立体映像撮像用シャッタおよび立体映像撮像装置
【課題】クロストークの発生を排除しつつ、光量を確保するとともに、映像における光量の偏りを最小限に抑える。
【解決手段】立体映像撮像用シャッタ２００は、円板で形成され、２つの光路のうちの一方を通過した光束を反射させて撮像素子へ導く反射部と、２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて撮像素子へ導く通過部とを有した光束選択部２０２と、光束選択部を回転させる第１回転制御部２５０と、略平行に配された２枚の円板で形成され、光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部を有した１組の回転体２０６と、光束が通過する部分における２つの開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部２５２とを備える。
【解決手段】立体映像撮像用シャッタ２００は、円板で形成され、２つの光路のうちの一方を通過した光束を反射させて撮像素子へ導く反射部と、２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて撮像素子へ導く通過部とを有した光束選択部２０２と、光束選択部を回転させる第１回転制御部２５０と、略平行に配された２枚の円板で形成され、光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部を有した１組の回転体２０６と、光束が通過する部分における２つの開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部２５２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体映像を生成するための立体映像撮像用シャッタおよび立体映像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子シャッタ式眼鏡や偏光眼鏡等を用い、水平視差のある２つの映像のうち一方の映像を左眼に、他方の映像を右眼に視認させることで、ユーザ（観察者）に対して、あたかもオブジェクトが立体的に存在するように知覚させる立体映像の技術が、映画やテレビジョン放送等様々な映像技術に採用されている。
【０００３】
このような立体映像を生成するための技術として、左右２系統の光路中にそれぞれ個別に液晶シャッタを配置し、液晶シャッタを通過した光束を１つの三角プリズムで撮像素子の方向に反射させ、１つの撮像素子を通して水平視差のある左右２つの映像を交互に撮像する立体映像撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１）。このような立体映像撮像装置は、２つの液晶シャッタを開状態と閉状態とに時分割で交互に切り換えることで、１つの撮像素子を通して水平視差のある左右２つの映像を撮像することができる。
【０００４】
しかし、液晶シャッタは、開状態であってもその透過率は３０％程度と低く、映像に必要な光量を十分に確保することが困難であり、撮像映像が暗くなったり、Ｆ値が低下したりする等の問題を有していた。また、液晶シャッタは、閉状態であっても完全に遮光することができず、また開状態と閉状態との切り換えに時間を要する（応答速度が遅い）といった問題がある。このため、液晶シャッタを利用して立体映像を生成した場合、一方の光路を通じて取得した映像に他方の光路を通じて取得した映像が混入する、所謂クロストークが生じることがあった。
【０００５】
そこで、液晶シャッタに代え、撮像素子に対して三角プリズムの前段に機械式シャッタを設ければ、液晶シャッタに比べて十分な光量を確保しつつ、クロストークの発生を抑制できると考えられる。
【０００６】
一方、三角プリズムは、当該三角プリズムに入射した光束の光量を５０％に低減してしまう、すなわち三角プリズムが５０％開口した絞りとして機能してしまうため、左右２系統の光束をそれぞれ三角プリズムで屈折させると、それぞれの光量が５０％になってしまうという問題を有する。したがって、機械式シャッタを採用したとしても、三角プリズムを採用する場合、三角プリズムにおける光量の低減を回避することはできない。
【０００７】
そこで、シャッタと三角プリズムに代えて、一方の半円に該当する部分が反射部材で、他方の半円に該当する部分が光透過部材で構成された円板を設け、この円板を回転させ、光束を反射または通過させる技術が開示されている（例えば、特許文献２）。かかる技術は、液晶シャッタと比較してクロストークの度合いは大きいものの、クロストークが発生した期間の映像を利用しなければ、液晶シャッタを用いた場合に比べて十分な光量が確保でき、三角プリズムを用いた場合に比べて光量の低減を回避することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１９６６３号公報
【特許文献２】特開２００３−５３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献２に記載された技術では、円板が光束を撮像素子に導く状態（以下、導光状態と称する）から円板が光束を撮像素子に導かない状態（以下、遮光状態と称する）に移行するとき、反射部材と光透過部材の直線状の境界（反射部材の端部）で徐々に光束を遮っていくこととなる。光束はある程度の面積を有するため、特許文献２に記載された技術で光束を任意の方向から順次遮光していくと、遮光面の上下や左右で光量に偏りが生じてしまい、その光束を通じて得られた映像においても光量に偏りが生じてしまう。遮光状態から導光状態に移行する場合も同様に映像における光量の偏りが生じてしまう。
【００１０】
そこで本発明は、クロストークの発生を排除しつつ、光量を確保するとともに、映像における光量の偏りを最小限に抑えることが可能な、立体映像撮像用シャッタおよび立体映像撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の立体映像撮像用シャッタ（２００）は、２つの光路を通過した光束を交互に入射する立体映像撮像用シャッタであって、円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過した光束を反射させて撮像素子（１５８）へ導く反射部（２０２ａ）と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部（２０２ｂ）とを有した光束選択部（２０２）と、前記光束選択部を回転させる第１回転制御部（２５０）と、略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部（３００）を有した１組の回転体（２０６）と、前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部（２５２）とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、半径方向の開口長さが漸減するように形成されてもよい。
【００１３】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、略二等辺三角形に形成されてもよい。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の立体映像撮像装置（１００）は、２つの光路にそれぞれ配され、前記２つの光路を通過した光束を屈折させる２つの光束屈折部（１５０）と、前記光束屈折部を通過した光束を受光して映像データを生成する撮像素子（１５８）と、円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過し前記光束屈折部によって屈折した光束を反射させて前記撮像素子へ導く反射部（２０２ａ）と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部（２０２ｂ）とを有した光束選択部（２０２）と、前記光束選択部を回転させる第１回転制御部（２５０）と、略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部（３００）を有した１組の回転体（２０６）と、前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部（２５２）と、前記撮像素子が生成した映像データのうち、前記光束選択部の反射部が反射させた光束を受光して生成された映像データ、または、前記光束選択部の通過部が通過させた光束を受光して生成された映像データのいずれか一方について、反転処理を行う反転処理部（２５６）とを備えることを特徴とする。
【００１５】
前記開口部は、前記撮像素子が光電変換を行う時間分、遮光状態になるように形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、クロストークの発生を排除しつつ、光量を確保するとともに、映像における光量の偏りを最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】三角プリズムで反射される光束を説明するための説明図である。
【図２】立体映像撮像装置の概略的な機能を示した機能ブロック図である。
【図３】光束選択部を説明するための説明図である。
【図４】光束選択部の軌跡を説明するための説明図である。
【図５】回転体の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図６】回転体の他の設置例を説明するための説明図である。
【図７】回転体の開状態と閉状態とを説明するための説明図である。
【図８】立体映像撮像用シャッタの開閉動作と、撮像素子面の光量の変化を説明するための説明図である。
【図９】グローバルシャッタ方式の撮像素子の処理を説明するための説明図である。
【図１０】ローリングシャッタ方式の撮像素子の処理を説明するための説明図である。
【図１１】ローリングシャッタ方式の撮像素子の処理を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
図１は、三角プリズム１０で反射される光束を説明するための説明図である。図１では、左眼用の撮像系を通過した光束（左光束）を例に挙げて説明する。なお、図１中、左光束をＬＦ１、ＬＦ２で示し、撮像素子１６の中心をＯで示す。図１に示すように、左光束ＬＦ１、ＬＦ２は、光束屈折部１２で屈折され、三角プリズム１０で屈折され、さらに後方レンズ系１４で集光されて撮像素子１６に入射する。実際には、光束屈折部１２で反射される光束は、様々な角度から光束屈折部１２に入射されるため、光束屈折部１２で反射される光束のうち約５０％の光量は、三角プリズム１０で低減されてしまう。したがって、三角プリズムを利用した光学系では、光束屈折部に入射する光束の光量と比較して、撮像素子に入射する光束の光量が５０％になってしまうという問題があった。
【００２０】
そこで、本実施形態では、三角プリズムに代えて、反射部材を含んで構成されるシャッタとしての立体映像撮像用シャッタを採用することで、光量の低減を回避することができ、映像における光量の偏りを最小限に抑えることが可能な立体映像撮像装置を提供することを目的とする。
【００２１】
（立体映像撮像装置１００）
図２は、立体映像撮像装置１００の概略的な機能を示した機能ブロック図である。図２において、撮像部１０４は、上面から見た図を示し、光束を破線で、データの流れを実線で、制御信号の流れを一点鎖線でそれぞれ示す。図２に示すように、立体映像撮像装置１００は、操作部１０２と、撮像部１０４と、保持部１０６と、表示部１０８と、中央制御部１１０とを含んで構成される。
【００２２】
図２に示す例では、立体映像撮像装置１００において、第１光束屈折部１５０ａが配置される経路を通過する光束ＲＬＦによって右の光路が形成され、第１光束屈折部１５０ｂが配置される経路を通過する光束ＬＬＦによって左の光路が形成される。
【００２３】
操作部１０２は、レリーズスイッチを含む操作キー、十字キー、ジョイスティック、後述する表示部１０８の表示面に重畳されたタッチパネル等を含んで構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。
