デジタルカメラ
【課題】レイアウトの制約を最小としつつ、撮影時の調整を簡素化すること。
【解決手段】第１の撮影光と第２の撮影光を取り込む第１の撮影レンズ及び第２の撮影レンズと、撮影光を電気信号に変換する撮像素子と、撮影光を撮像素子に結像させる撮像光学系と、第１の撮影光を撮像光学系に導く第１の光路と、第２の撮影光を撮像光学系に導く第２の光路と、第２の光路を遮断した状態で第１の光路を開いて、第１の撮影光を撮像光学系に導き、撮像素子に結像させる第１の撮影状態と、第１の光路を遮断した状態で第２の光路を開いて、第２の撮影光を撮像光学系に導き、撮像素子に結像させる第２の撮影状態と、を交互に切り替え、撮像素子を制御して、第１の撮影状態においては第１の撮影光を、第２の撮影状態においては第２の撮影光を電気信号に変換させる撮像制御部と、を備えた三次元デジタルカメラ。
【解決手段】第１の撮影光と第２の撮影光を取り込む第１の撮影レンズ及び第２の撮影レンズと、撮影光を電気信号に変換する撮像素子と、撮影光を撮像素子に結像させる撮像光学系と、第１の撮影光を撮像光学系に導く第１の光路と、第２の撮影光を撮像光学系に導く第２の光路と、第２の光路を遮断した状態で第１の光路を開いて、第１の撮影光を撮像光学系に導き、撮像素子に結像させる第１の撮影状態と、第１の光路を遮断した状態で第２の光路を開いて、第２の撮影光を撮像光学系に導き、撮像素子に結像させる第２の撮影状態と、を交互に切り替え、撮像素子を制御して、第１の撮影状態においては第１の撮影光を、第２の撮影状態においては第２の撮影光を電気信号に変換させる撮像制御部と、を備えた三次元デジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの撮影レンズを有するデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、三次元画像を撮影可能なデジタルカメラの需要が高まりつつある。かかる三次元デジタルカメラにおいて立体的な撮影画像を得るためには、人間の目の距離に相当する距離だけ離れた二つのレンズで同時に二つの撮影画像を撮影する必要がある。
三次元画像の撮影を行うことができる一般的な三次元デジタルカメラとして、撮像素子と撮影レンズを含む撮像部を二つ備えた三次元デジタルカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、三次元デジタルカメラに限らず、二つの撮像系を有するデジタルカメラが存在する（例えば、特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３００４３８号公報
【特許文献１】特開２００６−０８１０８９号公報
【特許文献１】特開２００８−０７６５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の三次元デジタルカメラでは、同一のレンズ群を二つ水平方向に並べて構成する必要があるが、カメラの大部分を二つのレンズ群が占めるため、レイアウトが制約されてしまうという課題があった。また、それぞれのレンズは個別に制御されるため、例えば、レンズでズーム機能を実現する場合、倍率や画角の調整などにズレが生じやすい。さらに、レンズや撮像素子の個々の部品のバラツキや、組立上のバラツキや動作のバラツキなども考慮する必要があった。
【０００６】
図６に、従来の三次元デジタルカメラの撮像系の一例を示す。従来の撮像系は、左右の前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂ、第１のシャッター１１２ａ，１１２ｂ、第２のシャッター１１３ａ，１１３ｂと、左右のズームレンズ群１０３ａ，１０３ｂ、左右のフォーカスレンズ１０４ａ，１０４ｂ、左右の撮像素子１０７ａ，１０７ｂ、左右のプリズム１１４ａ，１１４ｂからなる。左右の前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂは、人間の左右の目の間の距離に相当する６０ｍｍほど離れた距離に配置されている。前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂそれぞれの後方には、前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂが集光した撮影光を９０°の角度で反射してズームレンズ群１０３ａ，１０３ｂ，フォーカスレンズ１０４ａ，１０４ｂなどに導く二つのプリズム１１４ａ，１１４ｂが配置されている（図６（２）参照）。ズームレンズ群１０３ａ，１０３ｂ、及びフォーカスレンズ１０４ａ，１０４ｂはそれぞれ光軸１４１，１４２を有し、可動レンズとして設けられているため、左右の撮像素子１０７ａ，１０７ｂを用いて二つの画像を同時に撮像する場合には、これらのレンズが正確に同一の動きをしないと画角や倍率に差が生じる。また、フォーカスが合う時間がずれるなどすると撮影に支障をきたすなどの課題があった。また、この種の課題は、三次元デジタルカメラに限らず、複数の撮影レンズを有するデジタルカメラ一般に存在する。
【０００７】
本発明は、上述の従来の課題に鑑みてなされたものであり、レイアウトの制約を最小としつつ、撮影する際の光学系の画角、倍率、フォーカスの調整などを最小とする三次元デジタルカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による三次元デジタルカメラは、第１の撮影光を取り込む第１の撮影レンズと、第２の撮影光を取り込む第２の撮影レンズと、撮影光を電気信号に変換する撮像素子と、撮影光を前記撮像素子に結像させる撮像光学系と、前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導く第１の光路と、前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導く第２の光路と、前記第２の光路を遮断した状態で前記第１の光路を開いて、前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第１の撮影状態と、前記第１の光路を遮断した状態で前記第２の光路を開いて、前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第２の撮影状態と、を交互に切り替え、前記撮像素子を制御して、前記第１の撮影状態においては前記第１の撮影光を、前記第２の撮影状態においては前記第２の撮影光を電気信号に変換させる撮像制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様による三次元デジタルカメラは、さらに、前記第１の光路と前記第２の光路とが延在する細長形状の筒状部を備え、前記筒状部は一方の端部に、前記第１の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第１の反射部と、他方の端部に、前記第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第２の反射部と、前記第１の反射部と前記第２の反射部の間に、入射される第１の撮影光及び第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く分光部と、有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の態様による三次元デジタルカメラは、前記分光部が、前記第１の反射部からの第１の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第１の複屈折面と、前記第２の反射部からの第２の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第２の複屈折面と、前記第１の複屈折面と前記第２の複屈折面の間に配設され、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直な面を有する、直方体の形状のプリズムブロックと、前記プリズムブロックの中央に、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直に設けられた、透過する透過光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第３の複屈折面とを含み、前記プリズムブロックは、前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の反射面と、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の分光面と、からなる第１の分光反射面と、前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の反射面と、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の分光面と、からなる第２の分光反射面と、を有し、前記第１の分光反射面と前記第２の分光反射面は直角に交差し、形成される交線の上方に前記第１の反射面と前記第２の反射面が形成され、下方に前記第１の分光面と前記第２の分光面が形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の態様による三次元デジタルカメラは、前記プリズムブロックが、前記第１の反射光に対して垂直な面を有する第１のプリズムと、前記第２の反射光に対して垂直な面を有し、前記第１のプリズムの頂線と当接する頂線を有する第２のプリズムと、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される上部の直角三角柱の形状の空間に配置された、上部第１のプリズムと上部第２のプリズムであって、前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第１のプリズムと、前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第２のプリズムと、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される下部の直角三角柱の形状の空間に配置された、下部第１のプリズムと下部第２のプリズムであって、前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第１のプリズムと、前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第２のプリズムと、から構成され、前記第３の複屈折面は、前記上部第１のプリズムと前記上部第２のプリズム、前記下部第１のプリズムと前記下部第２のプリズムとの境界面に、前記第１の光路と前記第２の光路に対して垂直に設けられ、前記第１の反射面は、前記第１のプリズムと前記上部第１のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、前記第１の分光面は、前記下部第２のプリズムと前記第２のプリズムとの境界面によって形成され、前記第２の反射面は、前記第２のプリズムと前記上部第２のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、前記第２の分光面は、前記下部第１のプリズムと前記第１のプリズムとの境界面によって形成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の態様による三次元デジタルカメラは、前記第１の撮影状態から前記第２の撮影状態へ、又は前記第２の撮影状態から前記第１の撮影状態へ切り替わる際、随時、前記撮像素子は蓄積された電荷を掃出することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の態様による三次元デジタルカメラは、前記撮像光学系が、ズームレンズとフォーカスレンズを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レイアウトの制約を最小としつつ、撮影する際の光学系の画角、倍率、フォーカスの調整などを最小とする三次元デジタルカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラの外観図である。
【図２】図１の三次元デジタルカメラの制御回路の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図１の三次元デジタルカメラの撮像系の構造を示す断面図である。
【図４】図１の三次元デジタルカメラのプリズムブロックと撮影光との関係を説明する断面図である。
【図５】図１の三次元デジタルカメラのプリズムブロックと撮影光との関係を説明する断面図である。
【図６】従来の三次元デジタルカメラの撮像系の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラを構成するデジタルカメラ１の外観を示すブロック図であって、図１（１）はデジタルカメラ１の正面図であり、図１（２）はデジタルカメラ１の背面図である。
