JP2012209648A - 立体撮影装置、およびそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】立体像をつくるための視差のある２つの画像を同時に撮像できる立体カメラを実現することを目的とする。
【解決手段】
被写体０の像を取り込む２か所の光入射部１０、１２と、光入射部１０から入射した入射画像と光入射部１２から入射した入射画像の光線の位相をそれぞれλ／４ずらした後に、それぞれがλ／２位相がずれた成分を取り出して合成して、カメラ光学系部３に導く偏光合成部２と、
合成されて入射した像を所望の倍率で撮像センサ上に結像するように結像画像を出射するカメラ光学系部３と、カメラ光学系部３を出射した結像画像を偏光の違いにより２つの撮像センサ（素子）５、６方向に分離する偏光分離部４と分離した像を撮像（光電変換）した後Ａ／Ｄ変換して得たデジタル画像データから画像を形成する画像処理装置７とから成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、静止画または動画のステレオ撮影が可能な偏光合成式ステレオカメラ、特に、同一被写体の２つの偏光画像を合成し光学系を通して再び２つの偏光画像を得ることができる偏光合成式ステレオカメラに関する。

被写体を立体的にディスプレイに表示する方法として被写体の画像を異なる２方向から撮影し、ステレオ画像を生成することが提案されている。また、被写体までの距離の測定のための１つの方法としても被写体のステレオ画像を生成し被写体のズレから、三角測量の原理を用いて被写体までの距離を測定することが行われている。

このステレオ画像を撮影する一般的な方式としては以下のものがある。
（１）カメラを２台使用するもの。
（２）左右で対となる反射手段を使用してカメラの撮影素子を半分に分けて撮影するもの。

（１）のカメラを２台使用する方式では、全く同じ特性のカメラ２台が必要であり、とくに、２台のカメラの取り付け、即ち光軸合わせを精度よく行う必要がある。また、２台のカメラに外部信号に同期させて映像を取り込む機構も必要である。例えば、特許文献１に記載されたものでは、左右カメラに夫々治具上に配置された位置決め装置を備え、この治具と平行に配置された白板に設けた参照点と参照水平線を用いて、カメラの光軸と水平角度を調節するようにしている。

また（２）の左右で対となる反射手段を使用して、カメラの撮影素子を半分に分けて左右別々の撮像素子を使用して撮影する方式としては、例えば、２つの被写体光入射窓を持つステレオアダプタをステレオ撮影可能なカメラに取り付け、ステレオフォーマットの画面を２分割して右目用、左目用の写真を並べて露光するもの（特許文献２参照）、或いは、カメラの撮影素子を左右（水平方向）半分に分けて撮像を行った場合、左右の視野が狭くなるため、左右二つの撮影レンズの光路を回転ミラーと湾曲（凸面）ミラーを用いて左右方向に圧縮して撮像した後、画像処理で伸張して撮像素子全体を用いて撮像したときと同じアスペクト比にしたステレオアダプタ及びステレオ画像撮像装置（特許文献３参照）が知られている。

ただ、このように撮像素子を左右に分割して使用すると、左右で同じ撮影対象（被写体）を取り込む光軸が異なる（物理的に離れた位置にある）ため、レンズの歪みをうち消すように撮像した左右画像を補正する必要があるだけではなく、撮像画像の左右方向の視野が狭くなるため、これを回避しようとすれば、例えば、特許文献３に記載されているような複雑な補正手段が必要になる。また左右の画像は撮像素子の半分で撮像するため、全体画素を用いて撮像する場合に比して、画像が粗くなるという問題もある。

また、それ以外に、特許文献４として、右目用の像としてＰ偏光像、左目用の像としてＳ偏光像とし、偏光の違いにより撮像することも考えられるが、Ｓ偏光は反射しやすく、水面やガラス窓を写すと反射光がよく写り、Ｐ偏光は反射光が写りにくいため、Ｐ偏光像とＳ偏光像では同じ像を写しても見え方に違いが発生し左右の像が異なり、２つの像を合成しても立体像としては認識しにくくなる。

