JP2012220848A - 撮像装置及びレンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重なり合わない右眼用画像及び左眼用画像を生成する。
【解決手段】観視者の右眼に与える右眼用画像及び観視者の左眼に与える左眼用画像を撮像する撮像装置であって、右眼用画像を撮像する右撮像領域及び左眼用画像を撮像する左撮像領域を有する撮像部と、物体からの光の入射を受けるレンズ部と、レンズ部の右側を通過する右側光とレンズ部の左側を通過する左側光を互いに異なる方向に屈折させて分離するプリズム部と、プリズム部により分離された右側光を右撮像領域へと導き、プリズム部により分離された左側光を左撮像領域へと導く後段光学系とを備える撮像装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置及びレンズ装置に関する。

一つの物体を撮像して、観視者の右眼に与える右眼用画像及び前記観視者の左眼に与える左眼用画像を生成することにより、被写体の立体視を可能にする技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開平１０−２８２５９２号公報

物体と撮像部との間に複数の凸レンズを設けることにより、物体の右眼用画像及び左眼用画像を生成することができる。具体的には、物体からの入射光を凸レンズの光軸に平行な方向に屈折させる凸レンズと、当該凸レンズで屈折された光を受ける、光軸に垂直な方向に並列に配置された２つの凸レンズとを設けることにより、２つの凸レンズが、撮像部の異なる２つの領域において物体の像を結像させることができる。

ところが、並列に配置された２つの凸レンズによって右眼用画像及び左眼用画像を生成する場合には、大きな右眼用画像及び左眼用画像を生成しようとすると、それぞれの画像の一部の領域が重なるという問題が生じる。右眼用画像及び左眼用画像が重なることを防ぐには、右眼用画像及び左眼用画像を小さくしなければならないので、解像度が低下するという問題が生じる。また、２つの凸レンズを並列に配置すると、２つの凸レンズが大きな空間を占めるので、装置が大きくなるという問題も生じる。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、観視者の右眼に与える右眼用画像及び観視者の左眼に与える左眼用画像を撮像する撮像装置であって、右眼用画像を撮像する右撮像領域及び左眼用画像を撮像する左撮像領域を有する撮像部と、物体からの光の入射を受けるレンズ部と、レンズ部の右側を通過する右側光とレンズ部の左側を通過する左側光を互いに異なる方向に屈折させて分離するプリズム部と、プリズム部により分離された右側光を右撮像領域へと導き、プリズム部により分離された左側光を左撮像領域へと導く後段光学系とを備える撮像装置を提供する。

プリズム部は、一例として、右側光及び左側光をレンズ部の光軸から離れる方向に屈折させる。プリズム部は、右側光及び左側光を、右撮像領域及び左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向に、レンズ部の光軸に対してそれぞれ等しい角度で屈折させてよい。また、プリズム部は、右側光及び左側光をレンズ部の光軸に近づいて交差する方向に屈折させてもよい。プリズム部は、例えば、右側光及び左側光を、右撮像領域及び左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向に、レンズ部の光軸に対してそれぞれ等しい角度で屈折させる。

一例として、プリズム部は、右撮像領域及び左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に垂直な方向に配置された複数のプリズムを有する。プリズム部は、右撮像領域及び左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向に配置された複数のプリズムを有してもよい。

後段光学系は、一例として、プリズム部により分離された右側光及び左側光のそれぞれを撮像部の対応する領域へと導く１つのレンズを有する。撮像部は、一例として、右撮像領域及び左撮像領域を有する１つの撮像素子を有する。撮像装置は、撮像部により生成された右眼用画像及び左眼用画像に対して、プリズム部の収差を補正する画像処理を施す画像補正部を更に備えてもよい。

当該撮像装置は、レンズ部より物体側に設けられ、物体の像を物体とレンズ部との間の中間面に結像させる前段光学系をさらに備え、レンズ部は、中間面に結像された像の光の入射を受けてもよい。撮像装置は、レンズ部の視野を、撮像部により右撮像領域及び左撮像領域に結像される像の範囲に制限する視野絞り部を更に備えてもよい。