【００１８】
三次元デジタルカメラ１は、図１（１）に示すように、三次元デジタルカメラ１の筐体５の正面側には、撮像系２（図２参照）を構成する二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂを有している。また、三次元デジタルカメラ１の筐体５の背面には、図１（２）に示すように、カーソルキー８と、表示モニタ１１と、ズームキー１６（Ｗ（広角）ボタン１６ａ、Ｔ（望遠）ボタン１６ｂ）、撮影条件を決定するためのモード設定ダイアル１９等が設けられている。また、三次元デジタルカメラ１の筐体５の上面にはシャッターキー１７、電源ボタン１８が設けられ、筐体５の側部にはパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）やモデム等の外部装置と接続するためのＵＳＢケーブルに接続する場合に用いるＵＳＢ端子接続部が設けられている。
【００１９】
図２は、本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラ１の制御回路の構成を説明するためのブロック図である。
【００２０】
三次元デジタルカメラ１は、撮像系２、表示モニタ１１、シャッター制御部２１、レンズ制御部２２、シャッター駆動部２４、レンズ駆動部２５、タイミング発生部２９、信号処理部３０、画像処理部３１、表示処理部３２、記録部３４、操作部３６、及びカメラ制御部３７を備える。カメラ制御部３７は、シャッター制御部２１とレンズ制御部２２を含む。シャッター制御部２１が本実施の形態に係る撮像制御部を構成する。
【００２１】
撮像系２は、第１の前玉レンズ１０ａ、第２の前玉レンズ１０ｂ、第１のシャッター１２ａ，１２ｂ、第２のシャッター１３ａ，１３ｂ、プリズムブロック１４、ズームレンズ３Ａ，３Ｂ、フォーカスレンズ４、撮像素子７を含む。第１のシャッター１２ａ，１２ｂ、第２のシャッター１３ａ，１３ｂ、プリズムブロック１４は、三次元デジタルカメラ１の筐体５に設けられた筒状部２３の内部に形成されている。ズームレンズ３Ａ，３Ｂ、フォーカスレンズ４が本実施の形態に係る撮像光学系を構成する。プリズムブロック１４が本実施の形態に係る分光部を構成する。
【００２２】
第１の前玉レンズ１０ａと第２の前玉レンズ１０ｂは、人間の目の間の間隔（６０ｍｍ程度）に近い間隔をおいて配置されおり、第１の前玉レンズ１０ａは光軸４１を、第２の前玉レンズ１０ｂは光軸４２を有する（図３（１）を参照）。
【００２３】
第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂは、筒状部２３に配設され、第１の前玉レンズ１０ａからの撮影光、又は第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を遮断又は開放する。具体的には、第１のシャッター１２ａ，１２ｂは、シャッター駆動部２４により駆動されて開閉することによって、第１の前玉レンズ１０ａからの撮影光を遮断又は開放するメカニカルシャッターとして機能する。第２のシャッター１３ａ，１３ｂは、シャッター駆動部２４により駆動されて開閉することによって、第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を遮断又は開放するメカニカルシャッターとして機能する。
【００２４】
プリズムブロック１４は、筒状部２３に配設された複数のプリズムから構成され、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂとの開閉に応じて、第１の前玉レンズ１０ａ及び第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を、選択的にズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へと導く。理解を容易にするため、図２では、第１の前玉レンズ１０ａ及び第２の前玉レンズ１０ｂからズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ導かれる撮影光をそれぞれ、光束４１Ｌ及び４２Ｌとして示す。
【００２５】
ズームレンズ群３はズームレンズ３Ａ，３Ｂを含み、レンズ駆動部２５によって光束４１Ｌ，４２Ｌの方向に沿って進退駆動される。ズームレンズ群３が進退駆動されることで撮像系２の光学ズーム調節が行われる。
【００２６】
フォーカスレンズ４は、レンズ駆動部２５によって光束４１Ｌ，４２Ｌの方向に沿って進退駆動される。フォーカスレンズ４が進退駆動されることで撮像系２のピント調節が行われる。
【００２７】
撮像素子７は、その撮像面上に結像される被写体像の光による明暗を電荷（以後、「撮像電荷」と呼ぶ）の量に光電変換し、蓄積した撮像電荷を順次読み出して電気信号に変換する。また、撮像素子７は、シャッター制御部２１の制御に基づいて、撮像電荷の蓄積、及び蓄積した撮像電荷を掃き出す電子シャッター機能も有する。後述するが、本実施の形態では、撮像素子７として、電荷の掃き出しに要する時間の短いＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子等が好ましい。
【００２８】
シャッター制御部２１は、操作部３６から入力される操作信号に基づいてシャッター駆動部２４を駆動して、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂの開閉を行う。また、シャッター制御部２１は第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂの開閉に伴って、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を掃き出させる電子シャッター機能の制御も行う。
【００２９】
レンズ制御部２２は、操作部３６から入力される操作信号に基づいてレンズ駆動部２５を駆動して、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４を駆動する。
【００３０】
信号処理部３０は、アナログ撮像信号をディジタル信号に変換した上で所定の信号処理（例えば、色補間処理、γ補正処理、ホワイトバランス処理、シェーディング補正処理等）を施す。タイミング発生部２９は、撮像素子７から読み出す撮像信号の読み出しタイミング信号を発生する。
【００３１】
画像処理部３１は、信号処理部３０から入力される画像データを所定のデータ形式にフォーマット変換したり、画像データを表示処理部３２に与えたりする。表示処理部３２は画像データを用いて映像信号を生成して表示モニタ１１へ送出する。
【００３２】
表示モニタ１１は、液晶表示パネル等によって構成され、表示処理部３２から入力される映像信号による画像等を表示する。表示画像は、静止画撮影指示前に撮像素子７で逐次撮像されるライブビュー画、静止画撮影指示後に撮像素子７で撮像される静止画、動画撮影時の動画、記録部３４に記録されている画像データによる再生画等がある。これら画像は、操作部３６の操作によって表示モニタ１１上で、電気的に表示画角を変更して（電子ズーム）表示することができる。
【００３３】
記録部３４は、着脱可能なメモリーカード等によって構成される。撮影モードにおいて、記録部３４は画像処理部３１でフォーマット変換された画像データを記録する。再生モードにおいては、記録部３４に記録されている画像データが読み出されて画像処理部３１へ送られる。画像処理部３１は、再生画像を表示するための映像信号を生成する。なお、三次元デジタルカメラ１は静止画撮影モード及び動画撮影モードのそれぞれを選択可能に構成されており、動画撮影時には音声データも記録してもよい。
【００３４】
操作部３６は、ズームキー１６、シャッターキー１７、電源ボタン１８、モード設定ダイアル１９、レリーズ（半押しスイッチ、全押しスイッチ）スイッチ等を含み、各操作に応じた操作条件に基づき操作信号を発生してカメラ制御部３７のへ送出する。これにより、例えば、操作者によりズームキー１６が操作された場合には、撮像条件として所定の倍率（例えば、１〜１２倍）が設定され、シャッターキー１７が押下された場合には、設定された条件に基づいて撮影を行う操作信号がカメラ制御部３７に送られる。
【００３５】
カメラ制御部３７は、ＣＰＵ及びＣＰＵが実行する制御プログラムが格納されるＲＯＭ、ワークＲＡＭ（図示しない）を含んで構成され、操作部３６から入力される操作信号に応じて各ブロックへ指令を出力し、カメラ動作を制御する。
【００３６】
＜撮像系の説明＞
図３は、本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラ１の撮像系２の構造を示す断面図であって、図３（１）は、三次元デジタルカメラ１の上面断面図であり、図３（２）は、三次元デジタルカメラ１の正面断面図であり、図３（３）は三次元デジタルカメラ１の側面断面図である。
【００３７】
プリズムブロック１４は筒状部２３に配設された複数のプリズムから構成されており、第１の前玉レンズ１０ａと第２の前玉レンズ１０ｂとの光路において、第１の前玉レンズ１０ａの光軸４１に対して、４５°傾斜した角度をもって形成された第１のプリズム面１４ａ、第２の前玉レンズ１０ｂの光軸４２に対して４５°傾斜した角度をもって形成された第２のプリズム面１４ｂ、第１のプリズム面１４ａで反射された光軸４１Ａの光に対して４５°傾斜した角度をもって形成された第３のプリズム面１４ｃ、第２のプリズム面１４ｂで反射された光軸４２Ａの光に対して４５°傾斜した角度をもって形成された第４のプリズム面１４ｄを有する。第１のプリズム面１４ａと第２のプリズム面１４ｂがそれぞれ、本実施の形態に係る第１の反射部と第２の反射部を構成する。
【００３８】
第１のプリズム面１４ａは、第１の前玉レンズ１０ａからの撮影光を９０°の角度で反射して筒状部２３の内部方向に導き、第２のプリズム面１４ｂは、第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を９０°の角度で反射して筒状部２３の内部方向に導くように設計されている。
【００３９】
また、第３のプリズム面１４ｃは、第１のプリズム面１４ａで反射された撮影光を９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導き、第４のプリズム面１４ｄは、第２のプリズム面１４ｂで反射された撮影光を９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導くように設計されている。
【００４０】
図３（１）に示すように、前玉レンズ１０ａに入射した光軸４１を含む光は、プリズムブロック１４のプリズム面１４ａに反射して、筒状部２３を進み、さらに、図３（２）に示すように、プリズム面１４ｃに反射して、三次元デジタルカメラ１の筐体５の内部に設けられた撮像素子７に向かう。
【００４１】
同様に、前玉レンズ１０ｂに入射した光軸４２を含む光は、プリズムブロック１４のプリズム面１４ｂに反射して、筒状部２３を進み（図３（１）参照）、さらに、プリズム面１４ｄに反射して、三次元デジタルカメラ１の筐体５の内部に設けられた撮像素子７に向かう（図３（２）参照）。
【００４２】
筒状部２３には、プリズム面１４ａからの反射光が進む第１の光路と、プリズム面１４ｂからの反射光が進む第２の光路が形成される。第１の光路が有する第１の光軸４１と第２の光路が有する第２の光軸４２は、方向は異なるが、同一直線上を延在する。換言すると、第１の光路と第２の光路は、方向は異なるが、同一直線上を延在する。
シャッターキー１７が押下された場合には、設定された倍率に基づいて撮影する操作信号がカメラ制御部３７に送られ、シャッター制御部２１の制御に基づいて、第１の前玉レンズ１０ａと第２の前玉レンズ１０ｂとの間の光路に配設された第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉する。このため、撮影持には、第１の前玉レンズ１０ａに入射した光軸４１を含む光と、第２の前玉レンズ１０ｂに入射した光軸４２を含む光とのうち一方のみが、筒状部２３に形成されたプリズム面１４ｃ，１４ｄのうちの対応するプリズム面に入射する。このようにしてプリズム面１４ｃ，１４ｄのうち何れか一方のプリズム面に入射した光は、反射されて、ズームレンズ群３に導かれ、フォーカスレンズ４によって撮像素子７に結像され、撮像素子７で光電変換によって被写体画像の撮像電荷が生成される。プリズム面１４ｃは本実施の形態に係る第１の分光反射面を、プリズム面１４ｄは本実施の形態に係る第２の分光反射面を構成する。
【００４３】
ここで、撮像素子７は、シャッター制御部２１の制御に基づいて、撮像素子７の撮像電荷の蓄積、及び蓄積された撮像電荷の掃き出しを行う電子シャッターの機能も実行する。すなわち、シャッター制御部２１の制御に基づいて、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂの開閉に伴って、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を掃き出し、続けて入射される被写体像の光を直ちに光電変換して撮像電荷として蓄積するようになっている。