特開平７−２２９７３６号公報 特開平７−７７７４７号公報 特開２００３−１４０２８０号公報 特開昭６４−５４４３８公報

本発明は、ステレオ画像を撮影するための従来の方式の問題を解消するためなされたものであって、その目的は、一旦ステレオアダプタで左右に分けた画像を、カメラの撮像画素全体で撮像して１枚の画像を形成することで従来の撮像画素を左右に分けた場合の問題を解決し、偏光の偏りがある像（特に水面、ガラスの反射光、液晶の表示画面など）で左右の画像の画質が変わり立体像として認識しにくいという問題に対して入射光の偏光の偏りがなく、同じ位相の光を偏光合成部へ入射すべく、像を取り込むことができ、左右の画像の画質が均一になり良好な立体像が得られる。そのため、従来のように光学系の補正や撮像画像の補正を必要とすることなく、ぶれや歪みのないステレオ画像を容易に得られるようにすることである。

本課題を解決するために本発明の立体撮像装置は、同一被写体像からそれぞれ異なる視差の偏光画像光線を取り出して、異なる偏光成分を分離する偏光分離膜を備えた第１のプリズムにより同一光軸上に合成画像光線を形成する偏光合成部と、前記偏光合成部で形成される合成画像光線を後記する複数の撮像素子に結像するカメラ光学系部と、第２のプリズムにより前記合成画像光線から異なる光軸方向に偏光画像光線を分離して複数の撮像素子に結像させる偏光分離部と、を有する立体撮影装置であって、偏光合成部より被写体像側に位相シフト手段を配置した。

上記構成によれば、撮像素子への入射光の偏光の偏りがなく、同じ位相の光を偏光合成部へ入射すべく、像を取り込むことができ、左右の画像の画質が均一になり良好な立体像が得られるとともに１台のカメラでぶれのない視差を持った立体画像を得ることができ、左右の撮像画像に歪みが発生することもないため、歪み補正のための装置や画像処理も必要としない。

また、本発明の立体撮像装置は、前記位相シフト手段に、液晶ディスプレイ等で使用される位相差板、位相差フィルムとも呼ばれる４００〜７００ｎｍ前後の波長をカバーした広帯域の位相差シートを用いる。

上記構成によれば、光ピックアップ等で使用される単波長若しくは狭帯域の波長板に対して、可視光域全域にわたりほぼ均一に位相を遅相可能となる。

また、本発明の立体撮像装置では、前記位相シフト手段の位相シフト量は、（２ｎ＋１）＊λ／４とする。

さらには、本発明の立体撮像装置では、前記位相シフト手段の位相シフト量は、左右で同一とする。

上記構成によれば、偏光の違いによる像の見え方の違いを、最も解消でき、２つの画像を使って良好な立体画像が得られる。その遅相量は前記液晶ディスプレイ用に使用され入手が容易な、λ／４左右同一位相分遅相させるのがコスト面で好ましい。左右が同一であるのがコスト面で好ましいが、異なる視差の偏光画像光線のうち右側を右回りλ／４遅相、左側を左回りλ／４遅相させても良い。また、その逆も可能である。更には、遅相量は、λ／４でなくともｎを任意の整数とすると（２ｎ＋１）＊λ／４を満たせば良い。更には、（２ｎ＋１）＊λ／４を満たせば左右同一でなくとも可能である。

また、本発明の立体撮像装置は、前記第１のプリズムは、クロスプリズムとする。

上記構成によれば、後述する理由により、光学系の配置をシンプルにできコンパクト化が可能となる。

また、本発明の立体撮像装置は、前記カメラ光学系部は像の結像倍率を変更できるズーム光学系とする。

上記構成によれば、本発明を活かしてズーム光学系を１組で構成でき、撮像倍率を用意に可変できる。２組で構成する方式に比べて調整容易性やロバスト性で勝る。

また、本発明の立体撮像装置は、前記偏光分離部は、一方の偏光画像と他方の偏光画像とを分離し、分離した一方の偏光画像を対応する撮像素子に結像させ、分離した他方の偏光画像を他方の対応する撮像素子に結像させるプリズムで構成されていることを特徴とする。

