JP2013117566A - 視差画像取得装置、携帯情報端末及び視差画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型な構成で、大幅なコストアップを伴わず、良好な画質の視差画像を取得することのできる、単一の光学系で視差画像を取得できる装置を提供する。
【解決手段】撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置され、物体側から撮像光学系へ進行する光線を偏向させる光学偏向部材と、光学偏向部材を、撮像光学系の光軸の周りに３６０度の倍数を除く角度で回動させる回動機構と、を有し、回動機構による光学偏向部材の回動の前後において撮像された被写体像は互いに視差を有する視差画像となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、視差画像取得装置、携帯情報端末及び視差画像取得方法に関するものである。

２Ｄ映像（２次元画像）よりも３Ｄ映像（立体画像）の方が、臨場感が高く、驚きや興奮を増す効果が大きいことから、様々な市場において映像を立体画像で鑑賞したいという強いニーズがある。一方、撮影装置の小型化を図るとともにコストアップを避けるため、単眼レンズで立体像を取得する提案がなされている。

例えば、特許文献１において、光学系内のレンズをシフトさせて視差画像を取得する方法が提案されている。特許文献１記載のステレオ画像生成方法では、光軸上に複数配置されたレンズのうち、少なくとも１つのレンズを光軸に垂直な平面内でシフトさせて、視差画像を撮影する。

また、特許文献２は、鏡枠全体を駆動させて視差画像を取得する方法を提案している。特許文献２記載の立体画像形成装置では、被写体とそれを撮影する撮像部の相対位置を変化させる移動手段を備え、被写体を第１の方向及び第２の方向から撮影し、これら２つの方向から撮影した画像を同一の媒体上に作像する。

特開２０１０−４１３８１号公報 特開平９−１７１２２１号公報

しかしながら、特許文献１のステレオ画像生成方法においては、レンズをシフトすることによる光学性能の低下が考えられ、視差画像が取得できたとしても画質が低下するおそれがある。
また、特許文献２の立体画像形成装置においては、まず、装置が大型化してしまうという問題がある。さらに、鏡枠全体を動かすことから、２つの方向からの撮影に大きな時間ずれが発生するため、デジタルカメラのような観賞用画像を取得する装置には向いていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型な構成で、大幅なコストアップを伴わず、良好な画質の視差画像を取得することのできる、単一の光学系で視差画像を取得できる装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る視差画像取得装置は、撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置され、物体側から撮像光学系へ進行する光線を偏向させる光学偏向部材と、光学偏向部材を、撮像光学系の光軸の周りに３６０度の倍数を除く角度で回動させる回動機構と、を有し、回動機構による光学偏向部材の回動の前後において撮像された被写体像は互いに視差を有する視差画像となることを特徴としている。

本発明に係る視差画像取得装置においては、回動機構を駆動して光学偏向部材を１８０度回動させ、この回動の前後の撮像によって視差画像を得るように撮像素子と回動機構を制御する制御部をさらに有することが好ましい。

本発明に係る視差画像取得装置においては、視差画像取得装置の姿勢を検知する姿勢センサを更に有し、制御部は、センサの出力に基づいて、視差画像が水平方向に視差を有するように回動機構を駆動することが好ましい。

本発明の第２の態様に係る視差画像取得装置は、撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置され、物体側から撮像光学系に至る光線を偏向させる光学偏向部材と、光学偏向部材を、撮像光学系の光軸に略垂直な軸の周りに揺動させる揺動機構と、を有し、揺動機構による光学偏向部材の揺動の前後において撮像された被写体像は互いに視差を有する視差画像となることを特徴としている。

本発明に係る視差画像取得装置においては、光学偏向部材は、１つの入射平面と１つの射出平面を備え、入射平面と射出平面は、互いに所定の角度をなしていることが好ましい。

本発明に係る視差画像取得装置においては、所定の角度は、０．１度以上、３度以下であることが好ましい。

本発明に係る視差画像取得装置においては、光学偏向部材は、光学ガラス部材であることが好ましい。

本発明に係る視差画像取得装置においては、光学偏向部材は、樹脂部材であることが好ましい。

本発明に係る視差画像取得装置においては、撮像光学系は共軸光学系であることが好ましい。

本発明に係る視差画像取得装置においては、撮像光学系は折り曲げ系であることが好ましい。

本発明の第１の態様に係る視差画像取得装置においては、光学偏向部材及び回動機構はユニットを構成し、このユニットは、撮像光学系を備えるモジュールに対して脱着可能であることが好ましい。

本発明の第２の態様に係る視差画像取得装置においては、光学偏向部材及び揺動機構はユニットを構成し、このユニットは、撮像光学系を備えるモジュールに対して脱着可能であることが好ましい。

本発明に係る携帯情報端末は、上述のいずれかの視差画像取得装置を備えることを特徴としている。

本発明に係る視差画像取得方法は、撮像素子と、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置され、物体側から撮像光学系へ進行する光線を偏向させる光学偏向部材と、光学偏向部材を、撮像光学系の光軸周りに回動させる回動機構と、を有する視差画像取得装置で視差画像を取得する視差画像取得方法であり、光学偏向部材が光軸に関して所定の角度をなす状態において被写体を撮像する第１の撮像ステップと、第１の撮像ステップの後に、回動機構により光学偏向部材を所定の角度から光軸の周りに１８０度回動させる回動ステップと、回動ステップの後に、被写体を撮像する第２の撮像ステップと、を有することを特徴としている。