【００４４】
図３を図１と合わせて参照して、本実施の形態に係る三次元デジタルカメラ１が二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂからの撮影光を、プリズムブロック１４を介して、シャッター１２，１３の開閉に応じて選択的にズームレンズ群３、及びフォーカスレンズ４に導き、撮像素子７に結像させて、撮像する動作について説明する。
【００４５】
まず、第１のシャッター１２ａ，１２ｂが開き、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが閉じると、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａは、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを通過して、プリズム面１４ｃで反射されて、光束４１Ｂとしてズームレンズ群３に導かれ、フォーカスレンズ４によって撮像素子７に結像され、撮像素子７で光電変換が行われて被写体画像の撮像電荷が生成される（図３（３）を参照）。一方で、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａは、第２のシャッター１３ａ，１３ｂによって遮断され、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導かれることはない。
【００４６】
また、第１のシャッター１２ａ，１２ｂが閉じて、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが開くと、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａは、第１のシャッター１２ａ，１２ｂによって遮断され、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導かれることはない。一方で、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａは、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを通過して、プリズム面１４ｄで反射されて、光束４２Ｂとしてズームレンズ群３に導かれ、フォーカスレンズ４によって撮像素子７に結像され、撮像素子７で光電変換が行われて被写体画像の撮像電荷が生成される（図３（３）を参照）。
＜プリズムブロックの構成＞
【００４７】
次に図４及び図５を参照して、本実施の形態に係るプリズムブロック１４のプリズム面１４ｃ，１４ｄによって撮影光が、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４に導かれる原理について説明する。
【００４８】
図４に示すように、プリズム面１４ｃとプリズム面１４ｄを形成するプリズムブロック１４は、第１のプリズム１４１，第２のプリズム１４２，第３のプリズム１４３，第４のプリズム１４４，第５のプリズム１４５，第６のプリズム１４６と合計で６個の略直角三角柱状のプリズムから構成された、反射光４１Ａ，４２Ａに対して垂直な面を含む直方体の形状を有し、ビームスプリッターとして機能する。第１のプリズム１４１と第２のプリズム１４２は略同一のサイズであり、第３のプリズム１４３と、第４のプリズム１４４と、第５のプリズム１４５と、及第６のプリズム１４６も略同一のサイズである。それぞれのプリズムの間には空気層が設けられている。
【００４９】
第１のプリズム１４１はプリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａに対して垂直な面を有する。第２のプリズム１４２はプリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａに対して垂直な面を有する（図５参照）。第１のプリズム１４１の頂線と第２のプリズム１４２の頂線は対向して配置され、第１のプリズム１４１の頂線と第２のプリズム１４２の頂線は当接し合い、第１のプリズム１４１と第２のプリズム１４２の頂線と面よって上部と下部に、直角三角柱の形状の空間が画定される。
【００５０】
上部に形成された直角三角柱の形状の空間には、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第３のプリズム１４３と、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第４のプリズム１４４とが配設される（図５参照）。第３のプリズム１４３が、本実施の形態に係る上部第１のプリズムを、第４のプリズム１４４が、本実施の形態に係る上部第２のプリズムを構成する。
【００５１】
下部に形成された直角三角柱の形状の空間には、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第５のプリズム１４５と、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第６のプリズム１４６とが配設される（図５参照）。第５のプリズム１４５が、本実施の形態に係る下部第１のプリズムを、第６のプリズム１４６が、本実施の形態に係る下部第２のプリズムを構成する。
【００５２】
第１の前玉レンズ１０ａ及び第２の前玉レンズ１０ｂから入射された撮影光はあらゆる偏光成分をランダムに有し、Ｐ波偏光成分（以後、「Ｐ波」と呼ぶ）とＳ波偏光成分（以後、「Ｓ波」と呼ぶ）も含む。
【００５３】
第１のプリズム１４１に対して、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａ―Ｔ，４１Ａ―Ｂが入射する側には、光の偏光方向を変える第１の位相差板１５ａが配設されており、プリズム面１４ａからの撮影光４１Ａ―Ｔ，４１Ａ―Ｂが通過すると、反射光に含まれるＰ波がＳ波に、Ｓ波がＰ波に位相変換するように反射光は偏光される。第１の位相差板１５ａは、第１のプリズム１４１に貼り付けて形成してもよい。第１の位相差板１５ａが、本実施の形態に係る第１の複屈折面を構成する。
【００５４】
光は４５°以上の界面を通過する時、Ｐ波は透過しやすく、Ｓ波は反射しやすい性質を有する。このため、プリズム面１４ａで反射された撮影光には、Ｓ波が多く含まれている。第１の位相差板１５ａは、プリズム面１４ａで反射された撮影光に多く含まれているＳ波をＰ波に位相変換する働きをする。この結果、第１の位相差板１５ａを通過した撮影光の偏光成分のほとんどはＰ波となる。
【００５５】
第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５と第４のプリズム１４４，第６のプリズム１４６との間には、第２の位相差板１５ｂが配設されており、第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５からの光が通過すると、光に含まれるＰ波がＳ波に、Ｓ波がＰ波に位相変換するように光は偏光される。また、第２の位相差板１５ｂは、第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５からの光のみならず、第４のプリズム１４４，第６のプリズム１４６からの光が通過する際にも同様の働きをして、光に含まれるＰ波がＳ波に、Ｓ波がＰ波に位相変換するように光は偏光される。第２の位相差板１５ｂは、第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５と第４のプリズム１４４，第６のプリズム１４６の何れかのプリズム面に貼り付けて形成してもよい。第２の位相差板１５ｂが、本実施の形態に係る第３の複屈折面を構成する。
【００５６】
第２のプリズム１４２に対して、プリズム面１４ｂからの撮影光が入射する側には、第３の位相差板１５ｃが配設されており、プリズム面１４ｂで反射された撮影光に多く含まれるＳ波をＰ波に位相変換する働きをする。プリズム面１４ｂで反射された撮影光には、Ｓ波が多く含まれる。この結果、第３の位相差板１５ｃを通過した撮影光の偏光成分のほとんどはＰ波となる。第３の位相差板１５ｃは、第２のプリズム１４２に貼り付けて形成してもよい。第３の位相差板１５ｃが、本実施の形態に係る第２の複屈折面を構成する。
【００５７】
さらに、第１のプリズム１４１と第３のプリズム１４３とで画定されるプリズム面１４ｃの上半分は、第１のプリズム１４１と第３のプリズム１４３との少なくとも何れか一方に金属などを蒸着して形成された反射面となっている。このため、プリズム面１４ａで反射された光４１Ａが入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ導く働きをする。プリズム面１４ｃの上半分が、本実施の形態に係る第１の反射面を構成する。
【００５８】
同様に、第２のプリズム１４２と第４のプリズム１４４とで画定されるプリズム面１４ｄの上半分も、第２のプリズム１４２と第４のプリズム１４４との少なくとも何れか一方に金属などを蒸着して形成された反射面となっており、プリズム面１４ｂで反射された撮影光が入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ導く働きをする。プリズム面１４ｄの上半分が、本実施の形態に係る第２の反射面を構成する。
【００５９】
第１のプリズム１４１と第５のプリズム１４５とで画定されるプリズム面１４ｄの下半分は、Ｐ波は透過し、Ｓ波は９０°の角度で反射する働きをする。プリズム面１４ｄの下半分が、本実施の形態に係る第２の分光面を構成する。
【００６０】
同様に、第２のプリズム１４２，第６のプリズム１４６とで画定されるプリズム面１４ｃの下半分も、Ｐ波は透過し、Ｓ波は９０°の角度で反射する働きをする。プリズム面１４ｄの下半分が、本実施の形態に係る第１の分光面を構成する。
【００６１】
このため、図４に示すように、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された光のうち、プリズム面１４ｃの上半分に向かう光４１Ａ−Ｔは、第１の位相差板１５ａを通過して、プリズム面１４ｃの上半分に入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４２Ａ−Ｔとして導かれる。
【００６２】
また、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された光のうち、プリズム面１４ｃの下半分に向かう光４１Ａ−Ｂは、そのほとんどがＳ波であるので、第１の位相差板１５ａを通過するとＰ波となる。このため、プリズム面１４ｄの下半分に入射すると、プリズム面１４ｄを透過する。続いて、第２の位相差板１５ｂを通過するとＳ波に位相変換されるので、プリズム面１４ｃの下半分に入射すると、プリズム面１４ｃによって、９０°の角度で反射されてズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４１Ａ−Ｂとして導かれる。
【００６３】
同様に、図５に示すように、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された光のうち、プリズム面１４ｄの上半分に向かう光４２Ａ−Ｔは、第３の位相差板１５ｃを通過して、プリズム面１４ｄの上半分に入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４２Ａ−Ｔとして導かれる。
【００６４】
また、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された光のうち、プリズム面１４ｄの下半分に向かう光４２Ａ-Ｂは、そのほとんどがＳ波であるので、第３の位相差板１５ｃを通過するとＰ波となる。このため、プリズム面１４ｃの下半分に入射すると、プリズム面１４ｃを透過する。続いて、第２の位相差板１５ｂに入射するとＳ波に位相変換されるので、プリズム面１４ｄの下半分に入射すると、プリズム面１４ｄによって、９０°の角度で反射されてズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４２Ａ−Ｂとして導かれる。
＜シャッター押下時の動作＞
【００６５】
以下、操作者がシャッターキー１７を押下した時に三次元デジタルカメラ１が実行する撮像処理の動作について説明する。
