WO2012117617A1 - 立体画像撮像装置 - Google Patents

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light
solid
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岩崎　洋一
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富士フイルム株式会社
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    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance
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    • G03B35/10—Stereoscopic photography by simultaneous recording having single camera with stereoscopic-base-defining system
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to a stereoscopic image capturing apparatus, and more particularly, to a stereoscopic image capturing apparatus capable of satisfactorily separating left and right parallax with a monocular method.
  • a conventional stereoscopic image capturing apparatus has a two-lens system in which two photographing lens systems arranged in the horizontal direction are mounted on the front surface of a camera housing as described in, for example, Patent Document 1 below.
  • the left taking lens system corresponds to a human right eye
  • the right taking lens system corresponds to a human left eye.
  • the left and right photographic lens systems are provided at a distance of about 6.5 cm, which is the distance between the left and right eyes of a human.
  • Such a binocular stereoscopic image capturing apparatus captures a subject image for the left eye and a subject image for the right eye through separate photographing lens systems separated by 6.5 cm. It is possible to shoot a subject image with high.
  • the two-lens stereoscopic image pickup apparatus includes two expensive photographing lens systems, there is a problem that the product cost increases.
  • This stereoscopic image pickup apparatus is equipped with one photographing lens system, and converts incident light from a subject condensed through the photographing lens system into parallel light by passing through a relay lens.
  • the parallel light 1 obtained through the relay lens is separated into right and left by a light splitting mirror 4 in which two mirrors 2 and 3 are abutted at right angles, and incident light reflected by the mirror 2 is reflected. Is reflected by the mirror 5 to form an image on the image sensor 6. Incident light reflected by the mirror 3 is reflected by the mirror 7 and forms an image on the image sensor 8.
  • a photographing lens system is provided on the light incident side of the relay lens that emits the parallel light 1. Since the incident light from the object field is reversed left and right in this photographing lens system, an image viewed through the left eye is formed on the image sensor 6, and an image viewed through the right eye is formed on the image sensor 8.
  • FIG. 9 is a diagram showing both the incident angle sensitivity characteristic in the left-right direction of the image sensor 6 shown in FIG. 8 and the incident angle sensitivity characteristic in the left-right direction of the image sensor 8. Since the incident light that has become parallel light 1 by the relay lens is divided into two by the light dividing mirror 4, the sensitivity distribution TL with respect to the incident angle of the image sensor 6 that receives the incident light reflected by the mirror 5 is shown in FIG. As shown, the distribution is shifted to the right. On the contrary, the sensitivity distribution TR of the image sensor 8 that receives incident light reflected by the mirror 7 is shifted to the left.
  • the binocular stereo camera is equipped with a two-lens photographing lens system separated by 6.5 cm, so that a sufficient left-right parallax can be obtained.
  • a sufficient left-right parallax can be obtained in the case of the single eye (monocular) system illustrated in FIG. 8, sufficient left and right parallax cannot be obtained.
  • An object of the present invention is to provide a stereoscopic image capturing apparatus capable of capturing a favorable stereoscopic image by a monocular method.
  • a stereoscopic image capturing apparatus includes a monocular photographing lens, first and second solid-state imaging devices that receive in parallel incident light from a subject incident through the photographing lens, and the incident light as an optical axis.
  • a light splitting unit that makes one incident light split and split by a boundary line perpendicular to the first solid-state image sensor, and makes the other split incident light enter the second solid-state image sensor, and
  • a parallax separation unit for preventing the incident light on the boundary line from entering the first and second solid-state image sensors, and image processing the output signals of the first and second solid-state image sensors,
  • An image processing unit that generates stereoscopic image data.
  • incident light on a boundary line divided into left and right is blocked (cut) over a required width.
  • An image can be generated.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a stereoscopic image capturing apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a functional block block diagram of the stereo image imaging device shown in FIG. It is explanatory drawing of the mirror for light divisions of the parallax separation means shown in FIG. It is effect explanatory drawing when the incident light on a parallax separation boundary line is blocked. It is explanatory drawing of the parallax separation means of another embodiment of this invention. It is explanatory drawing of the parallax separation means of another embodiment of this invention. It is explanatory drawing of the mirror for light splitting of another embodiment of this invention. It is explanatory drawing of the conventional monocular type stereo imaging device. It is the figure which showed together the incident angle sensitivity characteristic in the left-right direction of the image sensor 6 shown by FIG. 8, and the incident angle sensitivity characteristic in the left-right direction of the image sensor 8.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a stereoscopic image capturing apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a functional
  • FIG. 1 is a perspective view of a digital camera capable of capturing a stereoscopic image according to an embodiment of the present invention.
  • This digital camera 10 is provided with a monocular photographing lens 12 on the front surface of a rectangular casing 11.
  • the photographic lens 12 is disposed in a lens barrel 13 provided in the casing 11 so as to be retractable, and a shutter release button 14 is provided on the right shoulder of the casing 11.
