JP2000227332A - 三次元撮像装置とステレオカメラ記録再生システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元撮像装置において、単一の撮像手段
を用いて比較的簡単な構成でありながら充分な視差のあ
る複数の画像を得ることの出来るようにする。 【解決手段】一つの撮像素子１と、その互いに異なる二
つの撮像領域１ａ、１ｂに対して斜め外側を向くように
設けられた一対の撮像素子側ミラー５ａ、５ｂと、これ
に対応してその外側に斜め前方を向くように配置され被
写体からの光をその対応する撮像素子側ミラー５ａ、５
ｂへ反射する一対の被写体側ミラー６ａ、６ｂと、これ
等５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂにより反射された同じ被写体
からの光を撮像素子１の互いに異なる撮像領域１ａ、１
ｂに結像する一対のレンズ３ａ、３ｂと、各撮像素子側
ミラー５ａ、５ｂとレンズ３ａ、３ｂとの間に設けられ
た一対の絞り４ａ、４ｂからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元撮像装置、
特に同じ被写体に対して視差を持たせた複数の画像を撮
像して三次元画像（立体画像）を得たり、あるいは被写
体との距離測定（測距）をすることができる三次元撮像
装置と、それを用いたステレオカメラ記録再生システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元画像を撮像するには、同じ被写体
に対して互いに離間した異なる複数の場所から視た複数
の画像、即ち、視差を持たせた画像を撮像する必要があ
る。そのため、従来においては、一般に一つの三次元撮
像装置に二つのカメラを設け、異なる二つの場所から捉
えた二つの被写体像を各別のカメラにより撮像するよう
にしたものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、二つのカメ
ラを用いて三次元画像を撮像するようにした三次元撮像
装置は、二つのカメラを用いるが故に、全体が大きくな
ってしまい、小型化の要請には応えることが難しいとい
う問題があった。

【０００４】また、複数のカメラユニットにより三次元
撮像装置を構成するには、二つのカメラ間の光軸合わせ
が必要であるが、別々のカメラ間の光軸合わせは相当に
難しいという問題もあった。

【０００５】また、カメラを複数設けた場合、画像信号
の処理にあたり、外部からそのカメラ間の同期を取るよ
うにすることが必要であり、それには当然に同期を取る
ための回路が必要であり、三次元撮像装置の高価格化の
要因になる。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、単一の撮像手段を用いて比較的簡単
な構成で且つ小型でありながら充分な視差のある複数の
画像を得ることのでき、且つ装置の光学的特性、性能の
大きなウェイトを占める結像用のレンズが装置表面に露
出してゴミ等に汚されるおそれのない三次元撮像装置を
提供すること一つの目的とし、そのような三次元撮像装
置を用いた比較的簡単な構成のステレオカメラ記録再生
システムを提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の三次元撮像装
置は、一つの撮像素子と、被写体を複数回の反射、集光
により互いに離間した異なる視点から捉えた上記被写体
の像を上記撮像素子の異なる各別の領域に結像する結像
光学系と、を有することを特徴とする。

【０００８】従って、請求項１の三次元撮像装置によれ
ば、同じ被写体を結像光学系により、複数回の反射、集
光により互いに離間した異なる複数の視点から捉えた複
数の像として上記撮像素子の異なる複数の領域に各別に
結像するので、三次元撮像装置に必要な撮像素子の数が
一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差の異なる複
数の撮像画像が得られるので、三次元画像を撮像する等
のために複数のカメラ間の同期を取ると言うことが必要
でなく、従って、同期を取る特別な回路を設ける必要が
ない。また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸合
わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、複数のカメ
ラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸合わせが容
易になる。しかも、レンズが三次元撮像装置の表面側で
はなく、光路の必ず最も被写体側の反射手段よりも撮像
素子側に位置されており、露出しないようにすることが
できるので、光学的特性、性能を大きく左右するレンズ
が表面に露出してゴミ等により汚れるという従来存在し
たおそれをなくすことができる。

【０００９】請求項２の三次元撮像装置は、一つの撮像
素子と、その撮像領域の互いに異なる複数の部分に対し
て反射面が斜め外側を向くように設けられた複数の撮像
素子側反射手段と、該各撮像素子側反射手段に対応して
その外側に反射面が斜め前方を向くように配置され、互
いに被写体からの光をその対応する撮像素子側反射手段
へ反射する複数の被写体側反射手段と、その被写体側反
射手段により反射され更に上記撮像素子側反射手段によ
り反射されて上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複
数の部分に至る各光路の少なくとも上記被写体側反射手
段よりも被写体側に設けられた複数の又は複数組のレン
ズと、上記各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズ
よりも、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも
被写体側に設けられた複数の絞りと、からなることを特
徴とする。

【００１０】従って、請求項２の三次元撮像装置によれ
ば、一つの被写体が、被写体側反射手段、撮像素子側反
射手段、レンズ、絞り及び一つの撮像素子の撮像領域の
異なる部分からなる複数の光学系により互いに異なる視
差を以て撮像されるので、三次元撮像装置に必要な撮像
素子の数が一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差
の異なる複数の撮像画像が得られるので、三次元画像を
撮像する等のために複数のカメラ間の同期を取ると言う
ことが必要でなく、従って、同期を取る特別な回路を設
ける必要がない。また、同じ撮像素子に対して各光学系
毎に光軸合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、
複数のカメラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸
合わせが容易になる。

【００１１】そして、複数の互いに視差のある画像を得
るところの複数の被写体側反射手段を複数の撮像素子側
反射手段の外側に設けたので、三次元撮像装置の大きさ
の割に被写体側反射手段間の距離を大きくして視差を比
較的大きくできる。従って、より立体的な三次元画像を
高い精度で得ることができる。