また、本発明の立体撮像装置搭載した電子機器は１台のカメラでぶれのない視差を持った立体画像を得ることができる。

また、本発明の立体撮像装置において、分離した二枚の画像に基づき被写体までの距離を算出する距離測定手段を有することにより、三角測量の原理に基づき、画像上に区切った小領域毎演算処理を施すことで、その小領域に含まれる物体までの距離を求めることができる。

本発明によれば、１台のカメラでぶれのない視差を持った立体画像を得ることができるため、従来のように２台のカメラを用いた場合のように、全く同じ特性のカメラを２台用意する必要がなく、２台のカメラの取り付け、即ち光軸合わせ等の調整作業や、２台のカメラの同期機構等を必要としない。

また、左右の撮像画像に歪みが発生することがないから、歪み補正のための装置や画像処理も必要としない。したがって、本発明によれば、コストだけではなくステレオ画像を得るための設備や処理負担も大幅に軽減できる。

また、本発明によれば、二つの光入射部の距離に応じた視差を備えた同一被写体の同一偏光の画像光線を、両方の視差の画像光線の位相を（２ｎ＋１）＊λ／４ずらすことで、異なる偏光の画像光線として合成し、この合成画像光線を偏光分離素子で、互いに異なる偏光の画像光線に分離し、それぞれに対応した撮像素子に結像するため、偏光の違いによる像の見え方の違いも解消でき、２つの画像を使って良好な立体画像が得られる。

本発明の実施形態に係る立体撮影装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る立体撮影装置を説明する平面図（ａ）および斜視図（ｂ）である。 本発明の第２の実施形態に係る立体撮影装置の概略図である。 本発明の他の偏光合成部の図である。 画像処理装置の構造を説明するブロック図である。 本発明の実施形態に係る立体撮影装置を電子機器に搭載した実施例である。

＜実施の形態１＞
本発明の１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る立体撮影装置は、二つの入射面の距離の差に応じた視差を備えた同一被写体の同一偏光の画像光線の両方の位相をλ／４厳密には（２ｎ＋１）＊λ／４ずらして円偏光とし、画像合成部である偏光分離膜部で、それぞれＳ偏光、Ｐ偏光として取り出し合成する。

前記Ｓ偏光、Ｐ偏光は、位相がλ／４ずれた結果でのＳ偏光、Ｐ偏光であるため、実際の画像光線はそれぞれＳ偏光成分：Ｐ偏光成分が１：１である。よって、偏光による見え方の偏りがない画像光線を取り込んでいることになる。

以下、その構成について具体的に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る偏光合成式立体撮影装置を概略的に示す概念図である。即ち、偏光合成式立体撮影装置は、概略的には被写体０の像を、光線α1、α２としてそれぞれ異なる視差で取り込む２か所の光入射部１０、１２と、光入射部１０へ入射する画像光線α１と、光入射部１２へ入射する画像光線α２の位相を、位相シフト手段である例えば位相差シート１１により、それぞれλ／４ずらした後に合成して、光線α１と光線α２の光軸が一致するようにカメラ光学系３に導く偏光合成部２と、合成されて入射した合成画像光線を所望の倍率で撮像センサ上に結像するように結像画像を出射するカメラ光学系３と、カメラ光学系３を出射した結像画像を偏光の違いにより２つの撮像センサ（素子）５、６の方向に分離する偏光分離部４と分離した像を撮像（光電変換）した後Ａ／Ｄ変換して得たデジタル画像データから画像を形成する画像処理装置７とから成っている。