  • FIG. 2 is a functional block configuration diagram of the digital camera 10 shown in FIG.
  • the digital camera 10 includes a lens barrel 13 that houses a taking lens 12.
  • the lens barrel 13 houses a focus positioning lens, a telephoto lens, and the like.
  • a relay lens 21 is provided on the back of the lens barrel 13. Incident light collected by the photographic lens 12 or the like is converted into parallel light 22 by passing through the relay lens 21.
  • a parallax separating means 23 and a light splitting mirror 24 are provided in the optical path of the parallel light 22.
  • the parallax separation means 23 to be described in detail later is configured by a liquid crystal shutter in the present embodiment.
  • the light splitting mirror 24 is configured by abutting the front edges of the two mirrors 25 and 26. It is preferable to arrange a diaphragm for controlling the F value at the front stage or the rear stage of the parallax separation means 23.
  • the mirror 25 is provided with an inclination of 45 degrees to the right with respect to the parallel light 22, and the mirror 26 is provided with an inclination of 45 degrees with respect to the parallel light 22. Then, the mirror 25 and the mirror 26 are joined so that their respective leading edges are brought into contact with each other, and the joining edge 27 is provided so as to be perpendicular to the bottom surface of the housing 11 of FIG. As a result, the parallel light 22 viewed from the optical axis direction is reflected to the left side in the horizontal direction by the mirror 26 with the joint edge 27 as a boundary line, and the right half is reflected to the right side in the horizontal direction by the mirror 25.
  • the mirror 25 is provided with an inclination of 45 degrees to the right with respect to the parallel light 22
  • the mirror 26 is provided with an inclination of 45 degrees with respect to the parallel light 22.
  • a mirror 28 is provided on the reflecting surface of the mirror 25 so as to be slightly separated from each other. Incident light reflected by the mirror 28 passes through a condensing lens 29 and forms an image on the light receiving surface of the solid-state imaging device 30.
  • a mirror 31 is provided on the reflecting surface of the mirror 26 so as to be slightly separated from each other.
  • the incident light reflected by the mirror 31 passes through the condenser lens 32 and forms an image on the light receiving surface of the solid-state imaging device 33.
  • the electric control system of the digital camera 10 includes a central control unit (CPU) 40 that performs overall control of the entire digital camera 10, an operation unit (including the shutter release button 14) 41 that receives operation instructions from a user, and image processing.
  • Unit 42 an encoder 44 that encodes image data processed by the image processing unit 42 into display data, a driver 46 that displays the display data on the display unit 45, a main memory 47, and a writing / reading of a memory card 48.
  • a media control unit 49 that performs control and a bus 50 that interconnects them are provided.
  • Analog signal processing units (AFE) 34 and 35 and analog / digital (A / D) converters 36 and 37 are connected to the solid-state imaging devices 30 and 33, respectively. Captured image signals from the solid-state imaging devices 30 and 33 converted into digital signals by the A / D converters 36 and 37 are input to the bus 50. Note that the AFEs 34 and 35 and the A / D converters 36 and 37 may be integrated into one unit and used by switching.
  • a device control unit 51 is connected to the CPU 40.
  • the device control unit 51 controls the photographing lens 12 including the focus alignment lens and the telephoto lens based on an instruction from the CPU 40, and the parallax separation unit 23, the solid-state imaging devices 30 and 33, AFEs 34 and 35, A / D converters 36 and 37 are controlled.
  • the solid-state image pickup device 30 picks up an image of the subject viewed with the left eye
  • the solid-state image pickup device 33 picks up an image of the subject viewed with the right eye. Will do. This is because, as described above, incident light from the object scene is collected by the photographing lens 12, and as a result, an image in which the left and right and the top and bottom of the subject are inverted is captured.
  • the captured image data of the solid-state imaging device 30 is taken into the main memory 47, and is subjected to well-known image processing such as offset correction, gamma correction, RGB / YC conversion processing and the like in the image processing unit 42 and is compressed in JPEG format. It is stored in the memory card 48.
  • the imaged image data of the solid-state imaging device 33 is also taken into the main memory 47, and the image processing unit 42 performs well-known image processing similar to the above, compresses the data in JPEG format, and saves it in the memory card 48.
  • the CPU 40 controls the parallax separation means 23 through the device control unit 51 as follows when the left and right images of the subject are captured by the solid-state imaging devices 30 and 33 described above.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the parallax separation means 23.
  • the parallax separation means 23 of the present embodiment is configured by a liquid crystal shutter, and is erected perpendicular to the optical axis of incident light.
  • an arbitrary region on the light incident surface can be set as a light non-transmissive region.
  • the parallax separation means 23 of the present embodiment is located at a position corresponding to the tip joint edge 27 of the two mirrors 25, 26, that is, a position corresponding to the entire length from the upper end to the lower end of the joint edge 27 on the light incident surface. Then, the light non-transmissive region 61 that completely covers the tip joint edge 27 is formed.