【００１２】また、各光路におけるレンズ数が１個の場
合には、絞りにより絞りをかけた光束を結像レンズによ
り撮像素子の撮像領域の各部分に結像させるし、各光路
におけるレンズが複数一組のレンズからなる場合は、少
なくともそのうちの一個のレンズを絞りよりも撮像素子
側に位置させ、絞りをかけた光束をそのレンズに通すの
で、徒らに大きなレンズを用いなくて済むという効果を
全レンズないしは少なくとも一部のレンズについて享受
することができる。従って、小型で、低価格でありなが
ら優れた光学的特性を有する三次元撮像装置を得ること
ができる。そして、レンズが三次元装置の表面側ではな
く、光路の必ず被写体側反射手段よりも撮像素子側に位
置されており、露出しないようにすることができるの
で、光学的特性、性能を大きく左右するレンズが表面に
露出してゴミ等により汚れるという従来存在したおそれ
をなくすことができる。

【００１３】請求項７のステレオカメラ記録再生システ
ムは、一つの撮像素子の該複数の撮像領域に複数の光学
系によりそれぞれ被写体の像を結像する三次元撮像装置
と、上記複数の撮像領域で結像された画像を単一の画像
信号として出力するように上記三次元撮像装置を駆動す
る単一のタイミングゼネレータ及び単一のドライバと、
上記単一の画像信号をカメラ信号処理する単一のカメラ
信号処理部と、該カメラ信号処理部から出力された上記
画像信号を単一の記録メディアに記録する単一の信号記
録部と、該記録メディアに記録された上記画像信号を再
生する単一の信号再生部と、該信号再生部から出力され
た上記画像信号を上記複数の撮像領域に対応した信号に
分離する画像分離回路と、該画像分離回路から出力され
た上記複数の撮像領域に対応した信号を各別に表示する
表示装置と、を有するステレオカメラ記録再生システム
であって、上記三次元撮像装置の上記複数の光学系は、
被写体からの光を複数回反射する反射手段と、少なくと
も最も被写体側の反射手段よりも上記撮像素子側に配置
されたレンズとを有し、上記反射手段と上記レンズによ
り、互いに離間した異なる視点から捉えた上記被写体の
像を上記撮像素子の上記複数の撮像領域に各別に結像す
るようにしてなることを特徴とする。

【００１４】従って、請求項７のステレオカメラ記録再
生システムによれば、三次元撮像装置から出力されたと
ころの一つの被写体に対する異なる視点で捉えた複数の
被写体像の信号を一つの画像信号として扱ってカメラ信
号処理、信号記録、信号再生を行うことができるので、
カメラ信号処理部、信号記録部及び信号再生部並びに記
録メディアをそれぞれ１個ずつ設ければ良く、これらを
複数の撮像領域に結像された被写体像数ずつ設ける必要
がない。従って、記録再生システムの構成を比較的簡単
にできる。そして、一つの画像信号として扱った被写体
像の信号は画像分離回路により各被写体像毎に分離して
表示するので、被写体の三次元再生表示、即ち立体像と
して再生表示や測距（被写体との距離の測定）ができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明三次元撮像装置は、基本的
には、一つの撮像素子と、被写体からの光に対しての１
回乃至複数回の反射と、集光とにより互いに離間した異
なる視点から捉えた上記被写体の像を上記撮像素子の異
なる各別の領域に結像する複数の結像光学系と、を有す
る。視差（視点間の距離）は例えば１ｃｍ以上程度が好
適である。

【００１６】本発明三次元撮像装置の最も典型的な実施
の形態は、一つの撮像素子と、該撮像素子の撮像領域の
互いに異なる複数の部分に対応して反射面が斜め外側を
向くように設けられた複数の撮像素子側反射手段と、該
複数の撮像素子側反射手段に対応してその外側に反射面
が斜め前方を向くように配置され、互いに被写体からの
光をその対応する撮像素子側反射手段へ反射する複数の
被写体側反射手段と、該複数の被写体側反射手段により
反射され更に上記撮像素子側反射手段により反射されて
被写体から上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数
の部分に至る各光路の少なくとも上記被写体側反射手段
よりも撮像素子側に設けられ同じ被写体に対して視差の
ある複数の被写体像を結像する複数の又は複数組のレン
ズと、上記各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズ
よりも、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも
被写体側に設けられた複数の絞りと、を設けるからなる
ものであり、上記撮像素子はＣＣＤ固体撮像素子であっ
ても、ＭＯＳ型固体撮像素子であっても増幅型固体撮像
素子であっても良く、その種類の如何は問わない。

【００１７】そして、三次元撮像装置には、撮像素子か
ら光路に沿って数えて２ｎ−１（ｎ：正の整数）回目
（要するに奇数回目）の反射をする反射手段の前後に、
一つの被写体像となる光が上記撮像素子の他の被写体像
を撮像する領域に入射するのを防止する光線制限手段を
設けると良い。というのは、撮像素子の被写体像を結像
する各撮像領域内に周辺光束が漏れ込むのを効果的に防
止することができるからである。

【００１８】即ち、同じ被写体を互いに離間した視点か
ら捉え、その視点間の距離、即ち視差を必要なだけ確保
しつつ小さな撮像素子の異なる領域に複数の被写体像を
結像するには、被写体側からの光を何回か反射する必要
がある。一方、三次元撮像装置には、被写体像を結像す
る各撮像領域内に周辺光束が漏れ込むおそれがあり、そ
の漏れ込みを防止することが必要になる場合がある。そ
こで、その漏れ込みを防止するために光線制限手段を設
けることとするのが良い。そして、それを設けるには撮
像素子から数えて２ｎ−１回（奇数回）目の反射を行う
反射手段の後が良い。というのは、撮像素子の各撮像領
域間に入射する光というのは、その反射手段の前では三
次元撮像装置における外側ではなく中心寄りを通ること
になり、被写体像の結像領域を規定し複数の撮像領域間
におけるクロストークを防止する光線制限手段は三次元
撮像装置の中心寄りに設けることができる。従って、三
次元撮像装置の徒な大型化を伴うことなく光線制限手段
を設けて複数の撮像領域間に入射する光によるクロスト
ーク、即ち一つの撮像領域に入射すべき光が別の撮像領
域へ漏れ込むという現象を有効に防止することができる
からである。