本発明の第２の態様においては、観視者の右眼に与える右眼用画像及び観視者の左眼に与える左眼用画像を撮像する撮像装置に装着されるレンズ装置であって、物体からの光の入射を受けるレンズ部と、レンズ部の右側を通過する右側光とレンズ部の左側を通過する左側光を互いに異なる方向に屈折させて分離するプリズム部と、プリズム部により分離された右側光を撮像装置における右眼用画像を撮像する右撮像領域へと導き、プリズム部により分離された左側光を撮像装置における左眼用画像を撮像する左撮像領域へと導く後段光学系とを備えるレンズ装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る撮像装置１００の構成を示す。 本実施形態に係る撮像装置１００の他の構成例を示す。 撮像装置１００の上面視図を示す。 撮像装置１００の側面視図を示す。 他の実施形態に係る撮像装置１００の構成を示す。 視野絞り部１８０の正面図を示す。 他の実施形態に係るレンズ装置３００の構成を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る撮像装置１００の構成を示す。撮像装置１００は、物体２００から入射される光を受けて、観視者の右眼に与える右眼用画像及び観視者の左眼に与える左眼用画像を撮像する。撮像装置１００は、撮像部１１０、レンズ部１２０、プリズム部１３０及び後段光学系１４０を備える。

撮像部１１０は、例えば固体撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）である。撮像部１１０は、右眼用画像を撮像する右撮像領域１１２および左眼用画像を撮像する左撮像領域１１４を有する。右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４は、撮像部１１０における重ならない２つの領域である。撮像部１１０の形状が、長辺及び短辺を有する長方形である場合に、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４は、撮像部１１０の長辺に並行な方向に並んで配置されてよい。

レンズ部１２０は、物体２００からの光の入射を受ける。レンズ部１２０は、例えば凸レンズである。一例として、レンズ部１２０は物体２００からの光の入射を受けて、レンズ部１２０の光軸に平行な方向の光をプリズム部１３０に入射する。

プリズム部１３０は、レンズ部１２０の右側を通過する右側光とレンズ部１２０の左側を通過する左側光を互いに異なる方向に屈折させて分離する。例えば、プリズム部１３０は、右側光および左側光を、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線に並行な方向に、レンズ部１２０の光軸に対してそれぞれ等しい大きさの角度で、互いに光軸から離れる異なる方向に屈折させる。ここで、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向とは、例えば、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４のそれぞれの中心位置どうしを接続する直線に平行な方向である。

ここで、図１に示す撮像装置１００における「右側」とは、レンズ部１２０の光軸に対して右撮像領域１１２が配置されている側の領域をいう。「左側」とは、レンズ部１２０の光軸に対して左撮像領域１１４が配置されている側の領域をいう。

プリズム部１３０は、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２を有してよい。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、例えば三角プリズムである。一例として、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、右側光及び左側光をレンズ部１２０の光軸から離れる方向に屈折させる。

プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２における後段光学系１４０に近い側の辺は、例えば、撮像部１１０における右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線と平行な方向に配置されている。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２におけるレンズ部１２０に近い側の辺は、レンズ部１２０の光軸から離れるほどレンズ部１２０に近づく方向に配置されてよい。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、最も小さな内角を有する頂点どうしが接する向きに、レンズ部１２０の光軸に対称な位置に配置されてよい。

プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、屈折させた右側光及び左側光を後段光学系１４０に入射する。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、右側光及び左側光が、後段光学系１４０の光軸と交差しない方向に屈折させる。

後段光学系１４０は、プリズム部１３０により分離された右側光及び左側光を撮像部１１０の対応する領域に導く。例えば、後段光学系１４０は、プリズム部１３０−１により分離された右側光を右撮像領域１１２へと導き、プリズム部１３０−２により分離された左側光を左撮像領域１１４へと導く。

