撮像装置
【課題】複数の視差を生じさせる画像を取得するには、その数に応じた複雑な撮影光学系を用意しなければならなかった。
【解決手段】合焦動作により被写体に対する合焦位置が可変な光学系と、光学系の光束を絞る、複数の開口を有し、光学系の合焦動作とは独立して、複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口の距離が可変な絞りと、光学系および複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する撮像部とを備える撮像装置。
【解決手段】合焦動作により被写体に対する合焦位置が可変な光学系と、光学系の光束を絞る、複数の開口を有し、光学系の合焦動作とは独立して、複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口の距離が可変な絞りと、光学系および複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する撮像部とを備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの撮影光学系を用いて、右目用の画像と左目用の画像とから成るステレオ画像を撮像するステレオ撮像装置が知られている（特許文献１）。このようなステレオ撮像装置は、２つの撮像光学系を一定の間隔で配置することにより、同一の被写体を撮像して得られる２つの画像に視差を生じさせる。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開平８−４７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記装置において、複数の視差を生じさせる画像を取得するには、視差の数分だけ複雑な撮影光学系を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様における撮像装置は、合焦動作により被写体に対する合焦位置が可変な光学系と、光学系の光束を絞る、複数の開口を有し、光学系の合焦動作とは独立して、複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口の距離が可変な絞りと、光学系および複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する撮像部とを備える。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像素子の構成を説明する図である。
【図２】合焦位置に存在する被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図３】合焦位置奥側に存在する被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図４】合焦位置手前側に存在する被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図５】Ｌ画像とＲ画像からなる視差画像の一例を示す図である。
【図６】絞りの複数の開口の大きさを段階的に変化させた例を示す図である。
【図７】図６（ａ）および（ｂ）の絞りを用いて、開口の大きさを変化させた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図８】絞りの複数の開口の距離を段階的に変化させた例を示す図である。
【図９】図８（ａ）および（ｂ）の絞りを用いて、開口の距離を変化させた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図１０】３以上の開口を設けた絞りの変形例を示す図である。
【図１１】絞りに上下方向および左右方向に沿って複数の開口を設けた本実施形態の変形例を示す図である。
【図１２】虹彩絞りによって、複数の開口の大きさを変化させる本実施形態の変形例を示す図である。
【図１３】コンデンサレンズ４０に代えて、ズーム光学系をコンデンサレンズ４１として用いた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図１４】コンデンサレンズ４０に代えて、可変焦点レンズをコンデンサレンズ４１として用いた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１０の構成を説明する図である。撮像装置１０は、１つのシーンについて複数の視点数の画像を一度の撮影により生成する。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。撮像装置１０は、光学系２０、コンデンサレンズ４０、絞り５０、セパレータレンズ６０ｌ、セパレータレンズ６０ｒ、撮像部１００、制御部２００、瞳制御部２０１、Ａ／Ｄ変換回路２０２、メモリ２０３、駆動部２０４、画像処理部２０５、メモリカードＩＦ２０７、操作部２０８、表示部２０９、ＬＣＤ駆動回路２１０およびＡＦセンサ２１１を備える。
【０００９】
なお、図示するように、撮像部１００へ向かう光軸２１に平行な方向をＺ軸プラス方向と定め、Ｚ軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向をＹ軸プラス方向、紙面上方向をＸ軸プラス方向と定める。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
【００１０】
光学系２０は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。光学系２０の少なくとも絞り５０よりも被写体側は、複数の開口に対し共通の光学部材により形成される。光学系２０は、合焦動作により被写体に対する合焦位置を変えることができる。ここで、合焦位置とは、被写体像がフィルム等価面に結像されるときの被写体の位置である。なお、図１では光学系２０を説明の都合上、仮想的な１枚のレンズで代表して表している。後述する光学系２０は、撮像装置１０に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。
【００１１】
コンデンサレンズ４０は、光軸２１に沿って、光学系２０のＺ軸プラス方向に配置され、光学系２０を通過した被写体光束を集光する。コンデンサレンズ４０は、瞳制御部２０１に含まれる。瞳制御部２０１は、制御部２００からの命令に応じて、光学系２０の合焦動作とは独立して、コンデンサレンズ４０の位置および焦点等を制御してよい。
【００１２】
絞り５０は、コンデンサレンズ４０を通過した被写体光束の一部を遮蔽することにより、光学系２０の光束を絞る。絞り５０は、被写体光束を通過させる複数の開口を有する。複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口の距離は、光学系２０の合焦動作と独立して変更することができる。
【００１３】
絞り５０は、例えば、ＸＹ方向に複数配列された液晶セルから構成される液晶シャッタである。瞳制御部２０１は、制御部２００からの命令に応じて、液晶セルの領域ごとの液晶の配列方向を制御することにより、液晶セル上に入射光を通過させる開口を複数形成する。本実施形態においては、Ｘ軸方向に沿って２つの開口が絞り５０に形成されている。瞳制御部２０１は、光学系２０の合焦動作とは独立して、この複数の開口に対応して光学系２０に形成される、射出瞳のそれぞれの大きさおよび距離の少なくとも一方を制御する。瞳制御部２０１は、瞳制御部２０１は、絞り５０の複数の開口の形状、大きさ、位置および開口の距離を直接的に変化させてよい。液晶セルは、アクティブマトリクス方式で駆動されるが、これに代えて、セグメント方式またはパッシブマトリクス方式で駆動されてもよい。また、絞り５０は、液晶セルに代えて、虹彩絞りでもよい。
【００１４】