【００１９】上記撮像素子側反射手段、被写体側反射手
段は例えばミラーで構成しても良いし、プリズムを用い
ても良い等、光を反射する機能を有すれば良い。そし
て、被写体側反射手段及び撮像素子側反射手段を、被写
体からの光を９０度の角度で２回反射することにより被
写体を固体撮像素子の撮像領域の二つの部分に照射する
ようにしても良いが、三次元撮像装置の二つの光学系を
奥行き方向における寸法を小さくするために９０度より
も大きい角度（例えば１２０度）で２回反射するように
して被写体からの光を固体撮像素子迄導くようにしても
良い。

【００２０】そして、各光路に設けられる結像用のレン
ズは、それぞれ一枚玉レンズであっても良いし、二枚以
上の玉レンズであっても良いことは言うまでもない。特
に高い光学的特性を得る場合には二枚以上の玉レンズが
使用されるが、そこまで光学的特性を高くする必要がな
い場合には一枚玉レンズでも良いのである。いずれの場
合においても、本発明においては、各光路において、レ
ンズは必ず被写体側反射手段よりも撮像素子側に位置さ
れる。というのは、光学的特性、性能に最も大きなウェ
イトを占めるレンズを被写体側反射手段よりも被写体側
に置くと、そのレンズが三次元撮像装置の表面に露出
し、ゴミが付着し易くなるおそれがあるからである。

【００２１】そして、レンズが一枚玉レンズの場合（要
するに各光路のレンズ数が一個の場合）には、そのレン
ズは必ず絞りよりも撮像素子側に配置する必要があり、
また、複数玉レンズの場合（要するに各光路のレンズが
複数一組のレンズからなる場合）には、少なくとも一部
のレンズは絞りよりも撮像素子側に配置する必要があ
る。というのは、絞りにより絞られた光束をレンズによ
り集光して結像するようにすることにより全部又は少な
くとも一部のレンズを小さくて済むようにすることがで
きるという効果を享受することができるからである。

【００２２】尚、レンズは球面レンズであっても非球面
レンズであっても良い。そして、結像レンズと撮像素子
との間等、各光路のいずれかの部分に赤外線カットフィ
ルタを設けるようにしても良い。また、各光路のいずれ
かの部分に光学的ローパスフィルタを設けて偽信号の抑
圧をするようにしても良い。

【００２３】更に、少なくとも固体撮像素子と撮像素子
側反射手段との間において各光路間を遮断する光遮断手
段を設けるようにしても良い。このようにすると、複数
の互いに視差のある画像を得るための各光学系間におい
て光学的クロストークが発生するおそれをなくすことが
できるからである。

【００２４】三次元撮像装置は、撮像素子からの画像信
号を、視点の異なる被写体像を撮像する各撮像領域にお
いて撮像された各被写体像の画像信号に分割して信号処
理する信号処理手段を有する。このようにすれば、各被
写体像を独立して検出した上で、この独立した複数の被
写体像に基づいて三角測量法の原理により測距や、三次
元画像の生成ができるからである。

【００２５】また、上述した三次元撮像装置を用いたス
テレオカメラ記録再生システムは、斯かる三次元撮像装
置の他に、該装置を構成する一つの撮像素子を複数の撮
像領域にて各別の被写体像を撮像するにも拘わらず一つ
の画像信号を撮像したものとして駆動するタイミングゼ
ネレータ及びドライバと、その撮像素子の出力である画
像信号をカメラ信号処理するカメラ信号処理部と、該カ
メラ信号処理部からの画像信号を記録メディアに記憶す
る信号記録部と、該記録メディアに記憶された画像信号
を再生する信号再生部と、該信号再生部から出力された
上記画像信号を上記複数の被写体像の画像信号に分離す
る画像分離回路と、該画像分離回路からの複数の被写体
像の画像信号を各別に表示する複数の表示装置を有す
る。画像分離回路は、例えば、各水平周期を複数に分割
し、その分割期間だけ画像信号を抽出する抽出部を複数
個設けて各抽出部の出力を各抽出部に対応して設けた表
示部に表示させるような回路で構成できる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１は本発明三次元撮像装置の第１の実施例の
概略構成図である。図面において、１は固体撮像素子、
１ａは該固体撮像素子１の撮像領域の一半部、１ｂは同
じく撮像領域の他半部である。２は赤外線カットフィル
タで、上記固体撮像素子１の撮像領域の前方に平行に配
設されている。３ａ、３ｂは赤外線カットフィルタ２越
しに固体撮像素子１の各半部１ａ、１ｂに対応して設け
られた結像レンズ、４ａ、４ｂは該結像レンズ３ａ、３
ｂに対応してその前方に配設された絞り、５ａ、５ｂは
該絞り４ａ、４ｂの前方に上記固体撮像素子１の撮像領
域の各半部１ａ、１ｂに対応して斜め外側を向くように
設けられた撮像素子側ミラー、６ａ、６ｂは該撮像素子
側ミラー５ａ、５ｂの外側にそれ等と対応して斜め内側
を向くように設けられた被写体側ミラーである。７は撮
像素子側ミラー５ａ、５ｂと固体撮像素子１との間にお
いて撮像素子側ミラー５ａ、絞り４ａ、レンズ３ａ、固
体撮像素子１の半部１ａによる結像光学系と、撮像素子
側ミラー５ｂ、絞り４ｂ、レンズ３ｂ、固体撮像素子１
の半部１ｂによる結像光学系との間に設けられてその間
を遮断する光遮断手段であり、これにより二つの結像光
学系間における光学的クロストークを防止することがで
きる。