後段光学系１４０は、例えば凸レンズである。後段光学系１４０は、プリズム部１３０から入射された右側光及び左側光を、後段光学系１４０の光軸に近づける方向に屈折させてよい。後段光学系１４０は、プリズム部１３０から入射された右側光及び左側光のうち、後段光学系１４０の光軸から遠い位置に入射する光を、後段光学系１４０の光軸に近い位置に入射する光よりも大きな角度で屈折させてよい。

後段光学系１４０の光軸方向における撮像部１１０の表面と後段光学系１４０との間の距離は、後段光学系１４０の焦点距離に等しい。したがって、後段光学系１４０に入射された光は後段光学系１４０で屈折して、撮像部１１０の面上で結像し、右撮像領域１１２に右側画像が形成され、左撮像領域１１４に左側画像が形成される。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２が、レンズ部１２０の光軸から離れる方向に右側光及び左側光を屈折させるので、右側画像及び左側画像は重なり合わない。

撮像装置１００は、撮像部１１０により生成された右眼用画像および左眼用画像に対して、プリズム部１３０の収差を補正する画像処理を施す画像補正部を更に備えてもよい。一例として、当該画像処理部は、プリズム部１３０−１の色収差及び歪曲収差に基づいて右撮像領域１１２で撮像される右眼用画像を補正し、プリズム部１３０−２の色収差及び歪曲収差に基づいて左撮像領域１１４で撮像される左眼用画像を補正する。

図２は、本実施形態に係る撮像装置１００の他の構成例を示す。同図に示すプリズム部１３０は、右側光および左側光をレンズ部１２０の光軸に近づいて交差する方向に屈折させる。具体的には、プリズム部１３０は、右側光および左側光を、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向に、レンズ部１２０の光軸に対してそれぞれ等しい角度で屈折させる。

より具体的には、プリズム部１３０は、レンズ部１２０の右側の領域から入射される光を、後段光学系１４０における左側の領域に入射する。また、プリズム部１３０は、レンズ部１２０の左側の領域から入射される光を、後段光学系１４０における右側の領域に入射する。

一例として、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２における後段光学系１４０に近い側の辺は、撮像部１１０における右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線と平行な方向に配置されている。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２におけるレンズ部１２０に近い側の辺は、レンズ部１２０の光軸から離れるほどレンズ部１２０から遠くなる方向に配置されている。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２が当該向きに配置されることにより、プリズム部１３０は、右側光および左側光をレンズ部１２０の光軸に近づいて交差する方向に屈折させることができる。

プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、それぞれの最も短い辺どうしが向かい合う向きに配置されてもよい。プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２の最も短い辺どうしが互いに接してもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態に係る撮像装置１００の他の構成を示す。図３Ａは撮像装置１００の上面視図であり、図３Ｂは撮像装置１００の側面視図である。図３Ａ及び図３Ｂにおける右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４が並ぶ方向は、図１における右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の撮像部１１０が並ぶ方向と直交している。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、左撮像領域１１４が配置されている側を上側、右撮像領域１１２が配置されている側を下側と称する。

図３Ａ及び図３Ｂに示すプリズム部１３０は、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線に垂直な方向に配置された複数のプリズムを有する。図３Ａに示すように、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、レンズ部１２０から入射される光の方向を、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線に垂直な方向において変化させることなく後段光学系１４０に入射する。つまり、撮像装置１００の上側から見た場合に、レンズ部１２０と後段光学系１４０との間における光路は、レンズ部１２０の光軸の光軸と平行である。

後段光学系１４０は、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２から入射された光を、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線に垂直な方向において、後段光学系１４０の光軸に近づく向きに屈折させる。後段光学系１４０は、例えば、上側から見た場合に後段光学系１４０の光軸に対してそれぞれ等しい角度で、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２から入射された光を光軸に向けて屈折させることが好ましい。

