JP2011215498A

JP2011215498A - 撮像装置

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Publication number: JP2011215498A
Application number: JP2010085491A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takada; 将弘高田; Kengo Hayasaka; 健吾早坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-27
Also published as: CN102215409A; US20120076484A1; US8625981B2

Abstract

【課題】複数の視点画像を取得する際に、各視点画像間の視差量の変化を抑制しつつ光量調節を行うことが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置１は、撮像レンズ１０ａ，１０ｂと、Ｘ軸方向に沿って配列した領域ＳＬ，ＳＲを有し、領域ＳＬ，ＳＲ毎に開閉を切り替え可能なシャッター１１と、光量調節のための絞り１２と、シャッター１１および絞り１２を駆動するシャッター・絞り駆動部１４とを備えている。シャッター・絞り駆動部１４は、シャッター１１の領域ＳＬを開状態、領域ＳＲを閉状態とし、領域ＳＬの通過光束が、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向に沿って多く絞られるように、絞り１２を駆動する。Ｘ軸方向、即ちシャッターの領域ＳＬ，ＳＲの配列方向における開領域としての領域ＳＬの寸法が変化しにくくなり、各視点画像間において画像のずれ量の変化が抑制される。
【選択図】図１３

Description

本発明は、例えば立体視用の視点画像の取得に好適な撮像装置に関する。

従来、様々な撮像装置が提案され、開発されている。例えば、撮像レンズ、液晶シャッター、撮像素子および画像処理部を備えた撮像装置において、液晶シャッターが、左右２つの領域に分割され、その領域毎に開閉を切り替え可能にしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、撮像素子では、液晶シャッターの左右どちらかの領域を通過した光に基づく撮像データが得られ、画像処理部では、その撮像データに基づいて左視点画像および右視点画像が得られる。これら左右の視点画像は、液晶シャッターの異なる領域をそれぞれ通過した光に基づくものであるから、互いに視差を持つ画像である。このような左右の視点画像を、所定の表示手法を用いて右眼と左眼で別々に観察できるように表示することで立体視を実現できる。

立体視を実現するための手法としては、例えば、所定の偏光フィルタを貼り合わせたディスプレイを用いて、同一画面内の垂直走査線に交互に各視点画像を表示させる偏光方式や、各視点画像を時分割で切り替えて表示するフィールドシーケンシャル方式がある。また、互いに異なる偏光の画像光を出射可能な２台のプロジェクタを用いて、各プロジェクタから左右どちらかの視点画像を同一照射面に向けて投射するようにしたプロジェクタ方式等がある。偏光方式およびプロジェクタ方式では、左右で互いに異なる偏光を透過させるようにした偏光眼鏡、フィールドシーケンシャル方式では、各視点画像の表示タイミングに同期して左右の開閉を切り替え可能なシャッター眼鏡がそれぞれ使用されることで、立体視を実現できる。そして、この際の立体感は、左右の視点画像間の画像のずれ量（視差量）に応じて変化する。

特開２００１−６１１６５号公報

畑田豊彦，坂田晴夫，日下秀夫，："画面サイズによる方向感覚誘導効果‐大画面による臨場感の基礎実験‐"，テレビジョン学会誌，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．５，ｐｐ．４０７-４１３（１９７９）

ところで、上記のような撮像装置では、撮像光学系に開口絞りが設けられている。この開口絞りにおける開口の形状は、円形またはそれと近似できる多角形であることが多い。上記のようなシャッターの領域分割によって左右の視点画像を取得する場合には、各視点画像間の視差量は、開口サイズ（半径）に影響を受ける。

他方、光量調節や像側の焦点深度（物体側では、被写界深度）の調節を行うために、そのような開口絞りの開口サイズを可変とすることがある。

しかしながら、上記のような視点画像を取得するための撮像装置において、開口サイズを変更すると、各視点画像間の視差量が開口サイズに影響を受けることから、視差量までもが変化してしまう。例えば、光量を減らすために開口サイズを小さくした場合には、視差量が小さくなり、それに伴って立体感が薄れる（奥行きのない２次元的な映像表示に近づく）。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の視点画像を取得する際に、各視点画像間の視差量の変化を抑制しつつ光量調節を行うことが可能な撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、撮像レンズと、第１の方向に沿った複数の領域におけるその領域毎に開閉を切り替え可能なシャッターと、光量調節のための絞りと、シャッターおよび絞りを駆動する駆動部とを備えたものである。駆動部は、シャッターの一の領域を開領域とすると共に他の領域を閉状態に制御し、開領域の通過光束が、第１の方向よりも、この第１の方向に直交する第２の方向に沿って多く絞られるように、上記絞りを駆動する。

本発明の撮像装置では、シャッターの開閉を領域毎に切り替えることにより、撮像素子において、シャッターにおける各領域を通過した光線に基づく撮像データが得られる。この際、駆動部は、シャッターの開領域の通過光束が、各領域の配列方向である第１の方向よりも、これに直交する第２の方向に沿って多く絞られるように、絞りを駆動する。これにより、第１の方向、即ちシャッターの複数の領域の配列方向における開領域の寸法が変化しにくくなり、その結果、上記撮像データに基づいて生成される各視点画像間において画像のずれ量の変化が抑制される。