【００２７】一対の被写体側ミラー６ａ、６ｂは同じ被
写体からの光を異なる位置（その視点間の距離、即ち視
差は例えば１ｃｍ〜１５ｃｍ程度が好適である。）にて
一対の撮像素子側ミラー５ａ、５ｂへ反射する。該一対
の撮像素子側ミラー５ａ、５ｂは一対の被写体側ミラー
６ａ、６ｂにより反射されたところの被写体からの光を
上記固体撮像素子１の撮像領域の各半部１ａ、１ｂに向
けて反射する。そして、一対の撮像素子側ミラー５ａ、
５ｂにより反射されたところの被写体からの一対の光は
絞り４ａ、４ｂにより絞られ、結像レンズ３ａ、３ｂに
より固体撮像素子１の撮像領域の異なる半部１ａ、１ｂ
に結像される。その際、赤外線カットフィルタ２を通る
ことによって赤外線がカットされる。

【００２８】図２（Ａ）、（Ｂ）は三次元画像の撮像原
理の説明図であり、（Ａ）は同じ被写体を被写体側ミラ
ー６ａ、６ｂの存在する二つの視点にて捉え、各視点で
捉えた被写体を撮像素子側ミラー５ａ、５ｂ、絞り４
ａ、４ｂ、レンズ３ａ、３ｂにより固体撮像素子１の撮
像領域の異なる半部１ａ、１ｂに結像することを模式的
に示す。また、（Ｂ）は同じ被写体を異なる視点で捉え
て得た二つの撮像画像を模式的に示す。この図２（Ｂ）
に示す左右の撮像画像を見ると、一番奥の円柱に対して
その手前にある稍小さな円柱及び更にその手前にある鉛
筆の位置がずれていることが解る。これは同じ被写体に
対する撮像画像に視差があることに起因している。従っ
て、この同じ被写体に対する視差のある二つの画像から
被写体の立体像を把握することが可能である。

【００２９】即ち、上述した二つの撮像画像を示すデー
タを、適宜データ処理し、画像合成することにより被写
体を三次元的に認識することができ、その認識結果に基
づいて三次元像の形で画像再生することができる。勿
論、三次元撮像装置から被写体までの距離を測定するこ
ともできる。これらは、謂わば三角測量原理により被写
体の各部分の座標を得ることができるから為し得るので
ある。

【００３０】図３（Ａ）、（Ｂ）は三次元撮像装置及び
その出力を処理する回路の一つの構成例を示すもので、
（Ａ）は概略構成図、（Ｂ）はそのブロック図である。
固体撮像素子１からは同じ被写体の異なる視点で捉えた
二つの撮像画像が得られ、その画像を示す映像信号は情
報処理装置８により処理され、所望の三次元画像データ
に変換され、外部に出力される。この出力されたデータ
は図示しない立体表示可能な表示装置に入力され、該表
示装置により三次元画像として再生される。

【００３１】尚、左右の画像を分離せずに直接三次元情
報を信号処理して被写体の位置情報を示すものとして出
力することとし、それを画像認識データ、被写体からの
距離を示すデータとして用いるようにしても良い。

【００３２】本実施例の三次元撮像装置によれば、一つ
の被写体が、被写体側ミラー６ａ、６ｂ、撮像素子側ミ
ラー５ａ、５ｂ、レンズ３ａ、３ｂ及び絞り４ａ、４ｂ
及び一つの固体撮像素子１の撮像領域の異なる部分１
ａ、１ｂからなる一対の結像光学系により互いに異なる
視差を以て撮像されるので、三次元撮像装置に必要な固
体撮像素子１の数が一つで済む。そして、一つの固体撮
像素子１で視差の異なる二つの撮像画像が得られるの
で、二つのカメラ間の同期を取ると言うことが必要でな
く、従って同期を取る特別な回路は必要でなくなる。

【００３３】また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に
光軸合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、従来
におけるような二つのカメラ間で光軸合わせをする場合
に比較して光軸合わせが容易になる。

【００３４】そして、二つの互いに視差のある画像を得
るための一対の離間した視点となる被写体側ミラー６
ａ、６ｂを一対の撮像素子側ミラー５ａ、５ｂの外側に
設けたので、三次元撮像装置の大きさの割に被写体側ミ
ラー６ａ、６ｂ間の距離を大きくすることができ、延い
ては視差を比較的大きくできる。従って、より立体的な
三次元画像を比較的高い精度で得ることができる。

【００３５】尚、上記実施例で６、被写体側ミラー６
ａ、６ｂ及び撮像素子側ミラー５ａ、５ｂを、被写体か
らの光を９０度の角度で２回反射することにより被写体
を固体撮像素子１の撮像領域の二つの部分１ａ、１ｂに
照射するようにしていたが、三次元撮像装置の二つの光
学系の奥行き方向における寸法を小さくするために、９
０度よりも大きい角度（例えば１２０度）で２回反射す
るようにして被写体からの光を固体撮像素子迄導くよう
にしても良い。

【００３６】

【実施例】図４は本発明三次元撮像装置の第２の実施例
の概略構成図である。本実施例は図１に示した第１の実
施例と共通する部分を有し、共通する部分については既
に説明済みであるのでその詳細な説明を省略し、それ以
外の部分についてのみ詳細に説明することとし、また、
図４の図１と共通する部分には共通の符号を付すことと
した。

