JP5581782B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば３次元表示に利用される視差画像の取得に好適な撮像装置に関する。

従来、様々な撮像装置が提案され、開発されている。また、撮像して得られた撮像データに対し、所定の画像処理を施して出力するようにした撮像装置も提案されている。

例えば、特許文献１には、液晶を利用した電子式光シャッター（以下、単に液晶シャッターという）を用いた撮像装置が提案されている。この撮像装置は、撮像レンズ、液晶シャッター、撮像素子および画像処理部から構成され、液晶シャッターは光の透過領域（開放領域）が時分割で切り替えられるようになっている。これにより、液晶シャッターの透過領域毎に、その領域を透過した光線に基づいて画像が取得される。これらの画像はそれぞれ、液晶シャッターの異なる領域を透過した光線に基づいて生成されたものであるから、互いに視差を有する視差画像となる。このような２枚の視差画像をそれぞれ、特殊な表示デバイスを用いて表示すると共に、観察者が右眼と左眼において別々に観察することにより立体視を実現することができる。

特開２００１−６１１６５号公報

ところで、上記のような液晶シャッターは例えば偏光子と液晶と検光子からなる。これにより、物体からの光は、偏光子においてその偏光方向に一致する偏光のみが透過され、この偏光の透過および遮断を液晶と検光子によって切り替える。このような切り替えを領域毎に行うことで、液晶シャッターでは光を透過させる領域を時分割で切り替えることが可能となる。

しかしながら、液晶シャッターの内部に入射する光は、偏光子を透過した光、即ち偏光子の偏光方向に依存した偏光である。このため、上記のように液晶シャッターの透過領域を時分割で切り替える場合には、ある時間の透過領域における偏光子の偏光方向に依存した光線情報が得られることとなる。従って、得られる画像はあたかも偏光フィルタを介在させて撮影したかのような画像となってしまう。

一方、透過領域の切り替えにより撮影した２枚の画像は、異なる透過領域を通過した光線に基づくものであるから、互いに視差を有する視差画像である。このような２枚の視差画像を例えば右眼と左眼で見た場合、これら２枚の視差画像が互いに同じ偏光に基づくものであれば、互いに同じ偏光フィルタをつけたような画像として見える。あるいは、２枚の視差画像が互いに異なる偏光に基づく場合には、互いに異なる偏光フィルタをつけたような画像として見える。即ち、偏光の制約を受けて視差画像が不自然なものとなるという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、偏光による制約の少ない自然な視差画像を得ることが可能な撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、撮像レンズと、受光した光に基づいて撮像データを取得する撮像素子と、撮像素子へ向かう光線の透過率を互いに異なる複数の領域ごとに制御可能であると共に、前記複数の領域がそれぞれ、第１の偏光を選択的に透過させる第１のサブ領域と、第１の偏光と偏光方向の異なる第２の偏光を選択的に透過させる第２のサブ領域とを有する液晶シャッターと、液晶シャッターの透過および遮断を複数の領域間において時分割に切り替えて駆動する液晶シャッター駆動部とを備えたものである。

本発明の撮像装置では、液晶シャッター駆動部の駆動によって液晶シャッターの複数の領域間で透過および遮断を切り替えることにより、撮像素子では、領域毎に、受光光線に基づく撮像データが取得される。液晶シャッターにおける複数の領域は互いに異なる領域であるから、各領域をそれぞれ透過した光線は互いに視差を持つ。このとき、各領域が、第１の偏光を透過させる第１のサブ領域と、第２の偏光を透過させる第２のサブ領域とに分割されていることにより、撮像素子における各受光光線は、第１の偏光と第２の偏光との双方に基づくものとなる。

本発明の撮像装置によれば、撮像素子へ向かう光線を液晶シャッターの複数の領域ごとに切り替えて透過させると共に、各領域を第１および第２の偏光を透過させる第１および第２のサブ領域に分割したので、第１の偏光と第２の偏光との双方に基づく視差画像データを取得することができる。よって、偏光による制約の少ない自然な視差画像を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を表すブロック図である。 図１に示した液晶シャッターの領域分割および偏光方向を表す平面模式図である。 図１に示した液晶シャッターにおけるサブ領域同士の境界付近の断面図である。 図３に示した偏光子、サブ電極および検光子におけるそれぞれの平面構成を表す模式図である。 図４に示した偏光子の他の例を表す平面模式図である。 比較例１に係る液晶シャッターの断面構成と、その偏光子、電極および検光子の平面構成について表す図である。 図６に示した液晶シャッターの作用を説明するための模式図である。 比較例２に係る液晶シャッターの偏光子、電極および検光子の平面構成について表す図である。 図８に示した液晶シャッターの作用を説明するための模式図である。 図１に示した撮像装置の一適用例を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液晶シャッターの概略構成を表す断面図である。 図１１に示した偏光子、サブ電極および検光子におけるそれぞれの平面構成を表す模式図である。 図１２に示した偏光子の他の例を表す平面模式図である。 変形例１に係る液晶シャッターの領域分割と偏光方向について表す平面模式図である。 変形例２に係る液晶シャッターの領域分割と偏光方向について表す平面模式図である。 変形例３に係る撮像装置の１／４波長板および液晶シャッターの各構成とそれらの配置関係を表す模式図である。 比較例における入射光（０°方向の偏光）に対する通過光線を説明するための模式図である。 比較例における入射光（９０°方向の偏光）に対する通過光線を説明するための模式図である。 図１６に示した１／４波長板および液晶シャッターの配置関係において、入射光（０°方向の偏光）に対する通過光線を説明するための模式図である。 図１６に示した１／４波長板および液晶シャッターの配置関係において、入射光（９０°方向の偏光）に対する通過光線を説明するための模式図である。 上下２つの領域間において光線の透過および遮断の切り替えを行う使用例を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態：液晶シャッターの各領域を、サブ電極形成（電極分割）により分割した例
２．第２の実施の形態：液晶シャッターの各領域を、検光子（第２の偏光子）における偏光領域分割により分割した例
３．変形例１：各領域を４つのサブ領域に分割した例
４．変形例２：各領域を４つのサブ領域に分割した他の例
５．変形例３：液晶シャッターの撮像対象物側に１／４波長板を配置した例