本発明の撮像装置によれば、駆動部が、シャッターの開領域への入射光または開領域からの出射光を、シャッターの各領域の配列方向である第１の方向よりも、これに直交する第２の方向においてより狭められるように、絞りを駆動する。これにより、得られる各視点画像間における画像のずれ量の変化を抑えることができる。よって、複数の視点画像を取得する際に、各視点画像間の視差量の変化を抑制しつつ光量調節を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の全体構成を表すブロック図である。図１に示したシャッターの平面構成を表す模式図であり、（Ａ）は左領域を開（右領域を閉）、（Ｂ）は右領域を開（左領域を閉）とした場合を示す。液晶シャッターの左右領域の境界付近の断面図である。図１に示した絞りの平面構成を表す模式図であり、（Ａ）は光束を絞っていない状態（全開状態）、（Ｂ）は光束を絞った状態（一部遮蔽状態）を示す。図１に示した撮像装置における視点画像取得の原理（光束分割なし）を説明するための模式図である。図１に示した撮像装置における左視点画像取得の原理を説明するための模式図である。図１に示した撮像装置における右視点画像取得の原理を説明するための模式図である。左右の視点画像間の視差量を説明するための模式図である。シャッター開領域（左領域）の重心を説明するためのＸＺ平面における模式図である。シャッター開領域（左領域）の重心を説明するためのＸＹ平面における模式図である。比較例に係る開口絞りの平面構成を表す模式図であり、（Ａ）は光束を絞っていない状態（全開状態）、（Ｂ）は光束を絞った状態（一部遮蔽状態）を示す。図１１に示した開口絞りの開口に応じた図形（光束通過領域のＸＹ平面形状）の重心を表す模式図であり、（Ａ）は開口半径Ｒ１、（Ｂ）は開口半径Ｒ２の各場合について示す。図１に示した絞りを用いた光量調節動作を説明するための模式図であり、（Ａ）は光束を絞っていない状態（全開状態）、（Ｂ）は光束を絞った状態（一部遮蔽状態）を示す。図１３（Ｂ）に示した絞りの重心の算出手順を説明するための模式図である。図１４に続く重心の算出手順を説明するための模式図である。重心の変動幅の許容範囲を説明するための模式図である。本発明の変形例に係る重心の算出について説明するための模式図であり、（Ａ）は光束を絞っていない状態（全開状態）、（Ｂ）は光束を絞った状態（一部遮蔽状態）を示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（４枚の絞り羽根を用いて光量調節を行いつつ視点画像を取得する撮像装置の例）
２．変形例１（透過率分布を有する撮像レンズを使用した場合の光量調節の例）

＜第１の実施の形態＞
［撮像装置１の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置（撮像装置１）の全体構成を表したものである。撮像装置１は、撮像対象物（被写体）２の撮像画像として複数の視点画像（ここでは、左右の視点画像）を取得するものである。この撮像装置１は、撮像レンズ１０ａ，１０ｂ、シャッター１１、絞り１２、撮像素子１３、シャッター・絞り駆動部１４、撮像素子駆動部１５、画像処理部１６および制御部１７を備えている。

撮像レンズ１０ａ，１０ｂは、撮像対象物２を撮像するためのメインレンズであり、例えば、ビデオカメラやスチルカメラ等で使用される一般的な撮像レンズが用いられている。ここでは、シャッター１１の光入射側に撮像レンズ１０ａ、光出射側に撮像レンズ１０ｂがそれぞれ配置されている。但し、撮像レンズの枚数や位置等はこれに限定されるものではない。また、撮像レンズとしては、固定焦点レンズを用いてもよいし、可変焦点レンズ（ズームレンズ）を用いてもよい。

（シャッター１１の構成）
シャッター１１は、開閉制御されることにより撮像素子１３への露光時間を調節するためのものである。このシャッター１１は、複数の領域に分割されており、その分割された領域毎に開状態（透過状態）および閉状態（遮断状態）を切り替え可能となっている。ここでは、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、シャッター１１が、Ｘ軸方向に沿って配列された２つの領域ＳＬ，ＳＲを有しており、領域ＳＬ，ＳＲ毎に、透過率制御（具体的には透過状態および遮断状態の切り替え）が可能となっている。また、領域ＳＬ，ＳＲでは、開状態および閉状態が時分割で交互に入れ替わるように制御される。尚、本明細書では、Ｘ軸方向を水平方向（左右方向）、Ｙ軸方向を垂直方向（上下方向）、Ｚ軸方向を光軸に沿った方向として説明を行う。これらのうちＸ軸方向が本発明における第１の方向、Ｙ軸方向が第２方向にそれぞれ相当する。

このようなシャッター１１としては、上記のような光路切り替えが可能なものであれば、特に限定されず、機械式のシャッターであってもよいし、例えば液晶シャッターのような電気式のシャッターであってもよい。そのようなシャッター１１の一例として、液晶シャッターの構成について説明する。図３は、液晶シャッターの領域ＳＬ，ＳＲの境界付近の断面構成を表したものである。