本発明に係る視差画像取得装置は、小型で安価な構成で良好な画質の視差画像を取得でき、これにより高品質の立体画像を取得することが可能となる。

第１実施形態に係る視差画像取得装置に用いる撮像素子、撮像光学系、及び光学偏向部材の構成を示す断面図であって、（ａ）は光学偏向部材を光軸の周りに回動させる前の状態を、（ｂ）は光学偏向部材を光軸の周りに回動させた後の状態を、それぞれ示す図である。 第１実施形態における光学偏向部材の形状例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る視差画像取得装置を組み込んだ携帯電話を示す正面図である。 図３に示す携帯電話における基準方向Ｖと、撮像光学系における光学偏向部材の傾斜方向と、の関係を示す平面図である。 図３の携帯電話を横置きにしたときの光学偏向部材の傾斜方向の例を示す図であり、（ａ）は傾斜方向を１８０度にした状態、（ｂ）は傾斜方向を０度にした状態、をそれぞれ示す図である。 図３の携帯電話を縦置きにしたときの光学偏向部材の傾斜方向の例を示す図であり、（ａ）は傾斜方向を９０度にした状態、（ｂ）は傾斜方向を２７０度にした状態、をそれぞれ示す図である。 第１実施形態に係る視差画像取得装置に用いる、シャッタユニットとカメラモジュールの構成を示す斜視図である。 図７に示す、シャッタユニットとカメラモジュールの構成を示す分解斜視図である。 第１実施形態における視差画像取得装置の内部構成を示す平面図である。 第１実施形態における視差画像取得装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における視差画像取得装置の動作を示す平面図である。 第１実施形態における視差画像取得方法の処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態における第１変形例における撮像光学系の構成を示す断面図である。 第１実施形態における第２変形例における撮像光学系の構成を示す断面図である。 第２実施形態におけるシャッタユニットとカメラモジュールの構成を示す斜視図である。 第２実施形態におけるシャッタユニットとカメラモジュールの構成を示す分解斜視図である。 第２実施形態におけるシャッタユニットの内部構成を示す斜視図である。 第２実施形態における視差画像取得装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態における光学偏向部材の動作を示す、図１７のＸＩＸ−ＸＩＸ線における断面図である。 第２実施形態における光学偏向部材の動作を示す、図１７のＸＩＸ−ＸＩＸ線における断面図である。

以下に、本発明に係る視差画像取得装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る視差画像取得装置に用いる撮像素子１２０、撮像光学系１１０、及び光学偏向部材１２１の構成を示す断面図であって、（ａ）は光学偏向部材１２１を撮像光学系１１０の光軸Ａｘの周りに回動させる前の状態を、（ｂ）は光学偏向部材１２１を光軸Ａｘの周りに１８０度回動させた後の状態を、それぞれ示す図である。図２は、第１実施形態における光学偏向部材１２１の形状例を示す斜視図である。なお、図２は、傾斜方向を明確にするために光学偏向部材１２１を簡略化して示している。

第１実施形態に係る視差画像取得装置は、撮像素子１２０と、撮像素子１２０上に被写体像を結像する撮像光学系１１０と、撮像光学系１１０の前面に配置され、物体側（図１の左側）から撮像光学系１１０へ進行する光線を偏向させる光学偏向部材１２１と、光学偏向部材１２１を、撮像光学系１１０の光軸Ａｘの周りに３６０度の倍数を除く角度で回動させる回動機構と、を有する。回動機構による光学偏向部材１２１の回動の前後において撮像された被写体像は互いに視差を有する視差画像となる。
ここで、前側は物体側であり、後ろ側は像面側としている。

図１に示すように、撮像光学系１１０は、第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３で構成される。第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３は、物体側から像側へ順に配置されており、制御部２３０（図１０）からの指示信号にしたがって、ＡＦアクチュエータ２２３（図１０）によって光軸Ａｘに沿って駆動される。
第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３は、撮像素子１２０上に被写体像を結像する。撮像素子１２０は撮像面に結像された被写体像を光電変換し電気的な画像信号を生成する。
なお、撮像光学系１１０は、図１に示す構成に限定されず、例えば１枚のレンズや４枚以上のレンズで構成することもできる。

光学偏向部材１２１は、図２の矢印に示す１つの方向に沿った傾斜を備えたプリズムからなり、このプリズムは屈折率１．５近傍の光学ガラス部材が好ましく、例えば、ＢＫ７などの硝材で構成する。ここで、図２に示す傾斜は、図１において、入射平面１２２と射出平面１２３の間隔が小さくなる方向を示している。
光学偏向部材１２１は、図１に示すように、第１レンズ１１１の前面側に配置された光学面として、入射平面１２２及び射出平面１２３を有する。入射平面１２２及び射出平面１２３は、撮像光学系の光軸Ａｘに沿って前方から順に配置され、互いに所定の角度θをなしている。入射平面１２２と射出平面１２３のなす角度θは、０．１度以上３度以下であれば、色収差の発生を低減することができるため、この角度範囲が望ましい。
なお、図１、図２は、説明の便宜上、角度θが明確になるように、角度θを実際より大きめに図示している。

なお、光学偏向部材１２１を構成するプリズムは樹脂部材を用いてもよい。樹脂部材を用いると、軽量化することができ、材料コストを低減でき、さらに加工自由度が高まるため好ましい。

図１（ａ）に示す状態においては、光線Ｌ１が空気中から光学偏向部材１２１へ入射すると入射平面１２２において屈折作用によって屈折し、さらに、射出平面１２３でも屈折作用により屈折する。このため、光軸Ａｘ上に光学偏向部材１２１を配置していない場合の光線Ｌ２に対して、入射側と射出側で光線の角度を変えることができる。すなわち、光学偏向部材１２１は、物体側から撮像光学系１１０へ進行する光線を偏向させることができる。
図１（ａ）に示す状態から光学偏向部材１２１を光軸Ａｘの周りに回転させた後の状態（図１（ｂ））においても、光線Ｌ３が空気中から光学偏向部材１２１へ入射すると入射平面１２２における屈折作用によって屈折し、さらに、射出平面１２３でも屈折作用により屈折するため、光軸Ａｘ上に光学偏向部材１２１を配置していない場合の光線Ｌ２に対して、入射側と射出側で光線の角度を変えることができる。
ここで、図１（ａ）、（ｂ）に示す撮像光学系は共軸光学系であって、光学偏向部材１２１によって屈折した後に撮像素子１２０へ進行する光線は、光軸Ａｘ上に光学偏向部材１２１がない場合の光線と同様に、光軸Ａｘ上を進行する。