＜第１の実施の形態＞
（撮像装置１の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置（撮像装置１）の全体構成を表したものである。この撮像装置１は、撮像対象物２を撮像して撮像データＤoutを出力するも
のであり、撮像レンズ１１、液晶シャッター１２、撮像素子１３、液晶シャッター駆動部１４、撮像素子駆動部１５および制御部１６を備えている。なお、撮像装置１には、図示しない画像処理部が設けられていてもよい。

撮像レンズ１１は、撮像対象物２を撮像するためのメインレンズであり、例えば、ビデオカメラやスチルカメラ等で使用される一般的な撮像レンズが用いられている。

液晶シャッター１２は、撮像素子１３へ向かう光線の透過率を制御するためのものである。この液晶シャッター１２は、撮像レンズ１１の光入射側もしくは光出射側（ここでは、光出射側）に配設されている。液晶シャッター１２の詳細構成については後述する。

撮像素子１３は、撮像レンズ１１からの光を受光して撮像データを取得するものであり、撮像レンズ１１の焦点面に配置されている。この撮像素子１３は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等がマトリクス状に配置されてなるものである。この撮像素子１３の受光面上には、例えば所定の色配列を有するＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ（図示せず）が配設されている。

液晶シャッター駆動部１４は、液晶シャッター１２を駆動して、液晶シャッター１２の２つの領域間において透過（オープン：開）および遮断（クローズ：閉）を時分割で切り替える制御を行うものである。この液晶シャッター駆動部１４による切替動作は、詳細は後述するが液晶シャッター１２に対する供給電圧を変化させることにより行う。

撮像素子駆動部１５は、撮像素子１３を駆動してその受光動作の制御を行うものである。

制御部１６は、液晶シャッター駆動部１４および撮像素子駆動部１５の動作を制御するものであり、この制御部１６としては例えばマイクロコンピュータ等が用いられる。

（液晶シャッター１２の詳細構成）
まず、図２（Ａ），（Ｂ）を参照して、液晶シャッター１２の領域分割の概要について説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は、液晶シャッター１２の領域分割と偏光方向について模式的に表したものである。但し、各サブ領域内に示した矢印は、それぞれ偏光方向を模式的に表すものである。液晶シャッター１２は、互いに異なる２つの領域（ここでは、左右２つの領域）１２Ｌ，１２Ｒを有している。これらの領域１２Ｌ，１２Ｒは、互いに光軸対称となるように、例えば円形の平面形状を左右に２分するように設けられている。このような液晶シャッター１２では、各領域１２Ｌ，１２Ｒ毎に、光線の透過率制御（具体的には透過および遮断の切り替え）を行うことが可能となっている（図２（Ｂ））。但し、図２（Ｂ）において、斜線部分は光線が遮断（クローズ）されていることを示しており、即ち左図（Ｌ）では領域１２Ｌ、右図（Ｒ）では領域１２Ｒがそれぞれオープンとなっている。

領域１２Ｌ，１２Ｒは、互いに偏光方向の異なる偏光をそれぞれ透過させるサブ領域に分割されている。例えば、領域１２Ｌは、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２に均等分割され、このうちサブ領域１２Ｌ１では第１の偏光（実線矢印、以下同様）を選択的に透過させ、サブ領域１２Ｌ２では第２の偏光（点線矢印、以下同様）を選択的に透過させるようになっている。同様に、領域１２Ｒについても、第２の偏光を透過させるサブ領域１２Ｒ１と、第１の偏光を透過させるサブ領域１２Ｒ２に均等分割されている。但し、本明細書において、「第１の偏光」および「第２の偏光」は、その偏光方向が互いに直交する直線偏光（０°方向および９０°方向にそれぞれ振動する光）であり、例えば一方がｐ偏光、他方がｓ偏光である。

本実施の形態の液晶シャッター１２では、上記のような領域分割が、偏光子および電極の分割によってなされている。以下、その具体的な構成について、図３および図４を参照して説明する。図３は、液晶シャッター１２におけるサブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２の境界付近の断面構成を表したものである。図４は、偏光子、サブ電極および検光子におけるそれぞれの平面構成について模式的に表したものである。図５は、偏光子の平面構成の他の例を表したものである。

液晶シャッター１２は、一対の基板１０１，１０６間に液晶層１０４が封止されると共に、基板１０１の光入射側に偏光子１０７Ａ（第１の偏光子）、基板１０６の光出射側に検光子１０７Ｂ（第２の偏光子）がそれぞれ貼り合わせられたものである。基板１０１，１０６はそれぞれ、例えばガラス基板等の透明基板であり、入射光線を透過可能となっている。

