和副像素彼此接近地配置的构造)时，无特别限定。#例如如图35所示，将通过了主透镜1及中继透镜2的左右不同区域的光束通过反射镜4进行光瞳分割，分别经由成像透镜5、6在摄像元件7、8上成像。即，可以是具有第1像素组的第1摄像元件7及具有第2像素组的第2摄像元件8的摄像装置，上述第1像素组分别接受通过光学部件(反射镜4)被光瞳分割的光束。本发明也可适用于图35所示的构成。
并且，说明了将电荷耦合元件(CCD)作为信号读出电路的摄像元件16，但也可适用信号读出电路使用CMOS等晶体管电路的摄像元件。
本发明不限于在本说明书中说明的示例、附图所示的示例，在不脱离本发明主旨的范围内当然可进行各种设计变更、改良。
在本发明书中，为易于理解发明，分为多种实施方式进行了说明，但本发明不限于单独实施它们的情况，也包括组合多个实施方式并实施的情况。

Claims (33)

1.一种摄像装置，具备单一的拍摄光学系统和具有对通过了上述单一拍摄光学系统的不同区域的光束分别进行光电变换的第1像素组及第2像素组的摄像元件，并能够执行：立体拍摄，从上述第1像素组及上述第2像素组作为立体图像而生成第1图像及第2图像；及平面拍摄，从上述第1像素组及上述第2像素组作为平面图像而生成第3图像，其特征在于具有：
减光单元，能够减少从上述拍摄光学系统入射到上述摄像元件的光量；
光圈，配置在入射到上述摄像元件的光束所通过的光路中；
被摄体亮度取得单元，取得被摄体亮度；及
控制单元，在上述立体拍摄时，根据通过上述被摄体亮度取得单元取得的上述被摄体亮度，控制是否通过上述减光单元减少到达上述摄像元件的光量；在上述平面拍摄时，使上述光圈的光圈值大于上述立体拍摄时的光圈值。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述第1像素组和上述第2像素组由二维排列的受光元件构成，
在上述摄像元件上，上述第1像素组的各像素和上述第2像素组的各像素彼此相邻地配置。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
具有对通过了上述拍摄光学系统的光束进行分割的光学部件，
上述摄像元件由分别接受通过上述光学部件进行光瞳分割后的光束的具有上述第1像素组的第1摄像元件和具有上述第2像素组的第2摄像元件构成。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述控制单元在上述立体拍摄时将上述光圈设定为开放状态，在上述平面拍摄时使上述光圈比上述开放状态缩小。
5.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，
上述减光单元是能够插入到供入射于上述摄像元件的光束通过的光路中的减光镜，
上述控制单元在上述立体拍摄时根据通过上述被摄体亮度取得单元取得的上述被摄体亮度来控制是否设定成将上述减光镜插入到上述光路中的插入状态。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，在上述立体拍摄时，在上述被摄体亮度大于阈值的情况下，上述控制单元使上述减光镜为插入状态，在上述被摄体亮度为阈值以下的情况下，上述控制单元使上述减光镜为非插入状态。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
上述减光单元是遮挡上述光圈的开口的一部分的遮挡部，该遮挡部遮挡上述光圈的开口的一部分，以将从光轴方向上看到的上述光圈的开口在上述摄像元件的水平方向及垂直方向的至少一个方向上平均地二等分，
上述控制单元控制上述遮挡部，在上述立体拍摄时设定为通过上述遮挡部遮挡上述光圈的开口的至少一部分的遮挡状态，在上述平面拍摄时设定为不通过上述遮挡部遮挡上述光圈的开口的非遮挡状态。
8.根据权利要求7所述的摄像装置，其特征在于，上述控制单元在上述立体拍摄时根据通过上述被摄体亮度取得单元取得的上述被摄体亮度来变更由上述遮挡部遮挡的上述光圈的开口的遮挡区域大小。
9.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，
具有取得被摄体距离的被摄体距离取得单元，
上述控制单元在上述平面拍摄时根据通过上述被摄体距离取得单元取得的上述被摄体距离来控制是否使上述光圈为开放状态。
10.根据权利要求9所述的摄像装置，其特征在于，在上述平面拍摄时，在上述被摄体距离大于阈值的情况下，上述控制单元使上述光圈为开放状态。
11.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，
具有取得上述拍摄光学系统的焦距的焦距取得单元，
上述控制单元在上述平面拍摄时根据通过上述焦距取得单元取得的上述焦距来控制是否使上述光圈为开放状态。
12.根据权利要求11所述的摄像装置，其特征在于，在上述平面拍摄时，在上述焦距小于阈值的情况下，上述控制单元使上述光圈为开放状态。
13.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
具有视差信息取得单元，计算出通过上述摄像元件获得的构成立体图像的上述第1平面图像和上述第2平面图像之间的视差量，并且取得表示上述立体图像中的近侧的最大视差量与远侧的最大视差量之差的视差范围，
上述控制单元在上述平面拍摄时根据通过上述视差信息取得单元取得的上述视差范围来控制是否使上述光圈为开放状态。