【００２４】
撮像部１０４は、後述する撮像制御部２５４の制御指令に応じて、映像データを生成し、その映像データを後述する保持部１０６に出力する。撮像部１０４の具体的な構成については、後に詳述する。
【００２５】
保持部１０６は、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体で構成され、中央制御部１１０の制御指令に応じて、撮像部１０４が生成した映像データを保持する。
【００２６】
表示部１０８は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成され、中央制御部１１０の制御指令に応じて、保持部１０６に保持された映像データに基づく映像や、撮像中の映像等を表示する。
【００２７】
中央制御部１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、中央制御部１１０を動作するためのプログラム等を格納したＲＯＭ、一時的なデータ保存およびワークエリアとして利用されるＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、保持部１０６や他の電子回路と協働して立体映像撮像装置１００全体を管理および制御する。また、中央制御部１１０は、第１回転制御部２５０、第２回転制御部２５２、撮像制御部２５４、反転処理部２５６としても機能する。
【００２８】
第１回転制御部２５０は、後述する立体映像撮像用シャッタ２００の構成要素の１つであり、後述する第１モータ２０４を制御して光束選択部２０２を回転させる。第２回転制御部２５２は、立体映像撮像用シャッタ２００の構成要素の１つであり、後述する第２モータ２０８（図２中、２０８ａ、２０８ｂで示す）を制御して１組の回転体２０６（各回転体は２０６ａ、２０６ｂで示す）を回転させる。撮像制御部２５４は、操作部１０２の操作入力に応じて撮像部１０４を制御する。反転処理部２５６は、撮像素子１５８が生成した映像データについて反転処理を行う。第１回転制御部２５０、第２回転制御部２５２、撮像制御部２５４、反転処理部２５６の具体的な処理については、後に詳述する。
【００２９】
ここで、上述した撮像部１０４の構成を具体的に説明すると、図２に示すように撮像部１０４は、第１光束屈折部１５０（図２中、右第１光束屈折部１５０ａ、左第１光束屈折部１５０ｂで示す）と、集光レンズ１５２（図２中、右集光レンズ１５２ａ、左集光レンズ１５２ｂで示す）と、第２光束屈折部１５４と、後方レンズ系１５６と、撮像素子１５８と、駆動回路１６０と、立体映像撮像用シャッタ２００とを含んで構成される。
【００３０】
第１光束屈折部１５０は、ミラー、プリズム等で構成され、右第１光束屈折部１５０ａは右の光路に、左第１光束屈折部１５０ｂは左の光路にそれぞれ配される。右第１光束屈折部１５０ａは、右の光路を通過した光束ＲＬＦ（以下、単に右光束ＲＬＦと称する）を右集光レンズ１５２ａの方向に屈折させ、左第１光束屈折部１５０ｂは、左の光路を通過した光束ＬＬＦ（以下、単に左光束ＬＬＦと称する）を左集光レンズ１５２ｂの方向に屈折させる。なお、本実施形態の立体映像撮像装置１００における、右の撮像系（視野）と左の撮像系（視野）とは、人間の右の眼と左の眼との幅に略等しい間隔で略平行の関係となるようにしているが、装置の設計条件によって、右の撮像系と左の撮像系との間隔は、人間の右の眼と左の眼との幅よりも広くても狭くてもよい。
【００３１】
集光レンズ１５２は、負の屈折力を有する、例えば凹レンズで構成され、右集光レンズ１５２ａは、右第１光束屈折部１５０ａによって屈折した右光束ＲＬＦを集光し、左集光レンズ１５２ｂは、左第１光束屈折部１５０ｂによって屈折した左光束ＬＬＦを集光する。
【００３２】
第２光束屈折部１５４は、右集光レンズ１５２ａで集光された右光束ＲＬＦの中心（光軸）と、左集光レンズ１５２ｂで集光された左光束ＬＬＦの中心（光軸）とが一致するように、後方レンズ系１５６の方向に屈折させる。
【００３３】
後方レンズ系１５６は、焦点調整に用いられるフォーカスレンズ、露光調整に用いられる絞り（アイリス）、撮像対象の拡大および縮小に用いられるズームレンズ等を含んで構成され、第２光束屈折部１５４から入射された光束を撮像素子１５８に結像させる。
【００３４】
撮像素子１５８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等で構成され、後方レンズ系１５６から入射された光束を受光し、光電変換（Ａ／Ｄ変換）して映像データを生成する。本実施形態において撮像素子１５８は、立体映像撮像用シャッタ２００を通過した右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとを時分割で交互に、映像信号に光電変換する。したがって、映像データは、水平視差のある右左２つの映像データが交互に配されたものとなる。
【００３５】
駆動回路１６０は、撮像制御部２５４の制御指令に応じて、後方レンズ系１５６を構成する各レンズを駆動させる。
【００３６】
（立体映像撮像用シャッタ２００）
図２に示すように、立体映像撮像用シャッタ２００は、光束選択部２０２と、１組の回転体２０６と、第１回転制御部２５０と、第２回転制御部２５２とを含んで構成される。
【００３７】
光束選択部２０２は、集光レンズ１５２と第２光束屈折部１５４との間に配され、第１回転制御部２５０の制御指令に応じて、一方の集光レンズ１５２から第２光束屈折部１５４への光束の反射と、他方の集光レンズ１５２から第２光束屈折部１５４への光束の通過を時分割で交互に切り換える。本実施形態では、光束選択部２０２が右光束ＲＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に反射し、左光束ＬＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に通過させる構成を例に挙げて説明するが、左右の関係を逆とし光束選択部２０２が左光束ＬＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に反射し、右光束ＲＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に通過させる構成を採用してもよい。
【００３８】
以下、光束選択部２０２が第２光束屈折部１５４へ光束を反射または通過させる状態を導光状態とし、第２光束屈折部１５４への光束の反射または通過を遮断する状態を遮光状態とする。
【００３９】
図３は、光束選択部２０２を説明するための説明図であり、図３（ａ）に、光束選択部２０２を右集光レンズ１５２ａ側から見た図を、図３（ｂ）に、光束選択部２０２を左集光レンズ１５２ｂ側から見た図を、図３（ｃ）、（ｄ）に、光束の動きを説明するための説明図を、図３（ｅ）に、光束選択部２０２が左光束ＬＬＦを遮光するときの様子を説明するための説明図を示す。ここで、図３（ｅ）は、光束選択部２０２が左光束ＬＬＦを遮光状態にする場合を例に挙げて説明している。なお、図３中、右光束ＲＬＦを破線で、左光束ＬＬＦを一点鎖線で示す。
【００４０】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光束選択部２０２は、円板で形成され、一方の半円に該当する部分に右光束ＲＬＦを反射させて第２光束屈折部１５４へ導く反射部２０２ａ（図３（ａ）中、グレーの塗りつぶしで示す）を有し、他方の半円に該当する部分に左光束ＬＬＦを通過させて第２光束屈折部１５４へ導く通過部２０２ｂを有している。また、図３（ｂ）に示すように、反射部２０２ａの裏面には、光束を透過させないような処理を施した遮断部２０２ｃが配されている。光束選択部２０２は、光束選択部２０２に接続された第１モータ２０４の駆動によって回転する。
【００４１】
したがって、光束選択部２０２が回転して、図３（ｃ）に示すように、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに反射部２０２ａが移動すると、右光束ＲＬＦは反射部２０２ａによって反射して第２光束屈折部１５４に到達する。一方、左光束ＬＬＦは反射部２０２ａの裏面に配された遮断部２０２ｃによって遮断され、第２光束屈折部１５４には到達しない。
【００４２】
また、光束選択部２０２が回転して、図３（ｄ）に示すように、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに通過部２０２ｂが移動すると、右光束ＲＬＦは通過部２０２ｂを通過して、反射部２０２ａが配される面を基準として第２光束屈折部１５４と対向する方向に到達するため第２光束屈折部１５４には到達しない。一方、左光束ＬＬＦは通過部２０２ｂを通過して第２光束屈折部１５４に到達する。このように、光束選択部２０２は、反射させることで一方の光束を第２光束屈折部１５４に到達させ、通過させることで他方の光束を第２光束屈折部１５４に到達させるので、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとで、光束選択部２０２から後方レンズ系１５６までの光学的な距離を等しくすることができる。
【００４３】
つまり、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに反射部２０２ａが位置している状態（通過部２０２ｂが位置していない状態）が、右光束ＲＬＦに関して導光状態であり、左光束ＬＬＦに関して遮光状態であり、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに通過部２０２ｂが位置している状態（反射部２０２ａが位置していない状態）が、右光束ＲＬＦに関して遮光状態であり、左光束ＬＬＦに関して導光状態である。
【００４４】
したがって、光束選択部２０２を回転させることで、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとで導光状態と遮光状態との位相が逆になり、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが時分割で交互に第２光束屈折部１５４に到達することになる。
【００４５】
光束選択部２０２が反射部２０２ａを備える構成により、光束を約１００％反射させることができ、三角プリズムを利用して屈折させる場合（光量が約５０％に低下する）と比較して、映像の全体的な光量の低下を防止することが可能となる。また、光束選択部２０２が通過部２０２ｂを備える構成により、光束を遮るものが存在しないため、光束を約１００％通過させることができ、三角プリズムを利用して屈折させる場合（光量が約５０％に低下する）と比較して、映像の全体的な光量の低下を防止することが可能となる。
【００４６】
第１回転制御部２５０は、撮像制御部２５４による撮像素子１５８の撮像タイミングを同期信号として扱い、第１モータ２０４を制御して、光束選択部２０２の回転制御を行う。例えば、立体映像撮像装置１００を利用してフィールドシーケンシャル方式やフレームシーケンシャル方式の映像データを生成する場合、第１回転制御部２５０は、１／３０秒ごと、または、１／６０秒ごとに後方レンズ系１５６に右光束ＲＬＦおよび左光束ＬＬＦを交互に導くように、３０回転／秒または６０回転／秒で光束選択部２０２を回転させる。こうして、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとで導光状態と遮光状態との位相が逆になる。
【００４７】
また、図３（ｅ）に示すように、左光束ＬＬＦに関して導光状態から遮光状態に移行するとき、光束選択部２０２の遮断部２０２ｃを構成する直線状の端部２０２ｄ（通過部２０２ｂを構成する直線状の端部でもある）で左光束ＬＬＦを徐々に遮る。したがって、光束選択部２０２の導光状態から遮光状態（光束の反射する状態から反射させない状態、または、光束の通過状態から遮光状態）への移行期間において光束は、直線状の端部２０２ｄで徐々に遮られ、遮光状態から導光状態（光束を反射させない状態から反射させる状態、または、光束の遮光状態から通過状態）への移行期間において、直線状の端部２０２ｄで徐々に光束の通過面積が増加することになる。
