JP2000134641A - 立体写真撮影用デジタルスチルカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は１台のデジタル・カメラで３次元の
撮影を可能とする、立体写真撮影用デジタルスチルカメ
ラに関する。特に、角度可変手段を備えた二対４枚平面
反射鏡、頂角固定である鏃型複合色消しプリズム等を用
いることにより、デジタルスチルカメラにおける３次元
の画像を立体で撮影、再生、記録できる。 【解決手段】 明るさ絞りと近接してスリット絞りを設
けたズームレンズにおいて、前記スリット絞りは前記明
るさ絞りとは独立して制御できるとともに、焦点距離情
報の検知可能なセンサーを備えた光学レンズの先端、直
前に、二対、４枚で校正される平面反射鏡で、一対は内
側で相互角度がほぼ９０度、光軸に対してほぼ４５度に
固定され、他の一対は外側に逆ハの字型に分離された二
対４枚平面反射鏡と、ズームレンズの焦点距離を感知し
モーター等にて前記角度を可変に制御できる角度可変手
段と、画像記録用ＣＣＤと、該ＣＣＤからの出力を記録
し保存する手段とを備えた立体写真撮影用デジタルスチ
ルカメラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は１台のデジタル・カ
メラで３次元の撮影を可能とする、立体写真撮影用デジ
タルスチルカメラに関する。特に、角度可変手段を備え
た二対４枚平面反射鏡、頂角固定である鏃型複合色消し
プリズム等を用いることにより、デジタルスチルカメラ
における３次元の画像を立体で撮影、再生、記録でき
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、人が視覚において、立体を認
識するのは、・・・ 両眼による、左、右の網膜上の視差角の違いから認
識する。 体の移動にともなう、網膜上の像の移動距離が遠方
と近距離の物体では異なる。 日常生活で、さまざまな物体の大きさを経験的に認
識しその前後関係を識別している。

【０００３】以上の３点で、我々は自分を取り巻く環境
を立体的に認識している。なお、説明の理解を助けるた
め以下の定義をする。視差角度として、被写体を両目で
見た場合の角度を視差全角とし、片目又はレンズの片側
光路で見た場合の角度を視差半角と定義する。

【０００４】本発明は、の原理を取り入れるものであ
る。人の両眼は注視する物体が常に自分の視野の中心に
なるように、かつ焦点を合わすように眼球をコントロー
ルしている。この結果、注視している物体までの距離に
よって視差角を変化させながら、眼幅を底辺とし、被写
体を頂点とした二等辺三角形を維持し、立体的な感覚を
得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、デジタルカメラ
での３次元（ステレオ、３Ｄ）撮影は一般的には行われ
ていない。しかし、以下のスチル・カメラと同じ方法で
撮影することは可能である。２台の同じ写真機を水平に
並列に三脚に固定し、被写体を頂点にした二等辺三角形
を描くように設置し同時に撮影を行う。

【０００６】しかしながら、以下の欠点がある。コスト
や運搬の手間が通常の撮影の２倍以上掛かる。常に被写
体を頂点にした二等辺三角形を描くように設置し同じ条
件で同時に撮影を行う必要があり、撮影時の手間は通常
の撮影と比べ繁雑となる。被写体が限定され、昆虫、動
物等自然界の動きのあるものの撮影は非常な困難を伴
う。２台のカメラに別々に写されるため印刷後、鑑賞の
為に対にマウントする必要がある。１台のモニター画面
での鑑賞は不可能である。もしくは別の装置が必要とな
る。カメラを２台設置し、調整する必要がある。

【０００７】このため、撮影できる範囲が限定され、条
件が変ると再度設置、調整をする必要がある。離れた２
台のカメラを同時に操作する必要がある。動きの激しい
もの、予想できない対象は被写体となり得ない。２台の
カメラを設置し、視差角度を固定する為ズーム撮影が不
可能である。本発明は上記のすべての欠点を解決し、１
台のカメラでステレオ撮影を可能とするものである。

【０００８】また、１台のカメラで３次元撮影を試みる
発明も見受けられるが、以下の点において混乱し、結果
誤りと看過を生じているため妥当な解決手段を提供して
いるとはいえなかった。その理由としては、・・・ （１）１つの光学系内で、左・右、水平方向へ視差角の
違いのある２つの２次元映像を鮮明に分離し取り込む光
学理論上の誤りが見られる。 （２）人の眼幅と立体感（全浮き上がり度：「光学の知
識」第２０６頁、理学博士：山田幸五郎著、東京電機大
学出版局、１９９６年１１月２０日発行）との関係の誤
認が認められる。 （３）色収差と相反像面湾曲（後述）が未解決である。