基板１０１と液晶層１０４との間には電極が形成されており、本実施の形態ではこの電極が複数（ここでは４つ）のサブ電極１０２Ａに分割されている。４つのサブ電極１０２Ａは、液晶シャッター１２の平面形状を、放射状に均等分割するように形成されている。これら４つのサブ電極１０２Ａは、液晶シャッター１２におけるサブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２，１２Ｒ１，１２Ｒ２に対応しており、このような電極分割により領域１２Ｌ，１２Ｒ毎の透過率制御が可能となる。

一方、基板１０１に対向する基板１０６には、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２，１２Ｒ１，１２Ｒ２に共通の電極１０５が形成されている。サブ電極１０２Ａと液晶層１０４との間には配向膜１０３Ａ、電極１０５と液晶層１０４との間には配向膜１０３Ｂがそれぞれ形成されている。

サブ電極１０２Ａおよび電極１０５はそれぞれ、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）などの透明電極により構成され、基板１０１，１０６と同様、入射光線を透過可能となっている。配向膜１０３Ａ，１０３Ｂは、液晶層１０４内の液晶分子の配向を所望の方向に揃えるためのものである。本実施の形態では、配向膜１０３Ａと配向膜１０３Ｂとの間で、それぞれの液晶分子に対する配向制御方向が互いに直交するようになっている。液晶層１０４は、例えばネマティック液晶などの液晶材料によりなるものであり、サブ電極１０２Ａおよび電極１０５を通じて印加される電圧の大きさに応じて、液晶分子の配向状態が変化し、これにより透過率制御が行われるようになっている。

偏光子１０７Ａおよび検光子１０７Ｂはそれぞれ、入射光線のうち、所定の偏光軸に沿った方向の偏光を選択的に透過させるものである。本実施の形態では、図４に示したように、偏光子１０７Ａは、その平面形状を４等分するように偏光透過領域１０７Ａ１〜１０７Ａ４に分割されている。これらのうち偏光透過領域１０７Ａ１，１０７Ａ４には第１の偏光、偏光透過領域１０７Ａ２，１０７Ａ３には第２の偏光をそれぞれ選択的に透過させるように偏光軸が形成されている。これらの偏光透過領域１０７Ａ１〜１０７Ａ４はそれぞれ、サブ電極１０２Ａに対応して設けられている。検光子１０７Ｂについては、本実施の形態ではどちらか一方の偏光、例えば第２の偏光を選択的に透過させるような構成となっていればよく、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２，１２Ｒ１，１２Ｒ２毎に偏光軸を異ならせる必要はない。

なお、偏光子１０７Ａの４つの偏光透過領域における各偏光方向は、上述した組み合わせに限定されるものではなく、例えば図５に示したような偏光子１０８Ａを用いてもよい。具体的には、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｒ１に対応する偏光透過領域１０８Ａ１，１０８Ａ３には第１の偏光、サブ領域１２Ｌ２，１２Ｒ２に対応する偏光透過領域１０８Ａ２，１０８Ａ４には第２の偏光をそれぞれ選択的に透過させるようにしてもよい。即ち、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２からなる領域（１２Ｌ）と、サブ領域１２Ｒ１，１２Ｒ２からなる領域（１２Ｒ）とが左右対称となるような構成であってもよい。

（第１の実施の形態の作用、効果）
（撮像装置１の基本動作）
撮像装置１では、撮像対象物２からの光のうち撮像レンズ１１を通過した光線は、液晶シャッター１２の所定の領域を透過したのち、撮像素子１３へ到達する。撮像素子１３では、撮像素子駆動部１５による駆動動作に従って、受光光線に基づく撮像データＤout（
視差画像ＤＲ，ＤＬ）が得られる。図示しない画像処理部により、この画像処理部において視差画像ＤＲ，ＤＬに対して所定の画像処理が施される。画像処理としては、視差画像ＤＲ，ＤＬに対する時間的な並べ替え処理や、デモザイク処理等のカラー補間処理等がなされる。

このとき、液晶シャッター駆動部１４は、液晶シャッター１２の領域１２Ｌ，１２Ｒ間において時分割で開閉の切り替えを行う。具体的には、あるタイミングでは、撮像素子１３へ向かう光線を、液晶シャッター１２の領域１２Ｌにおいて透過させる一方、領域１２Ｒにおいて遮断させ、次のタイミングでは領域１２Ｌで遮断、領域１２Ｒで透過させるように切り替える。このとき本実施の形態では、各サブ電極１０２Ａおよび電極１０５への供給電圧の大きさに応じて、領域１２Ｌ，１２Ｒ毎の透過率制御がなされる。ここで、領域１２Ｌ，１２Ｒは互いに異なる領域であるから、領域１２Ｌ，１２Ｒをそれぞれ透過した光線は互いに視差を持つ。従って、液晶シャッター駆動部１４の切替動作により、撮像データＤoutとして、左右２つの視点から撮影したかのような２枚の視差画像ＤＬ，ＤＲ
が得られる。

ここで、図６〜図９を参照して、比較例（比較例１，２）に係る液晶シャッターについて説明する。図６は、比較例１に係る液晶シャッター１１０の断面構成と、その偏光子、電極および検光子の平面構成について表したものである。図８は、比較例２に係る偏光子、電極および検光子の平面構成について表したものである。

