JP6179733B2 - スプリットユニット - Google Patents

Description

本開示は、立体映像を撮影する際に、被写体からの光を分光する部材に関する。

特許文献１は、３次元の画像を表示するための画像データを得る画像処理装置を開示する。この画像処理装置は、ハーフミラー１０１ｄ、第１の反射鏡１０１ｅ、第２の反射鏡１０１ｆおよび第３の反射鏡１０１ｈを備える。これにより、被写体から入射される光を分光して第１のＣＣＤ１０１ｇおよび第２のＣＣＤ１０１ｊのそれぞれに入射させることができる。

特開２００７−３１８３０７号公報

本開示は、左右差の少ない立体画像を生成することができるスプリットユニットを提供する。

本開示にかかるスプリットユニットは、入射面から入射する光のうちの一部である第１撮像光を透過させ、入射面から入射する光のうちの他の一部である第２撮像光を反射させるビームスプリッタと、ビームスプリッタによる反射後の第２撮像光を反射させる反射部材とを備える。反射部材の反射率およびビームスプリッタの分光比のうち少なくとも一方が、以下の数式に基づいて設定される。
Ｔ＝ｄ／（１＋ｄ）
Ｒ＝１−Ｔ
ここで、
Ｔ：ビームスプリッタの透過率（０≦Ｔ≦１）、
Ｒ：ビームスプリッタの反射率（０≦Ｒ≦１）、
ｄ：反射部材の反射率（０≦ｄ≦１）である。

本開示にかかるスプリットユニットは、従来のスプリットよりも左右差の少ない映像を生成することが可能となる。

撮影システムを示す図 反射ミラーの特性を考慮した際の作用を説明する図 プリズムへの光の入射角を説明するための図 Ｐ偏光またはＳ偏光におけるプリズムへの入射角とプリズムの透過率の関係を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
以下、図１〜４を用いて、実施の形態１を説明する。

図１は、撮影システムを示す図である。

上記撮影システムは、プリズムユニット１００、第１撮像装置１２０および第２撮像装置１３０を備える。

プリズムユニット１００は、被写体からの光を分光し、第１撮像光１０４および第２撮像光１０５を生成する。

第１撮像装置１２０は、プリズムユニット１００で分光して得られる第１撮像光１０４に基づいて、立体映像を構成する映像のうち第１視点映像を生成する。

第２撮像装置１３０は、プリズムユニット１００で分光して得られる第２撮像光１０５に基づいて、立体映像を構成する映像のうち第２視点映像を生成する。

以下、プリズムユニット１００の具体的な構成について説明する。

プリズムユニット１００は、プリズム１０１および反射ミラー１１０を備える。

プリズム１０１は、光を透過させる樹脂素材で形成された直方体形状の部材である。プリズム１０１は、入射面１０２から入射する被写体からの光をビームスプリッタ面１０３で分光し、第１撮像光１０４および第２撮像光１０５を出射する。具体的に、ビームスプリッタ面１０３は、被写体が反射する光のうち一部である第１撮像光１０４を透過させる一方、被写体が反射する光のうち他の一部である第２撮像光１０５を反射させる。ビームスプリッタ面１０３は、プリズム１０１内において、入射面１０２に対して略４５度の角度を有するように形成される。このビームスプリッタ面１０３の分光特性は、少なくとも反射ミラー１１０の反射特性に依存する。このビームスプリッタ面１０３の分光特性の具体的な設定方法は後述する。

なお、プリズム１０１は、上記で説明した樹脂素材に限定されるものではなく、ガラス系素材を利用しても構わない。つまり、直方体形状の物体であり、ビームスプリッタ面を有するものであればどのようなものを利用しても構わない。

反射ミラー１１０は、プリズム１０１のビームスプリッタ面１０３で反射した光を再度反射させる。反射ミラー１１０の反射特性は、少なくともビームスプリッタ面１０３における分光特性に依存する。この反射ミラー１１０の反射特性の具体的な設定方法は後述する。

（プリズム１０１および反射ミラー１１０における特性の具体的な設定方法）
反射ミラー１１０の反射特性およびビームスプリッタ面１０３の分光比のうち少なくとも一方は、反射ミラー１１０による反射後の第２撮像光１０５の光量と、プリズム１０１を透過した第１撮像光１０４の光量とが略同一となるように設定される。