図１（ａ）と図１（ｂ）に示すように、光学偏向部材１２１を光軸Ａｘの周りに３６０度の倍数を除く角度で回動することにより、光軸Ａｘに対する光学偏向部材１２１の光学面の角度を調整することができ、これにより、物体側から第１レンズ１１１へ入射する光線の角度を変えることができる。したがって、図１（ａ）に示す状態で、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成されるとすると、光学偏向部材１２１を回動した後の状態（図１（ｂ））では、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。これにより、光学偏向部材１２１の回動の前後において撮像された、第１被写体像と第２被写体像で互いに視差が生じるため、これらの被写体像は被写体の視差画像となり、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。

図３は、第１実施形態に係る視差画像取得装置を組み込んだ携帯電話を示す正面図である。図３は、携帯電話１４０を縦置きした状態を示し、縦長の携帯電話１４０の長手方向に沿った基準方向Ｖは鉛直方向上に設定している。この携帯電話は、第１実施形態の視差画像取得装置を備えた携帯情報端末の一例であり、携帯情報端末としては、これ以外に、例えばデジタルカメラ、パソコン、携帯端末を挙げることができる。

図３に示されるように、携帯電話１４０は、マイク部１４１と、スピーカ部１４２と、入力ダイアル１４３と、モニター部１４４と、撮像光学系１４５と、アンテナ１４６と、不図示の処理手段とを有している。

ここで、マイク部１４１は、操作者の声を情報として入力するためのものである。スピーカ部１４２は、通話相手の声を出力するためのものである。入力ダイアル１４３は、操作者が情報を入力するためのものである。モニター部１４４は、操作者自身や通話相手等の撮影像や、電話番号等の情報を表示するためのものである。アンテナ１４６は、通信電波の送信と受信を行うためのものである。処理手段（不図示）は、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行うためのものである。

ここで、モニター部１４４は液晶表示素子である。また、図３中、各構成の配置位置、特にこれらに限られない。撮像光学系１４５としては、例えば図１の撮像光学系１１０が用いられ、携帯電話１４０に内蔵されている。

図４は、携帯電話１４０における基準方向Ｖと、撮像光学系１４５の前側に配置する光学偏向部材１２１の傾斜方向（図２の矢印方向）と、の関係を示す平面図である。図４は、図３に示す携帯電話に組み込んだ光学偏向部材を図３と同じ方向から見た図である。
図４に示すように、基準方向Ｖに沿った方向であって上向きの傾斜方向、すなわち基準方向Ｖに対する角度が０度である方向を傾斜方向Ｄ０としている。これに対して、平面視円形の光学偏向部材の中心Ｃ０に関して、図４の紙面上時計回りに、傾斜方向Ｄ０に対して９０度をなす方向を傾斜方向Ｄ９０、１８０度をなす方向を傾斜方向Ｄ１８０、２７０度をなす方向を傾斜方向Ｄ２７０、としている。

図５は、図３の携帯電話１４０を横置きにしたとき、すなわち基準方向Ｖが水平方向に沿うように携帯電話１４０を置いたときの光学偏向部材の傾斜方向の例を示す図であり、（ａ）は傾斜方向を１８０度にした状態、（ｂ）は傾斜方向を０度にした状態、をそれぞれ示す図である。図６は、図３の携帯電話１４０を縦置きにしたとき、すなわち基準方向Ｖが鉛直方向に沿うように携帯電話１４０を置いたときの光学偏向部材の傾斜方向の例を示す図であり、（ａ）は傾斜方向を９０度にした状態、（ｂ）は傾斜方向を２７０度にした状態、をそれぞれ示す図である。

図５（ａ）に示す状態では光学偏向部材の傾斜方向はＤ１８０であり、図５（ｂ）に示す状態では光学偏向部材の傾斜方向はＤ０としている。したがって、両者は、光学偏向部材の傾斜方向が水平方向に沿っており、かつ、傾斜方向が互いに１８０度異なる。
図６（ａ）に示す状態では光学偏向部材の傾斜方向はＤ９０であり、図６（ｂ）に示す状態では光学偏向部材の傾斜方向はＤ２７０としている。したがって、両者は、光学偏向部材の傾斜方向が水平方向に沿っており、かつ、傾斜方向が互いに１８０度異なる。

図７は、第１実施形態に係る視差画像取得装置に用いる、シャッタユニットとカメラモジュールの構成を示す斜視図である。図８は、図７に示す、シャッタユニットとカメラモジュールの構成を示す分解斜視図である。図９は、第１実施形態に係る視差画像取得装置の内部構成を示す平面図である。図１０は、第１実施形態における視差画像取得装置の構成を示すブロック図である。図１１は、第１実施形態における視差画像取得装置の動作を示す平面図である。図７〜図９、及び図１１において、Ｚ方向は鉛直方向であって、撮像光学系１１０の光軸Ａｘに平行な方向である。Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であって、Ｚ方向に垂直な方向である。
なお、図９、図１１においては、説明に関わる部分のみ図示し、それ以外の構成については図示を省略している。

視差画像取得装置２００は、シャッタユニット２１０と、カメラモジュール２２０と、姿勢検出用センサ２４０と、制御部２３０と、３Ｄフォーマット変換部２４２と、出力処理部２４３と、記録部２４４と、を備える。
シャッタユニット２１０とカメラモジュール２２０は互いに着脱可能であって、シャッタユニット２１０の２つの内面２１０ａ、２１０ｂをカメラモジュール２２０の外面２２０ａ、２２０ｂにそれぞれ当てつけることによって位置決めし、例えばネジによって互いに固定する。