液晶シャッターは、ガラス等よりなる基板１０１，１０６間に液晶層１０４が封止されると共に、基板１０１の光入射側に偏光子１０７Ａ、基板１０６の光出射側に検光子１０７Ｂがそれぞれ貼り合わせられたものである。基板１０１と液晶層１０４との間には電極が形成され、この電極が複数（ここでは、領域ＳＬ，ＳＲに対応する２つ）のサブ電極１０２Ａに分割されている。これら２つのサブ電極１０２Ａは、個別に電圧供給が可能である。そのような基板１０１に対向する基板１０６には、領域ＳＬ，ＳＲに共通の電極１０５が設けられている。サブ電極１０２Ａと液晶層１０４との間には配向膜１０３Ａ、電極１０５と液晶層１０４との間には配向膜１０３Ｂがそれぞれ形成されている。サブ電極１０２Ａおよび電極１０５はそれぞれ、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）であり、液晶層１０４は、例えばＳＴＮ（Super-twisted Nematic）、ＴＮ（Twisted Nematic）、ＯＣＢ（Optical Compensated Bend）、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal）等の各種表示モードの液晶を含むものである。偏光子１０７Ａおよび検光子１０７Ｂはそれぞれ、所定の偏光を選択的に透過させるものであり、例えばクロスニコルまたはパラレルニコルの状態となるように配置されている。

このような構造により、サブ電極１０２Ａおよび電極１０５を通じて液晶層１０４に電圧を印加すると、その印加電圧の大きさおよび印加時間に応じて、液晶層１０４の透過率を変化させることができる。即ち、シャッター１１として液晶シャッターを用いることで、電圧制御によりシャッター１１の開状態および閉状態を切り替えることができる。また、その電圧印加のための電極を、個別駆動が可能な２つのサブ電極１０２Ａに分割することで、領域ＳＬ，ＳＲ毎に透光状態および遮光状態を交互に切り替え可能となる。

上記のようなシャッター１１の光入射面または光出射面（ここでは光出射面）に近接して、絞り１２が配設されている。理想的には、シャッター１１および絞り１２は、撮像レンズ１０ａ，１０ｂのいわゆる瞳面の位置に配置されている。一般に、瞳面は、撮像対象物２の各点からの光束の主光線が通る面であり、この瞳面上にある開口の形状を制御することで像面が欠ける（ケラレる）ことなく、像の明るさ（光量）を制御することが出来る。

（絞り１２の構成）
図４（Ａ），（Ｂ）は、絞り１２の平面構成を表したものである。尚、撮像レンズ１０ａ，１０ｂの光軸を原点（０）として示している（以下の図も同様である）。絞り１２は、通過光束を絞り、光量や焦点深度（被写界深度）の調節を行う、いわゆる開口絞りに相当するものである。この絞り１２では、通過光束（具体的には、撮像レンズ１０ａおよびシャッター１１の開領域を通過した光束）を、複数枚の絞り羽根を用いた機械的制御により絞ることができるようになっている。本実施の形態では、この絞り１２が、例えば４枚の絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２，ＡＰＲ１，ＡＰＲ２（以下、各羽根を特に区別しない場合には、各羽根を単に「絞り羽根ＡＰ」という）を有している。各絞り羽根ＡＰは、遮光性を有する薄板からなり、その面形状が、例えば平行四辺形となっている。このような絞り羽根ＡＰは、１１の光出射面に沿って可動（例えば、回動や平行移動が可能）であり、例えばシャッター・絞り駆動部１４により、その傾きや位置が段階的に変更制御されるようになっている。

例えば、これらの絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２，ＡＰＲ１，ＡＰＲ２は、光束を絞らない状態（全開状態）では、図４（Ａ）に示したような配置でそれぞれ保持されている。即ち、全開状態では、絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＲ１同士、絞り羽根ＡＰＬ２，ＡＰＲ２同士がそれぞれ、Ｙ軸を挟んで近接して配置されている。一方、絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２同士、絞り羽根ＡＰＲ１，ＡＰＲ２同士がそれぞれ、Ｘ軸を挟んで離隔して配置されている。

他方、図４（Ｂ）に示したように、上記全開状態から、各絞り羽根ＡＰの傾きや位置が変更されることで、光束が絞られる（通過光束の一部が遮蔽される）。即ち、本実施の形態では、２枚の絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２が領域ＳＬの通過光束を絞り、２枚の絞り羽根ＡＰＲ１，ＡＰＲ２が領域ＳＲの通過光束を絞るようになっている。また、各絞り羽根ＡＰは、ある回転軸を中心として回動する（傾きを変化可能である）と共に、主にＹ軸方向に沿って変位可能となっている。これにより、Ｘ軸方向（領域ＳＬ，ＳＲの配列方向）よりも、Ｙ軸方向に沿ってより多く光束が絞られるようになっている。つまり、ここでは、領域ＳＬ，ＳＲが左右よりも上下からより多く遮蔽される。

撮像素子１３は、撮像レンズ１０ａ，１０ｂ、シャッター１１および絞り１２を通過した光線に基づいて受光信号を出力する光電変換素子である。この撮像素子１３は、例えばＣＭＯＳやＣＣＤ等を含み、シャッター１１の領域ＳＬ，ＳＲの各開期間に露光を行い、領域ＳＬ，ＳＲの各通過光線に基づく撮像データを取得するようになっている。この撮像素子１３の受光面側には、例えば所定のカラー配列を有するカラーフィルタ（図示せず）が配設されていてもよい。

シャッター・絞り駆動部１４は、シャッター１１の領域ＳＬ，ＳＲ毎の開閉切り替え駆動を行うと共に、絞り１２（絞り羽根ＡＰ）を後述する所定の手法に従って駆動するものである。例えば、シャッター１１が液晶シャッターである場合には、その液晶シャッターにおける各サブ電極への供給電圧を変化させることにより、上記ＳＬ，ＳＲ毎の開閉切り替えを行うようになっている。