【０００９】（１）と（２）は誤りで（３）は看過とい
える。（１）は致命的な誤りであり、見掛け上の手段に
類似性が認められるが、誤りである以上、結果としての
この理論を適用した発明の効果は認められない。（２）
と（３）は（１）を正しいと認識した前提での課題であ
る。（２）は従来出願された発明の殆どが人の眼幅６５
ｍｍ（成人平均：６２ｍｍ＋／−３ｍｍ）に根拠なく拘
泥しており、その結果、装置の物理的大きさに制限を与
えてしまっている。光学機器や映像によって、人の得る
立体感は、全浮き上がり度として表現できる。ここで、
全浮き上がり度とは、物体の遠近識別の程度を表すもの
さしである。識別できる視界の前後範囲がどれだけ大き
くなるかを表す倍数値で定義される。例えば、倍率が１
で、左右光軸の間隔が眼幅の２倍の場合と、倍率が２
で、左右光軸の間隔が眼幅と同じ場合は結果として全浮
き上がり度は同一となる。

【００１０】したがって、全浮き上がり度が大きくなる
と、物体の前後関係の識別範囲が大となり、結果として
立体感を増すこととなる。 全浮き上がり度＝（左、右光軸間隔÷個人の眼幅）×倍
率 の関係で与えられる。物理的に左、右の眼幅６５ｍｍに
光軸間隔を近似させても倍率（ズーム率）によって変化
するものであり、眼幅６５ｍｍに拘泥することはまった
く無意味である。

【００１１】（３）については（１）、（２）を正しく
認識しても、プリズムを３次元画像取り込み手段として
採用している場合、色収差の課題が未解決で、赤、紫、
青の被写体が本来の位置からは、ずれて結像してしま
い、立体感を全く再現しない。また、同様にプリズムを
採用した広角撮影時では、画像の周辺では光軸に平行で
ない光がプリズムに入射するため、入射面の頂角が実際
より鋭角となり、左、右画像の上部、下部が相反して外
側へ湾曲する現象（相反像面湾曲とする）が起こり、こ
れも立体感を大きく疎外する。例えば、端的には写真撮
影で電信柱が縦にまっすぐでなく画像の右側では「Ｃ」
のように折れ曲がったようになることである。

【００１２】従来の発明にあっては、上記のような重大
な誤りや看過があり実用性がなく、極端には不可能、あ
るいは困難であった。特に理論上重要な点は、（１）の
認識、即ち１台のカメラで３次元画像を取り込む場合、
視差角の半分が左、右の画像を分離するのに必要な角度
となる点である。この角度は撮影時、結像面の水平方向
の受光素子やフィルムの幅とレンズの焦点距離によって
決定されるものであり、従来の発明における光学理論で
よく見受けられる間違いではあるが、２つの光学系の画
像取り入れ口の間隔と人の眼幅６２ｍｍ＋／−３ｍｍへ
の拘泥や、水平画角の４分割は一切意味をなさない。分
離される左、右の画像は平行して結像するという甚だし
い間違いを犯している発明は論外である。

【００１３】光学系内部では、右の画像は倒立実像とし
て左へ、左の画像は倒立実像として右へ結像し、光学系
内部で交差するのが正しい認識である。勿論人がうける
立体感は視差角であるが、２つの光学系の画像取り入れ
口の間隔ではなく、撮影結果としての鑑賞時の左、右２
つの画像間の視差角であり、この視差角は前述の光学系
の画像を左、右に分離する角度によって拘束され、これ
は結像面の横幅とレンズの焦点距離によってのみ決定さ
れるものである。

【００１４】この結果、従来の、発明によく見受ける視
差角を決定してから全体を設計する考え方も間違いであ
ると言える。以下に、従来技術として、つぎの例が見ら
れるが、前記理由から個別には以下の機能不備等が認め
られ、本発明の課題解決がなされていない。