  • the light non-transmissive region 61 is formed in a longitudinal strip shape extending in the vertical direction, and the vertical line that is the center of the light non-transmissive region 61 is opposed to the tip joining edge 27 of the mirrors 25 and 26.
  • the width x of the light non-transmission region 61 is formed to have the same width on the left and right with the vertical line at the center as the center.
  • the incident light advances to the junction edge 27 of the mirrors 25 and 26. The light is completely shielded from the upper end to the lower end of the region where the incident light enters with a predetermined width x.
  • the light having an incident angle of about 0 ° (light incident on the region having the width x centering on the tip joint edge 27 of the mirror 25 and the mirror 26) does not enter the solid-state imaging devices 30 and 33 by the parallax separation unit 23.
  • the right and left eye images are picked up by the left and right solid-state image pickup devices 30 and 33 and both images are reproduced, it is possible to obtain image data with good stereoscopic vision. .
  • the width x of the light non-transmissive region 61 may be a fixed value, but preferably the width x is variably controlled according to the photographing conditions. For example, when the shooting scene is dark, if the width of the light non-transmission area 61 is widened, only a dark image is captured. Therefore, the width x is narrowed, and when the shooting scene is bright, the width x is widened.
  • the photographic lens 12 has a short focal length, such as a wide-angle lens, it is difficult to separate the parallax. Therefore, it is easy to separate the parallax by increasing the width x of the light non-transmissive region 61, and the focal point is like a telephoto lens. Conversely, when the distance is long, the width x is narrowed.
  • the width x of the light non-transmissive region 61 may be variably controlled in relation to the F value.
  • the F value When the F value is small (when the aperture is open), the scene is often dark, and when the F value is large (when the aperture is narrow), the scene is often bright.
  • the width x of the light non-transmissive region 61 is controlled. That is, when the F value is large, the sensitivity is not lowered even if the width x is wide because the scene is bright, so the width x is widened to increase the degree of parallax separation.
  • the parallax separation means 23 is disposed immediately before the light splitting mirror 24 (25, 26) to block the light splitting boundary portion of the light splitting mirror 24.
  • the place where the separating means 23 is disposed is not limited to the position immediately before the light splitting mirror 24.
  • a diaphragm is also arranged near the focal position of the photographing lens 12 that collects incident light, but parallax separation means may be provided at the position where the diaphragm is arranged. Also by providing the parallax separation means at this position, it is possible to equally divide the incident light into left and right by a small area liquid crystal shutter.
  • FIG. 5 is a perspective view of an embodiment in which the light dividing means and the parallax separating means are integrated.
  • an electrochromic mirror 65 that can partially change the reflectivity by electric control is used instead of the mirror 25 of FIG. 3, and an electrochromic mirror that can partially change the reflectivity by electric control instead of the mirror 26.
  • 66 is used. The front end edge of the mirror 65 and the front end edge of the mirror 66 are abutted, the two mirrors are opened at 90 degrees, and the joint edge 67 at the front end is arranged perpendicular to the incident optical axis.
  • each tip 4 of both mirrors 65 and 66 (the reflectance of the mirror part is 100%) is changed with a predetermined width y from the joining edge 67.
  • the reflectance is 0%.
  • the portion having the reflectance of 0% becomes the parallax separation means of this embodiment.
  • the width y can be variably controlled. As a result, the same effect can be obtained as in the case where the region along the boundary line (joining edge 67) of the left and right divisions of the incident light as viewed from the optical axis direction is shielded with a predetermined width, which will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6A is a perspective view of an embodiment in which the light dividing means and the parallax separating means 71 are integrated.
  • This embodiment is different in that the mirrors 25 and 26 of FIG. 3 are provided so as to be movable in the horizontal direction.
  • the tip edges 27 of the mirrors 25 and 26 are abutted and intimate contact with each other, but in this embodiment, a gap 72 is formed between them.
  • This gap 72 is a parallax separating means.
  • the gap 72 is variably controlled.
  • the solid-state image sensor 68 captures a two-dimensional image (planar image) of the subject. It becomes possible to do.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a light splitting mirror according to another embodiment of the present invention.
  • the leading edges of the mirror 25 and the mirror 26 are butted at an angle of 90 degrees, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the right half of the parallel light 22 is reflected by the mirror 25, further reflected by the mirror 28, condensed by the condenser lens 29, and imaged on the solid-state imaging device 30.
  • the left half of the parallel light 22 is made straight as it is, condensed by the condenser lens 32, and imaged on the solid-state imaging device 33.
  • the tip edge 27 of the mirror 25 serves as a boundary line for separating the left and right parallaxes.
  • the incident light at this position may be shielded with the required width x using the parallax separating means 23.
  • the width of the camera 10 can be made narrower by the amount that does not provide the reflected light path by the mirror 26.
  • incident light is divided into left and right using a mirror.