撮像素子駆動部１５は、撮像素子１３を駆動してその受光動作を制御するものである。

画像処理部１６は、撮像素子１３において得られた撮像データ（視点画像データ）に対し、所定の画像処理を施すものである。画像処理としては、視差画像データに対する並べ替え処理や、デモザイク処理等のカラー補間処理等が挙げられる。

制御部１７は、シャッター・絞り駆動部１４および撮像素子駆動部１５の動作を制御するものであり、この制御部１７としては例えばマイクロコンピュータ等が用いられる。

［撮像装置１の作用、効果］
（基本動作）
上記のような撮像装置１では、撮像対象物２からの光は、撮像レンズ１０ａ、シャッター１１、絞り１２および撮像レンズ１０ｂを順に通過し、撮像素子１３へ到達する。このとき、詳細は後述するが、シャッター・絞り駆動部１４が、シャッター１１において領域ＳＬ，ＳＲ毎に開閉を切り替えることにより、撮像素子１３では、領域ＳＬ，ＳＲの各通過光線に基づく撮像データ（視点画像データＤＬ，ＤＲ）が得られる。視点画像データＤＬ，ＤＲに対し、画像処理部１６が、所定の画像処理を施し、左視点画像および右視点画像を生成する。

（視点画像取得の原理）
ここで、図５〜図７を参照して、左右の視点画像取得の原理について詳細に説明する。図５〜図７は、撮像装置１Ｙ軸方向上側からみた図であるが、簡便化のため、絞り１２の図示は省略してあり、光束を絞っていない状態に相当する。

まず、図５を参照して、シャッター１１の領域ＳＬ，ＳＲの両方を開状態とした場合の受光像について説明する。この場合、同軸上において互いに異なる位置にある３つの撮像対象物の撮像素子１３への映り方は、次のようになる。但し、撮像対象物としては、撮影レンズ１０ａ，１０ｂのピント面Ｓ１にある人物Ａ１と、人物Ａ１よりも奥（撮像レンズ１０ａと反対側）にある遠景物（山）Ｂ１と、人物Ａ１の手前（撮像レンズ１０ａ側）にある近景物（花）Ｃ１を例に挙げる。このように、人物Ａ１に撮像レンズ１０ａ，１０ｂのピントが合っている状態では、この人物Ａ１は、例えばセンサ面Ｓ２上の中央に結像する。一方、ピント面Ｓ１から外れた位置にある遠景物Ｂ１は、センサ面Ｓ２の手前（撮像レンズ１０ｂ側）に結像し、近景物Ｃ１は、センサ面Ｓ２の奥（撮像レンズ１０ｂと反対側）に結像する。即ち、センサ面Ｓ２には、人物Ａ１がフォーカスした（ピントの合った）像（Ａ２）、遠景物Ｂ１および近景物Ｃ１はデフォーカスした（ぼやけた）像（Ｂ２，Ｃ２）となって映る。

（左視点画像）
このような位置関係にある３つの撮像対象物に対し、光路を左右で切り替えた場合、センサ面Ｓ２への映り方は、次のように変化する。例えば、シャッター・絞り駆動部１４が、シャッター１１の領域ＳＬを開状態、領域ＳＲを閉状態となるように制御した場合には、図６に示したように、瞳面付近では左側半分が透過光路となり、右側半分は遮光される。この場合、ピント面Ｓ１にある人物Ａ１に関しては、右側を遮光されていても（光路が左側半分のみに切り替わっても）、領域ＳＬ，ＳＲの両方を開状態とした上記場合と同様、センサ面Ｓ２上に結像する。ところが、ピント面Ｓ１から外れた位置にある遠景物Ｂ１および近景物Ｃ１については、センサ面Ｓ２上においてデフォーカスしたそれぞれの像が、互いに逆の方向（ｄ１，ｄ２）に移動したような像（Ｂ２'，Ｃ２'）として映る。これにより、撮像素子１３では、左視点画像データＤＬが取得される。

（右視点画像）
一方、シャッター・絞り駆動部１４が、シャッター１１の領域ＳＲを開状態、領域ＳＬを閉状態となるように制御した場合、図７に示したように、瞳面付近において、光路の右側半分が透過光路となり、左側半分は遮光される。この場合も、ピント面Ｓ１にある人物Ａ１は、センサ面Ｓ２上に結像し、ピント面Ｓ１から外れた位置にある遠景物Ｂ１および近景物Ｃ１は、センサ面Ｓ２上において互いに逆の方向（ｄ３，ｄ４）に移動したような像（Ｂ２"，Ｃ２"）として映る。但し、これらの移動方向ｄ３，ｄ４は、領域ＳＬを開状態とした場合の移動方向ｄ１，ｄ２とそれぞれ逆向きとなる。これにより、撮像素子１３では、右視点画像データＤＲが取得される。

上記のように、撮像装置１では、シャッター１１を左右２つの領域ＳＬ，ＳＲに分割し、領域ＳＬ，ＳＲ毎に開閉を切り替えることにより、左右の視点画像を取得することができる。これら左右の視点画像同士の間には視差があるため、各視点画像を所定の手法、例えば上述したような偏光方式、フィールドシーケンシャル方式、プロジェクタ方式等により、立体視を実現可能となる。

（各視点画像間の視差量）
ところで、上記のような各視点画像間の視差は、撮像対象物の中のピントが合っていないものに対して生じる。具体的には、光路が左右で切り替わると、上述のように遠景物Ｂ１および近景物Ｃ１については、その結像位置にずれが生じるが、この結像位置のずれが、左右の視点画像間における視差量となる。