【００１５】従来技術１：特開平２−２５８４２では、
２台の同じカメラを設置、又は固定して、映像を撮影す
る方式が見られる。しかしながら、レンズ焦点距離情報
処理において、被写体の有限遠方から無限遠方の切り替
え処理が不可能となる。片方、あるいは両方のカメラと
被写体間に障害物がある場合は機能しないといった欠点
が課題として挙げられる。特開平８−２０１９４０、特
開平１０−７０７４０では、無限遠方の被写体を想定し
ていない。また、被写体の上、下、左、右の動きにも追
従できない。前者はコントロール用カメラと被写体間に
障害物があるときは機能しない。後者は被写体に対して
カメラが常時、２等辺三角形を描くことができない。

【００１６】従来技術２：特開昭５９−３０３９０で
は、１台のカメラにプリズムを利用して３次元映像を取
り入れる方式が見られる。しかしながら、１つの光学系
内で、左、右、水平方向へ視差角の違いのある２つの２
次元映像を鮮明に取り込む場合の光学理論上の誤りと色
収差と相反像面湾曲が未解決で、左、右の映像分離方法
の光学理論上の誤りが認められる。

【００１７】従来技術３：特開平９−３２７０４２、特
開平１０−４５６７では、１つの光学系内で、左、右、
水平方向へ視差角の違いのある２つの２次元映像を鮮明
に取り込む場合の光学理論上の誤りと色収差と相反像面
湾曲が未解決で、左、右の映像分離方法が解決されてい
ない。なお、前者は、１台のカメラに平面鏡を利用して
３次元映像を取り入れる方式を取り入れているが、前記
したように、光学理論上の誤りがあり、左、右の画像分
離方法が解決されていない。後者は同様に、平面鏡４枚
アダプターの採用が見られるが前記したような欠点、課
題が未解決のほか、望遠ズーム撮影が不可能である。

【００１８】従来技術４：特開平９−２８１６１４ 前
記の１つの光学系内で、左、右、水平方向へ視差角の違
いのある２つの２次元画像を鮮明に取り込む場合の光学
理論上の誤りがある。補助光学装置の場合は、課題に
「コンパクト、軽量」とあるが、実際にズームへの自動
対応、また特に広角の対応が一切考慮されていない課題
があり、左、右の画像分離が未解決である。

【００１９】本発明は、前記従来の撮影上の欠点を解決
し、３次元の撮影、再生を可能とするものである。特
に、１台のデジタル・カメラで３次元の撮影を可能とす
る、立体写真撮影用デジタルスチルカメラに関する。特
に、角度可変手段を備えた二対４枚平面反射鏡、頂角固
定である鏃型複合色消しプリズム等を用いることにより
立体写真撮影用デジタルスチルカメラを提供することを
課題としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、明るさ絞りと
近接してスリット絞りを設けたズームレンズにおいて、
前記スリット絞りは前記明るさ絞りとは独立して制御で
きるとともに、焦点距離情報の検知可能なセンサーを備
えた光学レンズの先端、直前に、二対、４枚で校正され
る平面反射鏡で、一対は内側で相互角度がほぼ９０度、
光軸に対してほぼ４５度に固定され、他の一対は外側に
逆ハの字型に分離された二対４枚平面反射鏡と、ズーム
レンズの焦点距離を感知しモーター等にて前記角度を可
変に制御できる角度可変手段と、画像記録用受光素子
と、該受光素子からの出力を記録し保存する画像ファイ
ル手段とを備えた立体写真撮影用デジタルスチルカメラ
により提供される。

【００２１】また、明るさ絞りと近接してスリット絞り
を設けたズームレンズにおいて、前記スリット絞りは前
記明るさ絞りとは独立して制御できるとともに、焦点距
離情報の検知可能なセンサーを備えた光学レンズの先
端、直前に、固定された頂角の稜線が垂直画角を基準に
計算されたｒ１の円弧で、かつ、谷側も半径ｒ２の前記
円弧と同心円である円弧をもつ鏃型複合色消しプリズム
と、該プリズムより被写体側で数メートルないし数十メ
ートルの焦線距離を有するシリンドリカル・レンズを設
けるとともに、前記プリズムの頂角を被写体側に向け、
前記プリズムと前記シリンドリカル・レンズを焦線が水
平方向となるように設置し、２個一対の画像記録用受光
素子と、該受光素子がズームレンズの焦点距離に応じて
結像面の水平方向へ開閉し、前記受光素子からの出力を
記録し保存する画像ファイル手段とを備えた立体写真撮
影用デジタルスチルカメラにより提供される。