【００４８】
図４は、光束選択部２０２の軌跡を説明するための説明図である。図４中、端部２０２ｄは、Ｒ１〜Ｒ５の順で光束を遮光するものとし、端部２０２ｄがＲ１の位置にあるときは導光状態であり、Ｒ５の位置にあるときは遮光状態である。図４（ａ）に示すように、直線状の端部２０２ｄが、回転軸Ｐを回転中心としてＲ１からＲ２の位置に移動して光束を遮ると、図４（ｂ）に示すように、光束の上部が遮光される（図４中、遮光部分を黒い塗りつぶしで示す）ことになる。このとき、撮像素子１５８に到達する光束は、上部が欠けた状態となり、上下および左右で光量に偏りが生じてしまう。
【００４９】
また、直線状の端部２０２ｄが、Ｒ２からＲ３の位置に移動して光束を遮ると、図４（ｃ）に示すように、光束の上半分が遮光されることになる。このとき、撮像素子１５８に到達する光束は、上半分が欠けた状態となり、左右で光量の偏りは生じないものの、上半分は、光量がほとんど得られないことになってしまう。
【００５０】
さらに直線状の端部２０２ｄが、Ｒ３からＲ４の位置に移動して光束を遮ると、図４（ｄ）に示すように、光束の下部のみが通過することになる。このとき、撮像素子１５８に到達する光束は、下部のみの状態となり、上下および左右で光量に偏りが生じてしまう。このような、光量に偏りが生じる現象は、光束選択部２０２の遮光状態から導光状態への移行期間でも発生する。
【００５１】
このように、光束を任意の方向から直線状の端部２０２ｄで順次遮光していくと、遮光面の上下や左右で光量に偏りが生じてしまい、撮像素子１５８を構成する各画素が、同時に露光が開始できず、生成される映像データに露光ムラが発生する。また、撮像素子１５８に均一な像が結像できなくなってしまうという問題もある。したがって、光束選択部２０２が完全に導光状態になっている間しか映像データを生成することができず、映像の全体的な光量が低下する原因となっていた。
【００５２】
また、直線状の端部２０２ｄが光束を跨いでいる期間は、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在して第２光束屈折部１５４に導光するため、この期間の光束を撮像素子１５８で結像させるとクロストークが生じてしまう。
【００５３】
そこで、本実施形態では、光束選択部２０２の後段に、１組の回転体２０６を配することで、光量の偏りを最小限に抑え、クロストークを排除する。
【００５４】
図５は、回転体２０６の具体的な構成を説明するための説明図である。図５に示すように、１組の回転体２０６は、略平行に配された２枚の円板で形成され、光束選択部２０２が反射または通過させ、第２光束屈折部１５４が屈折させた２つの光束（右光束ＲＬＦ、左光束ＬＬＦ）を通過させるための開口部３００（図５中、３００ａ、３００ｂで示す）を有している。
【００５５】
また、１組の回転体２０６を構成する回転体２０６ａの開口部３００ａの端部と、１組の回転体２０６を構成する回転体２０６ｂの開口部３００ｂの端部とが光束の中心を通るように、回転体２０６ａ、２０６ｂを第２モータ２０８に固定する（図２参照）。
【００５６】
図５に示すように、回転体２０６ａおよび回転体２０６ｂは、遮光性を有する樹脂等で構成された本体３０２（図５中、３０２ａ、３０２ｂで示す）と、開口部３００とを含んで構成され、第２モータ２０８の駆動によって、回転軸Ｐを中心に、同一の回転角速度で逆方向に回転する。図５に示すように、開口部３００は、略矩形形状であり、その長手方向が回転体２０６ａ、２０６ｂの回転方向に配されている。図２に示す例では、第２モータ２０８ａ、２０８ｂが回転体２０６ａと回転体２０６ｂとを逆方向に回転させる。
【００５７】
図６は、１組の回転体２０６の他の設置例を説明するための説明図である。図６に示す例では、第２回転制御部２５２の制御指令に応じて、第２モータ２０８ａは回転体２０６ａを、第２モータ２０８ｂは円板２０４ｂを、同一の回転角速度で同一方向に回転させる。
【００５８】
また、回転体２０６ａの開口部３００ａと回転体２０６ｂの開口部３００ｂとは、所定の時点で対向する位置に配されるように設置される。
【００５９】
したがって、本実施形態にかかる回転体２０６は、光束選択部２０２が反射または通過させ、第２光束屈折部１５４が屈折させた光束に、回転体２０６ａの開口部３００ａと回転体２０６ｂの開口部３００ｂとが重畳したときが開状態となり、開口部３００同士が重畳していないときは閉状態となる。なお、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間は、光束を後方レンズ系１５６に到達させないように、すなわち閉状態となるように、回転体２０６ａ、２０６ｂの開口部３００ａ、３００ｂの円周方向の長さＭを設定する。円周方向の長さＭの設定については、後に詳述する。
【００６０】
第２回転制御部２５２は、第２モータ２０８を制御し、光束が通過する部分における２つの開口部３００の移動方向が互いに逆方向となるように、回転体２０６ａと回転体２０６ｂを同一の回転角速度で回転させる。
【００６１】
図７は、回転体２０６の閉状態から開状態への移行期間における開口部３００ａ、３００ｂの変化態様、または開状態から閉状態への移行期間における開口部３００ａ、３００ｂの変化態様を説明するための説明図である。図７では、開口部３００同士の重畳部分を通過した光束をハッチングで示す。なお、閉状態から開状態への移行期間は、図７（ａ）から図７（ｄ）の順で進行し、開状態から閉状態への移行期間は、図７（ｄ）から図７（ａ）の順で進行する。ここでは、回転体２０６の閉状態から開状態への移行期間を例に挙げて説明する。また、回転体２０６ａは図７における反時計回りに、回転体２０６ｂは図７における時計回りに回転するものとする。
【００６２】
図７（ａ）に示す状態において、回転体２０６ａの開口部３００ａと、回転体２０６ｂの開口部３００ｂとがそれぞれ光束を跨いでいるものの、開口部３００同士が重畳していないため光束は後方レンズ系１５６に到達しない。
【００６３】
図７（ａ）に示す状態から徐々に、開口部３００同士が重畳し始め、図７（ｂ）に示す状態になると、開口部３００ａと開口部３００ｂとが重畳し始め、重畳部分で光束が通過する。
【００６４】
本実施形態にかかる回転体２０６の円周方向における開口部３００の端部形状は、半径方向の開口長さが漸減するように形成されている。ここでは、開口部３００の円周方向の端部形状は、略二等辺三角形に形成されている。また、図７（ａ）に示すように開口部３００ａの端部３１０ａと開口部３００ｂの端部３１０ｂとが光束の中心Ｒを通るように、回転体２０６ａ、２０６ｂを第２モータ２０８ａ、２０８ｂに固定する。
【００６５】
これにより、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、１組の回転体２０６が回転することで、２つの開口部３００同士の重畳部分が、光束の中心から外側に向かって拡大されるように形成されることになる。したがって、１組の回転体２０６を通過し、撮像素子１５８に到達する光束は、上下方向にも左右方向にもほとんど偏りが生じず、光量が略均一な映像データを得ることができる。
【００６６】
また、開状態から閉状態への移行期間も、閉状態から開状態への移行期間と同様に、１組の回転体２０６が回転することにより、２つの開口部３００同士の重畳部分が、外側から光束中心に向かって縮小されるように形成されることになる。
【００６７】
上述したように、１組の回転体２０６の本体３０２は、遮光性を有する樹脂等で形成されているため、閉状態において、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間に光束選択部２０２が反射または通過させた光束を完全に遮光することができる。
【００６８】
また、半径方向の開口長さが漸減するように開口部３００の端部形状が形成されているため、回転体２０６の開口部３００を通過した光束には、上下や左右で光量に偏りが生じない。したがって、光量の偏りがほとんど無く、クロストークの発生を確実に排除することが可能となる。
【００６９】
本実施形態では、開口部３００の円周方向の端部形状は、略二等辺三角形に形成されている例について説明したが、これに限定されず、開口部３００の円周方向と半径方向とが直交する直線状に形成されてもよい。この場合であっても、１組の回転体２０６が回転することにより、１組の開口部３００同士の重畳部分が、光束中心から外側に向かって拡大されるように形成されることになるため、回転体２０６を通過し、撮像素子１５８に到達する光束における上下方向または左右方向の偏りを大幅に低減することができる。
【００７０】
図８は、光束選択部２０２の導光遮光動作と、回転体２０６の開閉動作とを説明するための説明図であり、横軸に時間を縦軸に光量または回転部２０６の開閉状態を示す。図８中、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間をＡで、回転体２０６の開状態から閉状態への移行期間をＢで、閉状態から開状態への移行期間をＣで、回転体２０６が閉状態である期間をＤで示す。また、開状態は、図７（ｃ）、（ｄ）で示す、光束がすべて回転体２０６を通過する状態を指す。
【００７１】
図８に示すように、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間Ａ、すなわち右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在する期間は、回転体２０６が閉状態の期間Ｄであるため、右光束ＲＬＦおよび左光束ＬＬＦが両方とも撮像素子１５８に到達している期間は皆無となり、クロストークの発生がないことが分かる。
【００７２】
また、光束選択部２０２が導光状態である期間に、回転体２０６の移行期間Ｂ、Ｃを含むが、本実施形態にかかる回転体２０６は、開口部３００同士の重畳部分が、光束中心から外側に向かって拡大されるように形成されるため、撮像素子１５８面の光量の偏りがない。したがって、移行期間Ｂ、Ｃに生成した映像データも、光量の偏りによって生じる露光ムラがないため、映像データとして利用することができる。
【００７３】
図１に戻って、中央制御部１１０の構成について説明すると、撮像制御部２５４は、撮像部１０４を制御する。例えば、撮像制御部２５４は、適切な映像データが得られるように、撮像素子１５８および駆動回路１６０を駆動する。また、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８から映像データを読み出し、保持部１０６に保持させる。さらに、撮像制御部２５４は、撮像タイミング（撮像開始タイミングおよび撮像終了タイミング）を第１回転制御部２５０に伝達する。
【００７４】
図８を参照して、撮像制御部２５４の制御処理について説明する。なお、ここでは、撮像素子１５８を構成する全画素を一度に読み出すことができるグローバルシャッタ方式を例に挙げて説明する。図８に示す、時刻ｔ１の時点から、撮像素子１５８において、左光束ＬＬＦの露光が開始される。本実施形態の立体映像撮像用シャッタ２００を利用すれば、図８に示す移行期間Ｃにおいても、撮像素子１５８面の光量に偏りがないため、時刻ｔ１から所定の露光時間経過後に、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８から全画素を同時に読み出すことができる。例えば、光量が十分である明るい被写体を撮像する場合であって、露光時間を短くする場合は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間の任意の時点で、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８の全画素を同時に読み出す。撮像対象（被写体）が暗い場合や、後方レンズ系１５６の絞りを絞って被写界深度を深くする場合等、露光時間の最大限の利用が望まれる場合は、時刻ｔ２の時点で、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８の全画素を同時に読み出す。この場合の読み出しタイミングは、時刻ｔ２以降であって閉状態の期間Ｄの終了前であれば、任意の時刻でもよい。