  • the optical member that divides incident light into left and right is not limited to a mirror, and other optical members such as prisms may be used.
  • the light reflected by the mirrors 28 and 31 is incident on the solid-state imaging devices 30 and 33.
  • the mirrors 28 and 31 are omitted, and the reflected light of the mirrors 25 and 26 is collected and incident on the solid-state imaging device. It is also good.
  • the stereoscopic imaging apparatus includes a monocular imaging lens, and first and second solid-state imaging elements that receive in parallel incident light from a subject incident through the imaging lens.
  • the incident light is divided by a boundary line perpendicular to the optical axis, and one of the divided incident lights is incident on the first solid-state image sensor, and the other divided incident light is incident on the second solid-state image sensor.
  • an image processing unit that performs image processing to generate stereoscopic image data of the subject.
  • the stereoscopic image capturing apparatus includes a control unit that controls the blocking width on the boundary line.
  • control unit of the stereoscopic image capturing apparatus is characterized in that the blocking width is adjusted according to a shooting condition.
  • control unit of the stereoscopic image capturing apparatus increases the width as the F value is smaller, the photographing scene is brighter, or the focal length of the photographing lens is shorter, and the F value is larger or photographing is performed.
  • the width is narrowed as the scene is darker or the focal length of the photographic lens is longer.
  • the parallax separation unit is configured by a liquid crystal shutter placed in front of the light splitting unit, and light non-transmission formed by a wide vertical stripe at the center of the liquid crystal shutter. The incident light on the boundary line is cut in a region.
  • the light dividing unit and the parallax separating unit are integrally formed, and the light dividing unit is configured by abutting the front end edges of two mirrors opened at 90 degrees,
  • the parallax separation unit is configured by variably controlling the reflectance of a portion having a required width from the tip edge of the mirror.
  • the light dividing unit and the parallax separating unit are integrally formed, and the light dividing unit is configured by two mirrors opened at 90 degrees.
  • the parallax separation unit is configured by a gap formed therebetween.