操作部３６からの操作信号によって、操作者がシャッターキー１７を押下したことを検知すると、シャッター制御部２１は、シャッター駆動部２４を制御して、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを閉じた状態として、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光を第２のシャッター１３ａ，１３ｂによって遮断した状態に保つ。同時に、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを開き、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光のみを、プリズム面１４ｃによって、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導き、撮像素子７に被写体像を結像させる。さらに、シャッター制御部２１は、撮像素子７を制御して、撮像素子７に結像された被写体像を撮像電荷として撮像素子７に蓄積した後、撮像信号として信号処理部３０に送出して、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を速やかに掃き出す（図３（２）及び図３（３）を参照）。
【００６６】
続けて、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを閉じて、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光を第１のシャッター１２ａ，１２ｂによって遮断した状態に保つ。同時に、シャッター制御部２１は、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを開き、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光のみを、プリズム面１４ｄによって、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４に導き、撮像素子７に被写体像を結像させる。さらに、シャッター制御部２１は、撮像素子７を制御して、撮像素子７に結像された被写体像を撮像電荷として撮像素子７に蓄積した後、撮像信号として信号処理部３０に送出する（図３（２）及び図３（３）を参照）。
【００６７】
このように、本実施の形態によると、シャッター制御部２１は、１回のシャッターキー１７の押下によって、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを閉じた状態に保ちながら、第１のシャッター１２ａ，１２ｂのみを開き、第１の前玉レンズ１０ａから入射された撮影光のみを撮像素子７に結像させる。さらにシャッター制御部２１は、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を撮像信号として送出した後、撮像電荷を速やかに掃き出す。続けて、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを閉じた状態に保ちながら、第２のシャッター１３ａ，１３ｂのみを開き、第２の前玉レンズ１０ｂから入射された撮影光を撮像素子７に被写体像として結像させ、撮像素子７から撮像信号として速やかに送出させる。このため、二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂを有する三次元デジタルカメラであっても、カメラの大部分を占めていたレンズ群のうち、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４を共有して用いることができるので、レイアウトの制約を最小として、小型化することができる。従来の三次元デジタルカメラは、左右の前玉レンズごとに、ズームレンズ群とフォーカスレンズ群とを備えた。このため、左右のズームレンズ群とフォーカスレンズ群との間でそれぞれのレンズの収差や歪み誤差が異なるため、画像の重ね合わせや、収差補正の処理を別々に行う必要があった。しかし、本実施の形態に係る三次元デジタルカメラは、二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂを有する三次元デジタルカメラであっても、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４を共有して用いることができるので、画像の重ね合わせや、収差補正に同一の処理を行うことができる。
【００６８】
さらに、二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂとズームレンズ群３、フォーカスレンズ４の間にメカニカルシャッターとして機能する第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂとを備えるので、かかる第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂとを交互に開閉することによって、左目用と右目用の合計２回の撮像を１つの撮像素子７で行うことができる。
【００６９】
第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉する時間と、撮像素子７を構成するＣＭＯＳ撮像素子が撮像電荷を取り込む時間とを比較すると、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉する時間の方が圧倒的に遅い。したがって、第１の前玉レンズ１０ａ、第２の前玉レンズ１０ｂそれぞれに入射される被写体像を撮像するための最短の時間は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉を行う時間に準ずることとなる。このため、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂが開いて閉じた後、速やかに第２のシャッター１３ａ，１３ｂを開いて閉じるようにする必要があるが、短い時間差で２回の撮影を行うことができる。
【００７０】
また、ＣＭＯＳ撮像素子は、露光領域から電圧を直接読み出すため、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子と比較して、撮像電荷の掃き出しに要する時間が短い。特に、被写体が動いている場合、左目用の画像と右目用の画像の二つの画像はできるだけ短い間隔で撮像されることが好ましい。したがって、本実施の形態では、撮像素子７として、ＣＭＯＳ撮像素子を使うことが好ましい。
【００７１】
本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に様々な変形を行うことが可能である。例えば、上述の実施の形態では、本発明を三次元デジタルカメラに適用した例について説明したが、本発明に係る一部撮像光学系と撮像素子を共有する構成は、上述の三次元デジタルカメラのみならず、２の撮影レンズを有するデジタルカメラに一般に適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ デジタルカメラ
３Ａ，３Ｂ ズームレンズ
４ フォーカスレンズ
５ 筐体
７ 撮像素子
１０ａ，１０ｂ 前玉レンズ
１２，１３ シャッター
１４ プリズムブロック
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 位相差板
２１ シャッター制御部
２２ レンズ制御部
２４ シャッター駆動部
２５ レンズ駆動部
３０ 信号処理部
３１ 画像処理部
３２ 表示処理部
３４ 記録部
３６ 操作部
３７ カメラ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの撮影レンズを有するデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、三次元画像を撮影可能なデジタルカメラの需要が高まりつつある。かかる三次元デジタルカメラにおいて立体的な撮影画像を得るためには、人間の目の距離に相当する距離だけ離れた二つのレンズで同時に二つの撮影画像を撮影する必要がある。
三次元画像の撮影を行うことができる一般的な三次元デジタルカメラとして、撮像素子と撮影レンズを含む撮像部を二つ備えた三次元デジタルカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、三次元デジタルカメラに限らず、二つの撮像系を有するデジタルカメラが存在する（例えば、特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３００４３８号公報
【特許文献１】特開２００６−０８１０８９号公報
【特許文献１】特開２００８−０７６５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の三次元デジタルカメラでは、同一のレンズ群を二つ水平方向に並べて構成する必要があるが、カメラの大部分を二つのレンズ群が占めるため、レイアウトが制約されてしまうという課題があった。また、それぞれのレンズは個別に制御されるため、例えば、レンズでズーム機能を実現する場合、倍率や画角の調整などにズレが生じやすい。さらに、レンズや撮像素子の個々の部品のバラツキや、組立上のバラツキや動作のバラツキなども考慮する必要があった。
【０００６】
図６に、従来の三次元デジタルカメラの撮像系の一例を示す。従来の撮像系は、左右の前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂ、第１のシャッター１１２ａ，１１２ｂ、第２のシャッター１１３ａ，１１３ｂと、左右のズームレンズ群１０３ａ，１０３ｂ、左右のフォーカスレンズ１０４ａ，１０４ｂ、左右の撮像素子１０７ａ，１０７ｂ、左右のプリズム１１４ａ，１１４ｂからなる。左右の前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂは、人間の左右の目の間の距離に相当する６０ｍｍほど離れた距離に配置されている。前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂそれぞれの後方には、前玉レンズ１１０ａ，１１０ｂが集光した撮影光を９０°の角度で反射してズームレンズ群１０３ａ，１０３ｂ，フォーカスレンズ１０４ａ，１０４ｂなどに導く二つのプリズム１１４ａ，１１４ｂが配置されている（図６（２）参照）。ズームレンズ群１０３ａ，１０３ｂ、及びフォーカスレンズ１０４ａ，１０４ｂはそれぞれ光軸１４１，１４２を有し、可動レンズとして設けられているため、左右の撮像素子１０７ａ，１０７ｂを用いて二つの画像を同時に撮像する場合には、これらのレンズが正確に同一の動きをしないと画角や倍率に差が生じる。また、フォーカスが合う時間がずれるなどすると撮影に支障をきたすなどの課題があった。また、この種の課題は、三次元デジタルカメラに限らず、複数の撮影レンズを有するデジタルカメラ一般に存在する。
【０００７】
本発明は、上述の従来の課題に鑑みてなされたものであり、レイアウトの制約を最小としつつ、撮影する際の光学系の画角、倍率、フォーカスの調整などを最小とする三次元デジタルカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による三次元デジタルカメラは、第１の撮影光を取り込む第１の撮影レンズと、第２の撮影光を取り込む第２の撮影レンズと、撮影光を電気信号に変換する撮像素子と、撮影光を前記撮像素子に結像させる撮像光学系と、前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導く第１の光路と、前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導く第２の光路と、前記第２の光路を遮断した状態で前記第１の光路を開いて、前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第１の撮影状態と、前記第１の光路を遮断した状態で前記第２の光路を開いて、前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第２の撮影状態と、を交互に切り替え、前記撮像素子を制御して、前記第１の撮影状態においては前記第１の撮影光を、前記第２の撮影状態においては前記第２の撮影光を電気信号に変換させる撮像制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様による三次元デジタルカメラは、さらに、前記第１の光路と前記第２の光路とが延在する細長形状の筒状部を備え、前記筒状部は一方の端部に、前記第１の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第１の反射部と、他方の端部に、前記第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第２の反射部と、前記第１の反射部と前記第２の反射部の間に、入射される第１の撮影光及び第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く分光部と、有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