【００７５】
一方、図８に示す、時刻ｔ３の時点から、撮像素子１５８において、右光束ＲＬＦの露光が開始される。時刻ｔ３の直前までは、左光束ＬＬＦが撮像素子１５８面に結像しているため、クロストークを排除するため、撮像制御部２５４は、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間（閉状態の期間Ｄ）に、一旦撮像素子１５８から全画素を読み出し、映像データを破棄する。これにより、撮像素子１５８における、新たな右光束ＲＬＦに関する電荷の蓄積が開始され、左光束ＬＬＦの映像の混入を防ぐことができる。
【００７６】
図９は、グローバルシャッタ方式の撮像素子１５８の処理を説明するための説明図である。図９では、ｎライン（図９中、Ｌ１〜Ｌｎで示す）のＣＭＯＳで構成された撮像素子１５８を例に挙げ、図９（ａ）は、露光時間および読み出し時間が１／２４０秒の例を、図９（ｂ）は、露光時間が３／４８０秒、読み出し時間が１／４８０秒の例をそれぞれ示す。
【００７７】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、グローバルシャッタ方式の撮像素子１５８を採用する場合、読み出しを行っている最中に露光するとクロストークが発生してしまうので、開状態から閉状態への移行期間Ｂが終了してから全画素の読み出しを行う必要がある。そこで、開状態から閉状態への移行期間Ｂの終了後に全画素を読み出すための読み出し時間を確保するために、かかる読み出し時間以上の閉状態の期間Ｄが必要となる。つまり、図９（ａ）に示す例では、閉状態の期間Ｄは少なくとも１／２４０秒必要であり、図９（ｂ）に示す例では、閉状態の期間Ｄは少なくとも１／４８０秒必要である。
【００７８】
したがって、まず読み出し時間（撮像素子１５８が光電変換を行う時間）を算出し、算出した読み出し時間以上の閉状態の期間Ｄをとれるように、開口部３００の円周方向の長さＭ（Ｍは角度（例えば、０度〜３２０度等）で表すこともできる）を決定する（図５参照）。このようにして、閉状態の期間Ｄを読み出し時間として利用することができる。
【００７９】
一方、撮像素子１５８から全画素を同時に読み出せない、ローリングシャッタ方式の場合、グローバルシャッタ方式と比較して、全画素の読み出しに時間を要する。
【００８０】
図１０、１１は、ローリングシャッタ方式の撮像素子１５８の処理を説明するための説明図である。図１０、１１では、ｎライン（図１０中、Ｌ１〜Ｌｎで示す）のＣＭＯＳで構成された撮像素子１５８を例に挙げて説明し、図１０（ａ）は、２Ｄ映像を撮像する場合のローリングシャッタ方式の撮像素子１５８の処理を、図１０（ｂ）は、閉状態の期間Ｄを設けず、露光時間および読み出し時間が１／１２０秒の例を、図１１（ａ）は、閉状態の期間Ｄを設けず、露光時間および読み出し時間が１／２４０秒の例を、図１１（ｂ）は、閉状態の期間Ｄを設け、露光時間が１／２４０秒、読み出し時間が１／４８０秒の例をそれぞれ説明する。
【００８１】
図１０（ａ）に示すように、２Ｄ映像を撮像する場合、撮像素子１５８に結像する光束は常に同一（図１０（ａ）中、白抜きで示す）であるため、撮像素子１５８は常時露光させておき、一定間隔で読み出しを開始し、各画素において読み出しから次の読み出しまでの時間が同じになるようにすれば、読み出し後の各画素の露光時間を、全画素で均一にすることができる。
【００８２】
しかし、立体映像撮像装置１００でこのような読み出しタイミングで読み出しを行うと、読み出した映像データには、図１０（ｂ）に示すように、左光束ＬＬＦ（図１０（ｂ）中、白抜きで示す）に、右光束ＲＬＦ（図１０（ｂ）中、グレーで示す）が、右光束ＲＬＦに左光束ＬＬＦが混入してしまい、クロストークが生じてしまう。
【００８３】
図１１（ａ）に示すように、光束が回転体２０６を通過している期間の前半分（図１１（ａ）の例では、１／２４０秒）を露光時間とし、後半分を読み出し時間とすることで、映像データにおけるクロストークの発生を排除することができる。しかし、この場合、読み出しと露光の切り換わりが遅いと、多少なりともクロストークが生じてしまうおそれがある。
【００８４】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、読み出し時間の完了時点が多少遅延したとしても閉状態の期間Ｄで吸収することができ、ローリングシャッタ方式であっても確実にクロストークを排除することが可能となる。
【００８５】
図８を参照して説明すると、ローリングシャッタ方式の撮像素子１５８を利用する場合、時刻ｔ１の時点から左光束ＬＬＦの露光が開始される。その前の閉状態の期間Ｄに、すでに全画素を読み出しておけば、右光束ＲＬＦの影響を受けることはない。また、時刻ｔ１で全画素の露光結果のリセットを行ってもよい。
【００８６】
また、後方レンズ系１５６の絞りを適切な状態にして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの左光束ＬＬＦを露光可能な時間全体で撮像素子１５８を露光させてもよいが、撮像対象が明るすぎる場合、または絞りを開いて被写界深度を浅くしたい場合、露光期間を短くする必要がある。この場合、開状態の期間の任意の時刻で露光結果のリセットを行うことで、露光の開始時点を遅らせ、露光期間を、そのリセットした時刻から時刻ｔ２までの時間にすることができる。
【００８７】
したがって、本実施形態の立体映像撮像用シャッタ２００を利用すれば、図８に示す移行期間Ｂにおいても、撮像素子１５８面の光量に偏りがないため、リセットした時刻から時刻ｔ２の間を露光時間として撮像素子１５８から各画素を順次読み出すことができる。そして時刻ｔ３から右光束ＲＬＦの露光を開始する。
【００８８】
なお、ここでは、左右片側の映像を毎秒６０コマで撮像するフレームシーケンシャル方式を例に挙げて説明したが、撮像素子１５８からの読み出しをより高速に行える場合、光束選択部２０２の回転数を上げることで撮像コマ数を増加させることが可能である。また撮像時は、コマ数が４倍や８倍となるような速度で撮像し、それを通常速度で再生することで、１／４や１／８のスローモーションで再生することもできる。従来の液晶シャッタを用いた立体映像撮像装置では、液晶シャッタの応答速度が遅いため、このような処理が実現不可能であったり、コスト的に困難であったりする。しかし、立体映像撮像装置１００の立体映像撮像用シャッタ２００によれば、単位時間あたりの光束選択部２０２の回転数を上げるだけで、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦの切り換え速度を上げることができる。
【００８９】
反転処理部２５６は、撮像素子１５８が生成した映像データのうち、光束選択部２０２の反射部２０２ａが反射させた光束（ここでは、右光束ＲＬＦ）を受光して生成された映像データ、または、光束選択部２０２の通過部２０２０ｂが通過させた光束（ここでは、左光束ＬＬＦ）を受光して生成された映像データについての追加の反転処理を行う。
【００９０】
ここでは、反転処理部２５６が、右光束ＲＬＦを受光して生成された映像データについて左右の反転処理を行う。本実施形態において、通過部２０２ｂが第２光束屈折部１５４の方向へ通過させた光束（ここでは、左光束ＬＬＦ）に基づいて生成された映像データは、何らの処理を行う必要はないが、反射部２０２ａで反射された右光束ＲＬＦは、左右が反転して第２光束屈折部１５４に到達するため右光束ＲＬＦに基づく映像データは左右が反転した状態になっている。
【００９１】
そこで、反転処理部２５６が、反射部２０２ａが反射させた光束を受光して生成された映像データについて左右の反転処理を行うことで、反転された映像データを正しい状態の映像データに補正することができる。
【００９２】
また、立体映像撮像装置１００において、２Ｄ映像を撮像する場合、第１回転制御部２５０は、右光束ＲＬＦまたは左光束ＬＬＦのいずれか一方が導光状態となる位置で光束選択部２０２の回転を停止し、第２回転制御部２５２は、開状態となる位置で回転体２０６を固定すればよい。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態にかかる立体映像撮像用シャッタ２００によれば、液晶シャッタと三角プリズムを利用する構成と比較して光量の減衰がない。また、閉状態では光束の透過率は０％であるためクロストークの発生を回避することが可能となる。
【００９４】
さらに、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間は、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在した光束が第２光束屈折部１５４に到達するが、第２光束屈折部１５４の後段に回転体２０６を設けることで、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在した光束を確実に排除することができる。また、回転体２０６の開口部３００同士の重畳部分が、光束中心から外側に向かって拡大されるように形成されることになるため、第２光束屈折部１５４から回転体２０６を通過し、撮像素子１５８に到達する光束は、上下方向にも左右方向にもほとんど偏りが生じず、光量が略均一な映像データを得ることができる。
【００９５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、立体映像を生成するための立体映像撮像用シャッタおよび立体映像撮像装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１００ …立体映像撮像装置
１５０ …第１光束屈折部
１５２ …集光レンズ
１５４ …第２光束屈折部
１５６ …後方レンズ系
１５８ …撮像素子
２００ …立体映像撮像用シャッタ
２０２ …光束選択部
２０２ａ …反射部
２０２ｂ …通過部
２０６ …回転体
２０６ａ …円板
２０６ｂ …円板
２５０ …第１回転制御部
２５２ …第２回転制御部
２５４ …撮像制御部
２５６ …反転処理部
３００ …開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体映像を生成するための立体映像撮像用シャッタおよび立体映像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子シャッタ式眼鏡や偏光眼鏡等を用い、水平視差のある２つの映像のうち一方の映像を左眼に、他方の映像を右眼に視認させることで、ユーザ（観察者）に対して、あたかもオブジェクトが立体的に存在するように知覚させる立体映像の技術が、映画やテレビジョン放送等様々な映像技術に採用されている。
【０００３】
このような立体映像を生成するための技術として、左右２系統の光路中にそれぞれ個別に液晶シャッタを配置し、液晶シャッタを通過した光束を１つの三角プリズムで撮像素子の方向に反射させ、１つの撮像素子を通して水平視差のある左右２つの映像を交互に撮像する立体映像撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１）。このような立体映像撮像装置は、２つの液晶シャッタを開状態と閉状態とに時分割で交互に切り換えることで、１つの撮像素子を通して水平視差のある左右２つの映像を撮像することができる。
【０００４】
しかし、液晶シャッタは、開状態であってもその透過率は３０％程度と低く、映像に必要な光量を十分に確保することが困難であり、撮像映像が暗くなったり、Ｆ値が低下したりする等の問題を有していた。また、液晶シャッタは、閉状態であっても完全に遮光することができず、また開状態と閉状態との切り換えに時間を要する（応答速度が遅い）といった問題がある。このため、液晶シャッタを利用して立体映像を生成した場合、一方の光路を通じて取得した映像に他方の光路を通じて取得した映像が混入する、所謂クロストークが生じることがあった。
【０００５】
そこで、液晶シャッタに代え、撮像素子に対して三角プリズムの前段に機械式シャッタを設ければ、液晶シャッタに比べて十分な光量を確保しつつ、クロストークの発生を抑制できると考えられる。
【０００６】