  • the stereoscopic image capturing apparatus includes a third solid-state image sensor that receives the incident light that has passed through the gap between the two mirrors.
  • the stereoscopic image capturing apparatus of the present invention is useful when applied to a low-cost stereoscopic image capturing apparatus because it can separate right and left parallax well even with a monocular system.

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Abstract

　単眼方式で良好な立体画像を撮像することができる立体画像撮像装置を提供する。　単眼の撮影レンズ１２と、撮影レンズ１２を通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子３０，３３と、入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を固体撮像素子３０に入射させ分割された他方の入射光を固体撮像素子３３に入射させる光分割手段２４と、境界線上の入射光の固体撮像素子３０，３３への入射を阻止する視差分離手段２３と、各固体撮像素子３０，３３の出力信号を画像処理して被写体の立体画像データを生成する画像処理手段４１とを備える。

Description

立体画像撮像装置
　本発明は立体画像撮像装置に係り、特に、単眼方式で左右の視差分離を良好に行うことができる立体画像撮像装置に関する。
　立体画像（３Ｄ画像）を表示できるテレビジョン受像機が普及し、被写体の立体画像を撮影できる立体画像撮影用のデジタルカメラ（立体画像撮像装置）も普及の兆しを見せている。
　従来の立体画像撮像装置は、例えば下記の特許文献１に記載されている様に、カメラ筐体の前面に水平方向に並ぶ２個の撮影レンズ系を搭載し、２眼方式となっている。向かって左側の撮影レンズ系は人間の右眼に相当し、右側の撮影レンズ系は人間の左眼に相当する。左右の撮影レンズ系は、人間の左右の眼の距離である６．５ｃｍ程度離して設けられる。
　この様な２眼方式の立体画像撮像装置は、左眼用の被写体画像と右眼用の被写体画像とを、６．５ｃｍ離間した別々の撮影レンズ系を通して撮像するため、左右の視差分離分割程度が高い被写体画像を撮影することができる。
　しかし、２眼方式の立体画像撮像装置は、高価な撮影レンズ系を２系統備えるため、製品コストが嵩んでしまうという問題がある。
　そこで、下記の特許文献２に記載されている様に、単眼方式の立体画像撮像装置が提案されている。この立体画像撮像装置は、１系統の撮影レンズ系を搭載し、この撮影レンズ系を通して集光した被写体からの入射光をリレーレンズを通すことで平行光に変換している。
　そして、図８に示す様に、リレーレンズを通して得られた平行光１を、２枚のミラー２，３を直角に突き合わせた光分割用ミラー４で左右に分離し、ミラー２で反射した入射光をミラー５で反射しイメージセンサ６に結像させる。ミラー３で反射した入射光はミラー７で反射しイメージセンサ８に結像させる。
　平行光１を出射する上記のリレーレンズの光入射側には撮影レンズ系が設けられている。この撮影レンズ系で被写界からの入射光が左右反転するため、イメージセンサ６には左眼を通して見た画像が結像し、イメージセンサ８には右眼を通して見た画像が結像する。
　図９は、図８に示されるイメージセンサ６の左右方向における入射角感度特性とイメージセンサ８の左右方向における入射角感度特性とを併せて示した図である。リレーレンズで平行光１となった入射光は、光分割用ミラー４で２分割されるため、ミラー５で反射した入射光を受光するイメージセンサ６の入射角に対する感度分布ＴＬは、図９に示す様に、右側にずれた分布となっている。反対に、ミラー７で反射した入射光を受光するイメージセンサ８の感度分布ＴＲは、左側にずれた分布となる。
　この左右にズレが生じる各イメージセンサ６，８の撮影画像を右眼用画像，左眼用画像として再生することで、被写体を立体視することが可能な立体画像となる。しかし、左右のズレ即ち視差が充分にとれないと、左眼用画像，右眼用画像を再生しても、良好な立体画像を得ることができなくなってしまう。
日本国特開２００８―１８７３８５号公報 日本国特開２０１０―８１５８０号公報
　２眼方式のステレオカメラは、上記例では６．５ｃｍ離した２眼の撮影レンズ系を備えるため、充分な左右の視差をとることができる。しかし、図８に例示されるような１眼（単眼）方式の場合、充分な左右の視差をとることができない。
　本発明の目的は、単眼方式で良好な立体画像を撮像することができる立体画像撮像装置を提供することにある。
　本発明の立体画像撮像装置は、単眼の撮影レンズと、該撮影レンズを通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子と、前記入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を前記第１の固体撮像素子に入射させ分割された他方の入射光を前記第２の固体撮像素子に入射させる光分割部と、前記境界線上の前記入射光の前記第１，第２の固体撮像素子への入射を阻止する視差分離部と、前記第１，第２の各固体撮像素子の出力信号を画像処理して前記被写体の立体画像データを生成する画像処理部とを備える。