14.根据权利要求13所述的摄像装置，其特征在于，在上述平面拍摄时，在所取得的上述视差范围小于阈值的情况下，使上述光圈为开放状态，在所取得的上述视差范围为阈值以上的情况下，使上述光圈的光圈值大于立体拍摄时的光圈值。
15.根据权利要求13或14所述的摄像装置，其特征在于，
具有接受拍摄指示的输入的指示输入单元，
上述视差信息取得单元根据在向上述指示输入单元输入拍摄指示之前由上述摄像元件所拍摄的立体图像来计算出上述视差范围。
16.根据权利要求15所述的摄像装置，其特征在于，在输入上述拍摄指示之前的拍摄时，上述控制单元使上述光圈为开放状态。
17.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，
在上述平面拍摄时，在使上述光圈为开放状态的情况下，上述控制单元根据通过上述被摄体亮度取得单元取得的上述被摄体亮度来切换是否利用上述减光单元进行减光。
18.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，在上述平面拍摄时，合成上述第1平面图像及第2平面图像，取得分辨率比上述第1及第2平面图像高的一张高分辨率平面图像。
19.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其特征在于，在上述平面拍摄时，对上述第1平面图像和第2平面图像中成对的两个同色像素的摄像信号进行相加，取得分辨率和上述第1及第2平面图像相同的一张平面图像。
20.根据权利要求19所述的摄像装置，其特征在于，上述摄像元件中，上述第1像素组及第2像素组分别在平面视图中在第1方向和与第1方向正交的第2方向上二维排列，从上述第1及第2方向中的至少一个方向观察时，在上述第1像素组的像素和与该第1像素组的像素分离地对应的上述第2像素组的像素重叠配置，使得受光区域的一部分看上去重叠。
21.一种摄像方法，使用单一的拍摄光学系统、具有对通过了上述单一拍摄光学系统的不同区域的光束分别进行光电变换的第1像素组及第2像素组的摄像元件、能够减少从上述拍摄光学系统入射到上述摄像元件的光量的减光单元及配置在入射到上述摄像元件的光束所通过的光路中的光圈，能够执行以下拍摄：立体拍摄，从上述第1像素组及上述第2像素组作为立体图像而生成第1图像及第2图像；及平面拍摄，从上述第1像素组及上述第2像素组作为平面图像而生成第3图像，
所述摄像方法的特征在于：
取得被摄体亮度，
在上述立体拍摄时，根据取得的上述被摄体亮度控制是否通过上述减光单元减少到达上述摄像元件的光量；在上述平面拍摄时，使上述光圈的光圈值大于上述立体拍摄时的光圈值。
22.根据权利要求21所述的摄像方法，其特征在于，在上述立体拍摄时，将上述光圈设定为开放状态；在上述平面拍摄时，使上述光圈比上述开放状态缩小。
23.根据权利要求21或22所述的摄像方法，其特征在于，
上述减光单元是能够插入到供入射于上述摄像元件的光束通过的光路中的减光镜，
在上述立体拍摄时，根据所取得的上述被摄体亮度控制是否设定成将上述减光镜插入到上述光路中的插入状态。
24.根据权利要求23所述的摄像方法，其特征在于，在上述立体拍摄时，在上述被摄体亮度大于阈值的情况下使上述减光镜为插入状态，在上述被摄体亮度为阈值以下的情况下使上述减光镜为非插入状态。
25.根据权利要求21或22所述的摄像方法，其特征在于，
上述减光单元由遮挡上述光圈的开口的一部分的遮挡部构成，该遮挡部遮挡上述光圈的开口的一部分，以将从光轴方向上看到的上述光圈的开口在上述摄像元件的水平方向及垂直方向的至少一个方向上平均地二等分，
在上述立体拍摄时，设定为通过上述遮挡部遮挡上述光圈的开口的至少一部分的遮挡状态；在上述平面拍摄时，设定为不通过上述遮挡部遮挡上述光圈的开口的非遮挡状态。
26.根据权利要求25所述的摄像方法，其特征在于，在上述立体拍摄时，根据取得的上述被摄体亮度来变更由上述遮挡部遮挡的上述光圈的开口的遮挡区域大小。
27.根据权利要求21或22所述的摄像方法，其特征在于，取得被摄体距离，在上述平面拍摄时根据取得的上述被摄体距离控制是否使上述光圈为开放状态。
28.根据权利要求27所述的摄像方法，其特征在于，在上述平面拍摄时，在上述被摄体距离大于阈值的情况下使上述光圈为开放状态。
29.根据权利要求21或22所述的摄像方法，其特征在于，取得上述拍摄光学系统的焦距，在上述平面拍摄时根据取得的上述焦距控制是否使上述光圈为开放状态。
30.根据权利要求29所述的摄像方法，其特征在于，在上述平面拍摄时，在取得的上述焦距小于阈值的情况下使上述光圈为开放状态。
31.根据权利要求21或22所述的摄像方法，其特征在于，
计算出通过上述摄像元件获得的构成立体图像的上述第1平面图像和上述第2平面图像之间的视差量，并且取得表示近侧的视差量最大值与远侧的视差量最大值之间的范围的视差范围，
在上述平面拍摄时，根据取得的上述视差范围控制是否使上述光圈为开放状态。
32.根据权利要求31所述的摄像方法，其特征在于，在上述平面拍摄时，在取得的上述视差范围小于阈值的情况下使上述光圈为开放状态。
33.根据权利要求21或22所述的摄像方法，其特征在于，在上述平面拍摄时，在使上述光圈为开放状态的情况下，根据取得的上述被摄体亮度切换是否利用上述减光单元进行减光。
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