一方、三角プリズムは、当該三角プリズムに入射した光束の光量を５０％に低減してしまう、すなわち三角プリズムが５０％開口した絞りとして機能してしまうため、左右２系統の光束をそれぞれ三角プリズムで屈折させると、それぞれの光量が５０％になってしまうという問題を有する。したがって、機械式シャッタを採用したとしても、三角プリズムを採用する場合、三角プリズムにおける光量の低減を回避することはできない。
【０００７】
そこで、シャッタと三角プリズムに代えて、一方の半円に該当する部分が反射部材で、他方の半円に該当する部分が光透過部材で構成された円板を設け、この円板を回転させ、光束を反射または通過させる技術が開示されている（例えば、特許文献２）。かかる技術は、液晶シャッタと比較してクロストークの度合いは大きいものの、クロストークが発生した期間の映像を利用しなければ、液晶シャッタを用いた場合に比べて十分な光量が確保でき、三角プリズムを用いた場合に比べて光量の低減を回避することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１９６６３号公報
【特許文献２】特開２００３−５３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献２に記載された技術では、円板が光束を撮像素子に導く状態（以下、導光状態と称する）から円板が光束を撮像素子に導かない状態（以下、遮光状態と称する）に移行するとき、反射部材と光透過部材の直線状の境界（反射部材の端部）で徐々に光束を遮っていくこととなる。光束はある程度の面積を有するため、特許文献２に記載された技術で光束を任意の方向から順次遮光していくと、遮光面の上下や左右で光量に偏りが生じてしまい、その光束を通じて得られた映像においても光量に偏りが生じてしまう。遮光状態から導光状態に移行する場合も同様に映像における光量の偏りが生じてしまう。
【００１０】
そこで本発明は、クロストークの発生を排除しつつ、光量を確保するとともに、映像における光量の偏りを最小限に抑えることが可能な、立体映像撮像用シャッタおよび立体映像撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の立体映像撮像用シャッタ（２００）は、２つの光路を通過した光束を交互に入射する立体映像撮像用シャッタであって、円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過した光束を反射させて撮像素子（１５８）へ導く反射部（２０２ａ）と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部（２０２ｂ）とを有した光束選択部（２０２）と、前記光束選択部を回転させる第１回転制御部（２５０）と、略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部（３００）を有した１組の回転体（２０６）と、前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部（２５２）とを備えることを特徴とする。
【００１２】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、半径方向の開口長さが漸減するように形成されてもよい。
【００１３】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、略二等辺三角形に形成されてもよい。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の立体映像撮像装置（１００）は、２つの光路にそれぞれ配され、前記２つの光路を通過した光束を屈折させる２つの光束屈折部（１５０）と、前記光束屈折部を通過した光束を受光して映像データを生成する撮像素子（１５８）と、円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過し前記光束屈折部によって屈折した光束を反射させて前記撮像素子へ導く反射部（２０２ａ）と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部（２０２ｂ）とを有した光束選択部（２０２）と、前記光束選択部を回転させる第１回転制御部（２５０）と、略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部（３００）を有した１組の回転体（２０６）と、前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部（２５２）と、前記撮像素子が生成した映像データのうち、前記光束選択部の反射部が反射させた光束を受光して生成された映像データ、または、前記光束選択部の通過部が通過させた光束を受光して生成された映像データのいずれか一方について、反転処理を行う反転処理部（２５６）とを備えることを特徴とする。
【００１５】
前記開口部は、前記撮像素子が光電変換を行う時間分、遮光状態になるように形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、クロストークの発生を排除しつつ、光量を確保するとともに、映像における光量の偏りを最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】三角プリズムで反射される光束を説明するための説明図である。
【図２】立体映像撮像装置の概略的な機能を示した機能ブロック図である。
【図３】光束選択部を説明するための説明図である。
【図４】光束選択部の軌跡を説明するための説明図である。
【図５】回転体の具体的な構成を説明するための説明図である。
【図６】回転体の他の設置例を説明するための説明図である。
【図７】回転体の開状態と閉状態とを説明するための説明図である。
【図８】立体映像撮像用シャッタの開閉動作と、撮像素子面の光量の変化を説明するための説明図である。
【図９】グローバルシャッタ方式の撮像素子の処理を説明するための説明図である。
【図１０】ローリングシャッタ方式の撮像素子の処理を説明するための説明図である。
【図１１】ローリングシャッタ方式の撮像素子の処理を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
図１は、三角プリズム１０で反射される光束を説明するための説明図である。図１では、左眼用の撮像系を通過した光束（左光束）を例に挙げて説明する。なお、図１中、左光束をＬＦ１、ＬＦ２で示し、撮像素子１６の中心をＯで示す。図１に示すように、左光束ＬＦ１、ＬＦ２は、光束屈折部１２で屈折され、三角プリズム１０で屈折され、さらに後方レンズ系１４で集光されて撮像素子１６に入射する。実際には、光束屈折部１２で反射される光束は、様々な角度から光束屈折部１２に入射されるため、光束屈折部１２で反射される光束のうち約５０％の光量は、三角プリズム１０で低減されてしまう。したがって、三角プリズムを利用した光学系では、光束屈折部に入射する光束の光量と比較して、撮像素子に入射する光束の光量が５０％になってしまうという問題があった。
【００２０】
そこで、本実施形態では、三角プリズムに代えて、反射部材を含んで構成されるシャッタとしての立体映像撮像用シャッタを採用することで、光量の低減を回避することができ、映像における光量の偏りを最小限に抑えることが可能な立体映像撮像装置を提供することを目的とする。
【００２１】
（立体映像撮像装置１００）
図２は、立体映像撮像装置１００の概略的な機能を示した機能ブロック図である。図２において、撮像部１０４は、上面から見た図を示し、光束を破線で、データの流れを実線で、制御信号の流れを一点鎖線でそれぞれ示す。図２に示すように、立体映像撮像装置１００は、操作部１０２と、撮像部１０４と、保持部１０６と、表示部１０８と、中央制御部１１０とを含んで構成される。
【００２２】
図２に示す例では、立体映像撮像装置１００において、第１光束屈折部１５０ａが配置される経路を通過する光束ＲＬＦによって右の光路が形成され、第１光束屈折部１５０ｂが配置される経路を通過する光束ＬＬＦによって左の光路が形成される。
【００２３】
操作部１０２は、レリーズスイッチを含む操作キー、十字キー、ジョイスティック、後述する表示部１０８の表示面に重畳されたタッチパネル等を含んで構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。
【００２４】
撮像部１０４は、後述する撮像制御部２５４の制御指令に応じて、映像データを生成し、その映像データを後述する保持部１０６に出力する。撮像部１０４の具体的な構成については、後に詳述する。
【００２５】
保持部１０６は、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶媒体で構成され、中央制御部１１０の制御指令に応じて、撮像部１０４が生成した映像データを保持する。
【００２６】
表示部１０８は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成され、中央制御部１１０の制御指令に応じて、保持部１０６に保持された映像データに基づく映像や、撮像中の映像等を表示する。
【００２７】
中央制御部１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、中央制御部１１０を動作するためのプログラム等を格納したＲＯＭ、一時的なデータ保存およびワークエリアとして利用されるＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、保持部１０６や他の電子回路と協働して立体映像撮像装置１００全体を管理および制御する。また、中央制御部１１０は、第１回転制御部２５０、第２回転制御部２５２、撮像制御部２５４、反転処理部２５６としても機能する。
【００２８】
第１回転制御部２５０は、後述する立体映像撮像用シャッタ２００の構成要素の１つであり、後述する第１モータ２０４を制御して光束選択部２０２を回転させる。第２回転制御部２５２は、立体映像撮像用シャッタ２００の構成要素の１つであり、後述する第２モータ２０８（図２中、２０８ａ、２０８ｂで示す）を制御して１組の回転体２０６（各回転体は２０６ａ、２０６ｂで示す）を回転させる。撮像制御部２５４は、操作部１０２の操作入力に応じて撮像部１０４を制御する。反転処理部２５６は、撮像素子１５８が生成した映像データについて反転処理を行う。第１回転制御部２５０、第２回転制御部２５２、撮像制御部２５４、反転処理部２５６の具体的な処理については、後に詳述する。
【００２９】
ここで、上述した撮像部１０４の構成を具体的に説明すると、図２に示すように撮像部１０４は、第１光束屈折部１５０（図２中、右第１光束屈折部１５０ａ、左第１光束屈折部１５０ｂで示す）と、集光レンズ１５２（図２中、右集光レンズ１５２ａ、左集光レンズ１５２ｂで示す）と、第２光束屈折部１５４と、後方レンズ系１５６と、撮像素子１５８と、駆動回路１６０と、立体映像撮像用シャッタ２００とを含んで構成される。
【００３０】
第１光束屈折部１５０は、ミラー、プリズム等で構成され、右第１光束屈折部１５０ａは右の光路に、左第１光束屈折部１５０ｂは左の光路にそれぞれ配される。右第１光束屈折部１５０ａは、右の光路を通過した光束ＲＬＦ（以下、単に右光束ＲＬＦと称する）を右集光レンズ１５２ａの方向に屈折させ、左第１光束屈折部１５０ｂは、左の光路を通過した光束ＬＬＦ（以下、単に左光束ＬＬＦと称する）を左集光レンズ１５２ｂの方向に屈折させる。なお、本実施形態の立体映像撮像装置１００における、右の撮像系（視野）と左の撮像系（視野）とは、人間の右の眼と左の眼との幅に略等しい間隔で略平行の関係となるようにしているが、装置の設計条件によって、右の撮像系と左の撮像系との間隔は、人間の右の眼と左の眼との幅よりも広くても狭くてもよい。
【００３１】
集光レンズ１５２は、負の屈折力を有する、例えば凹レンズで構成され、右集光レンズ１５２ａは、右第１光束屈折部１５０ａによって屈折した右光束ＲＬＦを集光し、左集光レンズ１５２ｂは、左第１光束屈折部１５０ｂによって屈折した左光束ＬＬＦを集光する。
【００３２】