なお、本実施形態においては、絞り５０は、光軸２１に沿ってコンデンサレンズ４０のＺ軸プラス方向に配置されているが、これに代えて、絞り５０をコンデンサレンズ４０のＺ軸マイナス方向、つまり光学系２０とコンデンサレンズ４０の間に配置してもよい。また、本実施形態においては、光学系２０は、コンデンサレンズ４０と、セパレータレンズ６０ｌおよび６０ｒとは別の要素として説明したが、光学系２０に、コンデンサレンズ４０と、セパレータレンズ６０ｌおよび６０ｒを含めてもよい。
【００１５】
セパレータレンズ６０ｌおよびセパレータレンズ６０ｒは、絞り５０の複数の開口に対応して、コンデンサレンズ４０のＺ軸プラス方向に配置される。図１に示す形態においては、絞り５０の２つの開口に対応して２つのセパレータレンズ６０ｌ、６０ｒが配されている。セパレータレンズ６０ｌおよびセパレータレンズ６０ｒは、絞り５０の複数の開口を通過した被写体光束を集光する。なお、２つのセパレータレンズ６０ｌ、６０ｒに代えて、セパレータレンズ６０ｌ、６０ｒの機能を備える１枚のレンズを設けてもよい。
【００１６】
撮像部１００は、光軸２１に沿って、セパレータレンズ６０ｌおよびセパレータレンズ６０ｒのＺ軸プラス方向のフィルム等価面に配置され、光学系２０および複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する。撮像部１００は、複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像をそれぞれ受光する複数の受光領域を有する。撮像部１００は、複数の受光領域に応じて分離された複数の撮像素子であってよく、これに代えて、単一の撮像素子であってもよい。
【００１７】
本実施形態においては、撮像部１００は、２つの開口にそれぞれにそれぞれ対応するＬ画像受光領域１０２ｌとおよびＲ画像受光領域１０２ｒを有する。撮像部１００は、駆動部２０４によりタイミング制御されて、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒ上に結像された被写体像を画像信号に変換してＡ／Ｄ変換回路２０２へ出力する。撮像部１００は、例えば、二次元的に複数の光電変換素子が配された、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサまたはハープ管等の撮像管である。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換回路２０２は、撮像部１００が出力するアナログ信号である画像信号をデジタル変換してメモリ２０３へ出力する。画像処理部２０５は、メモリ２０３をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像を表す画像データを生成する。
【００１９】
画像処理部２０５は、他にも、入力される画像信号から非視差画像データとしての２Ｄ画像データを生成する。また、画像処理部２０５は、選択された画像フォーマットに従って画像データを調整する機能も担う。例えば、画像処理部２０５は、画像データをＪＰＥＧ等のフォーマットに変換する。変換された画像データは、ＬＣＤ駆動回路２１０により表示信号に変換され、表示部２０９に表示される。また、変換された画像データは、メモリカードＩＦ２０７に装着されているメモリカード２２０に記録される。格納部２０６は、光学系２０および絞り５０の調整のためのルックアップテーブルを格納する。
【００２０】
ＡＦセンサ２１１は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部２０８がユーザの操作を受け付けて、制御部２００へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するＡＦ、ＡＥ等の各種動作は、制御部２００に制御されて実行される。例えば、制御部２００は、ＡＦセンサ２１１の検出信号を解析して、光学系２０の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦動作を実行する。
【００２１】
ＡＦセンサ２１１は、撮像部１００とは別に設けられる。例えば、非撮影時に被写体光束に対して斜設され、撮影時に退避するミラーにより、ＡＦセンサ２１１に被写体光束を導いてよい。
【００２２】
図２は、合焦位置に存在する被写体３１と視差の関係を示す。まず、被写体３１の物点Ｏｔ１からの被写体光束は、光学系２０を通過して、フィルム等価面７０上に像点７２を形成した後、コンデンサレンズ４０で集光される。
【００２３】
コンデンサレンズ４０で集光された被写体光束は、絞り５０に入射し、開口５３ｌおよび５３ｒに入射した光束のみが絞り５０を通過する。ここで、開口５３ｌを通過する被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｌを通過した被写体光束に対応している。また、開口５３ｒを通過する被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｒを通過した被写体光束に対応している。部分領域２２ｌおよび２２ｒは、絞り５０の開口５３ｌおよび５３ｒによって形成されるコンデンサレンズ４０の射出瞳に対応する。
【００２４】
開口５３ｌを通過した光束は、セパレータレンズ６０ｌにより集光されて、撮像部１００のＬ画像受光領域１０２ｌに入射する。そして、Ｌ画像受光領域１０２ｌ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、Ｌ画像に対応する画像信号８０ｌを出力する。
【００２５】
同様に、開口５３ｒを通過した被写体光束は、セパレータレンズ６０ｒにより集光されて、撮像部１００のＲ画像受光領域１０２ｒに入射する。そして、Ｒ画像受光領域１０２ｒ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、Ｒ画像に対応する画像信号８０ｒを出力する。
【００２６】
このように、被写体３１からの被写体光束は、光学系２０の瞳内に規定された２つの部分領域２２ｌおよび２２ｒを通過して、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒへそれぞれ導かれる。従って、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体３１像を画像信号８０ｌおよび８０ｒに変換することにより、部分領域２２ｌおよび２２ｒの距離に応じた画像シフト量を有する視差画像が得られる。
【００２７】
ここで、物点Ｏｔ１は合焦位置に存在するので、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体像は互いにずれがない。例えば、図２においては、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒのいずれも中央で物点Ｏｔ１からの被写体光束を受光している。
【００２８】
図３は、合焦位置奥側に存在する被写体３１と視差の関係を示す。被写体３１の物点Ｏｔ２からの被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｌおよび２２ｒをそれぞれ通過して、フィルム等価面７０よりも被写体側に像点７２を形成した後、コンデンサレンズ４０で集光される。
【００２９】
その後、部分領域２２ｌを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｌを通過して、セパレータレンズ６０ｌにより集光されて、撮像部１００のＬ画像受光領域１０２ｌに入射する。そして、Ｌ画像受光領域１０２ｌ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｌを出力する。同様に、部分領域２２ｒを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｒおよびセパレータレンズ６０ｒを通過して、撮像部１００のＲ画像受光領域１０２ｒに入射する。そして、Ｒ画像受光領域１０２ｒ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｒを出力する。