反射ミラー１１０の反射特性が予め決まっている場合におけるビームスプリッタ面１０３の分光特性の設定方法について、図面を参照しながら説明する。

図２は、反射ミラー１１０の特性を考慮した際の作用を説明する図である。図２（ａ）は、比較例に係るスプリットユニットを示し、図２（ｂ）は、本開示におけるスプリットユニットを示している。

ここで、図２に示す反射ミラー１１０が、プリズム１０１からの第２撮像光１０５を反射することによって光量を９０％に減少させるという分光特性を有する場合を想定する。

反射ミラーが上記反射特性を有する場合に、ビームスプリッタ面１０３の分光比を５０：５０、すなわち、被写体からの光を５０％透過させ、５０％反射させるように設定すると、図２（ａ）に示すように、第１撮像装置１２０には被写体からの光のうち５０％が入射する。一方、ビームスプリッタ面１０３で反射された光は、反射ミラー１１０による反射の結果９０％に減少するため、第２撮像装置１３０には、被写体からの光のうち４５％が入射する。つまり、反射ミラー１１０の反射特性を考慮せずにビームスプリッタ面１０３の分光特性を設定した場合、第１撮像装置１２０および第２撮像装置１３０で撮影して得られる第１視点画像および第２視点画像には輝度差が生じる。第１視点画像および第２視点画像に輝度差があると、立体画像を再現した場合に視聴者に違和感を与えてしまう可能性がある。

一方、本開示におけるスプリットユニットでは、図２（ａ）の比較例と同じ反射特性の反射ミラー１１０を用いているが、図２（ｂ）に示すように、ビームスプリッタ面１０３の分光比を４７．４：５２．６、すなわち、被写体からの光を４７．４％透過させ、５２．６％反射させるように設定されている。この場合、ビームスプリッタ面１０３を透過した第１撮像光１０４は、被写体からの光のうち４７．４％となり、ビームスプリッタ面１０３で反射された光が反射ミラー１１０で再度反射された後の第２撮像光１０５は、被写体からの光のうち４７．３％となる。つまり、第１撮像光１０４および第２撮像光１０５の光量差が小さくなり、第１撮像装置１２０および第２撮像装置１３０で得られる第１視点画像および第２視点画像の輝度差も小さくなる。これにより、視聴者が立体映像を視聴した際の違和感を低減させることができる。

ここで、ビームスプリッタ面１０３の分光特性は、ビームスプリッタ面１０３の透過光率をＴ（０≦Ｔ≦１）、反射率をＲ（０≦Ｒ≦１）および反射ミラー１１０の反射率をｄ（０≦ｄ≦１）とするとき、下記の式によって決定できる。
（数１） Ｔ＝ｄ／（１＋ｄ）
（数２） Ｒ＝１−Ｔ

なお、上記の説明では反射ミラー１１０の反射特性が予め決定されている場合を説明した。しかし、ビームスプリッタ面１０３の分光特性が予め決定されている場合、上記の数式を用いて反射ミラー１１０の反射係数を好適に設定することもできる。

また、上記の数式から得られる値はひとつの指標であって、厳密に数式から得られる値を利用せずとも構わない。つまり、数式から得られる値に近い値を利用しても本実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、プリズム１０１の分光特性は、プリズム１０１に入射される入射角、偏光成分によって異なる。よって、プリズム１０１の分光特性は、入射角および偏光成分を考慮して設定するのが好ましい。

図３は、プリズム１０１への光の入射角を説明するための図であり、図４は、Ｐ偏光またはＳ偏光におけるプリズムへの入射角とプリズムの透過率の関係を示す図である。以下の説明では、プリズム１０１への入射角として、０度、±１５度を考える。ここで、入射角は、プリズム１０１の入射面に対して直交する直線に対して入射光がなす角度をいい、プリズムの入射面に対して直交する方向に光が入射した場合の入射角を０度とする。入射角の符号は、入射面に対して上方から斜めに入射する光の角度を正とし、入射面に対して下方から斜めに入射する光の角度を負としている。また、図４において、Ｐ（Ｘ）は、Ｘ度の入射角を有するＰ偏光を表し、Ｓ（Ｘ）は、Ｘ度の入射角を有するＳ偏光を表し、ＡＶＥは、図４に示す６種類の光の透過率の平均を表す。