の態様による三次元デジタルカメラは、前記分光部が、前記第１の反射部からの第１の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第１の複屈折面と、前記第２の反射部からの第２の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第２の複屈折面と、前記第１の複屈折面と前記第２の複屈折面の間に配設され、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直な面を有する、直方体の形状のプリズムブロックと、前記プリズムブロックの中央に、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直に設けられた、透過する透過光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第３の複屈折面とを含み、前記プリズムブロックは、前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の反射面と、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の分光面と、からなる第１の分光反射面と、前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の反射面と、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の分光面と、からなる第２の分光反射面と、を有し、前記第１の分光反射面と前記第２の分光反射面は直角に交差し、形成される交線の上方に前記第１の反射面と前記第２の反射面が形成され、下方に前記第１の分光面と前記第２の分光面が形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の態様による三次元デジタルカメラは、前記プリズムブロックが、前記第１の反射光に対して垂直な面を有する第１のプリズムと、前記第２の反射光に対して垂直な面を有し、前記第１のプリズムの頂線と当接する頂線を有する第２のプリズムと、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される上部の直角三角柱の形状の空間に配置された、上部第１のプリズムと上部第２のプリズムであって、前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第１のプリズムと、前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第２のプリズムと、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される下部の直角三角柱の形状の空間に配置された、下部第１のプリズムと下部第２のプリズムであって、前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第１のプリズムと、前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第２のプリズムと、から構成され、前記第３の複屈折面は、前記上部第１のプリズムと前記上部第２のプリズム、前記下部第１のプリズムと前記下部第２のプリズムとの境界面に、前記第１の光路と前記第２の光路に対して垂直に設けられ、前記第１の反射面は、前記第１のプリズムと前記上部第１のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、前記第１の分光面は、前記下部第２のプリズムと前記第２のプリズムとの境界面によって形成され、前記第２の反射面は、前記第２のプリズムと前記上部第２のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、前記第２の分光面は、前記下部第１のプリズムと前記第１のプリズムとの境界面によって形成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の態様による三次元デジタルカメラは、前記第１の撮影状態から前記第２の撮影状態へ、又は前記第２の撮影状態から前記第１の撮影状態へ切り替わる際、随時、前記撮像素子は蓄積された電荷を掃出することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の態様による三次元デジタルカメラは、前記撮像光学系が、ズームレンズとフォーカスレンズを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レイアウトの制約を最小としつつ、撮影する際の光学系の画角、倍率、フォーカスの調整などを最小とする三次元デジタルカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラの外観図である。
【図２】図１の三次元デジタルカメラの制御回路の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図１の三次元デジタルカメラの撮像系の構造を示す断面図である。
【図４】図１の三次元デジタルカメラのプリズムブロックと撮影光との関係を説明する断面図である。
【図５】図１の三次元デジタルカメラのプリズムブロックと撮影光との関係を説明する断面図である。
【図６】従来の三次元デジタルカメラの撮像系の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラを構成するデジタルカメラ１の外観を示すブロック図であって、図１（１）はデジタルカメラ１の正面図であり、図１（２）はデジタルカメラ１の背面図である。
【００１８】
三次元デジタルカメラ１は、図１（１）に示すように、三次元デジタルカメラ１の筐体５の正面側には、撮像系２（図２参照）を構成する二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂを有している。また、三次元デジタルカメラ１の筐体５の背面には、図１（２）に示すように、カーソルキー８と、表示モニタ１１と、ズームキー１６（Ｗ（広角）ボタン１６ａ、Ｔ（望遠）ボタン１６ｂ）、撮影条件を決定するためのモード設定ダイアル１９等が設けられている。また、三次元デジタルカメラ１の筐体５の上面にはシャッターキー１７、電源ボタン１８が設けられ、筐体５の側部にはパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）やモデム等の外部装置と接続するためのＵＳＢケーブルに接続する場合に用いるＵＳＢ端子接続部が設けられている。
【００１９】
図２は、本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラ１の制御回路の構成を説明するためのブロック図である。
【００２０】
三次元デジタルカメラ１は、撮像系２、表示モニタ１１、シャッター制御部２１、レンズ制御部２２、シャッター駆動部２４、レンズ駆動部２５、タイミング発生部２９、信号処理部３０、画像処理部３１、表示処理部３２、記録部３４、操作部３６、及びカメラ制御部３７を備える。カメラ制御部３７は、シャッター制御部２１とレンズ制御部２２を含む。シャッター制御部２１が本実施の形態に係る撮像制御部を構成する。
【００２１】
撮像系２は、第１の前玉レンズ１０ａ、第２の前玉レンズ１０ｂ、第１のシャッター１２ａ，１２ｂ、第２のシャッター１３ａ，１３ｂ、プリズムブロック１４、ズームレンズ３Ａ，３Ｂ、フォーカスレンズ４、撮像素子７を含む。第１のシャッター１２ａ，１２ｂ、第２のシャッター１３ａ，１３ｂ、プリズムブロック１４は、三次元デジタルカメラ１の筐体５に設けられた筒状部２３の内部に形成されている。ズームレンズ３Ａ，３Ｂ、フォーカスレンズ４が本実施の形態に係る撮像光学系を構成する。プリズムブロック１４が本実施の形態に係る分光部を構成する。
【００２２】
第１の前玉レンズ１０ａと第２の前玉レンズ１０ｂは、人間の目の間の間隔（６０ｍｍ程度）に近い間隔をおいて配置されおり、第１の前玉レンズ１０ａは光軸４１を、第２の前玉レンズ１０ｂは光軸４２を有する（図３（１）を参照）。
【００２３】
第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂは、筒状部２３に配設され、第１の前玉レンズ１０ａからの撮影光、又は第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を遮断又は開放する。具体的には、第１のシャッター１２ａ，１２ｂは、シャッター駆動部２４により駆動されて開閉することによって、第１の前玉レンズ１０ａからの撮影光を遮断又は開放するメカニカルシャッターとして機能する。第２のシャッター１３ａ，１３ｂは、シャッター駆動部２４により駆動されて開閉することによって、第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を遮断又は開放するメカニカルシャッターとして機能する。
【００２４】
プリズムブロック１４は、筒状部２３に配設された複数のプリズムから構成され、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂとの開閉に応じて、第１の前玉レンズ１０ａ及び第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を、選択的にズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へと導く。理解を容易にするため、図２では、第１の前玉レンズ１０ａ及び第２の前玉レンズ１０ｂからズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ導かれる撮影光をそれぞれ、光束４１Ｌ及び４２Ｌとして示す。
【００２５】
ズームレンズ群３はズームレンズ３Ａ，３Ｂを含み、レンズ駆動部２５によって光束４１Ｌ，４２Ｌの方向に沿って進退駆動される。ズームレンズ群３が進退駆動されることで撮像系２の光学ズーム調節が行われる。
【００２６】
フォーカスレンズ４は、レンズ駆動部２５によって光束４１Ｌ，４２Ｌの方向に沿って進退駆動される。フォーカスレンズ４が進退駆動されることで撮像系２のピント調節が行われる。
【００２７】
撮像素子７は、その撮像面上に結像される被写体像の光による明暗を電荷（以後、「撮像電荷」と呼ぶ）の量に光電変換し、蓄積した撮像電荷を順次読み出して電気信号に変換する。また、撮像素子７は、シャッター制御部２１の制御に基づいて、撮像電荷の蓄積、及び蓄積した撮像電荷を掃き出す電子シャッター機能も有する。後述するが、本実施の形態では、撮像素子７として、電荷の掃き出しに要する時間の短いＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）撮像素子等が好ましい。
【００２８】
シャッター制御部２１は、操作部３６から入力される操作信号に基づいてシャッター駆動部２４を駆動して、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂの開閉を行う。また、シャッター制御部２１は第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂの開閉に伴って、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を掃き出させる電子シャッター機能の制御も行う。
【００２９】
レンズ制御部２２は、操作部３６から入力される操作信号に基づいてレンズ駆動部２５を駆動して、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４を駆動する。
【００３０】
信号処理部３０は、アナログ撮像信号をディジタル信号に変換した上で所定の信号処理（例えば、色補間処理、γ補正処理、ホワイトバランス処理、シェーディング補正処理等）を施す。タイミング発生部２９は、撮像素子７から読み出す撮像信号の読み出しタイミング信号を発生する。
【００３１】
画像処理部３１は、信号処理部３０から入力される画像データを所定のデータ形式にフォーマット変換したり、画像データを表示処理部３２に与えたりする。表示処理部３２は画像データを用いて映像信号を生成して表示モニタ１１へ送出する。
【００３２】
表示モニタ１１は、液晶表示パネル等によって構成され、表示処理部３２から入力される映像信号による画像等を表示する。表示画像は、静止画撮影指示前に撮像素子７で逐次撮像されるライブビュー画、静止画撮影指示後に撮像素子７で撮像される静止画、動画撮影時の動画、記録部３４に記録されている画像データによる再生画等がある。これら画像は、操作部３６の操作によって表示モニタ１１上で、電気的に表示画角を変更して（電子ズーム）表示することができる。
【００３３】