（比較例１）
液晶シャッター１１０は、一対の基板１１１，１１５間に液晶層１１３が封止されると共に、基板１１１側に偏光子１１６Ａ、基板１１５側に検光子１１６Ｂが貼り合わされている。基板１１１，１１５と液晶層１１との間には、電極１１２，１１４が形成されている。このうち、例えば基板１１１側に形成された電極１１２は、電極１１２を左右に２分するように２つのサブ電極１１２Ａに分割されている。偏光子１１６Ａおよび検光子１１６Ｂはそれぞれ、偏光軸が一方向に沿って一様に形成されたものであり、偏光子１１６Ａと検光子１１６Ｂとの間で、その偏光軸同士が互いに直交するように配置されている。比較例１の場合、上記２つのサブ電極１１２Ａに対応する左右の領域毎に透過率が制御されることにより、これらの領域間で開閉を切り替える駆動がなされる。

（比較例２）
あるいは、図８に示したように、左右２つの領域の偏光方向が互いに異なるようにしてもよい。この場合、上記比較例１の液晶シャッター１１０と同様の構成において、偏光子１１６が、互いに直交する偏光をそれぞれ透過させる偏光透過領域１１６Ａ１，１１６Ａ２に分割されている。電極１１２については分割されておらず、検光子１１６Ｂについては、上記比較例１と同様である。

ところが、比較例１，２の場合、左右２つの領域間で透過および遮断を切り替えると、図７に示したように、左右のどちらの領域を開放した場合であっても、偏光子１１６Ａの偏光方向が一様であるため、偏光に依存した撮像データが得られる。このとき、比較例１では、領域毎に互いに同一の偏光方向の偏光に依存した撮像データが得られる。このため、視差画像Ｄ１１０Ｌ，Ｄ１１０Ｒは、あたかも同一の偏光フィルタを介在させて観察したかのような画像となり、不自然なものとなる。また、比較例２では、図９に示したように、左右の視差画像Ｄ１１１Ｌ，Ｄ１１１Ｒがそれぞれ偏光方向の異なる偏光フィルタを介在させて観察したかのような画像となり、比較例１よりも更に不自然なものとなる。尚、偏光フィルタを介在させて物体を観察した場合、偏光依存性の大きな光、例えば水面における反射光やガラス面における反射光による影響を受け易くなり、観察画像が不自然なものとなる。

（撮像装置１の特徴的な動作）
これに対し、本実施の形態では、液晶シャッター１２における左右の領域１２Ｌ，１２Ｒがそれぞれ、第１の偏光を選択的に透過させるサブ領域（１２Ｌ１，１２Ｒ２）と、第２の偏光を選択的に透過させるサブ領域（１２Ｌ２，１２Ｒ１）とに分割されている。また、このようなサブ領域への領域分割は、偏光子１０７Ａを互いに異なる偏光透過領域に分割すると共に、電極分割（４つのサブ電極１０２Ａの形成）による個別駆動によって実現される。

例えば、液晶シャッター駆動部１４は、上述の切替動作に応じて領域１２Ｌをオープンとする場合には、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２毎に、サブ電極１０２Ａおよび電極１０５へそれぞれ所定の電圧を供給する。これにより、偏光子１０７Ａの偏光透過領域１０７Ａ１，１０７Ａ２の透過光線（第１および第２の偏光）をそれぞれ、液晶層１０４および検光子１０７Ｂを透過させるように液晶シャッター１２を駆動する。領域１２Ｒをオープンとする場合も同様である。即ち、領域１２Ｌ，１２Ｒ毎に撮像素子１３において受光された光線はそれぞれ、第１の偏光と第２の偏光との双方に基づくものとなる。従って、得られる２枚の視差画像ＤＬ，ＤＲは、上記比較例１，２のような一方の偏光のみに依存する視差画像に比べ、偏光依存性が低減される。従って、偏光依存性が大きな光の影響を受けにくくなり、自然な視差画像が得られる。例えば水中の魚等を水面越しに撮像した場合にも、水面からの反射光と異なる偏光成分を検出することができ、これにより反射光成分を排除して、水面の内部の様子についての自然な観察画像を得ることができる。

以上のように本実施の形態では、撮像素子１３へ向かう光線を液晶シャッター１２の左右の領域１２Ｌ，１２Ｒ毎に切り替えて透過させるようにしたので、左右２枚の視差画像を得ることができる。また、領域１２Ｌ，１２Ｒをそれぞれ、第１の偏光および第２の偏光をそれぞれ透過させるサブ領域に分割したので、第１の偏光と第２の偏光との双方に基づいて、撮像データを取得することができる。よって、偏光による制約の少ない自然な視差画像を得ることが可能となる。

（適用例）
このような撮像装置１は、例えば図１０（Ａ）に示したようなカメラ３に搭載されて利用される。カメラ３は、筐体３０の内部に撮像装置１を備えると共に、ファインダー３１やシャッターボタン３２等の機構を有するものである。また、このカメラ３により撮影された２枚の視差画像ＤＬ，ＤＲ（図１０（Ｂ））を、右眼用画像および左眼用画像として、例えば図１０（Ｃ）に示したような３次元表示用の３Ｄディスプレイ装置４を用いて表示する。表示された右眼用画像を右眼、左眼用画像を左眼でそれぞれ別々に観察することにより立体視を実現することが可能である。

＜第２の実施の形態＞
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶シャッター（液晶シャッター２０）の断面構成を表したものである。図１２は、偏光子、電極および検光子におけるそれぞれの平面構成について模式的に表したものである。図１３は、偏光子および検光子における平面構成の他の例を表したものである。