　本発明によれば、例えば左右に分割する境界線上の入射光を所要幅に渡って阻止（カット）するため、単眼方式であっても、左右の視差の分離が良好となり、立体視可能な立体画像を生成することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る立体画像撮像装置の外観斜視図である。 図１に示す立体画像撮像装置の機能ブロック構成図である。 図２に示す視差分離手段の光分割用ミラーの説明図である。 視差分離境界線上の入射光を阻止したときの効果説明図である。 本発明の別実施形態の視差分離手段の説明図である。 本発明の更に別実施形態の視差分離手段の説明図である。 本発明の別実施形態の光分割用ミラーの説明図である。 従来の単眼式立体画像撮像装置の説明図である。 図８に示されるイメージセンサ６の左右方向における入射角感度特性とイメージセンサ８の左右方向における入射角感度特性とを併せて示した図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る立体画像撮像が可能なデジタルカメラの斜視図である。このデジタルカメラ１０は、矩形筐体１１の前面に単眼の撮影レンズ１２が設けられる。この撮影レンズ１２は、筐体１１内に沈胴可能に設けられたレンズ鏡筒１３内に配置され、筐体１１の右肩には、シャッタレリーズボタン１４が設けられている。
　図２は、図１に示すデジタルカメラ１０の機能ブロック構成図である。デジタルカメラ１０は、撮影レンズ１２を収納したレンズ鏡筒１３を備える。レンズ鏡筒１３には、撮影レンズ１２の他に、焦点位置合わせ用レンズ，望遠レンズ等が収納される。
　レンズ鏡筒１３の背部にはリレーレンズ２１が設けられている。撮影レンズ１２等で集光された入射光は、このリレーレンズ２１を通ることで、平行光２２に変換される。
　平行光２２の光路には、視差分離手段２３と、光分割用ミラー２４とが設けられる。詳細は後述する視差分離手段２３は、本実施形態では液晶シャッタで構成される。光分割用ミラー２４は、２枚のミラー２５，２６の前縁を突き合わせて構成される。視差分離手段２３の前段又は後段にＦ値を制御する絞りを配置するのが良い。
　ミラー２５は、平行光２２に対して右斜め４５度に傾斜して設けられ、ミラー２６は平行光２２に対して左斜め４５度に傾斜して設けられる。そして、ミラー２５とミラー２６とは夫々の先端縁が突き合わされる様に接合され、接合縁２７は、図１の筐体１１の底面に対し垂直となる様に設けられる。この結果、光軸方向から見たときの平行光２２は、接合縁２７を境界線としてその左半分はミラー２６で水平方向左側に反射され、その右半分はミラー２５で水平方向右側に反射される。
　ミラー２５の反射面には若干離間して平行なミラー２８が設けられている。このミラー２８で反射した入射光は、集光レンズ２９を通り固体撮像素子３０の受光面に結像する。
　同様に、ミラー２６の反射面には若干離間して平行なミラー３１が設けられている。このミラー３１で反射した入射光は、集光レンズ３２を通り固体撮像素子３３の受光面に結像する。
　このデジタルカメラ１０の電気制御系は、デジタルカメラ１０の全体を統括制御する中央制御装置（ＣＰＵ）４０と、ユーザからの操作指示を取り込む操作部（シャッタレリーズボタン１４を含む）４１と、画像処理部４２と、画像処理部４２で処理された画像データを表示データにエンコードするエンコーダ４４と、前記表示データを表示部４５に表示するドライバ４６と、メインメモリ４７と、メモリカード４８の書き込み／読み出し制御を行うメディア制御部４９と、これらを相互に接続するバス５０とを備える。
　各固体撮像素子３０，３３には、夫々、アナログ信号処理部（ＡＦＥ）３４，３５と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３６，３７が接続される。Ａ／Ｄ変換器３６，３７でデジタル信号に変換された各固体撮像素子３０，３３による撮像画像信号はバス５０に入力される。なお、ＡＦＥ３４，３５やＡ／Ｄ変換器３６，３７は夫々１個に集約し、切り替えて使用する構成としても良い。
　ＣＰＵ４０にはデバイス制御部５１が接続される。デバイス制御部５１は、ＣＰＵ４０からの指示に基づいて、焦点位置合わせレンズ，望遠レンズを含む撮影レンズ１２を制御すると共に、視差分離手段２３と、固体撮像素子３０，３３と、ＡＦＥ３４，３５と、Ａ／Ｄ変換器３６，３７を制御する。
　以上の構成でなるデジタルカメラ１０で被写体の立体画像を撮像する場合、固体撮像素子３０が被写体を左眼で見た画像を撮像し、固体撮像素子３３が被写体を右眼で見た画像を撮像することになる。上記した様に、被写界からの入射光が撮影レンズ１２で集光された結果、被写体の左右，上下が反転した画像が撮像されるためである。
　固体撮像素子３０の撮像画像データはメインメモリ４７に取り込まれ、画像処理部４２でオフセット補正，ガンマ補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等の周知の画像処理が施されると共にＪＰＥＧ形式でデータ圧縮され、メモリカード４８に保存される。固体撮像素子３３の撮像画像データもメインメモリ４７に取り込まれ、画像処理部４２で上記と同様の周知の画像処理が施されると共にＪＰＥＧ形式でデータ圧縮され、メモリカード４８に保存される。
　この保存時に、左右一対の画像データとして関連づけて保存される。例えば、カメラ映像機器工業会（ＣＩＰＡ）の規格であるＭＰＯ形式で保存される。
　上述した固体撮像素子３０，３３による被写体の左右画像の撮像時に、ＣＰＵ４０は、デバイス制御部５１を介して視差分離手段２３を次の様に制御する。
　図３は、視差分離手段２３の説明図である。本実施形態の視差分離手段２３は、液晶シャッタで構成され、入射光の光軸に対して垂直に立設される。この液晶シャッタ２３は、光入射面の任意領域を光非透過領域とすることができる。本実施形態の視差分離手段２３は、２枚のミラー２５，２６の先端接合縁２７に対応した位置、即ち、光入射面のうち、接合縁２７の上端から下端までの全長に対応する位置に、先端接合縁２７を完全に覆う光非透過領域６１を形成する。
　光非透過領域６１は、鉛直方向に延びる長手の短冊状に形成され、光非透過領域６１の中心となる鉛直線が、ミラー２５，２６の先端接合縁２７に対向する。光非透過領域６１の幅ｘは、前記中心の鉛直線を中心として左右同じ幅に形成され、リレーレンズで平行光となった入射光のうち、ミラー２５，２６の先端接合縁２７に進む入射光を、所定幅ｘでかつ入射光が入る領域の上端から下端まで完全に遮光する。