第２光束屈折部１５４は、右集光レンズ１５２ａで集光された右光束ＲＬＦの中心（光軸）と、左集光レンズ１５２ｂで集光された左光束ＬＬＦの中心（光軸）とが一致するように、後方レンズ系１５６の方向に屈折させる。
【００３３】
後方レンズ系１５６は、焦点調整に用いられるフォーカスレンズ、露光調整に用いられる絞り（アイリス）、撮像対象の拡大および縮小に用いられるズームレンズ等を含んで構成され、第２光束屈折部１５４から入射された光束を撮像素子１５８に結像させる。
【００３４】
撮像素子１５８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等で構成され、後方レンズ系１５６から入射された光束を受光し、光電変換（Ａ／Ｄ変換）して映像データを生成する。本実施形態において撮像素子１５８は、立体映像撮像用シャッタ２００を通過した右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとを時分割で交互に、映像信号に光電変換する。したがって、映像データは、水平視差のある右左２つの映像データが交互に配されたものとなる。
【００３５】
駆動回路１６０は、撮像制御部２５４の制御指令に応じて、後方レンズ系１５６を構成する各レンズを駆動させる。
【００３６】
（立体映像撮像用シャッタ２００）
図２に示すように、立体映像撮像用シャッタ２００は、光束選択部２０２と、１組の回転体２０６と、第１回転制御部２５０と、第２回転制御部２５２とを含んで構成される。
【００３７】
光束選択部２０２は、集光レンズ１５２と第２光束屈折部１５４との間に配され、第１回転制御部２５０の制御指令に応じて、一方の集光レンズ１５２から第２光束屈折部１５４への光束の反射と、他方の集光レンズ１５２から第２光束屈折部１５４への光束の通過を時分割で交互に切り換える。本実施形態では、光束選択部２０２が右光束ＲＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に反射し、左光束ＬＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に通過させる構成を例に挙げて説明するが、左右の関係を逆とし光束選択部２０２が左光束ＬＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に反射し、右光束ＲＬＦを第２光束屈折部１５４の方向に通過させる構成を採用してもよい。
【００３８】
以下、光束選択部２０２が第２光束屈折部１５４へ光束を反射または通過させる状態を導光状態とし、第２光束屈折部１５４への光束の反射または通過を遮断する状態を遮光状態とする。
【００３９】
図３は、光束選択部２０２を説明するための説明図であり、図３（ａ）に、光束選択部２０２を右集光レンズ１５２ａ側から見た図を、図３（ｂ）に、光束選択部２０２を左集光レンズ１５２ｂ側から見た図を、図３（ｃ）、（ｄ）に、光束の動きを説明するための説明図を、図３（ｅ）に、光束選択部２０２が左光束ＬＬＦを遮光するときの様子を説明するための説明図を示す。ここで、図３（ｅ）は、光束選択部２０２が左光束ＬＬＦを遮光状態にする場合を例に挙げて説明している。なお、図３中、右光束ＲＬＦを破線で、左光束ＬＬＦを一点鎖線で示す。
【００４０】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光束選択部２０２は、円板で形成され、一方の半円に該当する部分に右光束ＲＬＦを反射させて第２光束屈折部１５４へ導く反射部２０２ａ（図３（ａ）中、グレーの塗りつぶしで示す）を有し、他方の半円に該当する部分に左光束ＬＬＦを通過させて第２光束屈折部１５４へ導く通過部２０２ｂを有している。また、図３（ｂ）に示すように、反射部２０２ａの裏面には、光束を透過させないような処理を施した遮断部２０２ｃが配されている。光束選択部２０２は、光束選択部２０２に接続された第１モータ２０４の駆動によって回転する。
【００４１】
したがって、光束選択部２０２が回転して、図３（ｃ）に示すように、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに反射部２０２ａが移動すると、右光束ＲＬＦは反射部２０２ａによって反射して第２光束屈折部１５４に到達する。一方、左光束ＬＬＦは反射部２０２ａの裏面に配された遮断部２０２ｃによって遮断され、第２光束屈折部１５４には到達しない。
【００４２】
また、光束選択部２０２が回転して、図３（ｄ）に示すように、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに通過部２０２ｂが移動すると、右光束ＲＬＦは通過部２０２ｂを通過して、反射部２０２ａが配される面を基準として第２光束屈折部１５４と対向する方向に到達するため第２光束屈折部１５４には到達しない。一方、左光束ＬＬＦは通過部２０２ｂを通過して第２光束屈折部１５４に到達する。このように、光束選択部２０２は、反射させることで一方の光束を第２光束屈折部１５４に到達させ、通過させることで他方の光束を第２光束屈折部１５４に到達させるので、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとで、光束選択部２０２から後方レンズ系１５６までの光学的な距離を等しくすることができる。
【００４３】
つまり、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに反射部２０２ａが位置している状態（通過部２０２ｂが位置していない状態）が、右光束ＲＬＦに関して導光状態であり、左光束ＬＬＦに関して遮光状態であり、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが交差する箇所Ｑに通過部２０２ｂが位置している状態（反射部２０２ａが位置していない状態）が、右光束ＲＬＦに関して遮光状態であり、左光束ＬＬＦに関して導光状態である。
【００４４】
したがって、光束選択部２０２を回転させることで、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとで導光状態と遮光状態との位相が逆になり、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが時分割で交互に第２光束屈折部１５４に到達することになる。
【００４５】
光束選択部２０２が反射部２０２ａを備える構成により、光束を約１００％反射させることができ、三角プリズムを利用して屈折させる場合（光量が約５０％に低下する）と比較して、映像の全体的な光量の低下を防止することが可能となる。また、光束選択部２０２が通過部２０２ｂを備える構成により、光束を遮るものが存在しないため、光束を約１００％通過させることができ、三角プリズムを利用して屈折させる場合（光量が約５０％に低下する）と比較して、映像の全体的な光量の低下を防止することが可能となる。
【００４６】
第１回転制御部２５０は、撮像制御部２５４による撮像素子１５８の撮像タイミングを同期信号として扱い、第１モータ２０４を制御して、光束選択部２０２の回転制御を行う。例えば、立体映像撮像装置１００を利用してフィールドシーケンシャル方式やフレームシーケンシャル方式の映像データを生成する場合、第１回転制御部２５０は、１／３０秒ごと、または、１／６０秒ごとに後方レンズ系１５６に右光束ＲＬＦおよび左光束ＬＬＦを交互に導くように、３０回転／秒または６０回転／秒で光束選択部２０２を回転させる。こうして、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとで導光状態と遮光状態との位相が逆になる。
【００４７】
また、図３（ｅ）に示すように、左光束ＬＬＦに関して導光状態から遮光状態に移行するとき、光束選択部２０２の遮断部２０２ｃを構成する直線状の端部２０２ｄ（通過部２０２ｂを構成する直線状の端部でもある）で左光束ＬＬＦを徐々に遮る。したがって、光束選択部２０２の導光状態から遮光状態（光束の反射する状態から反射させない状態、または、光束の通過状態から遮光状態）への移行期間において光束は、直線状の端部２０２ｄで徐々に遮られ、遮光状態から導光状態（光束を反射させない状態から反射させる状態、または、光束の遮光状態から通過状態）への移行期間において、直線状の端部２０２ｄで徐々に光束の通過面積が増加することになる。
【００４８】
図４は、光束選択部２０２の軌跡を説明するための説明図である。図４中、端部２０２ｄは、Ｒ１〜Ｒ５の順で光束を遮光するものとし、端部２０２ｄがＲ１の位置にあるときは導光状態であり、Ｒ５の位置にあるときは遮光状態である。図４（ａ）に示すように、直線状の端部２０２ｄが、回転軸Ｐを回転中心としてＲ１からＲ２の位置に移動して光束を遮ると、図４（ｂ）に示すように、光束の上部が遮光される（図４中、遮光部分を黒い塗りつぶしで示す）ことになる。このとき、撮像素子１５８に到達する光束は、上部が欠けた状態となり、上下および左右で光量に偏りが生じてしまう。
【００４９】
また、直線状の端部２０２ｄが、Ｒ２からＲ３の位置に移動して光束を遮ると、図４（ｃ）に示すように、光束の上半分が遮光されることになる。このとき、撮像素子１５８に到達する光束は、上半分が欠けた状態となり、左右で光量の偏りは生じないものの、上半分は、光量がほとんど得られないことになってしまう。
【００５０】
さらに直線状の端部２０２ｄが、Ｒ３からＲ４の位置に移動して光束を遮ると、図４（ｄ）に示すように、光束の下部のみが通過することになる。このとき、撮像素子１５８に到達する光束は、下部のみの状態となり、上下および左右で光量に偏りが生じてしまう。このような、光量に偏りが生じる現象は、光束選択部２０２の遮光状態から導光状態への移行期間でも発生する。
【００５１】
このように、光束を任意の方向から直線状の端部２０２ｄで順次遮光していくと、遮光面の上下や左右で光量に偏りが生じてしまい、撮像素子１５８を構成する各画素が、同時に露光が開始できず、生成される映像データに露光ムラが発生する。また、撮像素子１５８に均一な像が結像できなくなってしまうという問題もある。したがって、光束選択部２０２が完全に導光状態になっている間しか映像データを生成することができず、映像の全体的な光量が低下する原因となっていた。
【００５２】
また、直線状の端部２０２ｄが光束を跨いでいる期間は、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在して第２光束屈折部１５４に導光するため、この期間の光束を撮像素子１５８で結像させるとクロストークが生じてしまう。
【００５３】
そこで、本実施形態では、光束選択部２０２の後段に、１組の回転体２０６を配することで、光量の偏りを最小限に抑え、クロストークを排除する。
【００５４】
図５は、回転体２０６の具体的な構成を説明するための説明図である。図５に示すように、１組の回転体２０６は、略平行に配された２枚の円板で形成され、光束選択部２０２が反射または通過させ、第２光束屈折部１５４が屈折させた２つの光束（右光束ＲＬＦ、左光束ＬＬＦ）を通過させるための開口部３００（図５中、３００ａ、３００ｂで示す）を有している。
【００５５】
また、１組の回転体２０６を構成する回転体２０６ａの開口部３００ａの端部と、１組の回転体２０６を構成する回転体２０６ｂの開口部３００ｂの端部とが光束の中心を通るように、回転体２０６ａ、２０６ｂを第２モータ２０８に固定する（図２参照）。
【００５６】
図５に示すように、回転体２０６ａおよび回転体２０６ｂは、遮光性を有する樹脂等で構成された本体３０２（図５中、３０２ａ、３０２ｂで示す）と、開口部３００とを含んで構成され、第２モータ２０８の駆動によって、回転軸Ｐを中心に、同一の回転角速度で逆方向に回転する。図５に示すように、開口部３００は、略矩形形状であり、その長手方向が回転体２０６ａ、２０６ｂの回転方向に配されている。図２に示す例では、第２モータ２０８ａ、２０８ｂが回転体２０６ａと回転体２０６ｂとを逆方向に回転させる。
【００５７】
図６は、１組の回転体２０６の他の設置例を説明するための説明図である。図６に示す例では、第２回転制御部２５２の制御指令に応じて、第２モータ２０８ａは回転体２０６ａを、第２モータ２０８ｂは円板２０４ｂを、同一の回転角速度で同一方向に回転させる。