例えば図８に示したように、左視点画像ＤＬにおける遠景物Ｂ１’と右視点画像ＤＲにおける遠景物Ｂ１”との左右方向におけるずれ量（遠景物Ｂ１’と遠景物Ｂ１”の重心間距離）Ｗ_LRが視差を生じさせる。以下では、このずれ量Ｗ_LRと、撮像素子１３における受光面のＸ軸方向の幅Ｗ_Iとの比（Ｗ_LR／Ｗ_I）の値を視差量と定義する。人間が感じる立体感は、この視差量の値に比例して変わるため、この値が一定であれば、立体感もほぼ一定のものとなる。

（視差量と重心Ｇとの関係）
ここで、図９に、例えばシャッター１１の領域ＳＬを開状態、領域ＳＲを閉状態とした場合の物体像の重心を通る光軸について示す。領域ＳＬのＸＹ平面上には、物体像（人物Ａ２，遠景物Ｂ２および近景物Ｃ２）の重心を通る全ての光軸（ｚ０，ｚ１，ｚ２）が通過する特定の点Ｇが存在する。即ち、撮像素子１３においてフォーカスしている物体像であってもデフォーカスしている物体像であっても（どの位置にある物体像であっても）、それらの重心はいずれも、領域ＳＬにおける特定の点Ｇを通る光軸上にあると考えられる。この特定の点Ｇは、領域ＳＬのＸＹ平面における形状（ＸＹ平面図形）の“重心”に相当する。以下、この点Ｇを領域ＳＬの重心Ｇとし、また、特に言及しない限り、領域ＳＬ，ＳＲのうち領域ＳＬを開領域とした場合を例に挙げて説明を行う。

従って、開領域となっている領域ＳＬの重心Ｇの位置を制御することで、各視点画像における物体像の重心位置を制御することができる。上述のように各視点画像間の視差量は、左右の物体像間のずれ量（物体像同士の重心間距離）によって決まることから、上記重心Ｇの位置を制御することによって、視差量、即ち立体感を制御できるようになることがわかる。尚、この視差量に基づく立体感は、表示画面からの視聴距離等に基づいて適切に設定されることが望ましい。

［絞り１２を用いた光量調節動作］
本実施の形態では、上記のような立体視用の左右の視点画像の取得時において、シャッター・絞り駆動部１４が絞り１２を駆動し、光量調節（明るさの調節）を行う。このとき、上述した重心Ｇと視差量との関係を利用して絞り１２が駆動される。以下、この重心Ｇを考慮した光量調節動作について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。

（絞り１２が全開の場合の重心Ｇ（重心基準Ｇ０））
図１０は、領域ＳＬのＸＹ平面における重心Ｇを模式的に表したものである。この場合、光束の通過領域となる領域ＳＬは、シャッター１１の左側半分の形状、即ち半円に等しくなることから、重心Ｇは、半円の重心に等しくなる。よって、重心Ｇの座標を（−ｒ，０）、シャッター１１のＸＹ平面形状における半径をＲとした場合、重心Ｇにおけるｒは、以下の式（１）で表すことができる。これより、ｒは、半径Ｒに依存して変化することがわかる。この式（１）によって表される重心Ｇ（−ｒ，０）を、重心基準Ｇ０とする。
ｒ＝４Ｒ／３π ………（１）

尚、本明細書において、「重心」とは、上記のように平面図形の重心であるが、詳細には、以下の（Ａ）〜（Ｄ）に示した性質、および（Ｅ），（Ｆ）に示した定理を有するものとする。
（Ａ）重心は、重さ（質量）の中心であり、平面図形は重心位置においてつり合うと見做せる。
（Ｂ）図形Ｄが２つの図形Ｄ１（面積Ｓ１）と図形Ｄ２（面積Ｓ２）に分割できるならば、図形Ｄ１の重心と図形Ｄ２の重心とを結ぶ線分をＳ２：Ｓ１の比に内分する点が、図形Ｄの重心となる。
（Ｃ）重心は相似変換によって保たれる。即ち、相似変換によって図形Ｄが図形Ｄ’に
写るならば、図形Ｄの重心は図形Ｄ’の重心に写る。
（Ｄ）点対称な図形の重心は対称の中心である。また、線対称な図形の重心は対称軸上にある。
（Ｅ）三角形の重心は中線の交点である。
（Ｆ）図形Ｄｎの重心をＧｎとしたとき、ｎ→∞（無限大）のとき（ｎが∞に近づくとき）、図形Ｄｎ→Ｄかつ重心Ｇｎ→Ｇであるならば、図形Ｄｎの重心はＧである。
以上により、重心は図形（ここでは、ＸＹ平面図形）の各点の位置の平均として考えることができる。よって、物体と像の全体形状が相似であるならば、その重心の位置は同じと考えられる。

（比較例）
ここで、図１１（Ａ），（Ｂ）に比較例に係る開口絞り（開口絞り１００）のＸＹ平面構成を示す。開口絞り１００は、円形状の開口１００ａを有しており、開口１００ａが半径Ｒの全開状態（図１１（Ａ））から、開口１００ａのサイズ（半径）を小さくすることによって、通過光束を絞るようになっている（図１１（Ｂ））。