（液晶シャッター２０の構成）
液晶シャッター２０は、上記第１の実施の形態の液晶シャッター１２と同様、撮像装置１において、液晶シャッター駆動部１４の駆動に応じて、撮像素子１３へ向かう光線の透過率制御を行うために設けられるものである。また、液晶シャッター２０は、上記第１の実施の形態の液晶シャッター１２と同様、互いに異なる透過率制御が可能な左右２つの領域１２Ｌ，１２Ｒを有している。更に、各領域１２Ｌ，１２Ｒは、第１および第２の偏光をそれぞれ透過させるサブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２，１２Ｒ１，１２Ｒ２に分割されている。但し、本実施の形態では、このような液晶シャッター２０の領域分割が、偏光子および検光子における偏光透過領域の分割によってなされている。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

具体的には、液晶シャッター２０は、基板１０１，１０６間に液晶層１０４が封止されると共に、基板１０１側に偏光子１０７Ａ、基板１０６側に検光子１１７Ｂ（第２の偏光子）がそれぞれ貼り合わせられてなる。基板１０１，１０６と液晶層１０４との間にはそれぞれ、電極１０２，１０５および配向膜１０３Ａ，１０３Ｂが形成されている。

本実施の形態では、電極１０２については、上記第１の実施の形態と異なり、サブ電極に分割する必要はない。検光子１１７Ｂは、入射光線のうち、所定の偏光軸に沿った方向の偏光を選択的に透過させるものであるが、ここでは、偏光子１０７Ａの偏光透過領域１０７Ａ１〜１０７Ａ４に対応して、偏光透過領域１１７Ｂ１〜１１７Ｂ４に分割されている。これらのうち偏光透過領域１１７Ｂ１，１１７Ｂ３には第１の偏光、偏光透過領域１１７Ｂ２，１１７Ｂ４には第２の偏光をそれぞれ選択的に透過させるように偏光軸が形成されている。即ち、本実施の形態では、このような偏光子１０７Ａおよび検光子１１７Ｂの組み合わせにより、領域１２Ｌ，１２Ｒ毎の透過率制御が可能となっている。

なお、偏光子１０７Ａの４つの偏光透過領域と検光子１１７Ｂの４つの偏光透過領域とにおける各偏光方向の組み合わせは、上述の構成に限定されるものではなく、例えば図１３に示したような偏光子１０８Ａおよび検光子１１８Ｂを用いてもよい。この場合、偏光子１０８Ａでは、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｒ１に対応する偏光透過領域１０８Ａ１，１０８Ａ３には第１の偏光、サブ領域１２Ｌ２，１２Ｒ２に対応する偏光透過領域１０８Ａ２，１０８Ａ４には第２の偏光をそれぞれ選択的に透過させるようにする。即ち、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｌ２からなる領域（１２Ｌ）と、サブ領域１２Ｒ１，１２Ｒ２からなる領域（１２Ｒ）とが左右対称となるような構成であってもよい。検光子１１８Ｂについては、サブ領域１２Ｌ１，１２Ｒ２に対応する偏光透過領域１１８Ｂ１，１１８Ｂ４には第１の偏光、サブ領域１２Ｌ２，１２Ｒ１に対応する偏光透過領域１１８Ｂ２，１１８Ｂ３には第２の偏光をそれぞれ選択的に透過させるようにする。

（第２の実施の形態の作用、効果）
本実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様、液晶シャッター駆動部１４の駆動動作により、液晶シャッター２０の領域１２Ｌ，１２Ｒ間において開閉が切り替えられる。これにより、撮像素子１３では、各領域１２Ｌ，１２Ｒ毎の受光光線に基づく撮像データＤout（ＤＲ，ＤＬ）が得られる。

ここで、液晶シャッター２０では、検光子１１７Ｂが、偏光子１０７Ａの偏光透過領域１０７Ａ１〜１０７Ａ４に対応して、偏光透過領域１１７Ｂ１〜１１７Ｂ４に分割されている。このような構成において、液晶シャッター駆動部１４により、電極１０２，１０５に供給される電圧の大きさに応じて、液晶シャッター２０の領域１２Ｌ，１２Ｒ間において開閉が切り替えられる。例えば、領域１２Ｌをオープンとする場合には、偏光子１０７Ａの偏光透過領域１０７Ａ１，１０７Ａ２の透過光線（第１および第２の偏光）がそれぞれ、液晶層１０４と検光子１１７Ｂの偏光透過領域１１７Ｂ１，１１７Ｂ２とを透過するように電圧供給を行う。

従って、上記第１の実施の形態の液晶シャッター１２と同様、領域１２Ｌ，１２Ｒ毎の受光光線はそれぞれ、第１の偏光と第２の偏光との双方に基づくものとなる。よって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

次に、上記第１および第２の実施の形態に係る液晶シャッターの変形例（変形例１〜３）について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜変形例１＞
図１４（Ａ），（Ｂ）は、変形例１に係る液晶シャッター３０の領域分割と偏光方向（実線矢印および点線矢印）について模式的に表したものである。本変形例は、液晶シャッターの領域分割についての一例である。本変形例における領域分割は、上記第１の実施の形態（電極分割）および第２の実施の形態（検光子の領域分割）のどちらにも適用可能である。