【００３７】図面において、１５ａ、１５ｂは該絞り４
ａ、４ｂの前方に上記固体撮像素子１の撮像領域の各半
部１ａ、１ｂに対応して斜め外側を向くように設けられ
た撮像素子側反射手段を成す反射プリズムであり、図１
に示す第１の実施例における撮像素子側ミラー５ａ、５
ｂと全く同じ役割を果たす。

【００３８】１６a、１６ｂは赤外線カットフィルタ
で、本実施例では各撮像素子側反射手段を成す反射プリ
ズム１５ａ、１５ｂの前側（光入射側）に配置されてい
る。１７は固体撮像素子１の前側に設けられた固体撮像
素子用カバーガラスである。

【００３９】１８ａ、１８ｂは光線制限板で、固体撮像
素子１の各別の撮像領域１ａ、１ｂに入るべき光以外の
光が漏れて入射するのを防止する役割を果たす。即ち、
各撮像領域１ａ、１ｂにそれと対応する結像光学系以外
からの光が漏れて入射すると、その光はノイズ成分とな
り、画質低下の原因となる。そこで、その周辺光束の漏
れを防止するのが光線制限板１８ａ、１８ｂなのであ
る。

【００４０】図５はその光線制限板１８による入射光の
制限の原理についての説明図である。被写体からの光は
結像光学系を通って撮像素子１の各撮像領域に結像する
も結像に寄与する光線の周辺の光線は隣接撮像領域（隣
接撮像エリア）のノイズ成分となるおそれがあるわけで
あるが、図５において被写体枠の最も外の部分からの光
をＡ、Ｂ、Ｃとし、そのうちＡが撮像素子１に入射する
角度が大きい。従って、その光線Ａよりも外側の光はカ
ットする必要があることになる。それには、光線制限板
１８を撮像素子１から数えて奇数回（２ｎ−１回）目の
反射手段、この場合、反射プリズム１５よりも前側にて
光線Ａよりも内側の光をカットする位置に配置すればよ
い。というのは、この位置では、光線制限板１８を三次
元撮像装置の中心軸よりのところに配置して周辺光束の
漏れ入射を効果的に防止することができる。即ち、光線
Ａが光線Ｂ、Ｃよりも外側にきており、これにより光線
Ｂ、Ｃを遮蔽することなく光線Ａ、Ｂ、Ｃで造られる光
線束を総て結像に寄与させることができるからである。

【００４１】因みに、もし光線制限板１８を撮像素子１
から数えて偶数回（２ｎ回）目の反射手段の前に位置さ
せた場合には、光線制限板１８を三次元撮像装置の外側
に設けなければ周辺光束のカットができず、三次元撮像
装置の小型化を阻むことになり、光線の遮光性も効果的
でなく、好ましくない。

【００４２】図６（Ａ）乃至（Ｄ）は本発明三次元撮像
装置の更に他の各別の実施例であり、この各実施例は図
１、図４に示した実施例と相違点を有するも、多くの点
で共通し、その共通点については既に説明済みなので、
詳細な説明を省略し、相違点についてのみ詳細に説明す
る。

【００４３】図６（Ａ）乃至（Ｄ）に示す４つの実施例
は、共に、反射手段としてミラーに代えてプリズムを使
用している点で、図１に示す実施例と異なっている。１
０ａ、１０ｂは被写体側反射手段を成すプリズム、１１
ａ、１１ｂは撮像素子側反射手段を成すプリズムであ
る。プリズムを反射手段として用いると、入射面或いは
出射面を撮像素子１の表面或いは垂直面に対して平行乃
至垂直に位置合わせすることにより自ずと、反射面を被
写体及び撮像素子１の撮像面に対して４５度の角度に位
置合わせすることができ、位置合わせがし易いという利
点がある。

【００４４】図６（Ａ）、（Ｂ）に示すものは、共に、
各光路に配置するレンズの数が一個で、絞り３ａ、３ｂ
の直ぐ後側（つまり直ぐ撮像素子１側）にそのレンズ４
ａ、４ｂが配置されている。そして、その絞り３ａ、３
ｂとレンズ４ａ、４ｂは、図６（Ａ）に示す実施例の場
合は被写体側反射手段を成すプリズム１０ａ、１０ｂ
と、撮像素子側反射手段を成すプリズム１１ａ、１１ｂ
との間に、図６（Ｂ）に示す実施例の場合は撮像素子側
反射手段を成すプリズム１１ａ、１１ｂと、撮像素子１
との間に設けられている。

【００４５】図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すものは、各光路
毎に複数枚のレンズ４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂを設け
たもので、図６（Ｃ）に示すものは、その絞り３ａ、３
ｂとその直ぐ後ろ側のレンズ１４ａ、１４ｂを被写体側
反射手段を成すプリズム１０ａ、１０ｂと、撮像素子側
反射手段を成すプリズム１１ａ、１１ｂとの間に配置
し、もう一つのレンズ４ａ、４ｂを、撮像素子側反射手
段を成すプリズム１１ａ、１１ｂと、撮像素子１との間
に配置している。この場合、各光路の二つのレンズ１４
ａ、１４ｂ、４ａ、４ｂは、共に絞り３ａ、３ｂよりも
光路上における撮像素子１側に位置しているので、絞り
３ａ、３ｂにより狭められた光束を集光して結像するの
で、小型のものを用いることができる。

【００４６】図６（Ｄ）に示すものは、図６（Ｃ）の三
次元撮像装置における絞り３ａ、３ｂとレンズ１４ａ、
１４ｂとの位置関係を逆にしたものであり、レンズ１４
ａ、１４ｂは絞り３ａ、３ｂによる絞りがかからない段
階で集光しているが、しかし、レンズ４ａ、４ｂについ
ては絞りのかかった光束に対して集光しているので、小
型のものを用いることができるという効果を享受するこ
とができる。