ところが、このような開口絞り１００を用いて、実際に光量調節を行うと次のような不具合が生じる。即ち、図１２（Ａ）に示したように、右側を遮光し、左側を開領域とした場合に、開口１００ａの半径をＲ１（＜Ｒ）とすると、透過領域ＳＬ₁₀₀の重心Ｇ₁₀₀（−ｒ１，０）におけるｒ１は、上記と同様、半径Ｒ１に依存する。また、図１２（Ｂ）に示したように、開口１００ａの半径を上記半径Ｒ１よりも更に小さい半径Ｒ２（＜Ｒ１）した場合も同様に、透過領域ＳＬ₂₀₀の重心Ｇ₂₀₀（−ｒ２，０）におけるｒ２は、半径Ｒ２に依存する。このように、光量調節のために開口１００ａを絞っていくと、各透過領域の重心が、全開状態のときの重心（上記重心基準Ｇ０に相当）からずれてしまう。このため、円形の開口絞りを用いて光量調節を行う比較例では、その絞り具合によって、最終的に得られる各視点画像間の視差量が変化してしまう。例えば、開口サイズを小さくする（ｒ，Ｒの値が小さくなる）と、それに伴って各視点画像間における物体像のずれ量（視差量）が小さくなるため、立体感が薄れていく（奥行きのない平面的な画像に近づく）。尚、このような光量調節による視差量の変化は、円形開口の絞りに限らず、多角形状の開口を有する絞りにおいても同様に発生する。

（本実施の形態）
これに対し、本実施の形態では、シャッター・絞り駆動部１４が、上述した重心Ｇと視差量との関係を利用して、絞り１２を駆動する。具体的には、領域ＳＬの遮蔽を行う際に、ＸＹ平面において、領域ＳＬのうちの絞り１２によって囲まれる領域（透過領域）の重心Ｇが一定となるように（例えば、上記重心基準Ｇ０から変化しないように）、絞り１２を制御する。

例えば、シャッター・絞り駆動部１４は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、絞り１２を全開とした状態（領域ＳＬが遮蔽されていない状態）から、絞り１２を駆動して領域ＳＬの一部を遮蔽する。このとき、領域ＳＬのうちの絞り１２によって囲まれる領域（領域ＳＬ１）における重心Ｇが、全開状態における重心Ｇ０と等しくなるように、絞り１２の４枚の絞り羽根ＡＰを制御する。実際には、これら４枚の絞り羽根ＡＰのうち２枚の絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２を用いて、領域ＳＬにおける通過光束を制限し、光量調節を行う。尚、以下に説明するように、絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２を制御する際には、領域ＳＬ１がＸ軸に対して線対称となるように、絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２の傾きや位置をＸ軸に対して線対称とすることが望ましい。また、Ｘ軸方向（領域ＳＬ，ＳＲの配列方向）よりも、Ｙ軸方向に沿ってより多く光束が絞る（ここでは、領域ＳＬが左右よりも上下からより多く遮蔽される）ようにする。これにより、重心ＧのＸ軸上での変位（Ｘ座標）のみを考慮すればよく、絞り１２を制御し易くなる。

具体的には、領域ＳＬ１における重心Ｇが、領域ＳＬの重心Ｇ０（ＸＹ平面における座標（−４Ｒ／３π，０）にある点）と等しくなるように、各絞り羽根ＡＰの傾きや位置（各絞り羽根ＡＰ同士の間隔）等を制御する。この際、領域ＳＬ１の重心Ｇは、上述の重心の性質等を利用して例えば次のようにして求める。即ち、領域ＳＬ１をいくつかのサブ領域（小図形）に分け、それらのサブ領域における各重心に基づいて（各重心同士を合成して）領域ＳＬ１の重心Ｇを求める。

例えば、まず、図１４に示したように、領域ＳＬ１を３分するサブ領域（領域ＳＬ１１〜ＳＬ１３）の各重心を求める。詳細には、領域ＳＬの円周と、絞り羽根ＡＰＬ１との交点をＡ，Ｃ、絞り羽根ＡＰＬ２との交点をＢ，Ｄとした場合、各点と原点Ｏとを結んでなる３つの図形（扇形ＯＡＢ、三角形ＯＡＣ，ＯＢＤ）に相当する領域ＳＬ１１〜ＳＬ１３のそれぞれの重心を求める。尚、領域ＳＬ１１〜ＳＬ１３の理論上の質量比を、ＯＡＢ：ＯＡＣ：ＯＢＤ＝Ｍ１１：Ｍ１２：Ｍ１３（ここでは、対称性から、Ｍ１２＝Ｍ１３）とし、重心をそれぞれＧ１１，Ｇ１２，Ｇ１３とする。また、点Ａの座標を（−Ｒcosθ，Ｒsinθ）、点Ｂの座標を（−Ｒcosθ，−Ｒsinθ）とする。

これらのうち、扇形の領域ＳＬ１１の重心Ｇ１１の座標は、線分ＯＡ，ＯＢに挟まれた中心角を２θとすると、以下の式（２）によって表される。
重心Ｇ１１の座標：（−２Ｒsinθ／３θ，０）………（２）

また、三角形の領域ＳＬ１２の重心Ｇ１２の座標は、点Ａの座標を（−Ｒcosθ，Ｒsinθ）、点Ｃの座標を（０，ｙ）とすると、以下の式（３）によって表される。同様に、領域ＳＬ１３の重心Ｇ１３の座標は、点Ｂの座標を（−Ｒcosθ，−Ｒsinθ）、点Ｄの座標を（０，−ｙ）とすると、以下の式（４）によって表される。
重心Ｇ１２の座標：（−Ｒcosθ／３，（ｙ＋Ｒsinθ）／３）………（３）
重心Ｇ１３の座標：（−Ｒcosθ／３，−（ｙ＋Ｒsinθ）／３）………（４）