【００２２】さらに、明るさ絞りと近接してスリット絞
りを設けたズームレンズにおいて、前記スリット絞りは
前記明るさ絞りとは独立して制御できるとともに、焦点
距離情報の検知可能なセンサーを備えた光学レンズの先
端、直前に、前記角度可変手段を備えた前記二対４枚平
面反射鏡の直後に、頂角固定、稜線は直線で谷側は半径
ｒ２の円弧である鏃型複合色消しプリズムを前記頂角を
前記二対４枚平面反射鏡に向け配置し、該二対４枚平面
反射鏡の左、右の画像取り込み口に、一対の前記シリン
ドリカル・レンズを焦線が水平方向となるように設置
し、画像記録用受光素子と、該受光素子からの出力を記
録し保存する画像ファイル手段とを備えた立体写真撮影
用デジタルスチルカメラにより提供される。

【００２３】さらにまた、結像面に１個の受光素子を備
え、その水平方向の左もしくは右から７５％の領域をフ
ァインダーでモニターする撮影装置を付加した前記の立
体写真撮影用デジタルスチルカメラにより提供される。

【００２４】前記の限定された形態で以下の特徴を備え
て提供される。結像面に２個一対の受光素子を備え、そ
のどちらか一方を選択できその映像をファインダーでモ
ニターする撮影装置を付加した前記の立体写真撮影用デ
ジタルスチルカメラにより提供される。また、前記画像
ファイル手段として、ＪＰＥＧ方式を含む画像圧縮方式
で圧縮する手段を付加した前記のいずれか記載の立体写
真撮影用デジタルスチルカメラにより提供される。さら
に、前記画像ファイル手段として、ＪＰＥＧ方式を含む
画像圧縮方式で圧縮する手段と、再度復元して前記画像
として出力させる再生出力手段を付加した前記のいずれ
か記載の立体写真撮影用デジタルスチルカメラにより提
供される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を具体
的に説明する。図１は本発明の基本的な概念を示す説明
図で光学系を上から見た上面図である。ここで、被写体
５、ユニット１、レンズ４、スリット絞り２、結像面
３、ｓを結像面の水平方向の幅として説明する。

【００２６】本発明の基本原理を説明すると、正面、無
限遠方の被写体５、５は、本来は１つの光学系内では結
像面３の中心であるｓｔ０へ像を結ぶことが知られてい
る。このときの角度θ０は角度８として示される。本発
明の３次元（立体について３次元の表現を用いる）画像
取り込み装置では被写体５、５の画像を結像面３で結像
させるが、この被写体５、５の画像を図に示した上、下
に分割して結像させることがポイントとなる。

【００２７】具体的には、３次元画像として利用するた
めには、被写体５の画像取り込みは水平方向にある視差
角の違いのため左、右（図で上、下）２つの２次元画像
として取り込む必要がある。そのためには、右側光路９
の結像位置３を水平方向にｓｔ１まで中心からｓ／４だ
け強制的に移動させる。同じようにして、左側光路１０
も対称位置ｓｔ２へ結像させる。この時光路を変更させ
るのに必要な光軸に対する角度１１をθ１とすると、θ
１は結像面３の横幅Ｓと焦点距離ｆ０の関係から数１の
式１に示される。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで得られた、角度θ１で、被写体５、
５を（２×θ１）の視差角をもったｓｔ１とｓｔ２へ、
左、右２つの２次元画像として分割する。ユニット１は
このθ１を左、右の光路にそれぞれ対称に与える機能を
有する。この左、右二つに分割された画像の境界線は、
それぞれ右側光路９と左側光路１０の外側の光がｓｔ０
の位置を垂直方向に通過することにより形成されるが、
図示しない明るさ絞りの開放の状態では光の回折現象と
光学系が円筒形であるため、境界線とはならず帯状、も
しくは楕円形となって左、右の画像が重なりあう結果と
なる。

【００３０】これを防いで重なりを線状に近づけるため
に、明るさ絞りと同じ位置に左、右に一対のスリット絞
り２を配し、これを明るさ絞りとは独立した操作で適正
な位置に絞りこむことによって、明るさを大きく犠牲に
することなく、また焦点深度の補正とは独立して、左、
右の画像を明確かつ鮮明に分離することができる。従来
技術にあっては、すべての発明で、このθ１と結像面３
の横幅Ｓと焦点距離ｆ０との関係を見落とし、重大な誤
りを犯していた。

【００３１】その結果、左、右の画像の分離手段に対し
ても、看過や本来機能しない手段を提唱しており実現化
不能ものとなっていた。また、この理論的関係を正しく
認識することによってのみレンズの焦点距離ｆ０の変化
（ズーム撮影）にも対応できる。