液晶シャッター３０は、上記第１の実施の形態の領域１２Ｌ，１２Ｒと同様、互いに異なる透過率制御が可能な左右２つの領域３０Ｌ，３０Ｒを有している。また、これらの領域３０Ｌ，３０Ｒが、第１の偏光および第２の偏光をそれぞれ透過させるサブ領域（サブ領域３０Ｌ１，３０Ｌ２，３０Ｒ１，３０Ｒ２）に放射状に均等分割されている。これらのうちサブ領域３０Ｌ１，３０Ｒ２は、第１の偏光を選択的に透過させ、サブ領域３０Ｌ２，３０Ｒ１は、第２の偏光を選択的に透過させるようにそれぞれ偏光軸が形成されている。図１４（Ｂ）では、斜線部分は光線が遮断（クローズ）されていることを示しており、即ち左図（Ｌ）では領域３０Ｌ、右図（Ｒ）では領域３０Ｒがそれぞれオープンとなっている。

但し、本変形例では、これらサブ領域３０Ｌ１，３０Ｌ２，３０Ｒ１，３０Ｒ２が、領域３０Ｌ，３０Ｒ毎に、それぞれ複数設けられている。具体的には、領域３０Ｌには、サブ領域３０Ｌ１，３０Ｌ２がそれぞれ２つずつ設けられ、サブ領域３０Ｌ１とサブ領域３０Ｌ２とが交互に配置されている。領域３０Ｒについても、サブ領域３０Ｒ１，３０Ｒ２がそれぞれ２つずつ設けられ、サブ領域３０Ｒ１とサブ領域３０Ｒ２とが交互に配置されている。即ち、領域３０Ｌ，３０Ｒ毎にみれば４つのサブ領域に均等分割され、液晶シャッター３０全体としては８つのサブ領域に均等分割されている。

このように、液晶シャッター３０における領域３０Ｌ，３０Ｒをそれぞれ分割するサブ領域３０Ｌ１，３０Ｌ２，３０Ｒ１，３０Ｒ２はそれぞれ複数設けられていてもよい。即ち、領域３０Ｌ，３０Ｒの各分割数は特に限定されず、上記第１および第２の実施の形態のように２つであってもよいし、本変形例のように４つであってもよい。第１および第２の偏光をそれぞれ透過する領域が含まれていれば、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができるためである。また、領域３０Ｌ，３０Ｒ毎の分割数を増やし、第１の偏光を透過するサブ領域３０Ｌ１，３０Ｒ２と第２の偏光を透過するサブ領域３０Ｌ２，３０Ｒ１とを交互に配置することにより、偏光依存性をより低減することができる。よって、上記第１および第２の実施の形態よりも自然な視差画像を得ることができる。

＜変形例２＞
図１５（Ａ），（Ｂ）は、変形例２に係る液晶シャッター４０の領域分割と偏光方向（実線矢印および点線矢印）について模式的に表したものである。本変形例は、液晶シャッターの領域分割についての一例である。本変形例における領域分割は、上記第１の実施の形態（電極分割）および第２の実施の形態（検光子の領域分割）のどちらにも適用可能である。

液晶シャッター４０は、上記第１の実施の形態の領域１２Ｌ，１２Ｒと同様、互いに異なる透過率制御が可能な左右２つの領域４０Ｌ，４０Ｒを有している。また、これらの領域４０Ｌ，４０Ｒが、第１の偏光および第２の偏光をそれぞれ透過させるサブ領域（サブ領域４０Ｌ１，４０Ｌ２，４０Ｒ１，４０Ｒ２）に分割されている。これらのうちサブ領域４０Ｌ２，４０Ｒ１は第１の偏光を選択的に透過させ、サブ領域４０Ｌ１，４０Ｒ２は第２の偏光を選択的に透過させるようにそれぞれ偏光軸が形成されている。また、本変形例では、上記変形例１と同様、領域４０Ｌ，４０Ｒにおいて、これらのサブ領域４０Ｌ１，４０Ｌ２，４０Ｒ１，４０Ｒ２が、それぞれ複数（具体的には２つずつ）設けられている。図１５（Ｂ）では、斜線部分は光線が遮断されていることを示しており、左図（Ｌ）では領域４０Ｌ、右図（Ｒ）では領域４０Ｒがそれぞれオープンとなっている。

但し、本変形例では、液晶シャッター４０は、その平面形状（円形）を放射状に４等分すると共に、同心円状に２等分するように領域分割されている。即ち、液晶シャッター４０の円形におけるθ方向および円弧Ｒ方向に沿ってそれぞれ分割されている。領域４０Ｌでは、サブ領域４０Ｌ１とサブ領域４０Ｌ２とが交互に（互いに隣接しないように）配置され、領域４０Ｒにおいても、サブ領域４０Ｒ１とサブ領域４０Ｒ２とが交互に配置されている。即ち、領域４０Ｌ，４０Ｒ毎にみれば４つのサブ領域に均等分割され、液晶シャッター４０全体としては８つのサブ領域に均等分割されている。

このように、液晶シャッター４０における領域４０Ｌ，４０Ｒのそれぞれにおいて、サブ領域４０Ｌ１，４０Ｌ２，４０Ｒ１，４０Ｒ２の分割形状は、上述したような放射状に限定されず、同心円状としてもよく、またこれらを組み合わせてもよい。この場合であっても、上記第１の実施の形態および変形例１と同等の効果を得ることができる。