プリズム１０１の分光特性は、図４に示すようにプリズム１０１の入射角および偏光方式によって異なる。図４の例では、Ｐ偏光の透過率と比べて、Ｓ偏光の透過率が相対的に高くなっている。また、同じ偏光成分の光であっても、入射角が異なると透過率に差が生じる。上記の数式に従って、ミラー１１０の反射率およびビームスプリッタ面１０３の分光比の一方を他方に依存して設定することで、ミラー１１０により反射された光とビームスプリッタ面１０３を透過した光との光量の均一化を図ることに加え、プリズム１０１の分光特性を、少なくとも２つ以上の入射状態の平均に基づいて設定することが好ましい。これにより、１つの状態には最適化されないものの、様々な状態を考慮することができる。

具体的には、例えば、撮像範囲内の水面等の界面で反射が生じている場合には、Ｐ偏光とＳ偏光との反射率の相違により、分岐された２つの光で当該界面からの反射光の光量に差が生じる。このような状況を想定して、Ｐ偏光およびＳ偏光の透過率の平均に基づいてビームスプリッタ面１０３の分光比を設定することによって、界面で反射している被写体を撮影する場合でも、第１撮像装置１２０で得られる第１視点画像と、第２撮像装置１３０で得られる第２視点画像との差を小さくすることができる。この結果、視聴者が界面で反射している被写体を含む立体映像を視聴した際の違和感を低減させることができる。

また、実際の撮影シーンでは、プリズム１０１の入射面に対して直交する方向（入射角０度）からだけでなく、様々な方向から被写体からの光が入射する。このような状況を想定して、様々な入射角を有する光の透過率の平均に基づいてビームスプリッタ面１０３の分光比を設定することによって、特定の入射角成分の光が多く入射する場合でも、第１撮像装置１２０で得られる第１視点画像と、第２撮像装置１３０で得られる第２視点画像との差を小さくすることができる。この結果、視聴者が様々な撮影シーンで撮影された立体映像を視聴した際の違和感を低減させることができる。

ここで、ビームスプリッタ面１０３の分光比は、入射光の波長によって変化するので、所定の設計中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の光が入射したときに、プリズムユニット１００で分岐された２つの光の光量が略等しくなり、設計中心波長の前後では、ビームスプリッタ面１０３の分光比は、一定の許容範囲内に収まるように設定する。図４の例では、可視領域内におけるビームスプリッタ面１０３の透過率が１０％以内となるように、ビームスプリッタ面の分光比が設定されている。このように設定することによって、様々な撮影シーンにおいて、分岐された２つの光の光量差を低減することができる。

また、第１撮像装置１２０で得られる第１視点画像と、第２撮像装置１３０で得られる第２視点画像との輝度差が、０％以上３５％以下となるように、反射ミラー１１０の反射率およびビームスプリッタ面１０３の分光特性の少なくとも一方が設定される。これにより、視聴者に与える違和感を低減することができる。この範囲内でも、第１視点画像と第２視点画像との輝度差が０％以上１２％以下であれば、視聴者に与える違和感の低減に更に有効である。

なお、図４の例では、入射角度が異なるＰ偏光および入射角が異なるＳ偏光の透過率の平均に基づいて、プリズム１０１の分光特性を設定しているが、入射角度を考慮せず、所定の入射角を有するＰ偏光およびＳ偏光の透過率の平均に基づいて、プリズム１０１の分光特性を設定してもよい。また、偏光成分を考慮せず、入射角が異なる複数種類の光の透過率の平均にのみ基づいて、プリズム１０１の分光特性を設定してもよい。

また、本実施の形態のように、様々な撮影状態を考慮してプリズム１０１の分光特性を最適化してもよいが、予めプリズムユニット１００を用いる撮影状態が決まっているのであれば、その撮影状態のみを考慮してプリズム１０１の分光特性を設定してもよい。

以上のように、本実施の形態において、プリズムユニット１００は、被写体が反射する光のうち一部である第１撮像光１０４を透過させる一方、被写体が反射する光のうち他の一部である第２撮像光１０５を反射させるプリズム１０１と、反射後の第２撮像光１０５を反射させる反射ミラー１１０と、を備え、反射ミラー１１０における反射後の第２撮像光１０５の輝度と、プリズムを透過した第１撮像光１０４の輝度と、が略同一となるように、反射ミラー１１０における反射率およびプリズム１０１の分光特性のうち少なくとも一方を設定する。