【００３２】つぎに、以下の３方式のユニット１を使用
した本発明の立体写真撮影用デジタルスチルカメラにつ
いて説明する。図２、図３及び図８はユニット１に使用
される第１の方式であり、図２は本発明の実施例１に使
用される二対４枚平面反射鏡の要部平面図、図３は図２
の二対４枚平面反射鏡の２つに分離した光路の説明図、
図８は実施例１についての本発明の立体写真撮影用デジ
タルスチルカメラの要部説明図である。

【００３３】ユニット１としては３つの方式を採用で
き、ポイントは二対、４枚で構成される二対４枚平面反
射鏡７で平面反射鏡１２、１３、１４、１５である。一
対１４、１５は相互角度ほぼ９０度、光軸に対してほぼ
４５度に固定され、他の一対１２、１３は外側に逆ハの
字型に分離された構成からなる。このユニット１はズー
ムレンズの焦点距離に応じて角度を可変に制御できる方
式で、前記原理に好適なことが鋭意研究の結果見いださ
れた。

【００３４】図４、図５及び図９はユニット１に使用さ
れる第２の方式である。図４は本発明の実施例２に使用
される鏃型複合色消しプリズムの要部平面図である。図
５は図４の鏃型複合色消しプリズムにシリンドリカル・
レンズを配置した要部平面図で、（ａ）は要部平面図、
（ｂ）は要部側面図、ｐ、ｕ、ｖ、ｙは対応位置を示
す。図９は実施例２についての本発明の立体写真撮影用
デジタルスチルカメラの要部説明図である。

【００３５】ポイントは鏃型複合色消しプリズム６でそ
の外観の要部が示されている。鏃型複合色消しプリズム
６にシリンドリカル・レンズを組み合わせたものが使用
可能である。この鏃型複合色消しプリズム６は２つのプ
リズム３０、３１の貼り合わせで、頂角固定で頂角を被
写体側に向け、頂角の稜線がズーム最適焦点距離時の垂
直画角を基準に計算（後述する）された半径ｒ１の円周
をもち、谷側も同心円の円周を描く形状が必要である。
また、同時に鏃型複合色消しプリズム６と該プリズムの
前側に数メートルないし数十メートルの焦線距離を有す
るシリンドリカル・レンズ４５を焦線が横方向となるよ
うに設置した。

【００３６】この数メートルないし数十メートルの焦線
距離を有するシリンドリカル・レンズを設けるとした点
について説明する。本発明にあっては、この焦線距離は
レンズ４の最適焦点距離での垂直画角と鏃型複合色消し
プリズム６を構成している硝種によって決定され、５メ
ートルないし３０メートル程度が実用的である。本発明
では、これより広い３メートルないし６０メートルまで
実現可能である。より正確には前記レンズの中央部分が
当該焦線距離を有し、左・右周辺は若干焦線距離が長く
なるような糸巻型が好ましい。

【００３７】図６、図７及び図１０は前記ユニット１を
組み合わせ使用した第３の方式である。図６は本発明の
実施例３に使用される二対４枚平面反射鏡と鏃型複合色
消しプリズム及びシリンドリカル・レンズの組み合わせ
た要部平面図である。図７は他の鏃型複合色消しプリズ
ムの要部平面図で、（ａ）は要部平面図、（ｂ）はその
要部側面図、ｐ、ｕ、ｖ、ｙは対応位置を示す。図１０
は実施例３についての本発明の立体写真撮影用デジタル
スチルカメラの要部説明図である。

【００３８】二対４枚平面反射鏡と鏃型複合色消しプリ
ズム６及びシリンドリカル・レンズの組み合わせたもの
が使用可能である。これらた３通りのユニットについて
さらに詳しく説明する。ここで、シリンドリカル・レン
ズ４５は画像の垂直方向の引き伸ばしもしくは水平方向
の短縮をすることによって、省くことは可能である。ま
た、レンズ系は本発明とは直接関係がないため、本来は
複数のレンズ群であるが、便宜上図では１枚の理想レン
ズ４で表した。同様に、光学レンズは図示しない焦点距
離情報の検知可能なセンサーを備えている。

【００３９】

【実施例１】図２は上から見た本発明の構成の１つであ
る二対４枚平面反射鏡７を表している。これらは前記第
１の方式で、ユニット１に使用される二対４枚平面反射
である。特に、一般的な裏面鏡ではなく、アルミを表面
に蒸着した表面鏡でなければならない。