【００３０】
ここで、物点Ｏｔ２は合焦位置よりも光学系２０から遠い位置に存在するので、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体像にはずれが生じる。例えば、図３においては、Ｌ画像受光領域１０２ｌは中央よりもマイナスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光しているが、Ｒ画像受光領域１０２ｒは中央よりもプラスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光している。
【００３１】
図４は、合焦位置手前側に存在する被写体３１と視差の関係を示す概略図である。被写体３１の物点Ｏｔ３からの被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｌおよび２２ｒをそれぞれ通過して、フィルム等価面７０よりも被写体から遠い側に像点７２を形成した後、コンデンサレンズ４０で集光される。
【００３２】
その後、部分領域２２ｌを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｌを通過して、セパレータレンズ６０ｌにより集光されて、撮像部１００のＬ画像受光領域１０２ｌに入射する。そして、Ｌ画像受光領域１０２ｌ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｌを出力する。同様に、部分領域２２ｒを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｒおよびセパレータレンズ６０ｒを通過して、撮像部１００のＲ画像受光領域１０２ｒに入射する。Ｒ画像受光領域１０２ｒ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｒを出力する。
【００３３】
物点Ｏｔ３は合焦位置よりも光学系２０から近い位置に存在するので、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体像にはずれが生じる。例えば、図４においては、Ｌ画像受光領域１０２ｌは中央よりもプラスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光しているが、Ｒ画像受光領域１０２ｒは中央よりもマイナスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光している。
【００３４】
図２から図４で説明したように、視差画像の画像シフト、つまりＬ画像受光領域１０２ｌとＲ画像受光領域１０２ｒに形成される被写体の像のずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、その方向と量が定まる。
【００３５】
図５は、同一のシーンをＬ画像受光領域で受光して生成したＬ画像と、Ｒ画像受光領域で受光して生成したＲ画像からなる視差画像の一例を示す。本例では、被写体の人物は合焦位置奥側に存在しているので、Ｒ画像の被写体は、Ｌ画像と比較して右側にシフトしている。また、被写体の山は、人物よりも合焦位置に対して奥側に存在しているので、Ｒ画像の山は、人物よりもさらに、Ｌ画像に対して右側に画像がシフトしている。
【００３６】
ここで、Ｌ画像とＲ画像を平均化することで視差がない画像を取得してもよい。例えば、絞り５０を全開放した状態で撮像を行い、さらにＬ画像とＲ画像を合成して平均化する画像処理を行って、１枚の明るい画像を取得することができる。
【００３７】
図６（ａ）〜（ｃ）は、絞り５０の複数の開口の大きさを変化させた例を示す。（ａ）に示される絞り５０は、Ｘ軸方向に沿って配置された２つの円形の開口５３ｌおよび開口５３ｒを有する。（ｂ）に示される円形の開口５３ｌ′および開口５３ｒ′は、開口５３ｌおよび開口５３ｒと同一の位置に重心が設けられ、開口５３ｌおよび開口５３ｒよりも小さい。（ｃ）に示される円形の開口は、（ａ）に示される開口と同一の位置に重心が設けられ、（ａ）および（ｂ）に示される開口よりも小さい。
【００３８】
図７上図および下図は、図６（ａ）および（ｂ）に示された絞り５０を用いた場合における、被写体と視差の関係を示す。図７下図の開口５３ｌ′および開口５３ｒ′は、図７上図の開口５３ｌおよび開口５３ｒと比較して、絞りが絞られた状態であるので、被写界深度が深くなり、光量が落ちる。従って、画像信号８０ｌ′および画像信号８０ｒ′から生成される画像のボケ量は少なくなる。ここで、図７下図の部分領域２２ｌ′および部分領域２２ｒ′の重心の位置は、図７上図の部分領域２２ｌおよび部分領域２２ｒと同じであるので、視差画像の画像シフトの方向と量は図７上図および下図と同一である。
【００３９】
図８（ａ）〜（ｃ）は、絞り５０の複数の開口の距離を段階的に変化させた例を示す。（ａ）に示される円形の開口５３ｌおよび開口５３ｒは、（ｂ）に示される開口５３ｌ″および開口５３ｒ″よりも重心間の距離が大きい。（ｃ）に示される複数の開口は、（ａ）および（ｂ）に示される開口よりも重心間の距離が短い。（ａ）〜（ｃ）に示される複数の開口の大きさは等しい。
【００４０】
図９は、図８（ａ）および（ｂ）の絞りを用いて、開口の距離を変化させた場合における、被写体と視差の関係を示す。開口５３ｌおよび開口５３ｒを通過する、物点Ｏｔ３からの被写体光束は点線で表わされ、開口５３ｌ″および開口５３ｒ″を通過する被写体光束は実線で表わされている。
【００４１】
開口５３ｌ″および開口５３ｒ″は、開口５３ｌおよび開口５３ｒと比較して重心間の距離が接近するので、開口に対応する部分領域２２ｌ″および２２ｒ″の距離が近くなる。この結果、画像信号８０ｌ″及び画像信号８０ｒ″から生成される視差画像は、出力信号８０ｌ″及び出力信号８０ｒ″から生成される視差画像と比較して、画像シフト量が小さくなる。
【００４２】
図６から図９で説明したように、撮像装置１０は、絞り５０の複数の開口の大きさを変化させることにより視差画像の被写界深度を調整することができ、また、絞り５０の複数の開口の距離を変化させることにより、視差画像の画像シフト量を調整することができる。
【００４３】
合焦位置、複数の開口のそれぞれの大きさ、および複数の開口の距離は、制御部２００により、予め定められた関係となるように設定される。例えば、ユーザが、操作部２０８を介して、合焦位置、複数の開口の大きさ、および複数の開口の距離のうちいずれか１つを入力した場合に、制御部２００は、格納部２０６に格納された合焦位置、複数の開口の大きさ、および複数の開口の距離を対応付けたルックアップテーブルを参照する。そして、制御部２００は、ルックアップテーブルにより、合焦位置、複数の開口の大きさ、および複数の開口の距離のうち他の２つを決定し、これを用いて光学系２０を制御し、および瞳制御部２０１を介して絞り５０を制御する。例えば、ルックアップテーブルでは、合焦位置が撮像装置１０から遠くなると、複数の開口の距離は遠く、開口が大きくなるように、それぞれの値が対応づけられていてよい。
【００４４】
また、例えば、ユーザが、操作部２０８を介して、合焦位置および被写界深度を決定すると、撮影環境の明るさに応じて、複数の開口のそれぞれの大きさおよび距離がルックアップテーブルにより自動的に決定されてもよい。例えば、撮影環境が明るい場合には、撮像素子の飽和を防ぐために絞り５０の複数の開口を絞るか、シャッター速度を早くする必要があるが、開口を絞ると光束が制限されるため、被写界深度が深くなり、立体感が強くなる。そこで、ルックアップテーブルによって複数の開口の距離を制御することで、明るさと立体感を調整してもよい。
【００４５】
これに代えて、ユーザが、操作部２０８を介して合焦位置、複数の開口のそれぞれの大きさ、および複数の開口の距離を手動で設定してもよい。
【００４６】