シャッタユニット２１０は、光学偏向部材１２１、光学偏向部材１２１を回動させるための光学偏向部材駆動アクチュエータ２１３、光学偏向部材駆動アクチュエータ２１３から延びるアクチュエータ軸２１４を中心にして回動するアクチュエータギア２１５、伝達ギア２１６、及びシャッタ枠２１１を備える。光学偏向部材１２１、アクチュエータギア２１５、及び伝達ギア２１６は、上部をシャッタ蓋２１２で閉じられたユニット内部に配置されている。このようにシャッタユニット２１０を構成する部材を一体にすることによって、小型化及び原価低減を図ることができる。
光学偏向部材１２１は、シャッタユニット２１０をカメラモジュール２２０に取り付けたときに、円形の平面形状の中心をカメラモジュール２２０の撮像光学系１１０の光軸Ａｘが通るように配置される。

アクチュエータギア２１５と伝達ギア２１６はそれぞれの外周に設けた歯が互いに噛み合っており、図１１で矢印で示すように、アクチュエータギア２１５の回動に対応して伝達ギア２１６が回動する。さらに、伝達ギア２１６と光学偏向部材１２１はそれぞれの外周に設けた歯が互いに噛み合っており、伝達ギア２１６の回動に対応して光学偏向部材１２１が撮像光学系１１０の光軸Ａｘの周りに回動する。したがって、光学偏向部材駆動アクチュエータ２１３に電流を印加して駆動することにより、光学偏向部材１２１を撮像光学系１１０の光軸Ａｘの周りに回動させることができ、これにより光学偏向部材１２１の傾斜方向を所望の角度（３６０度の倍数を除く角度）に合わせることができる。
ここで、光学偏向部材駆動アクチュエータ２１３、アクチュエータ軸２１４、アクチュエータギア２１５、伝達ギア２１６は回動機構を構成する。
なお、シャッタ枠２１１については、既存の構成と同様であるので説明は省略する。

カメラモジュール２２０は、カメラモジュール２２０を構成する部材を駆動・制御するためのモジュール基板２２１、カバーガラスを保持するカバーガラスホルダ２２２、ＡＦアクチュエータ２２３、カメラモジュール２２０と制御部２３０を接続するフレキシブル基板２２４、撮像光学系１１０、及び撮像素子１２０を備える。
カメラモジュール２２０は、通常の２次元画像の撮影に用いる撮像装置で構成可能である。したがって、第１実施形態の視差画像取得装置は、通常の撮像装置にシャッタユニット２１０を取り付けることにより、簡便に視差画像の取得が可能となる。
ＡＦアクチュエータ２２３は、オートフォーカス用に撮像光学系１１０を駆動するためのものであって、例えばボイスコイルモータを用いる。

姿勢検出用センサ２４０は、視差画像取得装置の姿勢を検知するものであって、例えば加速度センサを用いる。

制御部２３０は、姿勢検出用センサ２４０の出力に基づいて、上記回動機構を駆動させる。
第１実施形態の視差画像取得装置においては、制御部２３０は、視差画像が水平方向に視差を有するように、視差画像取得装置の姿勢に応じて回動機構を駆動させる。
より具体的には、制御部２３０は、回動機構を駆動させて光学偏向部材１２１を１８０度回動させ、この回動の前後の撮像によって互いに視差を有する視差画像を得るように、撮像素子１２０と回動機構を制御する。

３Ｄフォーマット変換部２４２は、ユーザが３Ｄモードを選択すると、制御部２３０によって３Ｄモードに設定される。３Ｄフォーマット変換部２４２は、設定されたモードに対応し、３Ｄフォーマット変換を行い、撮像素子１２０が取得した視差画像から立体画像を生成する。３Ｄフォーマット変換としては、例えば、ＳＩＤＥ ＢＹ ＳＩＤＥ、ＬＩＮＥ ＢＹ ＬＩＮＥ、ＡＢＯＶＥ−ＢＥＬＯＷ、ＣＨＥＣＫＥＲＢＯＡＲＤを用いる。

出力処理部２４３は、３Ｄフォーマット変換部２４２により表示用に処理された３Ｄ画像を、モニター部１４４へ出力する。さらに、出力処理部２４３は、２Ｄ画像や、視差画像取得装置２００の操作に係るメニューの表示などの画像出力処理も行う。

記録部２４４は、３Ｄフォーマット変換部２４２により３Ｄフォーマットに変換された画像データを不揮発に記憶するものである。この記録部２４４は、例えばメモリカードのように、視差画像取得装置２００の外部に搬出し得るリムーバブルメモリとして構成してもよい。従って、記録部２４４は、視差画像取得装置２００に固有の構成でなくても構わない。

次に、図１２を参照しつつ、上述の視差画像取得装置を用いた視差画像取得方法について説明する。図１２は、第１実施形態における視差画像取得方法の処理の流れを示すフローチャートである。
以下、視差画像取得装置を備えた携帯電話１４０の場合の視差画像取得方法について説明するが、携帯電話以外に適用する場合も同様である。

まず、ユーザが３Ｄ撮影を開始するための指示スイッチ（不図示）を操作したとき、制御部２３０は、視差画像取得の処理を開始し、姿勢検出用センサ２４０に携帯電話１４０の姿勢を検出させる（ステップＳ１０１）。制御部２３０は、姿勢検出用センサ２４０の出力に基づいて、携帯電話１４０の姿勢が横置きか縦置きかを判断する（ステップＳ１０２）。

携帯電話１４０が横置きの場合（ステップＳ１０２で姿勢検出用センサ２４０から出力された信号が「横置き」に対応する信号であると判断した場合）、制御部２３０は、光学偏向部材１２１の傾斜方向を０度又は１８０度に設定する（ステップＳ１０３）。これに対して、携帯電話１４０が縦置きの場合（ステップＳ１０２で姿勢検出用センサ２４０から出力された信号が「縦置き」に対応する信号であると判断した場合）、制御部２３０は、光学偏向部材１２１の傾斜方向を９０度又は２７０度に設定する（ステップＳ１０４）。