尚、ずらす位相の量は、λ／４が光の吸収や前記位相差シートのコストの観点から理想であるが、厳密にはｎを任意の整数とすると（２ｎ＋１）＊λ／４を満たす位相であればよい。

上記実施の形態では、画像光線α１、画像光線α２の位相をそれぞれ同一位相であるλ／４ずらして合成したが、位相のずれ量は（２ｎ＋１）＊λ／４を満たせば、左右同一でなくとも良い。また、光入射部１０、１２に対して同一部品である方が配置し易ければ、図１のように位相差シート１１は左右同一部品で良い。配置等の関係で位相差シートが左右別々の部品の方が好ましければ、後記する図２のように、位相差シート１１ａ、１１ｂとして別々に配置することも可能である。

図２は、偏光合成式立体撮影装置1の具体的な実施形態を模式的に示した図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は斜視図を表す。偏光合成部２は、光の入射側からみて、光入射部であるレンズ１０、１２と、第１のプリズム１３とからなっている。

前記第１のプリズム１３は、レンズから入射した画像を折り曲げ、伝搬させるプリズム部と、一方の偏光を反射し、他方の偏光を透過（例えば、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過）する第１の偏光分離膜１３’からなる。また、カメラ光学系部３と対向する側の反対面側にλ／４膜（λ／４シート、λ／４位相差シート）１７（λは可視波長域としλ＝４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）と画像を反射する反射面として反射ミラー１８が配置されている。

また、光入射部１０、１２の前面には、光入射部１０へ入射する画像光線α１と、光入射部１２へ入射する画像光線α２の位相をシフトさせる位相シフト手段である例えば位相差シート１１ａと位相差シート１１ｂが設けられている。

次に画像光線α１とα２について、図２（ａ）を用いて説明する。画像光線α１は実線、α２は破線でそれぞれ記載している。画像光線α１とα２は、前記位相シフト手段である例えば位相差シート１１ａと位相差シート１１ｂにより、位相をそれぞれλ／４ずらす。なお、前記λ／４であるが、厳密にはｎを任意の整数とすると（２ｎ＋１）＊λ／４を満たせばよい。また、左右で前記ｎが同じであることが理想であるが、違っていても特に構わない。

前記位相差シート１１ａ、１１ｂを透過してＺ方向からレンズ１０、１２に入射した光線α１、α２はその下のプリズム部で第１の偏光分離膜１３’の方向に反射する。ここで第１の偏光分離膜１３’は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する偏光分離膜とした場合について説明する。

レンズ１０側から第１の偏光分離膜１３’に入射する光線α１のうちＳ偏光成分からなる偏光画像光線は、反射して―Ｙ方向のカメラ光学系部３の方向に向かう。一方、光線α２のうちＰ偏光成分からなる偏光画像光線に関しては、第１の偏光分離膜１３’を透過し、カメラ光学系部３の方向に向かわず結像に寄与しない。つまり、実線で示した光線α１は、レンズ１０から偏光分離膜１３’まではＰ偏光とＳ偏光からなるが、偏光分離膜１３’からカメラ光学系部３へ至る光路中では、光線α１はＳ偏光のみからなる。

また、レンズ１２側から第１の偏光分離膜１３’に入射する光線α２のうちＳ偏光成分からなる偏光画像光線は、Ｙ方向に反射してλ／４シート１７を透過することで、たとえば右回り円偏光に変換され、さらに反射ミラー１８で反射することで左回り円偏光になり、再びλ／４シート１７を透過することでＰ偏光になる。Ｐ偏光になった偏光画像光線は、第１の偏光分離膜１３’を透過し、カメラ光学系部３の方向に出射する。