また、複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口のそれぞれの位置は、開口ごとに独立に制御することができ、これにより、絞り５０の複数の開口の大きさおよび位置を最適な状態に調整することができる。例えば、撮像装置１０の出荷時に、複数の開口の位置関係および大きさを測定し、望ましい状態から許容範囲以上の乖離がある場合には、開口部の位置および大きさを個別に調整することができる。また、ユーザが長期間使用した結果、複数の開口部の位置関係および大きさがが、望ましい状態から乖離した場合、ユーザは個別の開口の位置および大きさを調整することができる。
【００４７】
図１０は、３以上の開口を設けた絞りの変形例を示す。撮像部１００には、それぞれ開口に対応する複数の受光領域が設けられる。撮像部１００は、開口の数に応じた視差を有する画像の撮像データを出力する。これにより、撮像装置１０は、多数の視差を有する視差画像を取得することができる。
【００４８】
図１１は、絞りに上下方向および左右方向に複数の開口を設けた本実施形態の変形例を示す。本例によれば、上下方向および左右方向に視差を有する視差画像を取得することができる。このように、絞り５０に複数の方向にそれぞれ複数の開口を設けることで、複数方向に視差を有する視差画像が得られる。
【００４９】
図１２は、虹彩絞りによって、複数の開口の大きさを変化させる本実施形態の変形例を示す。本例においては、液晶シャッタに代えて、２つの虹彩絞り５４を絞り５０として用いる。制御部２００は、虹彩絞り５４の複数の絞り羽根を機械的に電磁駆動して、図１２（ａ）から（ｃ）に示すように、被写体光束の通過光量を段階的に制限する。
【００５０】
図１３上図および下図は、コンデンサレンズ４０に代えて、焦点距離が可変なズーム光学系としてコンデンサレンズ４１を用いた場合における、被写体と視差の関係を示す。ズーム光学系を構成するためにコンデンサレンズ４１は、複数のレンズから構成されてよい。コンデンサレンズ４１の焦点距離は、瞳制御部２０１により制御される。コンデンサレンズ４１は、絞り５０の複数の開口５３ｌおよび５３ｒを射出瞳に結像する。コンデンサレンズ４１の焦点距離に基づいて射出瞳の距離は変化する。上図はコンデンサレンズ４１のズーム位置を望遠側とし、下図は広角側とした場合の例を表わしている。
【００５１】
広角時における光学系２０の部分領域２２ｌ'および２２ｒ'は、望遠時の部分領域２２ｌおよび２２ｒと比較して小さくなるが、重心の位置はズーム位置に関わらず同じである。従って、広角時には、望遠時と比較して、光量が落ちる一方で被写界深度が深くなる。また、望遠時には、部分領域２２ｌおよび２２ｒが大きく、広い範囲からの光束が入射するので、広角時と比較して実質的な視差量が小さくなる。このように、コンデンサレンズ４１をズームレンズとし、そのズーム位置を変化させることで、絞り５０の開口の大きさを変化させる場合と同様の効果を、より簡易な構成で生じさせることができる。
【００５２】
図１４上図および下図は、コンデンサレンズ４０に代えて、焦点位置を変更できる可変焦点レンズをコンデンサレンズ４１として用いた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。可変焦点レンズを構成するためにコンデンサレンズ４１は、複数のレンズから構成されてよい。コンデンサレンズ４１の焦点位置は、瞳制御部２０１により制御される。コンデンサレンズ４１の焦点位置に基づいて射出瞳の大きさが変化する。コンデンサレンズ４１の像側焦点距離は固定されている。上図はコンデンサレンズ４１の物体側焦点距離を小さくし、下図はコンデンサレンズ４１の物体側焦点距離を延長した場合の例を表わしている。
【００５３】
物体側焦点距離が長い場合、絞り５０の開口５３ｌ'および５３ｒ'の像は、より物体側で投影される。従って、光学系２０の部分領域２２ｌ'および２２ｒ'の重心間距離は、物体側焦点距離が短い場合における部分領域２２ｌおよび２２ｒと比較して大きくなる。この結果、コンデンサレンズ４１の物体側焦点距離を長くすることにより、視差画像の視差量を大きくすることができる。このように、コンデンサレンズ４１を可変焦点レンズとし、その物体側焦点距離を変化させることで、絞り５０の開口の位置を変化させる場合と同様の効果を、より簡易な構成で生じさせることができる。
【００５４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 撮像装置、２０ 光学系、２１ 光軸、２２ｌ、２２ｌ′、２２ｌ″、２２ｒ、２２ｒ′、２２ｌ″ 部分領域、３１ 被写体、４０ コンデンサレンズ、４１ コンデンサレンズ、５０ 絞り、５３ｌ、５３ｌ′、５３ｌ″、５３ｒ、５３ｒ′、５３ｌ″ 開口、５４ 虹彩絞り、６０ｌ、６０ｒ セパレータレンズ、７０ フィルム等価面、７２ 像点、８０ｌ、８０ｌ′、８０ｌ″、８０ｒ、８０ｒ′、８０ｒ″ 画像信号、１００ 撮像部、１０２ｌ Ｌ画像受光領域、１０２ｒ Ｒ画像受光領域、２００ 制御部、２０１ 瞳制御部、２０２ Ａ／Ｄ変換回路、２０３ メモリ、２０４ 駆動部、２０５ 画像処理部、２０６ 格納部、２０７ メモリカードＩＦ、２０８ 操作部、２０９ 表示部、２１０ ＬＣＤ駆動回路、２１１ ＡＦセンサ、２２０ メモリカード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの撮影光学系を用いて、右目用の画像と左目用の画像とから成るステレオ画像を撮像するステレオ撮像装置が知られている（特許文献１）。このようなステレオ撮像装置は、２つの撮像光学系を一定の間隔で配置することにより、同一の被写体を撮像して得られる２つの画像に視差を生じさせる。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開平８−４７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記装置において、複数の視差を生じさせる画像を取得するには、視差の数分だけ複雑な撮影光学系を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様における撮像装置は、合焦動作により被写体に対する合焦位置が可変な光学系と、光学系の光束を絞る、複数の開口を有し、光学系の合焦動作とは独立して、複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口の距離が可変な絞りと、光学系および複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する撮像部とを備える。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像素子の構成を説明する図である。
【図２】合焦位置に存在する被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図３】合焦位置奥側に存在する被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図４】合焦位置手前側に存在する被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図５】Ｌ画像とＲ画像からなる視差画像の一例を示す図である。
【図６】絞りの複数の開口の大きさを段階的に変化させた例を示す図である。
【図７】図６（ａ）および（ｂ）の絞りを用いて、開口の大きさを変化させた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図８】絞りの複数の開口の距離を段階的に変化させた例を示す図である。
【図９】図８（ａ）および（ｂ）の絞りを用いて、開口の距離を変化させた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図１０】３以上の開口を設けた絞りの変形例を示す図である。