制御部２３０は、光学偏向部材１２１の傾斜方向が、ステップＳ１０３又はステップＳ１０４で設定した所定の角度に対応するように、光学偏向部材駆動アクチュエータ２１３を駆動させる。これにより、アクチュエータ軸２１４が所定量回動し、これに対応してアクチュエータギア２１５及び伝達ギア２１６が順次回動して光学偏向部材１２１が所定角度回動する。
つづいて、制御部２３０は、カメラモジュール２２０に１回目の撮像を実行させ、カメラモジュール２２０は被写体像を撮像する（ステップＳ１０５、第１の撮像ステップ）。撮像した被写体像は、記録部２４４に保存される。

ここで、撮像処理においては、制御部２３０からＡＦアクチュエータ２２３に電流を流すことにより、撮像光学系１１０を光軸Ａｘの方向に駆動させ、ＡＦ駆動を行う。このとき、制御部２３０は１ステップごとに撮像素子１２０から入力される信号を処理して、撮像画像のコントラスト値を取得する。そして、このコントラスト値が最良となる撮像光学系１１０の各レンズの位置を合焦位置として取得し、撮像光学系１１０を合焦位置へ駆動させる。この状態で１枚目の撮影（ステップＳ１０５）を行う。

次に、制御部２３０は、光学偏向部材１２１の傾斜方向が、ステップＳ１０３又はステップＳ１０４で設定した所定の角度に対して、撮像光学系１１０の光軸Ａｘの周りに１８０度回動した角度に対応するように、光学偏向部材駆動アクチュエータ２１３を駆動させる。これにより、アクチュエータ軸２１４が所定量回動し、これに対応してアクチュエータギア２１５及び伝達ギア２１６が順次回動して光学偏向部材１２１が１８０度回動する（ステップＳ１０６、回動ステップ）。

つづいて、制御部２３０は、撮像光学系１１０に２回目の撮像を実行させ、カメラモジュール２２０は被写体像を撮像する（ステップＳ１０７、第２の撮像ステップ）。撮像した被写体像は、記録部２４４に保存される。ここで撮像した被写体像は、ステップＳ１０５において撮像した被写体像に対して視差を有しており、これらの被写体像は視差画像となる。したがって、第１実施形態の視差画像取得装置は、光学偏向部材１２１を回動させることにより、視差画像取得装置２００の姿勢によらずに３Ｄ画像を取得することが可能となる。
なお、ステップＳ１０７の撮像処理は、ステップＳ１０５の撮像処理と同様であるため詳細な説明は省略する。

さらに、制御部２３０は、３Ｄフォーマット変換部２４２に対して、ステップＳ１０５及びステップＳ１０７で撮像した一対の被写体像について３Ｄフォーマット変換を実行させる。変換されたデータは記録部２４４に保存される。このように保存された、視差のある画像を出力処理部２４３から携帯電話１４０のモニター部１４４や外部表示装置（不図示）へ出力して再生させると、立体視することが可能となる。

以上の説明において、光学偏向部材駆動アクチュエータ２１３による光学偏向部材１２１の回動角度を１８０度としたが、立体感その他の仕様によっては、１８０度以外の角度（３６０度の倍数の角度を除く）に設定することもできる。
また、一定の方向に沿って回動させていれば、水平方向以外の方向に沿って回動させてもよい。

第１実施形態の視差画像取得装置及び視差画像取得方法によれば、撮像光学系１１０の前に傾斜を持った光学偏向部材１２１を置き、この光学偏向部材１２１を光軸Ａｘの周りに回動させることで、回動の前後の画像で視差が生じ、３Ｄ画像を作成することができる。また、光学偏向部材１２１で光線を曲げるだけで３Ｄ画像を取得できるため、光学性能が劣化しない。さらにまた、単眼で、すなわち１つの撮像光学系で撮影が可能なため、装置の小型化・コスト削減が可能である。
また、光学偏向部材１２１をシャッタユニット２１０に収容した構成にすることにより、カメラモジュール２２０への着脱が容易になり、多機種への共通化が図れ、組立も簡便にすることができる。さらに、光学偏向部材１２１を光軸Ａｘの周りに回動させることで、視差画像取得装置の姿勢によらず、３Ｄを撮影することができる。

（第１変形例）
図１３は、第１実施形態の第１変形例に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
第１変形例に係る視差画像取得装置においては、光学系として折り曲げ光学系を用いている点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

図１３に示すように、第１変形例における光学偏向部材１５１は、くさびプリズムであって、折り曲げ光学系１５０の最も物体側の面の前側に配置されている。この光学偏向部材１５１は、第１実施形態の光学偏向部材１２１と同様に、折り曲げ光学系１５０の光軸Ａｘ２の周りに回動する。これにより、光学偏向部材１５１が光軸Ａｘ２の周りに回動する前は、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成されるのに対し、光学偏向部材１５１が光軸Ａｘ２の周りを３６０度の倍数を除く角度に回動した後は、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。第１被写体像と第２被写体像では視差が生じるため、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。

（第２変形例）
図１４は、第１実施形態の第２変形例に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
第２変形例に係る視差画像取得装置においては、第１実施形態の光学偏向部材１２１に代わる光学偏向部材１６１としてＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いる点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