記録部３４は、着脱可能なメモリーカード等によって構成される。撮影モードにおいて、記録部３４は画像処理部３１でフォーマット変換された画像データを記録する。再生モードにおいては、記録部３４に記録されている画像データが読み出されて画像処理部３１へ送られる。画像処理部３１は、再生画像を表示するための映像信号を生成する。なお、三次元デジタルカメラ１は静止画撮影モード及び動画撮影モードのそれぞれを選択可能に構成されており、動画撮影時には音声データも記録してもよい。
【００３４】
操作部３６は、ズームキー１６、シャッターキー１７、電源ボタン１８、モード設定ダイアル１９、レリーズ（半押しスイッチ、全押しスイッチ）スイッチ等を含み、各操作に応じた操作条件に基づき操作信号を発生してカメラ制御部３７のへ送出する。これにより、例えば、操作者によりズームキー１６が操作された場合には、撮像条件として所定の倍率（例えば、１〜１２倍）が設定され、シャッターキー１７が押下された場合には、設定された条件に基づいて撮影を行う操作信号がカメラ制御部３７に送られる。
【００３５】
カメラ制御部３７は、ＣＰＵ及びＣＰＵが実行する制御プログラムが格納されるＲＯＭ、ワークＲＡＭ（図示しない）を含んで構成され、操作部３６から入力される操作信号に応じて各ブロックへ指令を出力し、カメラ動作を制御する。
【００３６】
＜撮像系の説明＞
図３は、本発明の一実施の形態に係る三次元デジタルカメラ１の撮像系２の構造を示す断面図であって、図３（１）は、三次元デジタルカメラ１の上面断面図であり、図３（２）は、三次元デジタルカメラ１の正面断面図であり、図３（３）は三次元デジタルカメラ１の側面断面図である。
【００３７】
プリズムブロック１４は筒状部２３に配設された複数のプリズムから構成されており、第１の前玉レンズ１０ａと第２の前玉レンズ１０ｂとの光路において、第１の前玉レンズ１０ａの光軸４１に対して、４５°傾斜した角度をもって形成された第１のプリズム面１４ａ、第２の前玉レンズ１０ｂの光軸４２に対して４５°傾斜した角度をもって形成された第２のプリズム面１４ｂ、第１のプリズム面１４ａで反射された光軸４１Ａの光に対して４５°傾斜した角度をもって形成された第３のプリズム面１４ｃ、第２のプリズム面１４ｂで反射された光軸４２Ａの光に対して４５°傾斜した角度をもって形成された第４のプリズム面１４ｄを有する。第１のプリズム面１４ａと第２のプリズム面１４ｂがそれぞれ、本実施の形態に係る第１の反射部と第２の反射部を構成する。
【００３８】
第１のプリズム面１４ａは、第１の前玉レンズ１０ａからの撮影光を９０°の角度で反射して筒状部２３の内部方向に導き、第２のプリズム面１４ｂは、第２の前玉レンズ１０ｂからの撮影光を９０°の角度で反射して筒状部２３の内部方向に導くように設計されている。
【００３９】
また、第３のプリズム面１４ｃは、第１のプリズム面１４ａで反射された撮影光を９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導き、第４のプリズム面１４ｄは、第２のプリズム面１４ｂで反射された撮影光を９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導くように設計されている。
【００４０】
図３（１）に示すように、前玉レンズ１０ａに入射した光軸４１を含む光は、プリズムブロック１４のプリズム面１４ａに反射して、筒状部２３を進み、さらに、図３（２）に示すように、プリズム面１４ｃに反射して、三次元デジタルカメラ１の筐体５の内部に設けられた撮像素子７に向かう。
【００４１】
同様に、前玉レンズ１０ｂに入射した光軸４２を含む光は、プリズムブロック１４のプリズム面１４ｂに反射して、筒状部２３を進み（図３（１）参照）、さらに、プリズム面１４ｄに反射して、三次元デジタルカメラ１の筐体５の内部に設けられた撮像素子７に向かう（図３（２）参照）。
【００４２】
筒状部２３には、プリズム面１４ａからの反射光が進む第１の光路と、プリズム面１４ｂからの反射光が進む第２の光路が形成される。第１の光路が有する第１の光軸４１と第２の光路が有する第２の光軸４２は、方向は異なるが、同一直線上を延在する。換言すると、第１の光路と第２の光路は、方向は異なるが、同一直線上を延在する。
シャッターキー１７が押下された場合には、設定された倍率に基づいて撮影する操作信号がカメラ制御部３７に送られ、シャッター制御部２１の制御に基づいて、第１の前玉レンズ１０ａと第２の前玉レンズ１０ｂとの間の光路に配設された第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉する。このため、撮影持には、第１の前玉レンズ１０ａに入射した光軸４１を含む光と、第２の前玉レンズ１０ｂに入射した光軸４２を含む光とのうち一方のみが、筒状部２３に形成されたプリズム面１４ｃ，１４ｄのうちの対応するプリズム面に入射する。このようにしてプリズム面１４ｃ，１４ｄのうち何れか一方のプリズム面に入射した光は、反射されて、ズームレンズ群３に導かれ、フォーカスレンズ４によって撮像素子７に結像され、撮像素子７で光電変換によって被写体画像の撮像電荷が生成される。プリズム面１４ｃは本実施の形態に係る第１の分光反射面を、プリズム面１４ｄは本実施の形態に係る第２の分光反射面を構成する。
【００４３】
ここで、撮像素子７は、シャッター制御部２１の制御に基づいて、撮像素子７の撮像電荷の蓄積、及び蓄積された撮像電荷の掃き出しを行う電子シャッターの機能も実行する。すなわち、シャッター制御部２１の制御に基づいて、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと第２のシャッター１３ａ，１３ｂの開閉に伴って、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を掃き出し、続けて入射される被写体像の光を直ちに光電変換して撮像電荷として蓄積するようになっている。
【００４４】
図３を図１と合わせて参照して、本実施の形態に係る三次元デジタルカメラ１が二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂからの撮影光を、プリズムブロック１４を介して、シャッター１２，１３の開閉に応じて選択的にズームレンズ群３、及びフォーカスレンズ４に導き、撮像素子７に結像させて、撮像する動作について説明する。
【００４５】
まず、第１のシャッター１２ａ，１２ｂが開き、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが閉じると、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａは、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを通過して、プリズム面１４ｃで反射されて、光束４１Ｂとしてズームレンズ群３に導かれ、フォーカスレンズ４によって撮像素子７に結像され、撮像素子７で光電変換が行われて被写体画像の撮像電荷が生成される（図３（３）を参照）。一方で、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａは、第２のシャッター１３ａ，１３ｂによって遮断され、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導かれることはない。
【００４６】
また、第１のシャッター１２ａ，１２ｂが閉じて、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが開くと、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａは、第１のシャッター１２ａ，１２ｂによって遮断され、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導かれることはない。一方で、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａは、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを通過して、プリズム面１４ｄで反射されて、光束４２Ｂとしてズームレンズ群３に導かれ、フォーカスレンズ４によって撮像素子７に結像され、撮像素子７で光電変換が行われて被写体画像の撮像電荷が生成される（図３（３）を参照）。
＜プリズムブロックの構成＞
【００４７】
次に図４及び図５を参照して、本実施の形態に係るプリズムブロック１４のプリズム面１４ｃ，１４ｄによって撮影光が、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４に導かれる原理について説明する。
【００４８】
図４に示すように、プリズム面１４ｃとプリズム面１４ｄを形成するプリズムブロック１４は、第１のプリズム１４１，第２のプリズム１４２，第３のプリズム１４３，第４のプリズム１４４，第５のプリズム１４５，第６のプリズム１４６と合計で６個の略直角三角柱状のプリズムから構成された、反射光４１Ａ，４２Ａに対して垂直な面を含む直方体の形状を有し、ビームスプリッターとして機能する。第１のプリズム１４１と第２のプリズム１４２は略同一のサイズであり、第３のプリズム１４３と、第４のプリズム１４４と、第５のプリズム１４５と、及第６のプリズム１４６も略同一のサイズである。それぞれのプリズムの間には空気層が設けられている。
【００４９】
第１のプリズム１４１はプリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａに対して垂直な面を有する。第２のプリズム１４２はプリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａに対して垂直な面を有する（図５参照）。第１のプリズム１４１の頂線と第２のプリズム１４２の頂線は対向して配置され、第１のプリズム１４１の頂線と第２のプリズム１４２の頂線は当接し合い、第１のプリズム１４１と第２のプリズム１４２の頂線と面よって上部と下部に、直角三角柱の形状の空間が画定される。
【００５０】
上部に形成された直角三角柱の形状の空間には、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第３のプリズム１４３と、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第４のプリズム１４４とが配設される（図５参照）。第３のプリズム１４３が、本実施の形態に係る上部第１のプリズムを、第４のプリズム１４４が、本実施の形態に係る上部第２のプリズムを構成する。
【００５１】
下部に形成された直角三角柱の形状の空間には、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第５のプリズム１４５と、プリズム面１４ｂで反射された撮影光４２Ａに対して４５°の角度で傾斜した面を有する第６のプリズム１４６とが配設される（図５参照）。第５のプリズム１４５が、本実施の形態に係る下部第１のプリズムを、第６のプリズム１４６が、本実施の形態に係る下部第２のプリズムを構成する。
【００５２】
第１の前玉レンズ１０ａ及び第２の前玉レンズ１０ｂから入射された撮影光はあらゆる偏光成分をランダムに有し、Ｐ波偏光成分（以後、「Ｐ波」と呼ぶ）とＳ波偏光成分（以後、「Ｓ波」と呼ぶ）も含む。
【００５３】
第１のプリズム１４１に対して、プリズム面１４ａで反射された撮影光４１Ａ―Ｔ，４１Ａ―Ｂが入射する側には、光の偏光方向を変える第１の位相差板１５ａが配設されており、プリズム面１４ａからの撮影光４１Ａ―Ｔ，４１Ａ―Ｂが通過すると、反射光に含まれるＰ波がＳ波に、Ｓ波がＰ波に位相変換するように反射光は偏光される。第１の位相差板１５ａは、第１のプリズム１４１に貼り付けて形成してもよい。第１の位相差板１５ａが、本実施の形態に係る第１の複屈折面を構成する。
【００５４】
光は４５°以上の界面を通過する時、Ｐ波は透過しやすく、Ｓ波は反射しやすい性質を有する。このため、プリズム面１４ａで反射された撮影光には、Ｓ波が多く含まれている。第１の位相差板１５ａは、プリズム面１４ａで反射された撮影光に多く含まれているＳ波をＰ波に位相変換する働きをする。この結果、第１の位相差板１５ａを通過した撮影光の偏光成分のほとんどはＰ波となる。
【００５５】
第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５と第４のプリズム１４４，第６のプリズム１４６との間には、第２の位相差板１５ｂが配設されており、第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５からの光が通過すると、光に含まれるＰ波がＳ波に、Ｓ波がＰ波に位相変換するように光は偏光される。また、第２の位相差板１５ｂは、第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５からの光のみならず、第４のプリズム１４４，第６のプリズム１４６からの光が通過する際にも同様の働きをして、光に含まれるＰ波がＳ波に、Ｓ波がＰ波に位相変換するように光は偏光される。第２の位相差板１５ｂは、第３のプリズム１４３，第５のプリズム１４５と第４のプリズム１４４，第６のプリズム１４６の何れかのプリズム面に貼り付けて形成してもよい。第２の位相差板１５ｂが、本実施の形態に係る第３の複屈折面を構成する。