レンズ１２側から第１の偏光分離膜１３’に入射する画像光線のうちＰ偏光成分からなる偏光画像光線は、第１の偏光分離膜１３’を透過し、カメラ光学系部３の方向に向かわず結像に寄与しない。つまり、破線で示した光線α２は、レンズ１２から偏光分離膜１３’まではＰ偏光とＳ偏光からなり、偏光分離膜１３’で反射されたＳ偏光はλ／４シート１７を透過し、反射ミラー１８で反射し、再びλ／４シート１７を透過することでＰ偏光となって偏光分離膜１３’を透過し、偏光分離膜１３’からカメラ光学系部３へは、光線α２はＰ偏光のみからなる。

また、光学特性上、レンズ１０側からカメラ光学系部３の方向に出射する画像光線とレンズ１２側からカメラ光学系部３の方向に出射する画像光線の光路長を同一にすることが望ましく、レンズ１０側のプリズム長をレンズ１２側に比べて長くし光路長をそろえている。つまり、レンズ１２側から入射した画像光線α２のうちＳ偏光が偏光分離膜１３’で反射されてから、λ／４シート１７、反射ミラー１８を経てＰ偏光となって反射分離膜１３’を透過するまでの間の光路長の分だけ、レンズ１０側のプリズム長を長くしている。

図２（ａ）の立体撮影装置では、画像光線α２のＳ偏光をＰ偏光とするためにレンズ１２側にλ／４シート１７および反射ミラー１８を設けた構成とした。別の構成としては、偏光分離膜１３’がＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過する構成とし、レンズ１０側の画像光線α１のＳ偏光をＰ偏光とするλ／２シートを偏光分離膜１３’の手前に設けることで、画像光線α１のＰ偏光となった偏光画像光線が偏光分離膜１３’で反射されカメラ光学系部３に向かい、一方、レンズ１２側の画像光線α２を反射ミラー１８の方向からカメラ光学系部３に入射させ、偏光分離膜１３’でＰ偏光を反射してカメラ光学系部３の方向と異なる方向に向かわすと共に、Ｓ偏光をカメラ光学系部３に向かう構成としても構わない。

これまでに説明したＰ偏光とＳ偏光との関係は、偏光分離膜１３’等の構成も含めてＰ偏光とＳ偏光を逆としても良い。また、光入射部のレンズ１０、１２は後述するカメラ光学系部３の光学特性を得やすく、あるいは偏光合成部２を伝搬する光束径を小さくすることができる効果があるが、組立性を良くする、部品削減によるコスト削減、装置厚みを薄くするために光入射部であるレンズ１０、１２をなくすこともできる。

上記の方法にて、レンズ１０側とレンズ１２側から取り込んだ２つの像を１つの光軸上に合成してカメラ光学系部３に合成画像光線として出射することができる。また、像の合成にはＰ偏光とＳ偏光の違いを利用しているが、取り込んでいる像はいずれももともとは直線偏光から位相がλ／４ずれた円偏光像である。そのうち一方のＳ偏光成分像を装置内部で位相をλ／２ずらして、Ｐ偏光に変換しているのは、偏光分離膜１３’でのどちらか一方の偏光を透過し、他方の偏光を反射させすることで、偏光光線を合成画像光線として合成すたるためである。

以上の構成とすることで、たとえば水面、ガラスの反射光、液晶の表示画面等２つの像間で偏光の違いによる像の違いが発生せず、後述の立体像を生成した場合にも違和感のない像が得られる。

また、実際には像としては、Ｐ偏光のみ、Ｓ偏光のみの像ではなく、直線偏光からλ／４ずれた円偏光像を取り込むことで、自然と殆ど同じ状態の画像が得られる。本発明は偏光の偏りによる見え方の違いを補正し、自然と殆ど同じ状態の画像が得る点に特徴がある。

なお、位相差シートの位置は、上の説明では、レンズ１０、１２の前段に挿入したが、第１の偏光分離膜１３’の前段であれば問題ない。

また、第１の偏光分離膜１３’の特性としては、可視光波長帯域λ（４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）を用い、第１の偏光分離膜１３’への入射角４５±１０度の範囲でＰ偏光透過率８０％以上、Ｓ偏光反射率８０％以上が望ましい。