【００５８】
また、回転体２０６ａの開口部３００ａと回転体２０６ｂの開口部３００ｂとは、所定の時点で対向する位置に配されるように設置される。
【００５９】
したがって、本実施形態にかかる回転体２０６は、光束選択部２０２が反射または通過させ、第２光束屈折部１５４が屈折させた光束に、回転体２０６ａの開口部３００ａと回転体２０６ｂの開口部３００ｂとが重畳したときが開状態となり、開口部３００同士が重畳していないときは閉状態となる。なお、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間は、光束を後方レンズ系１５６に到達させないように、すなわち閉状態となるように、回転体２０６ａ、２０６ｂの開口部３００ａ、３００ｂの円周方向の長さＭを設定する。円周方向の長さＭの設定については、後に詳述する。
【００６０】
第２回転制御部２５２は、第２モータ２０８を制御し、光束が通過する部分における２つの開口部３００の移動方向が互いに逆方向となるように、回転体２０６ａと回転体２０６ｂを同一の回転角速度で回転させる。
【００６１】
図７は、回転体２０６の閉状態から開状態への移行期間における開口部３００ａ、３００ｂの変化態様、または開状態から閉状態への移行期間における開口部３００ａ、３００ｂの変化態様を説明するための説明図である。図７では、開口部３００同士の重畳部分を通過した光束をハッチングで示す。なお、閉状態から開状態への移行期間は、図７（ａ）から図７（ｄ）の順で進行し、開状態から閉状態への移行期間は、図７（ｄ）から図７（ａ）の順で進行する。ここでは、回転体２０６の閉状態から開状態への移行期間を例に挙げて説明する。また、回転体２０６ａは図７における反時計回りに、回転体２０６ｂは図７における時計回りに回転するものとする。
【００６２】
図７（ａ）に示す状態において、回転体２０６ａの開口部３００ａと、回転体２０６ｂの開口部３００ｂとがそれぞれ光束を跨いでいるものの、開口部３００同士が重畳していないため光束は後方レンズ系１５６に到達しない。
【００６３】
図７（ａ）に示す状態から徐々に、開口部３００同士が重畳し始め、図７（ｂ）に示す状態になると、開口部３００ａと開口部３００ｂとが重畳し始め、重畳部分で光束が通過する。
【００６４】
本実施形態にかかる回転体２０６の円周方向における開口部３００の端部形状は、半径方向の開口長さが漸減するように形成されている。ここでは、開口部３００の円周方向の端部形状は、略二等辺三角形に形成されている。また、図７（ａ）に示すように開口部３００ａの端部３１０ａと開口部３００ｂの端部３１０ｂとが光束の中心Ｒを通るように、回転体２０６ａ、２０６ｂを第２モータ２０８ａ、２０８ｂに固定する。
【００６５】
これにより、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、１組の回転体２０６が回転することで、２つの開口部３００同士の重畳部分が、光束の中心から外側に向かって拡大されるように形成されることになる。したがって、１組の回転体２０６を通過し、撮像素子１５８に到達する光束は、上下方向にも左右方向にもほとんど偏りが生じず、光量が略均一な映像データを得ることができる。
【００６６】
また、開状態から閉状態への移行期間も、閉状態から開状態への移行期間と同様に、１組の回転体２０６が回転することにより、２つの開口部３００同士の重畳部分が、外側から光束中心に向かって縮小されるように形成されることになる。
【００６７】
上述したように、１組の回転体２０６の本体３０２は、遮光性を有する樹脂等で形成されているため、閉状態において、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間に光束選択部２０２が反射または通過させた光束を完全に遮光することができる。
【００６８】
また、半径方向の開口長さが漸減するように開口部３００の端部形状が形成されているため、回転体２０６の開口部３００を通過した光束には、上下や左右で光量に偏りが生じない。したがって、光量の偏りがほとんど無く、クロストークの発生を確実に排除することが可能となる。
【００６９】
本実施形態では、開口部３００の円周方向の端部形状は、略二等辺三角形に形成されている例について説明したが、これに限定されず、開口部３００の円周方向と半径方向とが直交する直線状に形成されてもよい。この場合であっても、１組の回転体２０６が回転することにより、１組の開口部３００同士の重畳部分が、光束中心から外側に向かって拡大されるように形成されることになるため、回転体２０６を通過し、撮像素子１５８に到達する光束における上下方向または左右方向の偏りを大幅に低減することができる。
【００７０】
図８は、光束選択部２０２の導光遮光動作と、回転体２０６の開閉動作とを説明するための説明図であり、横軸に時間を縦軸に光量または回転部２０６の開閉状態を示す。図８中、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間をＡで、回転体２０６の開状態から閉状態への移行期間をＢで、閉状態から開状態への移行期間をＣで、回転体２０６が閉状態である期間をＤで示す。また、開状態は、図７（ｃ）、（ｄ）で示す、光束がすべて回転体２０６を通過する状態を指す。
【００７１】
図８に示すように、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間Ａ、すなわち右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在する期間は、回転体２０６が閉状態の期間Ｄであるため、右光束ＲＬＦおよび左光束ＬＬＦが両方とも撮像素子１５８に到達している期間は皆無となり、クロストークの発生がないことが分かる。
【００７２】
また、光束選択部２０２が導光状態である期間に、回転体２０６の移行期間Ｂ、Ｃを含むが、本実施形態にかかる回転体２０６は、開口部３００同士の重畳部分が、光束中心から外側に向かって拡大されるように形成されるため、撮像素子１５８面の光量の偏りがない。したがって、移行期間Ｂ、Ｃに生成した映像データも、光量の偏りによって生じる露光ムラがないため、映像データとして利用することができる。
【００７３】
図１に戻って、中央制御部１１０の構成について説明すると、撮像制御部２５４は、撮像部１０４を制御する。例えば、撮像制御部２５４は、適切な映像データが得られるように、撮像素子１５８および駆動回路１６０を駆動する。また、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８から映像データを読み出し、保持部１０６に保持させる。さらに、撮像制御部２５４は、撮像タイミング（撮像開始タイミングおよび撮像終了タイミング）を第１回転制御部２５０に伝達する。
【００７４】
図８を参照して、撮像制御部２５４の制御処理について説明する。なお、ここでは、撮像素子１５８を構成する全画素を一度に読み出すことができるグローバルシャッタ方式を例に挙げて説明する。図８に示す、時刻ｔ１の時点から、撮像素子１５８において、左光束ＬＬＦの露光が開始される。本実施形態の立体映像撮像用シャッタ２００を利用すれば、図８に示す移行期間Ｃにおいても、撮像素子１５８面の光量に偏りがないため、時刻ｔ１から所定の露光時間経過後に、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８から全画素を同時に読み出すことができる。例えば、光量が十分である明るい被写体を撮像する場合であって、露光時間を短くする場合は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間の任意の時点で、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８の全画素を同時に読み出す。撮像対象（被写体）が暗い場合や、後方レンズ系１５６の絞りを絞って被写界深度を深くする場合等、露光時間の最大限の利用が望まれる場合は、時刻ｔ２の時点で、撮像制御部２５４は、撮像素子１５８の全画素を同時に読み出す。この場合の読み出しタイミングは、時刻ｔ２以降であって閉状態の期間Ｄの終了前であれば、任意の時刻でもよい。
【００７５】
一方、図８に示す、時刻ｔ３の時点から、撮像素子１５８において、右光束ＲＬＦの露光が開始される。時刻ｔ３の直前までは、左光束ＬＬＦが撮像素子１５８面に結像しているため、クロストークを排除するため、撮像制御部２５４は、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間（閉状態の期間Ｄ）に、一旦撮像素子１５８から全画素を読み出し、映像データを破棄する。これにより、撮像素子１５８における、新たな右光束ＲＬＦに関する電荷の蓄積が開始され、左光束ＬＬＦの映像の混入を防ぐことができる。
【００７６】
図９は、グローバルシャッタ方式の撮像素子１５８の処理を説明するための説明図である。図９では、ｎライン（図９中、Ｌ１〜Ｌｎで示す）のＣＭＯＳで構成された撮像素子１５８を例に挙げ、図９（ａ）は、露光時間および読み出し時間が１／２４０秒の例を、図９（ｂ）は、露光時間が３／４８０秒、読み出し時間が１／４８０秒の例をそれぞれ示す。
【００７７】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、グローバルシャッタ方式の撮像素子１５８を採用する場合、読み出しを行っている最中に露光するとクロストークが発生してしまうので、開状態から閉状態への移行期間Ｂが終了してから全画素の読み出しを行う必要がある。そこで、開状態から閉状態への移行期間Ｂの終了後に全画素を読み出すための読み出し時間を確保するために、かかる読み出し時間以上の閉状態の期間Ｄが必要となる。つまり、図９（ａ）に示す例では、閉状態の期間Ｄは少なくとも１／２４０秒必要であり、図９（ｂ）に示す例では、閉状態の期間Ｄは少なくとも１／４８０秒必要である。
【００７８】
したがって、まず読み出し時間（撮像素子１５８が光電変換を行う時間）を算出し、算出した読み出し時間以上の閉状態の期間Ｄをとれるように、開口部３００の円周方向の長さＭ（Ｍは角度（例えば、０度〜３２０度等）で表すこともできる）を決定する（図５参照）。このようにして、閉状態の期間Ｄを読み出し時間として利用することができる。
【００７９】
一方、撮像素子１５８から全画素を同時に読み出せない、ローリングシャッタ方式の場合、グローバルシャッタ方式と比較して、全画素の読み出しに時間を要する。
【００８０】
図１０、１１は、ローリングシャッタ方式の撮像素子１５８の処理を説明するための説明図である。図１０、１１では、ｎライン（図１０中、Ｌ１〜Ｌｎで示す）のＣＭＯＳで構成された撮像素子１５８を例に挙げて説明し、図１０（ａ）は、２Ｄ映像を撮像する場合のローリングシャッタ方式の撮像素子１５８の処理を、図１０（ｂ）は、閉状態の期間Ｄを設けず、露光時間および読み出し時間が１／１２０秒の例を、図１１（ａ）は、閉状態の期間Ｄを設けず、露光時間および読み出し時間が１／２４０秒の例を、図１１（ｂ）は、閉状態の期間Ｄを設け、露光時間が１／２４０秒、読み出し時間が１／４８０秒の例をそれぞれ説明する。
【００８１】
図１０（ａ）に示すように、２Ｄ映像を撮像する場合、撮像素子１５８に結像する光束は常に同一（図１０（ａ）中、白抜きで示す）であるため、撮像素子１５８は常時露光させておき、一定間隔で読み出しを開始し、各画素において読み出しから次の読み出しまでの時間が同じになるようにすれば、読み出し後の各画素の露光時間を、全画素で均一にすることができる。
【００８２】
しかし、立体映像撮像装置１００でこのような読み出しタイミングで読み出しを行うと、読み出した映像データには、図１０（ｂ）に示すように、左光束ＬＬＦ（図１０（ｂ）中、白抜きで示す）に、右光束ＲＬＦ（図１０（ｂ）中、グレーで示す）が、右光束ＲＬＦに左光束ＬＬＦが混入してしまい、クロストークが生じてしまう。
【００８３】