【００４７】尚、図６（Ａ）乃至（Ｄ）に示す各実施例
においては赤外線カットフィルタが設けられていない
が、設けるようにしても良いことは言うまでもない。そ
して、図１に示す光遮断板７に代えて図４に示す第２の
実施例の光線制限板１８を設けるようにしても良いし、
両方とも設けるようにしても良いことはいうまでもな
い。また、上述した実施例において図４に示す実施例を
除き、光学的ローパスフィルタが設けられていないが、
設けるようにしても良いことは言うまでも無い。設ける
場合には、各光学系における光路のどの部分に設けても
良い。このように、本発明三次元撮像装置はは種々の態
様で実施することができる。

【００４８】

【実施例】図７は上述した本発明三次元撮像装置を用い
たステレオカメラ記録再生システムの一つの例（本発明
ステレオカメラ記録再生システムの第１の実施例）の構
成を示すブロック図である。図７において、２１は例え
ば図１に示すようなステレオ光学系（他の態様のステレ
オ光学系でも良い。）、１はそのステレオ光学系２１に
より被写体像が結像される撮像素子、１ａ及び１ｂは撮
像素子１の一つの被写体を異なる視点から捉えた異なる
被写体像が結像される撮像領域、２２は該撮像素子１を
一つの画像信号を出力するように駆動するためのタイミ
ングゼネレータ、２３は該タイミングゼネレータ２２の
出力を受け撮像素子１を駆動するドライバである。

【００４９】２４は撮像素子１からの画像信号を一つの
被写体を示す画像信号としてカメラ信号処理するカメラ
信号処理部、２５はそのＣＤＳ回路（相関二重サンプリ
ング回路）で、画像信号から雑音成分を除去する。２６
はＡＧＣ回路（オートゲインコントロール回路）、２７
は該ＡＧＣ回路２６の出力をディジタル信号に変換して
必要な処理をする処理回路で、Ａ／Ｄ変換回路２８と、
それによりディジタル信号に変換された信号を処理する
マイクロコンピュータ２９により構成される。３０は該
処理回路２７からの信号を増幅等して画像信号を出力す
る画像信号出力回路、３１は該画像信号出力回路３０か
ら出力された画像信号を記録する画像信号記録回路（ビ
デオレコーダ）、３２は該画像信号記録回路３１により
画像信号の記録がされる記録メディアで、例えばビデオ
テープ或いはディジタルビデオディスク等からなる。３
３はビデオ再生機で、上記記録メディア３２に記憶され
た画像信号を再生する。

【００５０】３４は画像分離回路で、ビデオ再生機３３
からの画像信号を受けて、上記撮像素子１の二つの撮像
領域１ａ、１ｂに対応する各画像信号を互いに分離し、
二つの表示装置３５ａ、３５ｂに振り分けて出力する。
表示装置３５ａは上記撮像領域１ａに結像された被写体
像の画像信号を表示し、３５ｂは上記撮像領域１ｂに結
像された被写体像の画像信号を表示する。従って、二つ
の表示装置３５ａ、３５ｂに一つの被写体を異なる視点
から捉えた各別の被写体像が表示され、立体表示が可能
となり、被写体とステレオカメラ記録再生システムとの
距離の測定（測距）も可能となる。

【００５１】本ステレオカメラ記録再生システムは、撮
像素子１がその各別の撮像領域１ａ、１ｂに同じ被写体
に対して異なる視点から捉えた異なる被写体像が結像さ
れるが、その撮像素子１の撮像により得た画像信号を恰
も一つの被写体像の信号のように処理し、その後、画像
分離回路３４の前までは、総て画像信号は一つの被写体
像を示す単一画像信号として処理する。そして、該画像
分離回路３４で初めて単一画像信号として扱われていた
画像信号を二つの被写体像を示す二つの画像信号に分離
し、表示装置３５ａ、３５ｂに振り分け、各別に表示さ
せる。

【００５２】尚、画像分離回路３４は、例えば、画像信
号の各水平周期における前半のみ抽出する抽出部と、同
じく後半のみ抽出する抽出部を設け、各抽出部の出力を
互いに異なる表示装置３５ａ、３５ｂに送出するように
することにより構成できる。この場合は、撮像素子１
は、水平方向に２分割して２個の撮像領域１ａ、１ｂが
設定されることになる。

【００５３】また、撮像素子１を垂直方向に２分割して
２個の撮像領域１ａ、１ｂを設定し、画像分離回路３４
を、各垂直周期における前半のみ抽出する抽出部と、同
じく後半のみ抽出する抽出部を設け、各抽出部の出力を
互いに異なる表示装置３５ａ、３５ｂに送出するように
することにより構成するようにすることもできる。

【００５４】本ステレオカメラ記録再生システムによれ
ば、タイミングゼネレータ２２、ドライバ２３、ＣＤＳ
回路２５、ＡＧＣ回路２６、Ａ／Ｄ変換回路２８、マイ
クロコンピュータ２９、画像信号出力回路３０、ビデオ
レコーダ３１、記録メディア３２及びビデオ再生機３３
は一つずつ設ければ良く、複数個ずつ設けることは必要
ではない。従って、ステレオカメラ記録再生システムを
簡単な構成にできる。