光学偏向部材１６１に用いるＤＯＥは、撮像光学系１１０の光軸Ａｘに垂直な方向に沿って複数の溝が互いに平行になるように形成された回折格子である。このＤＯＥは、第１実施形態の光学偏向部材１２１と同様に、撮像光学系１１０の光軸Ａｘの周りに回動する。また、このＤＯＥは、第１レンズ１１１の前面側に配置されており、光の回折現象を利用して入射する光線を制御する。入射した光線は次数に応じて回折する角度が異なるが、溝の形状により、特定次数の回折効率を高めることができる。すなわち、入射した光線の角度を特定の角度に偏向することが可能となる。したがって、図１４のように、撮像光学系１１０の前面に光学偏向部材１６１としてのＤＯＥを配置することにより、光軸の角度を制御することができ、光軸Ａｘの周りの回動の前後に得られる一対の被写体像は互いに視差を有する視差画像となる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る視差画像取得装置においては、（１）視差画像取得装置の姿勢の検出は行わない点、及び、（２）光学偏向部材を撮像光学系の光軸に略垂直な軸の周りに揺動させる前後の被写体像から視差画像を取得する点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様である。

図１５は、第２実施形態に係る視差画像取得装置に用いる、シャッタユニット３１０とカメラモジュール３２０の構成を示す斜視図である。図１６は、図１５に示す、シャッタユニット３１０とカメラモジュール３２０の構成を示す分解斜視図である。図１７は、第２実施形態に係る視差画像取得装置の内部構成を示す斜視図である。図１８は、第２実施形態における視差画像取得装置２００の構成を示すブロック図である。図１９、図２０は、第１実施形態におけるシャッタユニットの内部構成を示す、図１７のＸＩＸ−ＸＩＸ線における断面図である。図１５〜図１７、及び図１９〜図２０において、Ｚ方向は鉛直方向であって、撮像光学系１１０の光軸Ａｘに平行な方向である。Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であって、Ｚ方向に垂直な方向である。
なお、図１９及び図２０は、説明に関連する範囲のみ図示しており、光学偏向部材３１４の揺動方向が、撮像光学系１１０の光軸Ａｘに関して互いに逆の状態を示している。

第２実施形態の視差画像取得装置では、図１に示す、撮像光学系１１０及び撮像素子１２０を用いる。一方、光学偏向部材については、図１における光学偏向部材１２１に代えて、入射平面３１４ａと射出平面３１４ｂ（図１９、図２０）が互いに所定の角度θをなしている光学偏向部材３１４（図１７〜図２０）を用いる。この光学偏向部材３１４を揺動機構によって撮像光学系１１０の光軸Ａｘに略垂直な回転軸３１５ａ、３１５ｂ（図１９、図２０）の周りに揺動させることによって、図１（ａ）、（ｂ）と同様の共軸光学系を実現できる。すなわち、光学偏向部材３１４は撮像光学系１１０の前面に配置され、物体側から光学偏向部材３１４へ入射した光線は、光学偏向部材３１４で屈折した後に撮像光学系１１０の光軸Ａｘ上を進行して撮像素子１２０に至る。したがって、光学偏向部材３１４は、物体側から撮像光学系１１０に至る光線を偏向させている。

視差画像取得装置３００は、シャッタユニット３１０と、カメラモジュール３２０と、制御部３３０と、３Ｄフォーマット変換部３４２と、出力処理部３４３と、記録部３４４と、を備える。

シャッタユニット２１０とカメラモジュール３２０は互いに着脱可能であって、シャッタユニット２１０の２つの内面３１０ａ、３１０ｂをカメラモジュール３２０の外面３２０ａ、３２０ｂにそれぞれ当てつけることによって位置決めし、例えばネジによって互いに固定する。

シャッタユニット３１０は、光学偏向部材３１４、揺動機構としての光学偏向部材駆動アクチュエータ３１３、及びシャッタ枠３１１を備える。光学偏向部材駆動アクチュエータ３１３は、磁石３１７ａ、３１７ｂ、コイル３１８ａ、３１８ｂ、及びヨーク３１９ａ、３１９ｂを備える。光学偏向部材３１４、磁石３１７ａ、３１７ｂ、コイル３１８ａ、３１８ｂ、及びヨーク３１９ａ、３１９ｂは、上部をシャッタ蓋３１２で閉じられたユニット内部に配置されている。このように、光学偏向部材３１４、シャッタその他の部材を一体にすることによって、小型化及び原価低減を図ることができる。
なお、シャッタ枠３１１については、既存の構成と同様であるので説明は省略する。

光学偏向部材３１４は、シャッタユニット２１０をカメラモジュール３２０に取り付けたときに、円形の平面形状の中心をカメラモジュール３２０の撮像光学系１１０の光軸Ａｘが通るように配置されている。
光学偏向部材３１４の側面からは、２本の回転軸３１５ａ、３１５ｂが外方へ延びている。これらの回転軸３１５ａ、３１５ｂは、撮像光学系１１０の光軸Ａｘと交差する直線上に配置されている。シャッタ枠３１１の内壁には、撮像光学系１１０の光軸Ａｘを挟んで対向する位置に、２つの支持凹部３１６ａ、３１６ｂが設けられ、回転軸３１５ａ、３１５ｂはこれらの支持凹部３１６ａ、３１６ｂにそれぞれ回動可能に収容されている。これにより、光学偏向部材３１４は、回転軸３１５ａ、３１５ｂの周りを揺動可能となる。

図１９、図２０に示すように、光学偏向部材３１４の外周の下部には、回転軸３１５ａ、３１５ｂに関して互いに対称な位置に、磁石３１７ａ、３１７ｂがそれぞれ保持されている。磁石３１７ａ、３１７ｂは、光軸Ａｘに沿った方向に磁極が配置され、かつ、磁極配置は互いに逆になっている。シャッタ枠３１１には、磁石３１７ａ、３１７ｂにそれぞれ対応する位置にヨーク３１９ａ、３１９ｂが固定されている。これらのヨーク３１９ａ、３１９ｂには、コイル３１８ａ、３１８ｂがそれぞれ固定されている。
このような構成により、コイル３１８ａ、３１８ｂに所定の電流を印加すると、電流の印加方向に応じて、ヨーク３１９ａ、３１９ｂと磁石３１７ａ、３１７ｂの間に引力及び反発力がそれぞれ発生し、これにより光学偏向部材３１４が所望の方向へ揺動する。