図３Ｂに示すように、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２は、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線の方向において、レンズ部１２０の光軸に対して異なる向きに屈折させる。例えば、プリズム部１３０−１は、レンズ部１２０から入射された光を光軸に対して上向きに屈折させる。プリズム部１３０−２は、レンズ部１２０から入射された光を光軸に対して下向きに屈折させる。プリズム部１３０−１が入射光を屈折させる角度と、プリズム部１３０−２が入射光を屈折させる角度とは、等しいことが好ましい。

プリズム部１３０−１は、屈折させた光を、後段光学系１４０の光軸に対してプリズム部１３０−１の側であり、かつ、後段光学系１４０の上側の領域に入射する。プリズム部１３０−２は、屈折させた光を、後段光学系１４０の光軸に対してプリズム部１３０−２の側であり、かつ、後段光学系１４０の下側の領域に入射する。つまり、後段光学系１４０において、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２から光が入射される領域は、後段光学系１４０の中心点に対して対称な位置にある。

後段光学系１４０は、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線の方向において、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２から入射された光が後段光学系１４０の光軸に対して略平行になるように屈折させる。後段光学系１４０は、プリズム部１３０−１から入射された光を光軸に近づく方向に屈折させて、左撮像領域１１４に入射する。後段光学系１４０は、プリズム部１３０−２から入射された光を光軸方向に屈折させて、右撮像領域１１２に入射する。

以上のように、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４の対応する位置を結ぶ直線に垂直な方向に、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２を配置することにより、図１に示した構成における右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４に対して垂直な方向に右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４を配置することができる。

図４は、他の実施形態に係る撮像装置１００の構成を示す。図４に係る撮像装置１００は、図１から図３Ｂに示した撮像装置１００をさらに改善した撮像装置である。図１から図３Ｂに示した撮像装置１００においては、物体２００からの光はプリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２で分離され、後段光学系１４０を通して、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４に２つの像を作る。ところが、レンズ部１２０に入射される像の範囲が制限されていない場合には、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４にできる像の一部の領域が重なる場合がある。

レンズ部１２０から撮像部１１０に至るまでの光路に、光束を制限する絞りを設けることで、像の重なりの発生を軽減することはできる。しかし、撮像部１１０と共役な位置に絞りを配置してレンズ部１２０に入射される像の範囲を制限しない限り、２つの像の重なりを完全に防ぐことはできない。

そこで、図４に示す撮像装置１００は、前段光学系１６０及び視野絞り部１８０をさらに備える。前段光学系１６０及び視野絞り部１８０は、レンズ部１２０と物体２００側との間に設けられている。前段光学系１６０は、物体２００から入射された光を屈折させて、物体２００の像を物体２００とレンズ部１２０との間の中間面１７０に結像させる。前段光学系１６０は、例えば凸レンズからなる結像レンズである。

撮像装置１００が前段光学系１６０を有することにより、撮像部１１０と共役な中間像が生成される。視野絞り部１８０は、中間像の範囲を制限する。その結果、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２における光の屈折角を、視野絞り部１８０で制限した像の範囲以上にすることで、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４のそれぞれにおいて、プリズム部１３０−１及びプリズム部１３０−２で分離した２つの像が重なることを防止できる。

図５は、視野絞り部１８０の正面図を示す。視野絞り部１８０は、前段光学系１６０から入射される光を透過する光透過領域１８２、及び、前段光学系１６０から入射される光を透過しない光非透過領域１８４を有する。視野絞り部１８０は、外部からの制御により光透過領域１８２の領域の面積と光非透過領域１８４の領域の面積とを変化させてもよい。

図６は、他の実施形態に係るレンズ装置３００の構成を示す。レンズ装置３００は、観視者の右眼に与える右眼用画像および観視者の左眼に与える左眼用画像を撮像する撮像装置４００に装着される。撮像装置４００は、図１に示した撮像部１１０を有してよい。撮像部１１０は、右撮像領域１１２及び左撮像領域１１４を有する。