＜変形例３＞
図１６は、変形例３に係る撮像装置における１／４波長板（１／４波長板１７）および液晶シャッター（液晶シャッター１８）の各構成と、それらの配置関係を模式的に表したものである。本変形例では、液晶シャッター１８の撮像対象物２の側に、１／４波長板１７が配置されている。尚、これらの１／４波長板および液晶シャッター１８以外の撮像装置の構成要素（撮像素子１３、液晶シャッター駆動部１４、撮像素子駆動部１５、制御部１６）については、上記第１の実施の形態と同様である。

液晶シャッター１８は、上述の液晶シャッター１２と同様、撮像素子１３へ向かう光線の透過率を、複数（ここでは２つ）の領域毎に制御するためのものである。この液晶シャッター１８は、一対の基板間に液晶層（図１６には図示せず）を封止してなると共に、その光入射側に偏光子１０９Ａ、光出射側に検光子１０７Ｂがそれぞれ貼り合わせられたものである。また、各基板の液晶層側にはそれぞれ電極が設けられており、そのうちの少なくとも一方の電極（ここでは１つの電極１２２）が複数のサブ電極に分割されている。但し、偏光子と電極（または検光子）とを４つの領域に分割してなる上記第１，第２の実施の形態等と異なり、本変形例では、偏光子の分割の有無は問わず、また、電極１２２の分割数は少なくとも２つあればよい。尚、ここでは、領域分割されていない偏光子１０９Ａを用いると共に、電極１２２のサブ電極１２２Ａへの分割数を２つとした場合を例に挙げて説明する。勿論、本変形例においても、電極１２２の分割数が４つやそれ以上であってもよいし、偏光子１０９Ａが互いに異なる偏光を透過させる複数の領域に分割されていてもよい。更には、上記第２の実施の形態で説明したように検光子が複数の領域に分割されていてもよい。

１／４波長板１７は、その光学軸１７ａが、液晶シャッター１８の偏光子１０９Ａにおける偏光軸と４５°をなすように配置されている。ここでは、一例として、光学軸１７ａが、偏光子１０９Ａにおける偏光軸（ここでは、９０°方向とする）と４５°をなすように配置されている。尚、偏光子１０９Ａにおける偏光軸は０°方向であってもよいし、あるいは上記のように偏光子が領域分割され、９０°方向である領域と０°方向である領域とが混在していてもよい。但し、いずれの場合にも、偏光子の偏光軸と１／４波長板の光学軸１７ａとが４５°をなすようにそれらが配置される。

ここで、図１７および図１８に、本変形例の比較例として、１／４波長板１７の光学軸１７ａと偏光板１０９Ａの偏光軸とを直交させた場合（光学軸１７ａを０°方向にした場合）の光線通過の様子を模式的に示す。但し、図１７は、１／４波長板１７への入射光のうち０°方向の偏光について、図１８は、１／４波長板１７への入射光のうち９０°方向の偏光についてそれぞれ示したものである。図１７に示したように、１／４波長板１７の光学軸１７ａが、偏光子１０９Ａの偏光軸と直交する場合、１／４波長板１７へ入射する０°方向の偏光は、そのまま偏光方向を変化させることなく１／４波長板１７を出射するため、偏光軸を９０°方向とする偏光子１０９Ａを通過せず、液晶シャッター１８から出射されない。

一方、図１８に示したように、１／４波長板１７へ入射する９０°方向の偏光は、そのまま偏光方向を変化させることなく１／４波長板１７を出射するため、偏光軸を９０°方向とする偏光子１０９Ａを通過し、液晶シャッター１８から出射される。

このように、１／４波長板１７が、その光学軸１７ａが偏光子１０９Ａの偏光軸と直交するように配置されている場合、１／４波長板１７への入射する偏光成分毎に、液晶シャッター１８における透過率が変化してしまう。即ち、偏光に依存しない自然な撮影が困難となる。これは、１／４波長板１７の光学軸１７ａを偏光子１０９Ａの偏光軸と一致させた場合も同様である。

これに対し、本変形例では、１／４波長板１７が、その光学軸１７ａが偏光子１０９Ａの偏光軸と４５°をなすように配置されていることで、１／４波長板１７へ入射する０°方向の偏光は、１／４波長板１７から円偏光となって出射される（図１９）。同様に、１／４波長板１７へ入射する９０°方向の偏光は、１／４波長板１７から円偏光となって出射される（図２０）。このように１／４波長板１７へ入射する０°方向および９０°方向の各偏光はどちらも円偏光となる（但し、回転方向は互いに逆となる）。

そして、１／４波長板１７を出射した円偏光のうち、偏光子１０９Ａの偏光軸と一致する偏光のみが偏光子１０９Ａを通過する。このため、１／４波長板１７への入射光が、０°方向の偏光であっても、９０°方向の偏光であっても、どちらの場合にも概ね半分の光が液晶シャッター１８を通過することとなる。即ち、偏光制約の少ない画像取得が可能となる。よって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、必ずしも偏光子や検光子を分割する必要がないため、上記第１，第２の実施の形態に比べ液晶シャッター１８の製造が容易となる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、液晶シャッターにおける左右２つの領域を、放射状あるいは同心円状に均等分割することによりサブ領域を形成した場合を例に挙げて説明したが、サブ領域の分割形状はこれらに限定されない。例えば、各領域を格子状（マトリクス状）のサブ領域に分割して、第１の偏光を透過させるサブ領域と第２の偏光を透過させるサブ領域とを交互に（例えば市松模様状に）形成してもよい。また、必ずしも「均等分割」である必要はなく、各領域に第１の偏光と第２の偏光とをそれぞれ透過させるサブ領域を有していれば、本発明と同等の効果を得ることができる。更に、分割数についても特に限定されず、その数が多くなる程、偏光依存性を低減し易くなる。但し分割数を増やす場合には、上記第１の実施の形態において説明した電極分割により領域分割を行うことが望ましい。各種リソグラフィ等を用いて細分化することが可能である。他方、偏光子および検光子の分割数の増加は、プロセス上困難であるため、プロセス上の観点からは、分割数は少ないことが望ましく、最小の分割数は４つ（左右で２つずつ）である。