　この結果、図９で説明した感度分布ＴＬ，ＴＲのうち入射角０°付近の部分が、図４に示す様に、大幅にカットされることになる。これにより、固体撮像素子３０で撮像される画像と固体撮像素子３３で撮像される画像との視差を広げることができる。
　このように、視差分離手段２３で入射角０°付近の光（ミラー２５とミラー２６の先端接合縁２７を中心とする幅ｘの領域に入射する光）が固体撮像素子３０，３３に入射しないようにすることで、左右の固体撮像素子３０，３３で右眼用画像と左眼用画像とを撮像し、両画像を再生したとき、立体視が良好な画像データを得ることが可能となる。
　光非透過領域６１の幅ｘは、固定値でも良いが、好適には、撮影条件によって幅ｘを可変制御するのが良い。例えば、撮影シーンが暗いときは光非透過領域６１の幅を広くとると暗い画像しか写らなくなるため、幅ｘは狭くし、明るい撮影シーンのときは幅ｘを広くとる。
　また、撮影レンズ１２が広角レンズの様に焦点距離が短い場合には、視差分離が難しいため、光非透過領域６１の幅ｘを広くとって視差を分離し易くし、望遠レンズの様に焦点距離が長い場合には、逆に幅ｘを狭くする。
　更に、Ｆ値との関係で光非透過領域６１の幅ｘを可変制御しても良い。Ｆ値が小さい場合（絞りが開いている場合）は、撮影シーンが暗い場合が多く、Ｆ値が大きい場合（絞りが狭くなっている場合）は撮影シーンが明るい場合が多いため、それに合わせて光非透過領域６１の幅ｘを制御する。即ち、Ｆ値が大きい場合には明るい撮影シーンのため幅ｘを広くとっても感度は低下しないため幅ｘを広くとって視差分離の程度を大きくする。
　図２，図３に示す実施形態では、光分割用ミラー２４（２５，２６）の直前に視差分離手段２３を配置して光分割用ミラー２４の光分割の境界線部分を遮光したが、視差分離手段２３を配置する場所は、光分割用ミラー２４の直前に限るものではない。例えば、入射光を集光する撮影レンズ１２の焦点位置付近にも絞りが配置されるが、この絞り配置箇所に視差分離手段を併設しても良い。この位置に視差分離手段を併設することでも、小面積の液晶シャッタで入射光を左右に均等に２分割することが可能となる。
　図５は、光分割手段と視差分離手段とを一体に持つ実施形態の斜視図である。本実施形態では、図３のミラー２５に替えて部分的に反射率を電気制御で変更できるエレクトロクロミックミラー６５を用い、ミラー２６に替えて部分的に反射率を電気制御で変更できるエレクトロクロミックミラー６６を用いる。ミラー６５の先端縁とミラー６６の先端縁とを突き合わせ、両ミラー間を９０度に開き、先端の接合縁６７を、入射光軸に対して垂直に配置する。
　接合縁６７から所定の幅ｙで、両ミラー６５，６６（ミラー部分の反射率１００％）の各先端部４の反射率を変更する。好適には、反射率０％とする。この反射率０％とした部分が本実施形態の視差分離手段となる。この場合、幅ｙを可変制御できる様にしておくのが好ましい。これにより、光軸方向から見たときの入射光のうち、光の左右分割の境界線（接合縁６７）に沿う領域が所定幅で遮光されたと同じ効果を得ることができ、図４で説明したのと同様に、左右の感度分布ＴＬ，ＴＲの入射角０°付近の大部分をカットすることが可能となる。
　図６（ａ）は、光分割手段と視差分離手段７１とを一体に持つ実施形態の斜視図である。本実施形態では、図３のミラー２５，２６を水平方向に移動可能に設けた点が異なる。図３の実施形態では、ミラー２５，２６の先端縁２７を突き合わせ、両者間を密に接触させたが、本実施形態では、両者間に隙間７２を形成する。この隙間７２の部分が視差分離手段となる。この隙間７２の間隔を可変制御する構成とする。
　この様にすることで、光軸方向から見たときの入射光を左右に分割する境界線上の入射光を左右の固体撮像素子３０，３３に入射させないことができ、図４で説明したと同様に、視差の左右分離が良好に行われる。また、隙間７２を透過した入射光を受光する第３の固体撮像素子６８を図６（ｂ）に示す様に設けることで、固体撮像素子６８は、被写体の二次元画像（平面画像）を撮像することが可能となる。
　図７は、本発明の別実施形態の光分割用ミラーの説明図である。図２に示す実施形態では、ミラー２５とミラー２６の先端縁を９０度の角度で突きあわせたが、この構成に限るものではない。図７に示す様に、ミラー２５だけを用い、平行光２２の右半分をミラー２５で反射し、更にミラー２８で反射し、集光レンズ２９で集光し、固体撮像素子３０に結像させる。平行光２２の左半分はそのまま直進させ、集光レンズ３２で集光し、固体撮像素子３３に結像させる。
　ミラー２５の先端縁２７が左右の視差の分離を行う境界線となるが、この位置の入射光を、視差分離手段２３を用い、所要幅ｘで遮光すれば良い。この実施形態によれば、ミラー２６による反射光路を設けない分だけカメラ１０の幅を狭く構成することが可能となる。
　なお、上述した実施形態では、ミラーを用いて入射光を左右に２分割したが、入射光を左右に２分割する光学部材はミラーに限るものではなく、他の光学部材、例えばプリズムでも良い。また、ミラー２８，３１で反射させた光を固体撮像素子３０，３３に入射させたが、ミラー２８，３１を省き、ミラー２５，２６の反射光を集光して固体撮像素子に入射させる構成としても良い。
　以上述べた様に、本実施形態による立体画像撮像装置は、単眼の撮影レンズと、該撮影レンズを通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子と、前記入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を前記第１の固体撮像素子に入射させ分割された他方の入射光を前記第２の固体撮像素子に入射させる光分割部と、前記境界線上の前記入射光の前記第１，第２の固体撮像素子への入射を阻止する視差分離部と、前記第１，第２の各固体撮像素子の出力信号を画像処理して前記被写体の立体画像データを生成する画像処理部とを備えることを特徴とする。