次に、カメラ光学系部３は、複数のレンズ群８から構成されており、これらのレンズ群８の一部が駆動することにより焦点距離を変更できるズーム光学系となっている。このため入力された２種類の偏光像はこの１組のズームレンズユニットで同時にズーミング、フォーカシングが行われるとともに、光学系のもつ収差の影響は２つの像に対して同じように働くため、２つの像間の画像の違いが発生せず、さらに、撮像系として最もコストがかかり、サイズアップの影響があるカメラ光学系部分に対してコストダウンとサイズの最小化の効果が大きいこととなる。

カメラ光学系部３から出射した２種類の偏光像光線は偏光分離部４に入射し、第２のプリズム４’（例えば、ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）で元のＰ偏光像とＳ偏光像に分離され撮像センサ５に結像する。このとき第２のプリズム４’の特性は可視光波長帯域λ（４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）、第２の偏光分離膜４”への入射角４５±１０度の範囲でＰ偏光透過率８０％以上、Ｓ偏光反射率８０％以上が望ましい。また、第２の偏光分離膜４”と撮像センサ５、６の間に偏光シートを配置することにより、偏光分離時のクロストークを低減することも可能である。

撮像センサ５、６は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子（センサ）、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄ変換器等を備えており、上記Ｐ偏光及びＳ偏光の分離画像に基づく撮像素子の出力に基づいて画像データを生成する。また、カメラ装置は、自身が撮影した画像に関する情報を記録する内蔵メモリを有し、双方向パラレルインターフェースやＳＣＳＩインターフェース等の、高速で画像転送可能な汎用インターフェースやＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉｅｓ Ｂｕｓ）によって画像処理装置７のコンピュータに接続される。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の立体撮影装置に関わる実施の形態２を図３〜図４を用いて説明する。実施の形態1では、Ｓ偏光像のうち一方のＳ偏光像を偏光合成部によってＰ偏光に変換するための手段として、λ／４シート１７と反射ミラーを用いた構成について説明したが、本実施の形態２では、実施の形態１のλ／４シート１７と反射ミラー１８を用いない構成である。その他の構成については実施の形態１と同一であるため、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図３は、偏光合成部２の他の実施例である。偏光合成部２は、画像の入射側からみて光入射部であるレンズ１０、１２と、第１のプリズム１３とからなっている。また、レンズ１０、１２の前段には位相差シート１１が設けられている。

前記位相差シート１１は、偏光分離膜１３’までの偏光合成部２であれば、何れに設けても良い。このときレンズ１０、１２から入射した画像は、位相差シート１１（λ／４位相差シート）によりＳ偏光成分あるいはＰ偏光成分の偏り成分（特に水面、ガラスの反射光、液晶の表示画面など）が円偏光成分に変換され、偏光の偏りが補正された均一な画像になる。なおこの位相差シート１１はλ／４位相差シートに限るものではなく、厳密にはｎを任意の整数とすると（２ｎ＋１）＊λ／４を満たせばよい。また、左右で前記ｎが同じであることが理想であるが、違っていても特に構わない。

前記位相差シート１１により、偏光分離膜１３’の偏光分離膜面に対して光入射時にＳ偏光成分だった光の偏光方向が４５度回転することによりＰ偏光成分５０％、Ｓ偏光成分５０％に変換され、同様に光入射時にＰ偏光成分だった光が４５度回転することによりＰ偏光成分５０％、Ｓ偏光成分５０％に変換される。その結果、偏光分離膜１３’の偏光分離膜面で反射するＳ偏光は光入射時Ｓ偏光だった光の５０％と光入射時Ｐ偏光だった光の５０％分からなり、入射光の偏光の偏り（Ｐ偏光だけ、あるいはＳ偏光だけ）がなく取り込むことができる。