【００５６】
第２のプリズム１４２に対して、プリズム面１４ｂからの撮影光が入射する側には、第３の位相差板１５ｃが配設されており、プリズム面１４ｂで反射された撮影光に多く含まれるＳ波をＰ波に位相変換する働きをする。プリズム面１４ｂで反射された撮影光には、Ｓ波が多く含まれる。この結果、第３の位相差板１５ｃを通過した撮影光の偏光成分のほとんどはＰ波となる。第３の位相差板１５ｃは、第２のプリズム１４２に貼り付けて形成してもよい。第３の位相差板１５ｃが、本実施の形態に係る第２の複屈折面を構成する。
【００５７】
さらに、第１のプリズム１４１と第３のプリズム１４３とで画定されるプリズム面１４ｃの上半分は、第１のプリズム１４１と第３のプリズム１４３との少なくとも何れか一方に金属などを蒸着して形成された反射面となっている。このため、プリズム面１４ａで反射された光４１Ａが入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ導く働きをする。プリズム面１４ｃの上半分が、本実施の形態に係る第１の反射面を構成する。
【００５８】
同様に、第２のプリズム１４２と第４のプリズム１４４とで画定されるプリズム面１４ｄの上半分も、第２のプリズム１４２と第４のプリズム１４４との少なくとも何れか一方に金属などを蒸着して形成された反射面となっており、プリズム面１４ｂで反射された撮影光が入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ導く働きをする。プリズム面１４ｄの上半分が、本実施の形態に係る第２の反射面を構成する。
【００５９】
第１のプリズム１４１と第５のプリズム１４５とで画定されるプリズム面１４ｄの下半分は、Ｐ波は透過し、Ｓ波は９０°の角度で反射する働きをする。プリズム面１４ｄの下半分が、本実施の形態に係る第２の分光面を構成する。
【００６０】
同様に、第２のプリズム１４２，第６のプリズム１４６とで画定されるプリズム面１４ｃの下半分も、Ｐ波は透過し、Ｓ波は９０°の角度で反射する働きをする。プリズム面１４ｄの下半分が、本実施の形態に係る第１の分光面を構成する。
【００６１】
このため、図４に示すように、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された光のうち、プリズム面１４ｃの上半分に向かう光４１Ａ−Ｔは、第１の位相差板１５ａを通過して、プリズム面１４ｃの上半分に入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４２Ａ−Ｔとして導かれる。
【００６２】
また、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された光のうち、プリズム面１４ｃの下半分に向かう光４１Ａ−Ｂは、そのほとんどがＳ波であるので、第１の位相差板１５ａを通過するとＰ波となる。このため、プリズム面１４ｄの下半分に入射すると、プリズム面１４ｄを透過する。続いて、第２の位相差板１５ｂを通過するとＳ波に位相変換されるので、プリズム面１４ｃの下半分に入射すると、プリズム面１４ｃによって、９０°の角度で反射されてズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４１Ａ−Ｂとして導かれる。
【００６３】
同様に、図５に示すように、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された光のうち、プリズム面１４ｄの上半分に向かう光４２Ａ−Ｔは、第３の位相差板１５ｃを通過して、プリズム面１４ｄの上半分に入射すると、９０°の角度で反射してズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４２Ａ−Ｔとして導かれる。
【００６４】
また、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された光のうち、プリズム面１４ｄの下半分に向かう光４２Ａ-Ｂは、そのほとんどがＳ波であるので、第３の位相差板１５ｃを通過するとＰ波となる。このため、プリズム面１４ｃの下半分に入射すると、プリズム面１４ｃを透過する。続いて、第２の位相差板１５ｂに入射するとＳ波に位相変換されるので、プリズム面１４ｄの下半分に入射すると、プリズム面１４ｄによって、９０°の角度で反射されてズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７へ４２Ａ−Ｂとして導かれる。
＜シャッター押下時の動作＞
【００６５】
以下、操作者がシャッターキー１７を押下した時に三次元デジタルカメラ１が実行する撮像処理の動作について説明する。
操作部３６からの操作信号によって、操作者がシャッターキー１７を押下したことを検知すると、シャッター制御部２１は、シャッター駆動部２４を制御して、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを閉じた状態として、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光を第２のシャッター１３ａ，１３ｂによって遮断した状態に保つ。同時に、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを開き、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光のみを、プリズム面１４ｃによって、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４、撮像素子７に導き、撮像素子７に被写体像を結像させる。さらに、シャッター制御部２１は、撮像素子７を制御して、撮像素子７に結像された被写体像を撮像電荷として撮像素子７に蓄積した後、撮像信号として信号処理部３０に送出して、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を速やかに掃き出す（図３（２）及び図３（３）を参照）。
【００６６】
続けて、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを閉じて、第１の前玉レンズ１０ａから入射され、プリズム面１４ａで反射された撮影光を第１のシャッター１２ａ，１２ｂによって遮断した状態に保つ。同時に、シャッター制御部２１は、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを開き、第２の前玉レンズ１０ｂから入射され、プリズム面１４ｂで反射された撮影光のみを、プリズム面１４ｄによって、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４に導き、撮像素子７に被写体像を結像させる。さらに、シャッター制御部２１は、撮像素子７を制御して、撮像素子７に結像された被写体像を撮像電荷として撮像素子７に蓄積した後、撮像信号として信号処理部３０に送出する（図３（２）及び図３（３）を参照）。
【００６７】
このように、本実施の形態によると、シャッター制御部２１は、１回のシャッターキー１７の押下によって、第２のシャッター１３ａ，１３ｂを閉じた状態に保ちながら、第１のシャッター１２ａ，１２ｂのみを開き、第１の前玉レンズ１０ａから入射された撮影光のみを撮像素子７に結像させる。さらにシャッター制御部２１は、撮像素子７に蓄積された撮像電荷を撮像信号として送出した後、撮像電荷を速やかに掃き出す。続けて、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂを閉じた状態に保ちながら、第２のシャッター１３ａ，１３ｂのみを開き、第２の前玉レンズ１０ｂから入射された撮影光を撮像素子７に被写体像として結像させ、撮像素子７から撮像信号として速やかに送出させる。このため、二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂを有する三次元デジタルカメラであっても、カメラの大部分を占めていたレンズ群のうち、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４を共有して用いることができるので、レイアウトの制約を最小として、小型化することができる。従来の三次元デジタルカメラは、左右の前玉レンズごとに、ズームレンズ群とフォーカスレンズ群とを備えた。このため、左右のズームレンズ群とフォーカスレンズ群との間でそれぞれのレンズの収差や歪み誤差が異なるため、画像の重ね合わせや、収差補正の処理を別々に行う必要があった。しかし、本実施の形態に係る三次元デジタルカメラは、二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂを有する三次元デジタルカメラであっても、ズームレンズ群３、フォーカスレンズ４を共有して用いることができるので、画像の重ね合わせや、収差補正に同一の処理を行うことができる。
【００６８】
さらに、二つの前玉レンズ１０ａ，１０ｂとズームレンズ群３、フォーカスレンズ４の間にメカニカルシャッターとして機能する第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂとを備えるので、かかる第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂとを交互に開閉することによって、左目用と右目用の合計２回の撮像を１つの撮像素子７で行うことができる。
【００６９】
第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉する時間と、撮像素子７を構成するＣＭＯＳ撮像素子が撮像電荷を取り込む時間とを比較すると、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉する時間の方が圧倒的に遅い。したがって、第１の前玉レンズ１０ａ、第２の前玉レンズ１０ｂそれぞれに入射される被写体像を撮像するための最短の時間は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂと、第２のシャッター１３ａ，１３ｂが交互に開閉を行う時間に準ずることとなる。このため、シャッター制御部２１は、第１のシャッター１２ａ，１２ｂが開いて閉じた後、速やかに第２のシャッター１３ａ，１３ｂを開いて閉じるようにする必要があるが、短い時間差で２回の撮影を行うことができる。
【００７０】
また、ＣＭＯＳ撮像素子は、露光領域から電圧を直接読み出すため、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子と比較して、撮像電荷の掃き出しに要する時間が短い。特に、被写体が動いている場合、左目用の画像と右目用の画像の二つの画像はできるだけ短い間隔で撮像されることが好ましい。したがって、本実施の形態では、撮像素子７として、ＣＭＯＳ撮像素子を使うことが好ましい。
【００７１】
本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に様々な変形を行うことが可能である。例えば、上述の実施の形態では、本発明を三次元デジタルカメラに適用した例について説明したが、本発明に係る一部撮像光学系と撮像素子を共有する構成は、上述の三次元デジタルカメラのみならず、２の撮影レンズを有するデジタルカメラに一般に適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１ デジタルカメラ
３Ａ，３Ｂ ズームレンズ
４ フォーカスレンズ
５ 筐体
７ 撮像素子
１０ａ，１０ｂ 前玉レンズ
１２，１３ シャッター
１４ プリズムブロック
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 位相差板
２１ シャッター制御部
２２ レンズ制御部
２４ シャッター駆動部
２５ レンズ駆動部
３０ 信号処理部
３１ 画像処理部
３２ 表示処理部
３４ 記録部
３６ 操作部
３７ カメラ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の撮影光を取り込む第１の撮影レンズと、
第２の撮影光を取り込む第２の撮影レンズと、
撮影光を電気信号に変換する撮像素子と、
撮影光を前記撮像素子に結像させる撮像光学系と、
前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導く第１の光路と、
前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導く第２の光路と、