これにより、第１撮像光１０４の光量と第２撮像光１０５の光量とを略同一にすることができる。そのため、第１撮像光１０４を撮影して得られる第１視点画像および第２撮像光１０５を撮影して得られる第２視点画像を立体映像として視聴した際、輝度差が低減し、視聴者に与える違和感を低減させることができる。

また、本実施の形態において、プリズム１０１の透過率をＴ（０≦Ｔ≦１）、反射率をＲ（０≦Ｒ≦１）および反射ミラー１１０の反射率をｄ（０≦ｄ≦１）とするとき、Ｔ＝ｄ／（１＋ｄ）、Ｒ＝１−Ｔとする。

これにより、分光特性および反射特性を数学的に設定することができる。そのため、製作者はプリズム１０１および反射ミラー１１０の特性を容易に設定することができる。

また、本実施の形態において、プリズム１０１の分光比率は、少なくとも一つ以上の入射角度で測定したＰ偏光とＳ偏光の透過率の平均から算出する。

これにより、様々な撮影状態または条件に対応するプリズムユニット１００を設計することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本開示における実装の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態をまとめて説明する。

上記の実施の形態では、ビームスプリッタの一例としてプリズム１０１を説明した。ビームスプリッタとしてプリズム１０１を用いれば、撮影装置全体を小型化することができる。しかし、ビームスプリッタは、これに限定されない。例えば、ハーフミラーをビームスプリッタとして用いてもよい。ビームスプリッタとしてハーフミラーを用いれば、ビームスプリッタ面１０３が樹脂素材で覆われていないので、分光特性を容易に調整することができる。要するに、ビームスプリッタは、被写体が反射する光のうち一部である第１撮像光を透過させる一方、前記被写体が反射する光のうち他の一部である第２撮像光を反射させる部材であればよい。

本開示は、第１撮像光１０４の輝度と第２撮像光１０５の輝度を略同一にすることができるスプリッタユニットに適用可能である。具体的には、一般的な立体映像を撮影するカメラなどに、本開示は適用可能である。

１００ プリズムユニット
１０１ プリズム
１０２ 入射面
１０３ ビームスプリッタ面
１０４ 第１撮像光
１０５ 第２撮像光
１１０ 反射ミラー
１２０ 第１撮像装置
１３０ 第２撮像装置

Claims (5)

1. 入射面から入射する光のうちの一部である第１撮像光を透過させ、入射面から入射する光のうちの他の一部である第２撮像光を反射させるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタによる反射後の第２撮像光を反射させる反射部材とを備え、
   前記反射部材の反射率および前記ビームスプリッタの分光特性のうち少なくとも一方が、以下の数式に基づいて設定される、スプリットユニット：
   Ｔ＝ｄ／（１＋ｄ）
   Ｒ＝１−Ｔ
   ここで、
   Ｔ：前記ビームスプリッタの透過率（０≦Ｔ≦１）、
   Ｒ：前記ビームスプリッタの反射率（０≦Ｒ≦１）、
   ｄ：前記反射部材の反射率（０≦ｄ≦１）
   である。
2. 前記ビームスプリッタの分光比は、所定の設計中心波長の光が入射したときに、前記反射部材による反射後の第２撮像光の光量と、前記ビームスプリッタを透過した前記第１撮像光の光量とが略同一となり、かつ、前記設計中心波長以外の可視領域の波長の光が入射したときに、一定の許容範囲内に収まるように設定される、請求項１記載のスプリットユニット。
3. 前記反射部材による反射後の第２撮像光によって形成される画像の輝度と、前記ビームスプリッタを透過した前記第１撮像光によって形成される画像の輝度との差が０％以上３５％以下となるように、前記反射部材の反射率および前記ビームスプリッタの分光特性のうち少なくとも一方が設定される、請求項１記載のスプリットユニット。
4. 前記ビームスプリッタの分光比は、Ｐ偏光とＳ偏光の透過率の平均に基づいて設定される、請求項１記載のスプリットユニット。
5. 前記ビームスプリッタの分光比は、複数の入射角を有するＰ偏光および複数の入射角を有するＳ偏光の透過率の平均に基づいて設定される、請求項４記載のスプリットユニット。

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