次に偏光の偏りが補正された均一な画像は、レンズ１０、１２から入射した画像を折り曲げ、伝搬させるプリズム部で９０度光軸が曲げられ、一方の偏光を透過し、他方の偏光を反射するプリズム部（例えば、ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以下ＰＢＳと表記する。）に入射する。ＰＢＳの特性としては可視光波長帯域λ（４５０ｎｍ〜７００ｎｍ）、第１の偏光分離膜１３’への入射角４５±１０度の範囲でＰ偏光透過率８０％以上、Ｓ偏光反射率８０％以上が望ましい。

また更に偏光合成時のクロストークを減らすためにλ／４位相差シート１１と第１の偏光分離膜１３’の間に撮像に寄与しない側の偏光成分をカットする偏光シートを配置しても良い。

レンズ１０側からの画像のうち、前記λ／４位相差シート１１により位相がずれた後のＳ偏光成分は、第１のプリズム１３で反射してカメラ光学系部３方向に進み、レンズ１２側からの画像のうち前記λ／４位相差シート１１により位相がずれた後のＰ偏光成分は、第１のプリズム１３を透過しカメラ光学系部３方向に進む。

これによりカメラ光学系部３に対してレンズ１０側からのＳ偏光像とレンズ１２側からのＰ偏光像が偏光合成部２で合成され、光軸が一致して入力され合成画像光線となる。なお、前記Ｓ偏光とＰ偏光の関係は左右入れ替わっても特に構わない。

さらに、基線長を長くとりながら、プリズムの大きさをできるだけ小さくする実施例として図４のような構成も可能となる。図４ではＺ方向からレンズ１０、１２に入射した画像はλ／４位相差シート１１によりＳ偏光成分あるいはＰ偏光成分の偏り成分（特に水面、ガラスの反射光、液晶の表示画面など）が円偏光成分に変換され、偏光の偏りが補正されその下のプリズム１４でプリズム方向に反射する。この時、プリズムはＳ偏光反射、Ｐ偏光透過する偏光膜１５とＳ偏光透過、Ｐ偏光反射する偏光膜１６から形成されているクロスプリズムの構造を有する。

これにより、レンズ１０側からプリズムに入射する画像のうちＳ偏光成分は偏光膜１６を透過し、偏光膜１５で反射して―Ｙ方向のカメラ光学系部方向に向かい、レンズ１２側からプリズムに入射する画像のうちＰ偏光成分は偏光膜１５を透過し、偏光膜１６で反射して―Ｙ方向のカメラ光学系部方向に向かう。このような構成にすることにより、より小型化された立体撮影装置を提供できる。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の立体撮影装置を搭載した電子機器について、図５、図６を用いて説明する。立体撮影装置の構成については実施の形態１または実施の形態２と同一であるため、同一の符号を付してその詳細な説明および図面を省略する。図５は画像処理装置7の構造を説明するブロック図である。

画像処理装置７は、演算処理を実行し命令を出力する等の機能を備えたＣＰＵ７１と、画像処理のための手順をＣＰＵ７１に実行させるためのプログラム等を格納したＲＯＭ７２と、ＣＰＵの処理動作のために、ＲＯＭ７２から読み出した上記プログラムや、ＣＰＵの処理のために必要なデータ等を一時的に格納しておくＲＡＭ7３からなるコンピュータ７０と、データやコマンド等を入力するための入力部７４と、ＣＰＵの出力を表示するための表示部７５、更に必要に応じて画像データを収納するための記憶手段（図示せず）を備えている。

以上の構成において、各光入射部１０及び１２を通った入射画像α１及びα２は、それぞれ偏光合成部２、カメラ光学系部３、偏光分離部４を通して、その撮像センサ上にそれぞれＰ偏光及びＳ偏光に分離した画像を結像する。このＰ、Ｓ偏光画像は上記光入射部１０及び１２の視差に応じてそれぞれ互いに僅かにずれている。

