[发明专利]三维摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用一个光学系统和一个摄像元件来取得具有视差的多个图像的单镜头的三维摄像技术。

背景技术

近年来，采用CCD或CMOS等的摄像元件的数码照相机或数码摄像机在高功能化、高性能化方面令人吃惊。特别是随着半导体制造技术的进步，高度的精细化得到发展，实现了高集成化。摄像元件也从100万像素向1000万像素迈进实现高像素化，拍摄得到的图像也飞跃性地实现了高画质化。另外，显示装置也因为薄型的液晶或等离子显示器，而实现了空间节约，并实现了高分辨率、高对比度的性能。这样的影像的高品质化的流行趋势，作为对象图像正从二维图像向三维图像迈进，虽然迄今为止还需要偏光眼镜，但是已开始开发高画质的三维显示装置。

关于三维摄像技术，作为结构简单的代表的是采用由两个照相机构成的摄像系统，分别拍摄右眼用的图像以及左眼用的图像。这样的所谓双镜头摄像方式的技术由于使用两个照相机，所以会导致摄像装置的大型化和高成本。为此，研究了利用一个照相机的方法。例如，在专利文献1中介绍了以下方式：采用偏振方向相互正交的两片偏振板和旋转的偏振滤光器。图10表示该方式的摄像系统的结构。

在图10中，11是0度偏振的偏振板，12是90度偏振的偏振板，13是反射镜，14是使透过偏振板12的光与通过偏振板11并被反射镜13反射的光透过以及反射的半反射镜(half mirror)，15是圆形的偏振滤光器，16是使圆形的偏振滤光器旋转的驱动装置，3是光学透镜，9是对由光学透镜成像而得到的像进行拍摄的摄像装置。

在以上的结构中，入射光通过在不同的地方配置的偏振板11与12，其后，由反射镜与半反射镜使它们的光轴一致，通过圆形的偏振滤光器与光学透镜由一个摄像装置9拍摄。该方式的拍摄原理是：通过使圆形的偏振滤光器旋转，在各自的时刻对入射到两片偏振板的光进行捕捉，来拍摄具有视差的两个图像。

然而，在上述方式中，由于使圆形的偏振滤光器旋转的同时，以时间分解对在不同位置的图像进行拍摄，所以存在不能同时摄取具有视差的图像的课题。另外，由于采用机械式的驱动，所以会出现耐用性方面的问题。另外，由于通过偏振板以及偏振滤光器接受全入射光，所以也存在受光量降低50％以上的课题。

针对上述方式，在专利文献2中介绍了不采用机械式的驱动来同时拍摄具有视差的图像的方式。在该专利文献的方式中，制作两个入射区域，对从这些区域入射的光进行聚光，由一个摄像元件进行拍摄，但不具有机械式的驱动部。在图11中表示该方式的摄像系统的构成，以下说明摄像原理。在图11中，配置了偏振方向相互正交的偏振板11与12、反射镜13、光学透镜3、摄像元件1，10是摄像元件的像素，17、18是对摄像元件的像素1对1地配置的偏振滤光器，偏振滤光器17与偏振板11具有相同特性，偏振滤光器18与偏振板12具有相同特性。偏振滤光器17、18交替排列配置在所有像素上。

以上的构成中，入射光透过偏振板11、12，通过反射镜13、光学透镜3，在摄像元件1上成像。关于成像的光电变换，透过偏振板11而入射的光通过偏振滤光器17，由在其正下的像素进行光电变换，透过偏振板12而入射的光通过偏振滤光器18，由在其正下的像素进行光电变换。在此，若将来自偏振板11的入射光的图像设为右眼用图像，将来自偏振板12的入射光的图像设为左眼用图像，则通过偏振滤光器17，由在其正下的像素群得到的图像是右眼用图像，通过偏振滤光器18，由在其正下的像素群得到的图像是左眼用图像。

作为其结果，专利文献2所示的方式是：代替使用专利文献1中所示的旋转的圆形偏振滤光器，通过在摄像元件的像素上交替配置特性不同的偏振滤光器，从而分辨率成为1/2，但同时得到了右眼用图像与左眼用图像。

然而，虽然上述的技术能利用一个摄像元件得到具有视差的两个图像，但由于入射光透过偏振板，所以光量降低，在进一步透过偏振滤光器的情况下光量也降低，所以图像灵敏度会大幅降低。

针对图像的灵敏度降低的问题，作为其他的研究，在专利文献3中示出了机械式地切换具有视差的两个图像的拍摄与通常的图像的拍摄的方法。图12表示了该方法的摄像系统的构成，对其摄像基本原理进行说明。在图12中，19是具有两个偏振透过部20、21、并仅通过这些透过部使来自光学透镜3的入射光透过的光通过部，22是受光部光学滤光器托架，其中将来自偏振透过部20以及21的光分离的特定成分透过滤光器23与彩色滤光器24成为1组，25是滤光器驱动部，其使光通过部19与特定成分透过滤光器23从光路上离开，将彩色滤光器24插入到光路中，或进行与此相反的动作。