【図１１】絞りに上下方向および左右方向に沿って複数の開口を設けた本実施形態の変形例を示す図である。
【図１２】虹彩絞りによって、複数の開口の大きさを変化させる本実施形態の変形例を示す図である。
【図１３】コンデンサレンズ４０に代えて、ズーム光学系をコンデンサレンズ４１として用いた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【図１４】コンデンサレンズ４０に代えて、可変焦点レンズをコンデンサレンズ４１として用いた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１０の構成を説明する図である。撮像装置１０は、１つのシーンについて複数の視点数の画像を一度の撮影により生成する。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。撮像装置１０は、光学系２０、コンデンサレンズ４０、絞り５０、セパレータレンズ６０ｌ、セパレータレンズ６０ｒ、撮像部１００、制御部２００、瞳制御部２０１、Ａ／Ｄ変換回路２０２、メモリ２０３、駆動部２０４、画像処理部２０５、メモリカードＩＦ２０７、操作部２０８、表示部２０９、ＬＣＤ駆動回路２１０およびＡＦセンサ２１１を備える。
【０００９】
なお、図示するように、撮像部１００へ向かう光軸２１に平行な方向をＺ軸プラス方向と定め、Ｚ軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向をＹ軸プラス方向、紙面上方向をＸ軸プラス方向と定める。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
【００１０】
光学系２０は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。光学系２０の少なくとも絞り５０よりも被写体側は、複数の開口に対し共通の光学部材により形成される。光学系２０は、合焦動作により被写体に対する合焦位置を変えることができる。ここで、合焦位置とは、被写体像がフィルム等価面に結像されるときの被写体の位置である。なお、図１では光学系２０を説明の都合上、仮想的な１枚のレンズで代表して表している。後述する光学系２０は、撮像装置１０に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。
【００１１】
コンデンサレンズ４０は、光軸２１に沿って、光学系２０のＺ軸プラス方向に配置され、光学系２０を通過した被写体光束を集光する。コンデンサレンズ４０は、瞳制御部２０１に含まれる。瞳制御部２０１は、制御部２００からの命令に応じて、光学系２０の合焦動作とは独立して、コンデンサレンズ４０の位置および焦点等を制御してよい。
【００１２】
絞り５０は、コンデンサレンズ４０を通過した被写体光束の一部を遮蔽することにより、光学系２０の光束を絞る。絞り５０は、被写体光束を通過させる複数の開口を有する。複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口の距離は、光学系２０の合焦動作と独立して変更することができる。
【００１３】
絞り５０は、例えば、ＸＹ方向に複数配列された液晶セルから構成される液晶シャッタである。瞳制御部２０１は、制御部２００からの命令に応じて、液晶セルの領域ごとの液晶の配列方向を制御することにより、液晶セル上に入射光を通過させる開口を複数形成する。本実施形態においては、Ｘ軸方向に沿って２つの開口が絞り５０に形成されている。瞳制御部２０１は、光学系２０の合焦動作とは独立して、この複数の開口に対応して光学系２０に形成される、射出瞳のそれぞれの大きさおよび距離の少なくとも一方を制御する。瞳制御部２０１は、瞳制御部２０１は、絞り５０の複数の開口の形状、大きさ、位置および開口の距離を直接的に変化させてよい。液晶セルは、アクティブマトリクス方式で駆動されるが、これに代えて、セグメント方式またはパッシブマトリクス方式で駆動されてもよい。また、絞り５０は、液晶セルに代えて、虹彩絞りでもよい。
【００１４】
なお、本実施形態においては、絞り５０は、光軸２１に沿ってコンデンサレンズ４０のＺ軸プラス方向に配置されているが、これに代えて、絞り５０をコンデンサレンズ４０のＺ軸マイナス方向、つまり光学系２０とコンデンサレンズ４０の間に配置してもよい。また、本実施形態においては、光学系２０は、コンデンサレンズ４０と、セパレータレンズ６０ｌおよび６０ｒとは別の要素として説明したが、光学系２０に、コンデンサレンズ４０と、セパレータレンズ６０ｌおよび６０ｒを含めてもよい。
【００１５】
セパレータレンズ６０ｌおよびセパレータレンズ６０ｒは、絞り５０の複数の開口に対応して、コンデンサレンズ４０のＺ軸プラス方向に配置される。図１に示す形態においては、絞り５０の２つの開口に対応して２つのセパレータレンズ６０ｌ、６０ｒが配されている。セパレータレンズ６０ｌおよびセパレータレンズ６０ｒは、絞り５０の複数の開口を通過した被写体光束を集光する。なお、２つのセパレータレンズ６０ｌ、６０ｒに代えて、セパレータレンズ６０ｌ、６０ｒの機能を備える１枚のレンズを設けてもよい。
【００１６】
撮像部１００は、光軸２１に沿って、セパレータレンズ６０ｌおよびセパレータレンズ６０ｒのＺ軸プラス方向のフィルム等価面に配置され、光学系２０および複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する。撮像部１００は、複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像をそれぞれ受光する複数の受光領域を有する。撮像部１００は、複数の受光領域に応じて分離された複数の撮像素子であってよく、これに代えて、単一の撮像素子であってもよい。
【００１７】
本実施形態においては、撮像部１００は、２つの開口にそれぞれにそれぞれ対応するＬ画像受光領域１０２ｌとおよびＲ画像受光領域１０２ｒを有する。撮像部１００は、駆動部２０４によりタイミング制御されて、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒ上に結像された被写体像を画像信号に変換してＡ／Ｄ変換回路２０２へ出力する。撮像部１００は、例えば、二次元的に複数の光電変換素子が配された、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサまたはハープ管等の撮像管である。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換回路２０２は、撮像部１００が出力するアナログ信号である画像信号をデジタル変換してメモリ２０３へ出力する。画像処理部２０５は、メモリ２０３をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像を表す画像データを生成する。
【００１９】
画像処理部２０５は、他にも、入力される画像信号から非視差画像データとしての２Ｄ画像データを生成する。また、画像処理部２０５は、選択された画像フォーマットに従って画像データを調整する機能も担う。例えば、画像処理部２０５は、画像データをＪＰＥＧ等のフォーマットに変換する。変換された画像データは、ＬＣＤ駆動回路２１０により表示信号に変換され、表示部２０９に表示される。また、変換された画像データは、メモリカードＩＦ２０７に装着されているメモリカード２２０に記録される。格納部２０６は、光学系２０および絞り５０の調整のためのルックアップテーブルを格納する。
【００２０】
ＡＦセンサ２１１は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部２０８がユーザの操作を受け付けて、制御部２００へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するＡＦ、ＡＥ等の各種動作は、制御部２００に制御されて実行される。例えば、制御部２００は、ＡＦセンサ２１１の検出信号を解析して、光学系２０の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦動作を実行する。