　また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記境界線上の前記阻止する幅を制御する制御部を備えることを特徴とする。
　また、実施形態の立体画像撮像装置の前記制御部は、撮影条件に応じて前記阻止する幅を調整することを特徴とする。
　また、実施形態の立体画像撮像装置の前記制御部は、は、Ｆ値が小さいほど又は撮影シーンが明るいほど又は撮影レンズの焦点距離が短いほど前記幅を広くし、Ｆ値が大きいほど又は撮影シーンが暗いほど又は撮影レンズの焦点距離が長いほど前記幅を狭くすることを特徴とする。
　また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記視差分離部は前記光分割部の前段に置かれた液晶シャッタで構成され、該液晶シャッタの中央に幅のある縦スジで形成された光非透過領域で前記境界線上の前記入射光をカットすることを特徴とする。
　また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記光分割部と前記視差分離部とが一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーの先端縁を突き合わして前記光分割部が構成され、該ミラーの前記先端縁から所要幅の部分の反射率を可変制御することで前記視差分離部が構成されることを特徴とする。
　また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記光分割部と前記視差分離部とが一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーで前記光分割部が構成され、前記２枚のミラーの間に形成した隙間で前記視差分離部が構成されることを特徴とする。
　また、実施形態の立体画像撮像装置は、前記２枚のミラーの離間した隙間を通ってきた前記入射光を受光する第３の固体撮像素子を備えることを特徴とする。
　以上述べた実施形態によれば、視差の分離を行う境界線上の入射光を所要幅で阻止（カット）するため、単眼方式であっても視差分離を良好に行うことができ、立体視可能な立体画像データを得ることができる。
　本発明の立体画像撮像装置は、単眼式であっても左右の視差を良好に分離できるため、低コストな立体画像撮像装置に適用すると有用である。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１１年３月２日出願の日本出願（特願２０１１－４５５４４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１０　デジタルカメラ（立体画像撮像装置）
１１　矩形筐体
１２　撮影レンズ
１３　レンズ鏡筒
２１　リレーレンズ
２３，６３　視差分離手段
２４　光分割用ミラー
２５，２６　反射ミラー
２７，６７　先端接合縁（視差を分離する境界）
３０，３３　固体撮像素子
４０　ＣＰＵ
４２　画像処理部
６１　光非透過領域
ｘ　光非透過領域の幅

Claims (8)

  1. 　単眼の撮影レンズと、
    　該撮影レンズを通して入射してくる被写体からの入射光を並列に受光する第１，第２の固体撮像素子と、
    　前記入射光を光軸に垂直な境界線によって分割し分割された一方の入射光を前記第１の固体撮像素子に入射させ分割された他方の入射光を前記第２の固体撮像素子に入射させる光分割部と、
    　前記境界線上の前記入射光の前記第１，第２の固体撮像素子への入射を阻止する視差分離部と、
    　前記第１，第２の各固体撮像素子の出力信号を画像処理して前記被写体の立体画像データを生成する画像処理部とを備える立体画像撮像装置。
  2. 　請求項１に記載の立体画像撮像装置であって、
    　前記境界線上の前記阻止する幅を制御する制御部を備える立体画像撮像装置。
  3. 　請求項２に記載の立体画像撮像装置であって、
    　前記制御部は、撮影条件に応じて前記阻止する幅を調整する立体画像撮像装置。
  4. 　請求項３に記載の立体画像撮像装置であって、
    　前記制御部は、Ｆ値が小さいほど又は撮影シーンが明るいほど又は撮影レンズの焦点距離が短いほど前記幅を広くし、Ｆ値が大きいほど又は撮影シーンが暗いほど又は撮影レンズの焦点距離が長いほど前記幅を狭くする立体画像撮像装置。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立体画像撮像装置であって、
    　前記視差分離部は前記光分割部の前段に置かれた液晶シャッタで構成され、該液晶シャッタの中央に幅のある縦スジで形成された光非透過領域で前記境界線上の前記入射光をカットする立体画像撮像装置。
  6. 　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立体画像撮像装置であって、
    　前記光分割部と前記視差分離部とは一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーの先端縁を突き合わして前記光分割部が構成され、該ミラーの前記先端縁から所要幅の部分の反射率を可変制御することで前記視差分離部が構成される立体画像撮像装置。
  7. 　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の立体画像撮像装置であって、
    　前記光分割部と前記視差分離部とは一体形成され、９０度に開いた２枚のミラーで前記光分割部が構成され、前記２枚のミラーの間に形成した隙間で前記視差分離部が構成される立体画像撮像装置。
  8. 　請求項７に記載の立体画像撮像装置であって、
    　前記２枚のミラーの離間した前記隙間を通ってきた前記入射光を受光する第３の固体撮像素子を備える立体画像撮像装置。
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