光学偏向部材３１４の揺動について、図１９、図２０を参照して、より具体的に説明する。
まず、コイル３１８ａ、３１８ｂに電流を流していない状態では、磁石３１７ａ、３１７ｂは一定の位置に保持されている。
ここで、図１９の矢印に示す方向の電流をコイル３１８ａ、３１８ｂに印加すると、ヨーク３１９ａ、３１９ｂの先端がそれぞれＳ極となる。この状態では、ヨーク３１９ａは、磁石３１７ａの下端と逆の極性になっているため引力が発生しており、磁石３１７ａをひきつけている。一方、ヨーク３１９ｂは磁石３１７ｂの下端と同じ極性になっているため、ヨーク３１９ｂと磁石３１７ｂの間には反発力が発生している。したがって、光学偏向部材３１４は、図１９の矢印で示すように、回転軸３１５ａ、３１５ｂの周りに揺動する。

図２０では、図１９に示す場合と逆方向の電流をコイル３１８ａ、３１８ｂに印加している。この状態では、ヨーク３１９ａは、磁石３１７ａの下端と同じ極性になっているため反発力が発生している。これに対して、ヨーク３１９ｂは磁石３１７ｂの下端と逆の極性になっているため、ヨーク３１９ｂと磁石３１７ｂの間には引力が発生している。したがって、光学偏向部材３１４は、図２０の矢印で示すように、図１９に示す状態とは逆方向に、回転軸３１５ａ、３１５ｂの周りに揺動する。

カメラモジュール３２０は、第１実施形態のカメラモジュール２２０と同様に、カメラモジュール３２０を構成する部材を駆動・制御するためのモジュール基板３２１、カバーガラスを保持するカバーガラスホルダ３２２、ＡＦアクチュエータ３２３、カメラモジュール３２０と制御部３３０を接続するフレキシブル基板３２４、撮像光学系１１０、及び撮像素子１２０を備える。
カメラモジュール３２０は、通常の２次元画像の撮影に用いる撮像装置で構成可能である。したがって、第２実施形態の視差画像取得装置は、通常の撮像装置にシャッタユニット３１０を取り付けることにより、簡便に視差画像の取得が可能となる。
ＡＦアクチュエータ３２３は、オートフォーカス用に撮像光学系１１０を駆動するためのものであって、例えばボイスコイルモータを用いる。

３Ｄフォーマット変換部３４２、出力処理部３４３、及び記録部３４４は、第１実施形態の３Ｄフォーマット変換部２４２、出力処理部２４３、及び記録部２４４と同様であるため詳細な説明は省略する。

次に、第２実施形態の視差画像取得装置を用いた視差画像取得方法について説明する。以下、視差画像取得装置を備えた携帯電話１４０の場合の視差画像取得方法について説明するが、携帯電話以外に適用する場合も同様である。

まず、ユーザが３Ｄ撮影を開始するための指示スイッチ（不図示）を操作したとき、制御部３３０は、コイル３１８ａ、３１８ｂに所定の電流を印加することによって光学偏向部材３１４を揺動させて、撮像光学系１１０の光軸Ａｘに対して０度より大きく９０度より小さな角度に傾斜させる。
つづいて、制御部３３０は、カメラモジュール３２０に１回目の撮像を実行させ、カメラモジュール３２０は被写体像を撮像する（第１の撮像ステップ）。撮像した被写体像は、記録部３４４に保存される。

ここで、撮像処理として、制御部３３０からＡＦアクチュエータ３２３に電流を流すことにより、撮像光学系１１０を光軸Ａｘの方向に駆動させ、ＡＦ駆動を行う。このとき、制御部３３０は１ステップごとに撮像素子１２０から入力される信号を処理して、撮像画像のコントラスト値を取得する。そして、このコントラスト値が最良となる撮像光学系１１０の各レンズの位置を合焦位置として取得し、撮像光学系１１０を合焦位置へ駆動させる。この状態で１枚目の撮影を行う。

次に、制御部３３０は、コイル３１８ａ、３１８ｂに対して、第１の撮像ステップ時と逆方向の電流を印加することにより、光学偏向部材３１４を揺動させる。これにより、光学偏向部材３１４は、撮像光学系１１０の光軸Ａｘに関して、第１の撮像ステップ時とは逆の方向に０度より大きく９０度より小さな角度で傾く（揺動ステップ）。

つづいて、制御部３３０は、カメラモジュール３２０に２回目の撮像を実行させ、カメラモジュール３２０は被写体像を撮像する（第２の撮像ステップ）。撮像した被写体像は、記録部３４４に保存される。
撮像した被写体像は、第１の撮像ステップにおいて撮像した被写体像に対して視差を有しており、これらの被写体像は視差画像となる。したがって、第２実施形態の視差画像取得装置においては、光学偏向部材３１４の揺動の前後において撮像された画像が互いに視差を有する視差画像（３Ｄ画像）となる。
なお、第２の撮像ステップの撮像処理は、第１の撮像ステップの撮像処理と同様であるため詳細な説明は省略する。

さらに、制御部３３０は、３Ｄフォーマット変換部３４２に対して、第１の撮像ステップ及び第２の撮像ステップで撮像した一対の被写体像について３Ｄフォーマット変換を実行させる。変換されたデータは記録部３４４に保存される。このように保存された、視差のある画像を出力処理部３４３から外部表示装置（不図示）へ出力して再生させると、立体視することが可能となる。