続いて、図１５に示したように、上記のようにして求めた各領域ＳＬ１１〜ＳＬ１３の重心Ｇ１１〜Ｇ１３を、合成する。この際、まず、領域ＳＬ１１，ＳＬ１２の重心Ｇ１１，Ｇ１２同士、領域ＳＬ１１，ＳＬ１３の重心Ｇ１１，Ｇ１３同士、領域ＳＬ１２，ＳＬ１３の重心Ｇ１２，Ｇ１３同士をそれぞれ合成する。これらのうち、重心Ｇ１１，Ｇ１２同士が合成された重心（重心Ｇ１）は、上述の重心の性質等から、重心Ｇ１１と重心Ｇ１２とを結んだ線分を、Ｍ１２：Ｍ１１に内分した点となる。同様に、重心Ｇ１１，Ｇ１３同士が合成された重心（重心Ｇ２）は、重心Ｇ１１と重心Ｇ１３とを結んだ線分を、Ｍ１３：Ｍ１１に内分した点となる。尚、重心Ｇ１２，Ｇ１３同士が合成された重心Ｇ３は、重心Ｇ１２と重心Ｇ１３との中点（Ｍ１２＝Ｍ１３より）であり、Ｘ軸上にある。

そして、重心Ｇ１と重心Ｇ１３同士、重心Ｇ２と重心Ｇ１２同士、重心Ｇ３と重心Ｇ１１同士をそれぞれ線分で結ぶと、各線分の交点が、それら全体の領域、即ち領域ＳＬの重心Ｇと等価となる。

シャッター・絞り駆動部１４は、このようにして算出可能な重心Ｇが上記重心Ｇ０と等しくなるように、上記点Ａ〜Ｄの座標、即ち絞り羽根ＡＰＬ１，ＡＰＬ２の傾きや位置等を変化させつつ、光量調節を行う。このように、重心Ｇが一定となるように（例えば全開状態における重心Ｇ０と等しくなるように）、絞り１２が駆動されることで、上述した重心と視差量との関係より、視差量を一定に保ちつつ光量調節を行うことが可能となる。

以上のように、本実施の形態では、シャッター１１の開閉を領域ＳＬ，ＳＲ毎に切り替えることにより、撮像素子１３において、シャッター１１の領域ＳＬ，ＳＲをそれぞれ通過した光線に基づく撮像データを得ることができる。この際、シャッター・絞り駆動部１４は、シャッター１１の開領域の通過光束が、領域ＳＬ，ＳＲの配列方向であるＸ軸方向よりも、これに直交するＹ軸方向に沿って多く絞られるように、絞り１２を駆動する。これにより、領域ＳＬ，ＳＲの配列方向、例えば水平方向（左右方向）における開領域の寸法が変化しにくくなり、その結果、上記撮像データに基づいて生成される各視点画像間において画像のずれ量の変化が抑制される。よって、複数の視点画像を取得する際に、各視点画像間の視差量の変化を抑制しつつ光量調節を行うことが可能となる。また、光量調節だけでなく、焦点深度（被写界深度）についても同様に行うことができる。

また、シャッター・絞り駆動部１４が、絞り１２を駆動する際に、領域ＳＬ，ＳＲの遮蔽具合（光量調節具合）に関わらず、各領域ＳＬ，ＳＲのうちの絞り羽根ＡＰによって囲まれる領域の重心Ｇが一定となるようにすることが望ましい。これにより、上記領域ＳＬ，ＳＲの配列方向（水平方向，左右方向）において、各視点画像間における画像のずれ量を一定に保ちつつ、光量調節を行うことができる。よって、視差量をより一定に保持し易くなる。

（視差量を“一定”と見做せる範囲）
上記のような視差量（立体感）は、表示画面からの視聴距離等に基づいて適切に設定されることが望ましいが、以下、図１６を参照して、視差量が一定と見做せる範囲について述べる。尚、ここでは、現在普及しているアスペクト比１６：９のハイビジョン（ＨＤＴＶ）の映像を表示する場合を例に挙げる。例えば、画面縦幅Ｈ（＝０．６２３ｍ）の３倍を視聴距離Ｌ（＝１．８７ｍ）の５０インチサイズのディスプレイの場合には、左右方向（横方向）の視野角θ_Wが３０．６°、上下方向（縦方向）の視野角θ_Hが約１８．４°となる。これらのうち上下の視野角については、人間が最もよく使う視野（有効視野２０°以下：例えば非特許文献１参照）の範囲内となる。

ところで、ハイビジョン映像の解像度（１９２０×１０８０画素）は、視力１．０の人間が、その視聴距離Ｌ（縦幅Ｈの３倍）において、表示単位となる画素を認識できないとして設定されたものである。尚、「視力１．０」とは、いわゆるランドルト環における視力検査基準により、視野角１分に相当する分解能である。そして、一般にいうところの視力とは、主に眼球の網膜黄斑部中心窩での視力（視力が一番よい部分）での中心視力と呼ばれるものを指す。この中心視力に比べて、中心外視力（視線からずれたところの視力）は非常に悪く、例えば中心（視線）より２°ずれると中心外視力は０．４に下がり、５°ずれると０．１にまで下がる。また、１０°ずれると中心外視力は０．０５程度となってしまう。