また、上記実施の形態等では、偏光子および検光子における各偏光透過領域における偏光方向については、上述したものに限定されず、液晶層の駆動モード等に応じて様々な組み合わせを設定可能である。また、第１の偏光および第２の偏光を、各偏光方向が互いに直交する偏光として説明したが、必ずしも直交していなくともよい。

更に、上記実施の形態等では、液晶シャッターの各領域を、第１および第２の偏光をそれぞれ透過させる２種類のサブ領域に分割する場合を例に挙げたが、サブ領域としては、他の偏光成分を選択的に透過させる他のサブ領域を含んでいてもよい。

また、上記実施の形態では、電極分割の手法として、液晶シャッター１２における一対の電極１０２，１０５のうちの一方の電極１０２を複数のサブ電極に分割する例を挙げたが、逆側の電極１０５を分割してもよいし、あるいは両方の電極を分割してもよい。

加えて、上記実施の形態等では、液晶シャッターにおいて、左右２つの領域間において開閉を切り替える場合を例に挙げて説明したが、上下２つの領域間において切り替えを行うようにしてもよい。例えば、撮像装置を内蔵するカメラ３を、図２１（Ａ）に示したように水平位置から９０度傾けて使用する場合には、図２１（Ｂ）に示したように、上下２つの領域間で透過および遮断を切り替えることとなり、これにより図２１（Ｃ）に示したように、縦長の２枚の視差画像を得ることも可能である。但し、このようにカメラ３を使用状況に応じて傾け、左右方向（水平方向）および上下方向（垂直方向）の直交する２つの方向の双方において視点画像を取得できるようにする場合には、液晶シャッターにおける領域分割を電極分割により行うようにする。

また、上記実施の形態では、液晶シャッターにおいて開閉の切り替えを２つの領域間で行う場合を例に挙げて説明したが、切り替えを行う領域は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。この場合には、液晶シャッターの平面形状を例えば放射状や格子状に分けるとよい。これにより、３枚以上の視差画像を取得することができ、所望の視点における視差画像を得易くなる。

更に、上記実施の形態では、取得した２枚の視差画像を立体視に用いる場合を例に挙げて説明したが、他の用途に使用することもできる。例えば、２枚の視差画像に対してステレオマッチング画像処理を施し、視差画像間の位相差を求めるようにすれば、この位相差に基づいて撮像物体までの距離を算出することが可能である。

１…撮像装置、３…カメラ、１２，２０，３０，４０…液晶シャッター、１０１，１０６…基板、１０２，１０５…電極、１０２Ａ…サブ電極、１０３Ａ，１０３Ｂ…配向膜、１０４…液晶層、１０７Ａ，１０８Ａ…偏光子、１０７Ｂ，１１７Ｂ…検光子、１１…撮像レンズ、１３…撮像素子、１４…液晶シャッター駆動部、１５…撮像素子駆動部、１６…制御部。

Claims (8)

1. 撮像レンズと、
   受光した光に基づいて撮像データを取得する撮像素子と、
   前記撮像素子へ向かう光線の透過率を互いに異なる複数の領域毎に制御可能であると共に、前記複数の領域がそれぞれ、第１の偏光を選択的に透過させる第１のサブ領域と、前記第１の偏光と偏光方向の異なる第２の偏光を選択的に透過させる第２のサブ領域とを有する液晶シャッターと、
   前記液晶シャッターにおける透過および遮断を前記複数の領域間において時分割に切り替えて駆動する液晶シャッター駆動部と
   を備えた撮像装置。
2. 前記液晶シャッターは、一対の基板間に封止された液晶層を有すると共に、前記一対の基板のうち光入射側の基板に第１の偏光子、光出射側の基板に第２の偏光子をそれぞれ有する
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１の偏光子は、
   前記第１のサブ領域に対応すると共に前記第１の偏光を選択的に透過させる第１の偏光透過領域と、
   前記第２のサブ領域に対応すると共に前記第２の偏光を選択的に透過させる第２の偏光透過領域とを有する
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記一対の基板にはそれぞれ、前記液晶層へ電圧を印加するための電極が設けられ、
   少なくとも一方の基板における電極は、前記第１および第２のサブ領域に対応して分割されている
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第２の偏光子は、前記第１の偏光子における前記第１および第２の偏光透過領域の配置に対応して、前記第１の偏光を選択的に透過させる第３の偏光透過領域と、前記第２の偏光を選択的に透過させる第４の偏光透過領域とを有する
   請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記複数の領域のそれぞれにおいて、前記第１および第２のサブ領域は均等分割されている
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記複数の領域毎に、前記第１および第２のサブ領域がそれぞれ複数設けられている
   請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記液晶シャッターの撮像対象物側に、１／４波長板が配置され、
   前記１／４波長板の光学軸が、前記第１の偏光子の偏光軸と４５°をなす
   請求項２に記載の撮像装置。

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