以上の説明において、光学偏向部材駆動アクチュエータ３１３による光学偏向部材３１４の揺動角度を特定しなかったが、バランスのよい３Ｄ画像を取得するためには、光学偏向部材３１４の傾斜角度は、第１の撮像ステップと第２の撮像ステップで撮像光学系１１０の光軸Ａｘに関して逆方向で、かつ、その絶対値が同じであることが好ましい。また、立体感その他の仕様によっては、任意の角度に設定することもできる。

第２実施形態の視差画像取得装置によれば、撮像光学系１１０の前面に光学偏向部材３１４を配置し、この光学偏向部材３１４を光軸Ａｘに略垂直な軸の周りに揺動させることで、揺動の前後の画像で視差が生じ、３Ｄ画像を作成することができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。

以上のように、本発明に係る視差画像取得装置は、小型な構成で、大幅なコストアップを伴わずに良好な画質の視差画像を取得する面で有用である。

１１０ 撮像光学系
１１１ 第１レンズ
１１２ 第２レンズ
１１３ 第３レンズ
１２０ 撮像素子
１２１ 光学偏向部材
１２２ 入射平面
１２３ 射出平面
１４０ 携帯電話
１４１ マイク部
１４２ スピーカ部
１４３ 入力ダイアル
１４４ モニター部
１４５ 撮像光学系
１４６ アンテナ
１５０ 折り曲げ光学系
１５１ 光学偏向部材
１６１ 光学偏向部材
２００ 視差画像取得装置
２１０ シャッタユニット
２１１ シャッタ枠
２１２ シャッタ蓋
２１３ 光学偏向部材駆動アクチュエータ
２１４ アクチュエータ軸
２１５ アクチュエータギア
２１６ 伝達ギア
２２０ カメラモジュール
２２１ モジュール基板
２２２ カバーガラスホルダ
２２３ ＡＦアクチュエータ
２２４ フレキシブル基板
２３０ 制御部
２４０ 姿勢検出用センサ
２４２ ３Ｄフォーマット変換部
２４３ 出力処理部
２４４ 記録部
３００ 視差画像取得装置
３１０ シャッタユニット
３１１ シャッタ枠
３１２ シャッタ蓋
３１３ 光学偏向部材駆動アクチュエータ
３１４ 光学偏向部材
３１４ａ 入射平面
３１４ｂ 射出平面
３１５ａ、３１５ｂ 回転軸
３１６ａ、３１６ｂ 支持凹部
３１７ａ、３１７ｂ 磁石
３１８ａ、３１８ｂ コイル
３１９ａ、３１９ｂ ヨーク
３２０ カメラモジュール
３２１ モジュール基板
３２２ カバーガラスホルダ
３２３ ＡＦアクチュエータ
３２４ フレキシブル基板
３３０ 制御部
３４２ ３Ｄフォーマット変換部
３４３ 出力処理部
３４４ 記録部

Claims (14)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、
   前記撮像光学系の前面に配置され、物体側から前記撮像光学系へ進行する光線を偏向させる光学偏向部材と、
   前記光学偏向部材を、前記撮像光学系の光軸の周りに３６０度の倍数を除く角度で回動させる回動機構と、
   を有し、
   前記回動機構による前記光学偏向部材の回動の前後において撮像された前記被写体像は互いに視差を有する視差画像となることを特徴とする視差画像取得装置。
2. 前記回動機構を駆動して前記光学偏向部材を１８０度回動させ、この回動の前後の撮像によって前記視差画像を得るように前記撮像素子と前記回動機構を制御する制御部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の視差画像取得装置。
3. 前記視差画像取得装置の姿勢を検知する姿勢センサを更に有し、
   前記制御部は、前記センサの出力に基づいて、前記視差画像が水平方向に視差を有するように前記回動機構を駆動することを特徴とする請求項２に記載の視差画像取得装置。
4. 撮像素子と、
   前記撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、
   前記撮像光学系の前面に配置され、物体側から前記撮像光学系に至る光線を偏向させる光学偏向部材と、
   前記光学偏向部材を、前記撮像光学系の光軸に略垂直な軸の周りに揺動させる揺動機構と、
   を有し、
   前記揺動機構による前記光学偏向部材の揺動の前後において撮像された前記被写体像は互いに視差を有する視差画像となることを特徴とする視差画像取得装置。
5. 前記光学偏向部材は、１つの入射平面と１つの射出平面を備え、
   前記入射平面と前記射出平面は、互いに所定の角度をなしていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
6. 前記所定の角度は、０．１度以上、３度以下であることを特徴とする請求項５に記載の視差画像取得装置。
7. 前記光学偏向部材は、光学ガラス部材であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
8. 前記光学偏向部材は、樹脂部材であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
9. 前記撮像光学系は共軸光学系であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
10. 前記撮像光学系は折り曲げ系であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
11. 前記光学偏向部材及び前記回動機構はユニットを構成し、このユニットは、前記撮像光学系を備えるモジュールに対して脱着可能であることを特徴とする請求項１から請求項３及び請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
12. 前記光学偏向部材及び前記揺動機構はユニットを構成し、このユニットは、前記撮像光学系を備えるモジュールに対して脱着可能であることを特徴とする請求項４及び請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の前記視差画像取得装置を備えることを特徴とする携帯情報端末。
14. 撮像素子と、前記撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、前記撮像光学系の前面に配置され、物体側から前記撮像光学系へ進行する光線を偏向させる光学偏向部材と、前記光学偏向部材を、前記撮像光学系の光軸周りに回動させる回動機構と、を有する視差画像取得装置で視差画像を取得する視差画像取得方法であり、
    前記光学偏向部材が前記光軸に関して所定の角度をなす状態において被写体を撮像する第１の撮像ステップと、
    前記第１の撮像ステップの後に、前記回動機構により前記光学偏向部材を前記所定の角度から前記光軸の周りに１８０度回動させる回動ステップと、
    前記回動ステップの後に、前記被写体を撮像する第２の撮像ステップと、
    を有することを特徴とする視差画像取得方法。

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