【００２１】
ＡＦセンサ２１１は、撮像部１００とは別に設けられる。例えば、非撮影時に被写体光束に対して斜設され、撮影時に退避するミラーにより、ＡＦセンサ２１１に被写体光束を導いてよい。
【００２２】
図２は、合焦位置に存在する被写体３１と視差の関係を示す。まず、被写体３１の物点Ｏｔ１からの被写体光束は、光学系２０を通過して、フィルム等価面７０上に像点７２を形成した後、コンデンサレンズ４０で集光される。
【００２３】
コンデンサレンズ４０で集光された被写体光束は、絞り５０に入射し、開口５３ｌおよび５３ｒに入射した光束のみが絞り５０を通過する。ここで、開口５３ｌを通過する被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｌを通過した被写体光束に対応している。また、開口５３ｒを通過する被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｒを通過した被写体光束に対応している。部分領域２２ｌおよび２２ｒは、絞り５０の開口５３ｌおよび５３ｒによって形成されるコンデンサレンズ４０の射出瞳に対応する。
【００２４】
開口５３ｌを通過した光束は、セパレータレンズ６０ｌにより集光されて、撮像部１００のＬ画像受光領域１０２ｌに入射する。そして、Ｌ画像受光領域１０２ｌ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、Ｌ画像に対応する画像信号８０ｌを出力する。
【００２５】
同様に、開口５３ｒを通過した被写体光束は、セパレータレンズ６０ｒにより集光されて、撮像部１００のＲ画像受光領域１０２ｒに入射する。そして、Ｒ画像受光領域１０２ｒ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、Ｒ画像に対応する画像信号８０ｒを出力する。
【００２６】
このように、被写体３１からの被写体光束は、光学系２０の瞳内に規定された２つの部分領域２２ｌおよび２２ｒを通過して、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒへそれぞれ導かれる。従って、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体３１像を画像信号８０ｌおよび８０ｒに変換することにより、部分領域２２ｌおよび２２ｒの距離に応じた画像シフト量を有する視差画像が得られる。
【００２７】
ここで、物点Ｏｔ１は合焦位置に存在するので、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体像は互いにずれがない。例えば、図２においては、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒのいずれも中央で物点Ｏｔ１からの被写体光束を受光している。
【００２８】
図３は、合焦位置奥側に存在する被写体３１と視差の関係を示す。被写体３１の物点Ｏｔ２からの被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｌおよび２２ｒをそれぞれ通過して、フィルム等価面７０よりも被写体側に像点７２を形成した後、コンデンサレンズ４０で集光される。
【００２９】
その後、部分領域２２ｌを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｌを通過して、セパレータレンズ６０ｌにより集光されて、撮像部１００のＬ画像受光領域１０２ｌに入射する。そして、Ｌ画像受光領域１０２ｌ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｌを出力する。同様に、部分領域２２ｒを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｒおよびセパレータレンズ６０ｒを通過して、撮像部１００のＲ画像受光領域１０２ｒに入射する。そして、Ｒ画像受光領域１０２ｒ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｒを出力する。
【００３０】
ここで、物点Ｏｔ２は合焦位置よりも光学系２０から遠い位置に存在するので、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体像にはずれが生じる。例えば、図３においては、Ｌ画像受光領域１０２ｌは中央よりもマイナスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光しているが、Ｒ画像受光領域１０２ｒは中央よりもプラスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光している。
【００３１】
図４は、合焦位置手前側に存在する被写体３１と視差の関係を示す概略図である。被写体３１の物点Ｏｔ３からの被写体光束は、光学系２０の部分領域２２ｌおよび２２ｒをそれぞれ通過して、フィルム等価面７０よりも被写体から遠い側に像点７２を形成した後、コンデンサレンズ４０で集光される。
【００３２】
その後、部分領域２２ｌを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｌを通過して、セパレータレンズ６０ｌにより集光されて、撮像部１００のＬ画像受光領域１０２ｌに入射する。そして、Ｌ画像受光領域１０２ｌ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｌを出力する。同様に、部分領域２２ｒを通過した被写体光束は、絞り５０に形成された開口５３ｒおよびセパレータレンズ６０ｒを通過して、撮像部１００のＲ画像受光領域１０２ｒに入射する。Ｒ画像受光領域１０２ｒ上の光電変換素子群は、入射した被写体光束の位置および光強度に応じて、画像信号８０ｒを出力する。
【００３３】
物点Ｏｔ３は合焦位置よりも光学系２０から近い位置に存在するので、Ｌ画像受光領域１０２ｌおよびＲ画像受光領域１０２ｒに形成された被写体像にはずれが生じる。例えば、図４においては、Ｌ画像受光領域１０２ｌは中央よりもプラスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光しているが、Ｒ画像受光領域１０２ｒは中央よりもマイナスＸ方向側で物点Ｏｔ２からの被写体光束を受光している。
【００３４】
図２から図４で説明したように、視差画像の画像シフト、つまりＬ画像受光領域１０２ｌとＲ画像受光領域１０２ｒに形成される被写体の像のずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、その方向と量が定まる。
【００３５】
図５は、同一のシーンをＬ画像受光領域で受光して生成したＬ画像と、Ｒ画像受光領域で受光して生成したＲ画像からなる視差画像の一例を示す。本例では、被写体の人物は合焦位置奥側に存在しているので、Ｒ画像の被写体は、Ｌ画像と比較して右側にシフトしている。また、被写体の山は、人物よりも合焦位置に対して奥側に存在しているので、Ｒ画像の山は、人物よりもさらに、Ｌ画像に対して右側に画像がシフトしている。
【００３６】
ここで、Ｌ画像とＲ画像を平均化することで視差がない画像を取得してもよい。例えば、絞り５０を全開放した状態で撮像を行い、さらにＬ画像とＲ画像を合成して平均化する画像処理を行って、１枚の明るい画像を取得することができる。
【００３７】
図６（ａ）〜（ｃ）は、絞り５０の複数の開口の大きさを変化させた例を示す。（ａ）に示される絞り５０は、Ｘ軸方向に沿って配置された２つの円形の開口５３ｌおよび開口５３ｒを有する。（ｂ）に示される円形の開口５３ｌ′および開口５３ｒ′は、開口５３ｌおよび開口５３ｒと同一の位置に重心が設けられ、開口５３ｌおよび開口５３ｒよりも小さい。（ｃ）に示される円形の開口は、（ａ）に示される開口と同一の位置に重心が設けられ、（ａ）および（ｂ）に示される開口よりも小さい。