レンズ装置３００は、レンズ部１２０、プリズム部１３０及び後段光学系１４０を備える。レンズ部１２０は、物体２００からの光の入射を受ける。プリズム部１３０は、レンズ部１２０の右側を通過する右側光とレンズ部１２０の左側を通過する左側光を互いに異なる方向に屈折させて分離する。後段光学系１４０は、プリズム部１３０により分離された右側光を撮像装置における右眼用画像を撮像する右撮像領域１１２へと導き、プリズム部１３０により分離された左側光を撮像装置４００における左眼用画像を撮像する左撮像領域１１４へと導く。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 撮像装置、１１０ 撮像部、１１２ 右撮像領域、１１４ 左撮像領域、１２０ レンズ部、１３０ プリズム部、１４０ 後段光学系、１６０ 前段光学系、１７０ 中間面、１８０ 視野絞り部、１８２ 光透過領域、１８４ 光非透過領域、２００ 物体、３００ レンズ装置、４００ 撮像装置

Claims (13)

1. 観視者の右眼に与える右眼用画像及び前記観視者の左眼に与える左眼用画像を撮像する撮像装置であって、
   前記右眼用画像を撮像する右撮像領域及び前記左眼用画像を撮像する左撮像領域を有する撮像部と、
   物体からの光の入射を受けるレンズ部と、
   前記レンズ部の右側を通過する右側光と前記レンズ部の左側を通過する左側光を互いに異なる方向に屈折させて分離するプリズム部と、
   前記プリズム部により分離された前記右側光を前記右撮像領域へと導き、前記プリズム部により分離された前記左側光を前記左撮像領域へと導く後段光学系と、
   を備える撮像装置。
2. 前記プリズム部は、前記右側光及び前記左側光を前記レンズ部の光軸から離れる方向に屈折させる
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記プリズム部は、前記右側光及び前記左側光を、前記右撮像領域及び前記左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向に、前記レンズ部の光軸に対してそれぞれ等しい角度で屈折させる
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記プリズム部は、前記右側光及び前記左側光を前記レンズ部の光軸に近づいて交差する方向に屈折させる
   請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記プリズム部は、前記右側光及び前記左側光を、前記右撮像領域及び前記左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向に、前記レンズ部の光軸に対してそれぞれ等しい角度で屈折させる
   請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記プリズム部は、前記右撮像領域及び前記左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に平行な方向に配置された複数のプリズムを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像装置。
7. 前記プリズム部は、前記右撮像領域及び前記左撮像領域の対応する位置を結ぶ直線に垂直な方向に配置された複数のプリズムを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像装置。
8. 前記レンズ部より前記物体側に設けられ、前記物体の像を前記物体と前記レンズ部との間の中間面に結像させる前段光学系をさらに備え、
   前記レンズ部は、前記中間面に結像された像の光の入射を受ける
   請求項６または７に記載の撮像装置。
9. 前記レンズ部の視野を、前記撮像部により前記右撮像領域及び前記左撮像領域に結像される像の範囲に制限する視野絞り部を更に備える
   請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記後段光学系は、前記プリズム部により分離された前記右側光及び前記左側光のそれぞれを前記撮像部の対応する領域へと導く１つのレンズを有する
    請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像装置。
11. 前記撮像部は、前記右撮像領域及び前記左撮像領域を有する１つの撮像素子を有する
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
12. 前記撮像部により生成された前記右眼用画像及び前記左眼用画像に対して、前記プリズム部の収差を補正する画像処理を施す画像補正部を更に備える
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
13. 観視者の右眼に与える右眼用画像及び前記観視者の左眼に与える左眼用画像を撮像する撮像装置に装着されるレンズ装置であって、
    物体からの光の入射を受けるレンズ部と、
    前記レンズ部の右側を通過する右側光と前記レンズ部の左側を通過する左側光を互いに異なる方向に屈折させて分離するプリズム部と、
    前記プリズム部により分離された前記右側光を前記撮像装置における前記右眼用画像を撮像する右撮像領域へと導き、前記プリズム部により分離された前記左側光を前記撮像装置における前記左眼用画像を撮像する左撮像領域へと導く後段光学系と、
    を備えるレンズ装置。

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