画像は撮像センサで電気信号に変換されて、Ａ／Ｄ変換した後、内蔵の画像信号処理回路に入りシェーディング補正やγ補正等の処理を行った後、その内蔵メモリに記録される。この内蔵メモリに記録された画像データは、画像処理装置７からの画像データ要求に応じて画像処理装置７に入力される。画像処理装置７に入力された画像データは、そのコンピュータ7０で画像２枚のステレオ画像に形成される。画像処理装置７のコンピュータ7０はこのようにして得られた２つの画像から、例えば被写体までの距離を演算し、図示しない出力装置に出力することもできる。

図６は、本発明の偏光合成式立体撮影装置１を携帯電話あるいはポケットムービー、デジカメの等の電子機器の筐体に組み込んだときの実施例である。図６（ａ）の電子機器は、図２の実施例の立体撮影装置のように、光入射部１０，１２が、偏光合成部２、カメラ光学系部３、偏光分離部４から成る平面に直交する側に配置されている場合の搭載例を表したものであり、図６（ｂ）の電子機器は、図1のように光入射部１０，１２が、偏光合成部２、カメラ光学系部３、偏光分離部４から成る平面方向に配置されている場合の搭載例を表したものである。

また、本発明の立体撮影装置は、距離測定に必要な構成をさらに設け電子機器に搭載することにより距離測定を可能にすることが出来る。偏光合成式ステレオカメラによる距離計測は、既に知られた三角測量の原理に基づいて行う。画像上に区切った小領域毎に三角測量の原理に基づく演算処理を施すことで、その小領域に含まれる物体までの距離を求めることができる。

１ 偏光合成式立体撮影装置
２ 偏光合成部
３ カメラ光学系部
４ 偏光分離部
４’ 第２のプリズム
４” 偏光分離膜
５，６ 撮像センサ
７ 画像処理装置
７０ コンピュータ
７１ ＣＰＵ
７２ ＲＯＭ
７３ ＲＡＭ
７４ 入力部
７５ 表示部
１０、１２ 光入射部
１１ 位相差シート
１３ 第１のプリズム
１３' 偏光分離膜

Claims (9)

1. 同一被写体像からそれぞれ異なる視差の偏光画像光線を取り出して第１のプリズムにより同一光軸上に合成画像光線を形成する偏光合成部と、
   前記偏光合成部で形成される合成画像光線を結像するカメラ光学系部と、
   第２のプリズムにより前記合成画像光線から異なる光軸方向に偏光画像光線を分離して複数の撮像素子に結像させる偏光分離部とを有する立体撮影装置であって、
   前記偏光合成部より被写体像側に位相シフト手段を配置したことを特徴とする立体撮影装置。
2. 前記位相シフト手段は、位相差シートであることを特徴とする、請求項1記載の立体撮影装置。
3. 前記位相シフト手段の位相シフト量は、（２ｎ＋１）＊λ／４であることを特徴とする、請求項1記載の立体撮影装置。
4. 前記位相シフト手段の位相シフト量は、前記それぞれ異なる視差の偏光画像光線の光路で同一であることを特徴とする、請求項３記載の立体撮影装置。
5. 前記第１のプリズムは、クロスプリズムであることを特徴とする、請求項1記載の立体撮影装置。
6. 前記カメラ光学系部は像の結像倍率を変更できるズーム光学系からなることを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の立体撮影装置。
7. 前記偏光分離部は、一方の偏光画像と他方の偏光画像とを分離し、分離した一方の偏光画像を対応する撮像素子に結像させ、分離した他方の偏光画像を他方の対応する撮像素子に結像させるプリズムで構成されていることを特徴とする請求項１ないし６記載の立体撮影装置。
8. 請求項１ないし７記載の立体撮影装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
9. 請求項１ないし８記載の立体撮影装置において、分離した二枚の画像に基づき被写体までの距離を算出する距離測定手段を有することを特徴とする立体撮影装置。