【００３８】
図７上図および下図は、図６（ａ）および（ｂ）に示された絞り５０を用いた場合における、被写体と視差の関係を示す。図７下図の開口５３ｌ′および開口５３ｒ′は、図７上図の開口５３ｌおよび開口５３ｒと比較して、絞りが絞られた状態であるので、被写界深度が深くなり、光量が落ちる。従って、画像信号８０ｌ′および画像信号８０ｒ′から生成される画像のボケ量は少なくなる。ここで、図７下図の部分領域２２ｌ′および部分領域２２ｒ′の重心の位置は、図７上図の部分領域２２ｌおよび部分領域２２ｒと同じであるので、視差画像の画像シフトの方向と量は図７上図および下図と同一である。
【００３９】
図８（ａ）〜（ｃ）は、絞り５０の複数の開口の距離を段階的に変化させた例を示す。（ａ）に示される円形の開口５３ｌおよび開口５３ｒは、（ｂ）に示される開口５３ｌ″および開口５３ｒ″よりも重心間の距離が大きい。（ｃ）に示される複数の開口は、（ａ）および（ｂ）に示される開口よりも重心間の距離が短い。（ａ）〜（ｃ）に示される複数の開口の大きさは等しい。
【００４０】
図９は、図８（ａ）および（ｂ）の絞りを用いて、開口の距離を変化させた場合における、被写体と視差の関係を示す。開口５３ｌおよび開口５３ｒを通過する、物点Ｏｔ３からの被写体光束は点線で表わされ、開口５３ｌ″および開口５３ｒ″を通過する被写体光束は実線で表わされている。
【００４１】
開口５３ｌ″および開口５３ｒ″は、開口５３ｌおよび開口５３ｒと比較して重心間の距離が接近するので、開口に対応する部分領域２２ｌ″および２２ｒ″の距離が近くなる。この結果、画像信号８０ｌ″及び画像信号８０ｒ″から生成される視差画像は、出力信号８０ｌ″及び出力信号８０ｒ″から生成される視差画像と比較して、画像シフト量が小さくなる。
【００４２】
図６から図９で説明したように、撮像装置１０は、絞り５０の複数の開口の大きさを変化させることにより視差画像の被写界深度を調整することができ、また、絞り５０の複数の開口の距離を変化させることにより、視差画像の画像シフト量を調整することができる。
【００４３】
合焦位置、複数の開口のそれぞれの大きさ、および複数の開口の距離は、制御部２００により、予め定められた関係となるように設定される。例えば、ユーザが、操作部２０８を介して、合焦位置、複数の開口の大きさ、および複数の開口の距離のうちいずれか１つを入力した場合に、制御部２００は、格納部２０６に格納された合焦位置、複数の開口の大きさ、および複数の開口の距離を対応付けたルックアップテーブルを参照する。そして、制御部２００は、ルックアップテーブルにより、合焦位置、複数の開口の大きさ、および複数の開口の距離のうち他の２つを決定し、これを用いて光学系２０を制御し、および瞳制御部２０１を介して絞り５０を制御する。例えば、ルックアップテーブルでは、合焦位置が撮像装置１０から遠くなると、複数の開口の距離は遠く、開口が大きくなるように、それぞれの値が対応づけられていてよい。
【００４４】
また、例えば、ユーザが、操作部２０８を介して、合焦位置および被写界深度を決定すると、撮影環境の明るさに応じて、複数の開口のそれぞれの大きさおよび距離がルックアップテーブルにより自動的に決定されてもよい。例えば、撮影環境が明るい場合には、撮像素子の飽和を防ぐために絞り５０の複数の開口を絞るか、シャッター速度を早くする必要があるが、開口を絞ると光束が制限されるため、被写界深度が深くなり、立体感が強くなる。そこで、ルックアップテーブルによって複数の開口の距離を制御することで、明るさと立体感を調整してもよい。
【００４５】
これに代えて、ユーザが、操作部２０８を介して合焦位置、複数の開口のそれぞれの大きさ、および複数の開口の距離を手動で設定してもよい。
【００４６】
また、複数の開口のそれぞれの大きさおよび複数の開口のそれぞれの位置は、開口ごとに独立に制御することができ、これにより、絞り５０の複数の開口の大きさおよび位置を最適な状態に調整することができる。例えば、撮像装置１０の出荷時に、複数の開口の位置関係および大きさを測定し、望ましい状態から許容範囲以上の乖離がある場合には、開口部の位置および大きさを個別に調整することができる。また、ユーザが長期間使用した結果、複数の開口部の位置関係および大きさがが、望ましい状態から乖離した場合、ユーザは個別の開口の位置および大きさを調整することができる。
【００４７】
図１０は、３以上の開口を設けた絞りの変形例を示す。撮像部１００には、それぞれ開口に対応する複数の受光領域が設けられる。撮像部１００は、開口の数に応じた視差を有する画像の撮像データを出力する。これにより、撮像装置１０は、多数の視差を有する視差画像を取得することができる。
【００４８】
図１１は、絞りに上下方向および左右方向に複数の開口を設けた本実施形態の変形例を示す。本例によれば、上下方向および左右方向に視差を有する視差画像を取得することができる。このように、絞り５０に複数の方向にそれぞれ複数の開口を設けることで、複数方向に視差を有する視差画像が得られる。
【００４９】
図１２は、虹彩絞りによって、複数の開口の大きさを変化させる本実施形態の変形例を示す。本例においては、液晶シャッタに代えて、２つの虹彩絞り５４を絞り５０として用いる。制御部２００は、虹彩絞り５４の複数の絞り羽根を機械的に電磁駆動して、図１２（ａ）から（ｃ）に示すように、被写体光束の通過光量を段階的に制限する。
【００５０】
図１３上図および下図は、コンデンサレンズ４０に代えて、焦点距離が可変なズーム光学系としてコンデンサレンズ４１を用いた場合における、被写体と視差の関係を示す。ズーム光学系を構成するためにコンデンサレンズ４１は、複数のレンズから構成されてよい。コンデンサレンズ４１の焦点距離は、瞳制御部２０１により制御される。コンデンサレンズ４１は、絞り５０の複数の開口５３ｌおよび５３ｒを射出瞳に結像する。コンデンサレンズ４１の焦点距離に基づいて射出瞳の距離は変化する。上図はコンデンサレンズ４１のズーム位置を望遠側とし、下図は広角側とした場合の例を表わしている。
【００５１】
広角時における光学系２０の部分領域２２ｌ'および２２ｒ'は、望遠時の部分領域２２ｌおよび２２ｒと比較して小さくなるが、重心の位置はズーム位置に関わらず同じである。従って、広角時には、望遠時と比較して、光量が落ちる一方で被写界深度が深くなる。また、望遠時には、部分領域２２ｌおよび２２ｒが大きく、広い範囲からの光束が入射するので、広角時と比較して実質的な視差量が小さくなる。このように、コンデンサレンズ４１をズームレンズとし、そのズーム位置を変化させることで、絞り５０の開口の大きさを変化させる場合と同様の効果を、より簡易な構成で生じさせることができる。
【００５２】
図１４上図および下図は、コンデンサレンズ４０に代えて、焦点位置を変更できる可変焦点レンズをコンデンサレンズ４１として用いた場合における、被写体と視差画像の関係を示す概略図である。可変焦点レンズを構成するためにコンデンサレンズ４１は、複数のレンズから構成されてよい。コンデンサレンズ４１の焦点位置は、瞳制御部２０１により制御される。コンデンサレンズ４１の焦点位置に基づいて射出瞳の大きさが変化する。コンデンサレンズ４１の像側焦点距離は固定されている。上図はコンデンサレンズ４１の物体側焦点距離を小さくし、下図はコンデンサレンズ４１の物体側焦点距離を延長した場合の例を表わしている。
【００５３】
物体側焦点距離が長い場合、絞り５０の開口５３ｌ'および５３ｒ'の像は、より物体側で投影される。従って、光学系２０の部分領域２２ｌ'および２２ｒ'の重心間距離は、物体側焦点距離が短い場合における部分領域２２ｌおよび２２ｒと比較して大きくなる。この結果、コンデンサレンズ４１の物体側焦点距離を長くすることにより、視差画像の視差量を大きくすることができる。このように、コンデンサレンズ４１を可変焦点レンズとし、その物体側焦点距離を変化させることで、絞り５０の開口の位置を変化させる場合と同様の効果を、より簡易な構成で生じさせることができる。