これらのことを考慮して左右方向における分解能を計算すると、次のようになる。ディスプレイ上の注視点では、中心視力に相当する視力１．０（分解能１分）となり、画面横幅Ｗの０．０５％の距離に相当する。また、注視点±２°の範囲では、視力０．４（分解能２．５分）となり、画面横幅Ｗの０．１２％の距離に相当する。同様に、±５°の範囲では、視力０．１（分解能１０分）画面横幅Ｗの０．４９％、±１０°の範囲では、視力０．０５（分解能２０分）となり、画面横幅Ｗの０．９８％の距離にそれぞれ相当する。つまり画面上の任意の注視点を見ている場合においては、その周囲の画像に対しては分解能が落ちる。このため、上記分解能以下の範囲で重心位置の変化が生じた場合であっても、そのような変化は実質的に人間の眼によって認識されないため、重心位置が“一定”であると見做すことができる。

上記により、例えば、視力１．０の人物が、画面比１６：９のハイビジョンディスプレイを用い、かつ画面縦幅Ｈの３倍を視聴距離Ｌとした場合においては、上下方向については視野が約１８°となるので、有効視野内（２０°以下）にあり、画面中心を注視した場合、およそ画面横幅１％以下の重心変化は、認識しにくいため、一定と見做せる。

＜変形例＞
上記実施の形態では、絞り１２を用いた光量調節の際に、領域ＳＬ，ＳＲのうちの開領域となる領域の重心が一定となるように絞り１２を駆動することにより、視点画像間における視差量を制御することを述べたが、これは、例えば撮像レンズ１０ａ，１０ｂにおける透過率が面内において一様でない場合にも適用可能である。この場合、透過領域における面積と透過率との関係に基づく係数を予め保持しておく。そして、シャッター開領域のうちの絞り１２によって制限される領域の面積および透過率に応じた係数を用いて表される重心が一定となるように、絞り１２を駆動すればよい。例えば、絞り１２の全開状態（図１７（Ａ））において、領域ＳＬの全面積とその透過率に基づく係数を用いて表される重心Ｇ（ｔ）０と、一部遮蔽状態（図１７（Ｂ））において、領域ＳＬ１の面積とその透過率に基づく係数を用いて表される重心Ｇ（ｔ）とが等しくなるような駆動を行えばよい。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、シャッター１１を左右方向（Ｘ軸方向）に沿って配列する２つの領域に分割される場合を例に挙げて説明したが、領域の配列方向はこれに限定されず、上下方向（Ｙ軸方向）であってもよい。また、配列する領域の数（シャッターの分割数）は、上記２つに限定されず、３つ以上であってもよく、これにより３つ以上の視点画像を取得するようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、絞り１２として４枚の平行四辺形状の絞り羽根ＡＰからなるものを例に挙げたが、絞り羽根ＡＰの枚数、平面形状等はこれらに限定されるものではない。例えば、絞り羽根ＡＰの枚数を更に増やして、よりきめ細かな制御を可能にしてもよいし、絞り羽根ＡＰの遮蔽する側の形状が直線状ではなく、多角形状や曲線状であってもよい。いずれの場合であっても、領域の配列方向（視差が生じる方向）と直交する方向に沿って光束がより多く絞られるように絞り１２が駆動されるようになっていれば、本発明と同等の効果を得ることができる。

１…撮像装置、１０ａ，１０ｂ…撮像レンズ、１１…シャッター、ＳＲ…領域（右側シャッター）、ＳＬ…領域（左側シャッター）、１２…絞り、１３…撮像素子、１４…シャッター・絞り駆動部、１５…撮像素子駆動部、１６…画像処理部、１７…制御部。

Claims

撮像レンズと、
第１の方向に沿った複数の領域の前記領域毎に開閉を切り替え可能なシャッターと、
光量調節のための絞りと、
前記シャッターおよび前記絞りを駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部は、
前記シャッターの一の領域を開領域とすると共に他の領域を閉状態に制御し、
前記開領域の通過光束が、前記第１の方向よりも、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って多く絞られるように前記絞りを駆動する
撮像装置。
前記絞りは、複数の絞り羽根を有する
請求項１に記載の撮像装置。
前記駆動部は、前記開領域のうちの前記複数の絞り羽根によって囲まれた図形の重心を略一定の位置に保持しつつ、前記複数の絞り羽根を各々駆動する
請求項２に記載の撮像装置。
前記駆動部は、前記第１の方向に沿った軸に対して互いに線対称となるように、前記複数の絞り羽根を各々駆動する
請求項３に記載の撮像装置。
前記絞りは、４つの絞り羽根を有し、
前記駆動部は、前記４つの絞り羽根のうちの２枚の絞り羽根を用いて、前記開領域の光量調節を行う
請求項４に記載の撮像装置。
前記撮像レンズが光軸に直交する面内において透過率分布を有し、
前記図形の重心として、前記透過率分布を考慮して設定された重心を用いる
請求項３に記載の撮像装置。
前記第１の方向は、水平方向または垂直方向であり、
前記複数の領域は２つの領域である
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記撮像レンズ、前記シャッターおよび前記絞りをそれぞれ通過した光線に基づいて撮像データを取得する撮像素子を備え、
前記撮像素子は、前記撮像データとして左右の視点画像データを取得する
請求項７に記載の撮像装置。