【００５５】

【発明の効果】請求項１の三次元撮像装置によれば、同
じ被写体を結像光学系により、１又は複数回の反射、集
光により互いに離間した異なる複数の視点から捉えた複
数の像として上記撮像素子の異なる複数の領域に各別に
結像するので、三次元撮像装置に必要な撮像素子の数が
一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差の異なる複
数の撮像画像が得られるので、三次元画像を撮像する等
のために複数のカメラ間の同期を取ると言うことが必要
でなく、従って、同期を取る特別な回路を設ける必要が
ない。また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸合
わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、複数のカメ
ラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸合わせが容
易になる。しかも、レンズが三次元撮像装置の表面側で
はなく、光路の必ず最も被写体側の反射手段よりも撮像
素子側に位置されており、露出しないようにすることが
できるので、光学的特性、性能を大きく左右するレンズ
が表面に露出してゴミ等により汚れるという従来存在し
たおそれをなくすことができる。

【００５６】そして、複数の互いに視差のある画像を得
るところの複数の被写体側反射手段を複数の撮像素子側
反射手段の外側に設けたので、三次元撮像装置の大きさ
の割に被写体側反射手段間の距離を大きくして視差を比
較的大きくできる。従って、より立体的な三次元画像を
高い精度で得ることができる。

【００５７】また、各光路におけるレンズ数が１個の場
合には、絞りにより絞りをかけた光束を結像レンズによ
り撮像素子の撮像領域の各部分に結像させるし、各光路
におけるレンズが複数一組のレンズからなる場合は、少
なくともそのうちの一個のレンズは絞りよりも撮像素子
側に位置させ、絞りをかけた光束をそのレンズに通すの
で、結像レンズとして徒に大きなものを用いることが必
要ではなく、小型で、低価格でありながら優れた光学的
特性を有する三次元撮像装置を得ることができる。そし
て、レンズが三次元装置の表面側ではなく、光路の必ず
被写体側反射手段よりも撮像素子側に位置されており、
露出しないようにすることができるので、光学的特性、
性能を大きく左右するレンズが表面に露出してゴミ等に
より汚れるというおそれをなくすことができる。

【００５８】請求項２の三次元撮像装置によれば、一つ
の被写体が、被写体側反射手段、撮像素子側反射手段、
レンズ、絞り及び一つの撮像素子の撮像領域の異なる部
分からなる複数の光学系により互いに異なる視差を以て
撮像されるので、三次元撮像装置に必要な撮像素子の数
が一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差の異なる
複数の撮像画像が得られるので、三次元画像を撮像する
等のために複数のカメラ間の同期を取ると言うことが必
要でなく、従って、同期を取る特別な回路を設ける必要
がない。また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸
合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、複数のカ
メラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸合わせが
容易になる。

【００５９】そして、複数の互いに視差のある画像を得
るところの複数の被写体側反射手段を複数の撮像素子側
反射手段の外側に設けたので、三次元撮像装置の大きさ
の割に被写体側反射手段間の距離を大きくして視差を比
較的大きくできる。従って、より立体的な三次元画像を
高い精度で得ることができる。

【００６０】また、各光路におけるレンズ数が１個の場
合には、絞りにより絞りをかけた光束を結像レンズによ
り撮像素子の撮像領域の各部分に結像させるし、各光路
におけるレンズが複数一組のレンズからなる場合は、少
なくともそのうちの一個のレンズを絞りよりも撮像素子
側に位置させ、絞りをかけた光束をそのレンズに通すの
で、徒らに大きなレンズを用いなくて済むという効果を
全レンズないしは少なくとも一部のレンズについて享受
することができる。従って、小型で、低価格でありなが
ら優れた光学的特性を有する三次元撮像装置を得ること
ができる。そして、レンズが三次元装置の表面側ではな
く、光路の必ず被写体側反射手段よりも撮像素子側に位
置されており、露出しないようにすることができるの
で、光学的特性、性能を大きく左右するレンズが表面に
露出してゴミ等により汚れるという従来存在したおそれ
をなくすことができる。

【００６１】請求項３の三次元撮像装置によれば、少な
くとも固体撮像素子と撮像素子側反射手段との間におい
て各被写体像を結像する各光路間を遮断する光遮断手段
を設けたので、複数の互いに視差のある画像を得るため
の光学系間において光学的クロストークが発生するおそ
れをなくすことができる。

【００６２】請求項４の三次元撮像装置によれば、撮像
素子から光路に沿って数えて２ｎ−１（ｎ：正の整数）
回目（要するに奇数回目）の反射をする反射手段の後方
に、一つの被写体像となる光が上記撮像素子の他の被写
体像を撮像する領域に入射するのを防止し、各被写体像
の結像領域を規定する光線制限手段を設けるので、その
光線制限板の位置を三次元撮像装置の外側ではなく中心
軸側寄りにしつつ被写体より外側からの周辺光束の入射
を光線制限板によりカットすることができ、三次元撮像
装置の大型化を伴うことなく効果的な周辺光束によるノ
イズを防止することができる。

【００６３】請求項５の三次元撮像装置によれば、各被
写体像を独立して検出してデータを得ることができ、延
いては、この独立した複数の被写体像のデータに基づい
て三角測量法の原理により測距や、三次元画像の生成が
できる。

【００６４】請求項６の三次元撮像装置によれば、視差
が１ｃｍ以上、例えば１〜１５ｃｍ程度なので、小型で
比較的正確な測距や三次元画像（立体画像）の生成がで
きる。