前記第２の光路を遮断した状態で前記第１の光路を開いて、前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第１の撮影状態と、前記第１の光路を遮断した状態で前記第２の光路を開いて、前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第２の撮影状態と、を交互に切り替え、前記撮像素子を制御して、前記第１の撮影状態においては前記第１の撮影光を、前記第２の撮影状態においては前記第２の撮影光を電気信号に変換させる撮像制御部と、を備えた三次元デジタルカメラ。
【請求項２】
さらに、前記第１の光路と前記第２の光路とが延在する細長形状の筒状部を備え、
前記筒状部は一方の端部に、前記第１の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第１の反射部と、
他方の端部に、前記第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第２の反射部と、
前記第１の反射部と前記第２の反射部の間に、入射される第１の撮影光及び第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く分光部と、有する、請求項１記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項３】
前記分光部は、
前記第１の反射部からの第１の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第１の複屈折面と、
前記第２の反射部からの第２の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第２の複屈折面と、
前記第１の複屈折面と前記第２の複屈折面の間に配設され、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直な面を有する、直方体の形状のプリズムブロックと、
前記プリズムブロックの中央に、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直に設けられた、透過する透過光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第３の複屈折面とを含み、
前記プリズムブロックは、
前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の反射面と、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の分光面と、からなる第１の分光反射面と、
前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の反射面と、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の分光面と、からなる第２の分光反射面と、を有し、
前記第１の分光反射面と前記第２の分光反射面は直角に交差し、形成される交線の上方に前記第１の反射面と前記第２の反射面が形成され、下方に前記第１の分光面と前記第２の分光面が形成される、請求項２記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項４】
前記プリズムブロックは、
前記第１の反射光に対して垂直な面を有する第１のプリズムと、
前記第２の反射光に対して垂直な面を有し、前記第１のプリズムの頂線と当接する頂線を有する第２のプリズムと、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される上部の直角三角柱の形状の空間に配置された、上部第１のプリズムと上部第２のプリズムであって、
前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第１のプリズムと、
前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第２のプリズムと、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される下部の直角三角柱の形状の空間に配置された、下部第１のプリズムと下部第２のプリズムであって、
前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第１のプリズムと、
前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第２のプリズムと、から構成され、
前記第３の複屈折面は、前記上部第１のプリズムと前記上部第２のプリズム、前記下部第１のプリズムと前記下部第２のプリズムとの境界面に、前記第１の光路と前記第２の光路に対して垂直に設けられ、
前記第１の反射面は、前記第１のプリズムと前記上部第１のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、
前記第１の分光面は、前記下部第２のプリズムと前記第２のプリズムとの境界面によって形成され、
前記第２の反射面は、前記第２のプリズムと前記上部第２のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、
前記第２の分光面は、前記下部第１のプリズムと前記第１のプリズムとの境界面によって形成される、請求項３記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項５】
前記第１の撮影状態から前記第２の撮影状態へ、又は前記第２の撮影状態から前記第１の撮影状態へ切り替わる際、随時、前記撮像素子は蓄積された電荷を掃出する、請求項１記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項６】
前記撮像光学系は、ズームレンズとフォーカスレンズを含む、請求項１記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項１】
第１の撮影光を取り込む第１の撮影レンズと、
第２の撮影光を取り込む第２の撮影レンズと、
撮影光を電気信号に変換する撮像素子と、
撮影光を前記撮像素子に結像させる撮像光学系と、
前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導く第１の光路と、
前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導く第２の光路と、
前記第２の光路を遮断した状態で前記第１の光路を開いて、前記第１の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第１の撮影状態と、前記第１の光路を遮断した状態で前記第２の光路を開いて、前記第２の撮影光を前記撮像光学系に導き、前記撮像素子に結像させる第２の撮影状態と、を交互に切り替え、前記撮像素子を制御して、前記第１の撮影状態においては前記第１の撮影光を、前記第２の撮影状態においては前記第２の撮影光を電気信号に変換させる撮像制御部と、を備えた三次元デジタルカメラ。
【請求項２】
さらに、前記第１の光路と前記第２の光路とが延在する細長形状の筒状部を備え、
前記筒状部は一方の端部に、前記第１の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第１の反射部と、
他方の端部に、前記第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記筒状部の内部方向に導く第２の反射部と、
前記第１の反射部と前記第２の反射部の間に、入射される第１の撮影光及び第２の撮影光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く分光部と、有する、請求項１記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項３】
前記分光部は、
前記第１の反射部からの第１の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第１の複屈折面と、
前記第２の反射部からの第２の反射光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第２の複屈折面と、
前記第１の複屈折面と前記第２の複屈折面の間に配設され、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直な面を有する、直方体の形状のプリズムブロックと、
前記プリズムブロックの中央に、第１の反射光と第２の反射光に対して垂直に設けられた、透過する透過光に含まれるＳ波偏光成分をＰ波偏光成分に位相変換する第３の複屈折面とを含み、
前記プリズムブロックは、
前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の反射面と、前記第１の複屈折面を透過して入射した前記第１の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第１の分光面と、からなる第１の分光反射面と、
前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面であって、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の反射面と、前記第２の複屈折面を透過して入射した前記第２の反射光に含まれるＰ波偏光成分は透過させて、Ｓ波偏光成分を９０°の角度で反射して前記撮像光学系に導く第２の分光面と、からなる第２の分光反射面と、を有し、
前記第１の分光反射面と前記第２の分光反射面は直角に交差し、形成される交線の上方に前記第１の反射面と前記第２の反射面が形成され、下方に前記第１の分光面と前記第２の分光面が形成される、請求項２記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項４】
前記プリズムブロックは、
前記第１の反射光に対して垂直な面を有する第１のプリズムと、
前記第２の反射光に対して垂直な面を有し、前記第１のプリズムの頂線と当接する頂線を有する第２のプリズムと、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される上部の直角三角柱の形状の空間に配置された、上部第１のプリズムと上部第２のプリズムであって、
前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第１のプリズムと、
前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する上部第２のプリズムと、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの頂線と面とによって画定される下部の直角三角柱の形状の空間に配置された、下部第１のプリズムと下部第２のプリズムであって、
前記第１の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第１のプリズムと、
前記第２の反射光に対して４５°の角度で傾斜した面を有する下部第２のプリズムと、から構成され、
前記第３の複屈折面は、前記上部第１のプリズムと前記上部第２のプリズム、前記下部第１のプリズムと前記下部第２のプリズムとの境界面に、前記第１の光路と前記第２の光路に対して垂直に設けられ、
前記第１の反射面は、前記第１のプリズムと前記上部第１のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、
前記第１の分光面は、前記下部第２のプリズムと前記第２のプリズムとの境界面によって形成され、
前記第２の反射面は、前記第２のプリズムと前記上部第２のプリズムとの境界部に形成された光学反射面であり、
前記第２の分光面は、前記下部第１のプリズムと前記第１のプリズムとの境界面によって形成される、請求項３記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項５】
前記第１の撮影状態から前記第２の撮影状態へ、又は前記第２の撮影状態から前記第１の撮影状態へ切り替わる際、随時、前記撮像素子は蓄積された電荷を掃出する、請求項１記載の三次元デジタルカメラ。
【請求項６】
前記撮像光学系は、ズームレンズとフォーカスレンズを含む、請求項１記載の三次元デジタルカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１５００６８（Ｐ２０１１−１５００６８Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９９９８（Ｐ２０１０−９９９８）
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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