【００５４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 撮像装置、２０ 光学系、２１ 光軸、２２ｌ、２２ｌ′、２２ｌ″、２２ｒ、２２ｒ′、２２ｌ″ 部分領域、３１ 被写体、４０ コンデンサレンズ、４１ コンデンサレンズ、５０ 絞り、５３ｌ、５３ｌ′、５３ｌ″、５３ｒ、５３ｒ′、５３ｌ″ 開口、５４ 虹彩絞り、６０ｌ、６０ｒ セパレータレンズ、７０ フィルム等価面、７２ 像点、８０ｌ、８０ｌ′、８０ｌ″、８０ｒ、８０ｒ′、８０ｒ″ 画像信号、１００ 撮像部、１０２ｌ Ｌ画像受光領域、１０２ｒ Ｒ画像受光領域、２００ 制御部、２０１ 瞳制御部、２０２ Ａ／Ｄ変換回路、２０３ メモリ、２０４ 駆動部、２０５ 画像処理部、２０６ 格納部、２０７ メモリカードＩＦ、２０８ 操作部、２０９ 表示部、２１０ ＬＣＤ駆動回路、２１１ ＡＦセンサ、２２０ メモリカード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合焦動作により被写体に対する合焦位置が可変な光学系と、
前記光学系の光束を絞る、複数の開口を有する絞りと、
前記光学系および前記複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する撮像部と、
前記光学系の合焦動作とは独立して、前記複数の開口に対応する射出瞳のそれぞれの大きさおよび距離の少なくとも一方が可変な瞳制御部と
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口の大きさを直接的に変化させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口の距離を直接的に変化させる請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口を前記射出瞳に結像する、焦点位置が可変なコンデンサレンズを含み、前記コンデンサレンズの前記焦点位置に基づいて前記射出瞳の距離を変化させる請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口を前記射出瞳に結像する、焦点距離が可変なコンデンサレンズを含み、前記コンデンサレンズの前記焦点距離に基づいて前記射出瞳の大きさを変化させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像部は、前記複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像をそれぞれ受光する複数の受光領域を有する
請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光学系は、少なくとも前記絞りよりも被写体側は前記複数の開口に対し共通の光学部材により形成される
請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記合焦位置、前記複数の開口の大きさ、および前記複数の開口の距離を対応付けたルックアップテーブルを格納する格納部と、
前記合焦位置、前記複数の開口の大きさ、および前記複数の開口の距離のうちいずれか１つが入力された場合に、前記ルックアップテーブルを参照して、
前記合焦位置、前記複数の開口の大きさ、および前記複数の開口の距離のうち他の２つを用いて、前記光学系および前記絞りを制御する制御部と、
をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の開口は、３以上の開口であり、
前記撮像部は、前記開口の数に応じた視差を有する画像の撮像データを出力する
請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の開口は、前記絞りの上下方向および左右方向に複数設けられる請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の開口のそれぞれの大きさおよび前記複数の開口のそれぞれの位置を独立して制御する
請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１】
合焦動作により被写体に対する合焦位置が可変な光学系と、
前記光学系の光束を絞る、複数の開口を有する絞りと、
前記光学系および前記複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像を光電変換して、視差を有する複数の画像に対応する撮像データを出力する撮像部と、
前記光学系の合焦動作とは独立して、前記複数の開口に対応する射出瞳のそれぞれの大きさおよび距離の少なくとも一方が可変な瞳制御部と
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口の大きさを直接的に変化させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口の距離を直接的に変化させる請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口を前記射出瞳に結像する、焦点位置が可変なコンデンサレンズを含み、前記コンデンサレンズの前記焦点位置に基づいて前記射出瞳の距離を変化させる請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記瞳制御部は、前記絞りの前記複数の開口を前記射出瞳に結像する、焦点距離が可変なコンデンサレンズを含み、前記コンデンサレンズの前記焦点距離に基づいて前記射出瞳の大きさを変化させる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像部は、前記複数の開口のうちの対応した開口からの被写体像をそれぞれ受光する複数の受光領域を有する
請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光学系は、少なくとも前記絞りよりも被写体側は前記複数の開口に対し共通の光学部材により形成される
請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記合焦位置、前記複数の開口の大きさ、および前記複数の開口の距離を対応付けたルックアップテーブルを格納する格納部と、
前記合焦位置、前記複数の開口の大きさ、および前記複数の開口の距離のうちいずれか１つが入力された場合に、前記ルックアップテーブルを参照して、
前記合焦位置、前記複数の開口の大きさ、および前記複数の開口の距離のうち他の２つを用いて、前記光学系および前記絞りを制御する制御部と、
をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の開口は、３以上の開口であり、
前記撮像部は、前記開口の数に応じた視差を有する画像の撮像データを出力する
請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の開口は、前記絞りの上下方向および左右方向に複数設けられる請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の開口のそれぞれの大きさおよび前記複数の開口のそれぞれの位置を独立して制御する
請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−９７２８０（Ｐ２０１３−９７２８０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１８４４（Ｐ２０１１−２４１８４４）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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