【００６５】請求項７のステレオカメラ記録再生システ
ムによれば、三次元撮像装置から出力されたところの一
つの被写体に対する異なる視点で捉えた複数の被写体像
の信号を一つの画像信号として扱ってカメラ信号処理、
信号記録、信号再生を行うことができるので、カメラ信
号処理部、信号記録部及び信号再生部並びに記録メディ
アをそれぞれ１個ずつ設ければ良く、これらを複数の撮
像領域に結像された被写体像数ずつ設ける必要がない。
従って、記録再生システムの構成を比較的簡単にでき
る。そして、一つの画像信号として扱った被写体像の信
号は画像分離回路により各被写体像毎に分離して表示す
るので、被写体の三次元再生表示、即ち立体像として再
生表示や測距（被写体との距離の測定）ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明三次元撮像装置の第１の実施例を示す概
略構成図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）は三次元画像の撮像原理の説明
図であり、（Ａ）は同じ被写体を被写体側反射手段の存
在する二つの視点にて捉え、各視点で捉えた被写体を撮
像素子側反射手段、絞り、レンズにより固体撮像素子の
撮像領域の異なる部分に結像することを模式的に示し、
（Ｂ）は同じ被写体を異なる視点で捉えて得た二つの撮
像画像を模式的に示す。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は三次元撮像装置及びその出力
を処理する回路の一つの構成例を示すもので、（Ａ）は
概略構成図、（Ｂ）はそのブロック図である。

【図４】本発明三次元撮像装置の第２の実施例を示す概
略構成図である。

【図５】図４に示す第２の実施例における光線制限板の
周辺光束カットの原理説明図でである。

【図６】（Ａ）乃至（Ｄ）は本発明三次元撮像装置の更
に他の各別の実施例を示す概略構成図である。

【図７】本発明三次元撮像装置を用いたステレオカメラ
記録再生システムの一例（本発明ステレオカメラ記録再
生システムの第１の実施例）の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１・・・撮像素子、１ａ、１ｂ・・・撮像素子の撮像領
域の異なる部分、３ａ、３ｂ・・・結像レンズ、４ａ、
４ｂ・・・絞り、５ａ、５ｂ・・・撮像素子側反射手段
（ミラー）、６ａ、６ｂ・・・被写体側反射手段（ミラ
ー）、７・・・光遮断手段、１０ａ、１０ｂ・・・被写
体側反射手段（プリズム）、１１ａ、１１ｂ・・・撮像
素子側反射手段（プリズム）、１５ａ、１５ｂ・・・撮
像素子側反射手段（プリズム）、１８・・・光線制限手
段、２１・・・ステレオ光学系、２２・・・タイミング
ゼネレータ、２３・・・ドライバ、２４・・・カメラ信
号処理部、３１・・・信号記録部、３２・・記録メディ
ア、３３・・・信号再生部、３４・・・画像分離部、３
５ａ、３５ｂ・・・表示装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つの撮像素子と、 被写体からの光に対しての複数の反射手段による複数回
   の反射と、少なくとも最も被写体側の反射手段よりも後
   ろ側に配置されたレンズによる集光とにより互いに離間
   した異なる視点から捉えた上記被写体の像を上記撮像素
   子の異なる各別の領域に結像する複数の結像光学系と、 を有することを特徴とする三次元撮像装置。
2. 【請求項２】一つの撮像素子と、 上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に対
   応して反射面が斜め外側を向くように設けられた複数の
   撮像素子側反射手段と、 上記複数の撮像素子側反射手段に対応してその外側に反
   射面が斜め前方を向くように配置され、互いに被写体か
   らの光をその対応する撮像素子側反射手段へ反射する複
   数の被写体側反射手段と、 上記複数の被写体側反射手段により反射され更に上記撮
   像素子側反射手段により反射されて被写体から上記撮像
   素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に至る各光路
   の少なくとも上記被写体側反射手段よりも撮像素子側に
   設けられ同じ被写体に対して視差のある複数の被写体像
   を結像する複数の又は複数組のレンズと、 上記各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズより
   も、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも被写
   体側に設けられた複数の絞りと、 からなることを特徴とする三次元撮像装置。
3. 【請求項３】 少なくとも固体撮像素子と撮像素子側反
   射手段との間において各被写体像を結像する各光路間を
   遮断する光遮断手段を設けてなることを特徴とする請求
   項１又は２記載の三次元撮像装置。
4. 【請求項４】撮像素子から光路に沿って数えて２ｎ−１
   （ｎ：正の整数）回目の反射をする反射手段の後方に、
   被写体像となる光線の外側の周辺光束が撮像領域に入射
   するのを防止する光線制限手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１、２又は３記載の三次元撮像装置。
5. 【請求項５】撮像素子からの画像信号を、視点の異なる
   被写体像を撮像する各撮像領域において撮像された各被
   写体像の画像信号に分割して信号処理する信号処理手段
   を有することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
   の三次元撮像装置。
6. 【請求項６】視差（視点間の距離）が１ｃｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の三
   次元撮像装置。
7. 【請求項７】複数の撮像領域を有する一つの撮像素子及
   び該複数の撮像領域にそれぞれ被写体の像を結像するた
   めの複数の光学系からなる三次元撮像装置と、 上記複数の撮像領域で結像された画像を単一の画像信号
   として出力するように上記三次元撮像装置の駆動を行
   う、単一のタイミングゼネレータ及び単一のドライバ
   と、 上記単一の画像信号をカメラ信号処理するカメラ信号処
   理部と、 上記カメラ信号処理部から出力された上記画像信号を単
   一の記録メディアに記録する単一の信号記録部と、 上記記録メディアに記録された上記画像信号を再生する
   単一の信号再生部と、 上記信号再生部から出力された上記画像信号を上記複数
   の撮像領域に対応した信号に分離する画像分離回路と、 上記画像分離回路から出力された上記複数の撮像領域に
   対応した信号を各別に表示する表示装置と、 を有するステレオカメラ記録再生システムであって、 上記三次元撮像装置の上記複数の光学系は、被写体から
   の光を複数回反射する反射手段と、少なくとも最も被写
   体側の反射手段よりも上記撮像素子側に配置されたレン
   ズとを有し、 上記反射手段と上記レンズにより、互いに離間した異な
   る視点から捉えた上記被写体の像を上記撮像素子の上記
   複数の撮像領域に各別に結像するようにしてなることを
   特徴とするステレオカメラ記録再生システム。