図１１（ａ）に示すように、光束が回転体２０６を通過している期間の前半分（図１１（ａ）の例では、１／２４０秒）を露光時間とし、後半分を読み出し時間とすることで、映像データにおけるクロストークの発生を排除することができる。しかし、この場合、読み出しと露光の切り換わりが遅いと、多少なりともクロストークが生じてしまうおそれがある。
【００８４】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、読み出し時間の完了時点が多少遅延したとしても閉状態の期間Ｄで吸収することができ、ローリングシャッタ方式であっても確実にクロストークを排除することが可能となる。
【００８５】
図８を参照して説明すると、ローリングシャッタ方式の撮像素子１５８を利用する場合、時刻ｔ１の時点から左光束ＬＬＦの露光が開始される。その前の閉状態の期間Ｄに、すでに全画素を読み出しておけば、右光束ＲＬＦの影響を受けることはない。また、時刻ｔ１で全画素の露光結果のリセットを行ってもよい。
【００８６】
また、後方レンズ系１５６の絞りを適切な状態にして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの左光束ＬＬＦを露光可能な時間全体で撮像素子１５８を露光させてもよいが、撮像対象が明るすぎる場合、または絞りを開いて被写界深度を浅くしたい場合、露光期間を短くする必要がある。この場合、開状態の期間の任意の時刻で露光結果のリセットを行うことで、露光の開始時点を遅らせ、露光期間を、そのリセットした時刻から時刻ｔ２までの時間にすることができる。
【００８７】
したがって、本実施形態の立体映像撮像用シャッタ２００を利用すれば、図８に示す移行期間Ｂにおいても、撮像素子１５８面の光量に偏りがないため、リセットした時刻から時刻ｔ２の間を露光時間として撮像素子１５８から各画素を順次読み出すことができる。そして時刻ｔ３から右光束ＲＬＦの露光を開始する。
【００８８】
なお、ここでは、左右片側の映像を毎秒６０コマで撮像するフレームシーケンシャル方式を例に挙げて説明したが、撮像素子１５８からの読み出しをより高速に行える場合、光束選択部２０２の回転数を上げることで撮像コマ数を増加させることが可能である。また撮像時は、コマ数が４倍や８倍となるような速度で撮像し、それを通常速度で再生することで、１／４や１／８のスローモーションで再生することもできる。従来の液晶シャッタを用いた立体映像撮像装置では、液晶シャッタの応答速度が遅いため、このような処理が実現不可能であったり、コスト的に困難であったりする。しかし、立体映像撮像装置１００の立体映像撮像用シャッタ２００によれば、単位時間あたりの光束選択部２０２の回転数を上げるだけで、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦの切り換え速度を上げることができる。
【００８９】
反転処理部２５６は、撮像素子１５８が生成した映像データのうち、光束選択部２０２の反射部２０２ａが反射させた光束（ここでは、右光束ＲＬＦ）を受光して生成された映像データ、または、光束選択部２０２の通過部２０２０ｂが通過させた光束（ここでは、左光束ＬＬＦ）を受光して生成された映像データについての追加の反転処理を行う。
【００９０】
ここでは、反転処理部２５６が、右光束ＲＬＦを受光して生成された映像データについて左右の反転処理を行う。本実施形態において、通過部２０２ｂが第２光束屈折部１５４の方向へ通過させた光束（ここでは、左光束ＬＬＦ）に基づいて生成された映像データは、何らの処理を行う必要はないが、反射部２０２ａで反射された右光束ＲＬＦは、左右が反転して第２光束屈折部１５４に到達するため右光束ＲＬＦに基づく映像データは左右が反転した状態になっている。
【００９１】
そこで、反転処理部２５６が、反射部２０２ａが反射させた光束を受光して生成された映像データについて左右の反転処理を行うことで、反転された映像データを正しい状態の映像データに補正することができる。
【００９２】
また、立体映像撮像装置１００において、２Ｄ映像を撮像する場合、第１回転制御部２５０は、右光束ＲＬＦまたは左光束ＬＬＦのいずれか一方が導光状態となる位置で光束選択部２０２の回転を停止し、第２回転制御部２５２は、開状態となる位置で回転体２０６を固定すればよい。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態にかかる立体映像撮像用シャッタ２００によれば、液晶シャッタと三角プリズムを利用する構成と比較して光量の減衰がない。また、閉状態では光束の透過率は０％であるためクロストークの発生を回避することが可能となる。
【００９４】
さらに、光束選択部２０２の直線状の端部２０２ｄが光束を跨ぐ期間は、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在した光束が第２光束屈折部１５４に到達するが、第２光束屈折部１５４の後段に回転体２０６を設けることで、右光束ＲＬＦと左光束ＬＬＦとが混在した光束を確実に排除することができる。また、回転体２０６の開口部３００同士の重畳部分が、光束中心から外側に向かって拡大されるように形成されることになるため、第２光束屈折部１５４から回転体２０６を通過し、撮像素子１５８に到達する光束は、上下方向にも左右方向にもほとんど偏りが生じず、光量が略均一な映像データを得ることができる。
【００９５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、立体映像を生成するための立体映像撮像用シャッタおよび立体映像撮像装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１００ …立体映像撮像装置
１５０ …第１光束屈折部
１５２ …集光レンズ
１５４ …第２光束屈折部
１５６ …後方レンズ系
１５８ …撮像素子
２００ …立体映像撮像用シャッタ
２０２ …光束選択部
２０２ａ …反射部
２０２ｂ …通過部
２０６ …回転体
２０６ａ …円板
２０６ｂ …円板
２５０ …第１回転制御部
２５２ …第２回転制御部
２５４ …撮像制御部
２５６ …反転処理部
３００ …開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの光路を通過した光束を交互に入射する立体映像撮像用シャッタであって、
円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過した光束を反射させて撮像素子へ導く反射部と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部とを有した光束選択部と、
前記光束選択部を回転させる第１回転制御部と、
略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部を有した１組の回転体と、
前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部と、
を備えることを特徴とする立体映像撮像用シャッタ。
【請求項２】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、半径方向の開口長さが漸減するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の立体映像撮像用シャッタ。
【請求項３】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、略二等辺三角形に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の立体映像撮像用シャッタ。
【請求項４】
２つの光路にそれぞれ配され、前記２つの光路を通過した光束を屈折させる２つの光束屈折部と、
前記光束屈折部を通過した光束を受光して映像データを生成する撮像素子と、
円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過し前記光束屈折部によって屈折した光束を反射させて前記撮像素子へ導く反射部と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部とを有した光束選択部と、
前記光束選択部を回転させる第１回転制御部と、
略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部を有した１組の回転体と、
前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部と、
前記撮像素子が生成した映像データのうち、前記光束選択部の反射部が反射させた光束を受光して生成された映像データ、または、前記光束選択部の通過部が通過させた光束を受光して生成された映像データのいずれか一方について、反転処理を行う反転処理部と、
を備えることを特徴とする立体映像撮像装置。
【請求項５】
前記開口部は、前記撮像素子が光電変換を行う時間分、遮光状態になるように形成されることを特徴とする請求項４に記載の立体映像撮像装置。
【請求項１】
２つの光路を通過した光束を交互に入射する立体映像撮像用シャッタであって、
円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過した光束を反射させて撮像素子へ導く反射部と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部とを有した光束選択部と、
前記光束選択部を回転させる第１回転制御部と、
略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部を有した１組の回転体と、
前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部と、
を備えることを特徴とする立体映像撮像用シャッタ。
【請求項２】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、半径方向の開口長さが漸減するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の立体映像撮像用シャッタ。
【請求項３】
前記回転体の前記開口部の円周方向における端部形状は、略二等辺三角形に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の立体映像撮像用シャッタ。
【請求項４】
２つの光路にそれぞれ配され、前記２つの光路を通過した光束を屈折させる２つの光束屈折部と、
前記光束屈折部を通過した光束を受光して映像データを生成する撮像素子と、
円板で形成され、前記２つの光路のうちの一方を通過し前記光束屈折部によって屈折した光束を反射させて前記撮像素子へ導く反射部と、前記２つの光路のうちの他方を通過した光束を通過させて前記撮像素子へ導く通過部とを有した光束選択部と、
前記光束選択部を回転させる第１回転制御部と、
略平行に配された２枚の円板で形成され、前記光束選択部が反射または通過させた２つの光束を通過させるための開口部を有した１組の回転体と、
前記光束が通過する部分における２つの前記開口部の移動方向が互いに逆方向となるように、前記回転体を同一の回転角速度で回転させる第２回転制御部と、
前記撮像素子が生成した映像データのうち、前記光束選択部の反射部が反射させた光束を受光して生成された映像データ、または、前記光束選択部の通過部が通過させた光束を受光して生成された映像データのいずれか一方について、反転処理を行う反転処理部と、
を備えることを特徴とする立体映像撮像装置。
【請求項５】
前記開口部は、前記撮像素子が光電変換を行う時間分、遮光状態になるように形成されることを特徴とする請求項４に記載の立体映像撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１６８２７８（Ｐ２０１２−１６８２７８Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７５８１（Ｐ２０１１−２７５８１）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
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