【００４０】図２は本発明の装置を水平にして図示され
ており、レンズ先端４、平面反射鏡１２、１３、１４、
１５、支点１６として示される。中心にあるＶ字の平面
鏡１４、１５は一対からなりそれぞれほぼ９０度に、光
軸に対してはほぼ４５度の角度で固定され、光学レンズ
４の先玉の直前に来るよう配置する。外側の逆ハの字の
平面鏡１２、１３は同様に一対からなる。それぞれ支点
１６を対称にθ３として示した角度１８でレンズ側の焦
点距離の情報に応じてコントローラを介して超音波モー
ター等で制御されその結果θ１となる角度１１（視差角
度の半角）が与えられる。ここでモーターとしては超音
波モーターのほかステッピングモーターが使用可能で用
途、コスト等から任意に選択可能である。

【００４１】平面鏡１４、１５は一対からなりそれぞれ
ほぼ９０度であるが、理想的には９０度丁度が望ましい
が、公差の範囲での変動、その他の使用条件で若干の許
容誤差は許容される。また、光軸に対してのほぼ４５度
の角度も同様な許容誤差が認められるべきである。

【００４２】ここで、θ１で示される角度１１とθ３で
示される角度１８は、角度θ１が角度θ３の２倍の関係
をもつ。また、θ０で示される角度８は光学レンズのも
つ水平方向の画角の１／２の値を表す。ここでθ０は水
平画角、θ２は視差角のそれぞれ１／２とし、レンズ４
の先端有効径ｄとすると、ユニット１（二対４枚平面反
射鏡７）の水平方向の横幅Ｗで表すと、数２の式２とし
て求まる。

【００４３】

【数２】 広角撮影レンズの場合、画角が大きくなり、このユニッ
トの水平方向の横幅Ｗも大きなる。ちなみに関係式で計
算すると、θ０＝３０度のとき、ユニット１の水平方向
の横幅Ｗは光学レンズの先端有効径ｄの７倍程度、標準
撮影レンズ、角度θ０＝２０度のとき横幅Ｗは４倍程度
に達する。この関係を比較１、比較２として表１に示し
た。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【実施例２】図４、５は実施例２の装置を表している。
これらは前記第２の方式で、ユニット１に使用される鏃
型複合色消しプリズム６が要部となる。凸側プリズム３
０はクラウン系ガラス、凹側プリズム３１はフリント系
ガラスを用いた頂角固定の鏃型複合色消しプリズム６で
ある。図４は鏃型複合色消しプリズム６の上面を示し、
図５上半分は図４と同じ、下半分はそれの側面図として
示されている。これにシリンドリカル・レンズ４５を配
置した状態で示されている。

【００４６】図４の、この鏃型複合色消しプリズム６は
正面からの入射した光３２が射出する時点で赤（長波
長）３４と紫（短波長）３５が平行となるように設計す
る。凸側プリズム３０を透過後、分散された光線が凹側
プリズム３１によって、平行光線となるように設計され
ている。

【００４７】この理由は、いかなる角度で入射しても、
平行光線（無限遠方被写体）はレンズにより焦点に１点
に結像する原理により、結像面３においては無限遠方被
写体の色収差はほぼ完全に補正される。このように設計
することにより、色収差を最小限に押さえることが可能
となり、境界線上の虹色や赤、紫色の結像面での異常な
位置移動を最小限とすることができる。この設計を看過
すると、赤、紫等の被写体の３次元画像の再現が不可能
となる。また、貼り合わせ面３８は、物理的に有限の幅
を有することから不必要な迷光が中心にあらわれ、画像
にゴーストを発生させる場合がある。したがって、この
場合はゴーストを除去するために凹面側谷線に適当な幅
のスミ塗り３７が必要となってくる。

【００４８】図５での稜線半径ｒ１と谷線ｒ２の円周を
持たせることにより、角度４３のδの範囲内でθ１で示
された角度１１を一定に保つことができる。δで示めさ
れた角度δは光学レンズのもつ垂直方向の画角の値をも
ち、広角ズームの場合、角度δは大きくなる。角度δが
大きくなる程、このプリズムは水平方向にマイナス（数
メートルから数十メートル）の焦線をもつ、アナモルフ
ィック・レンズの様相を呈し、それを補正するためにシ
リンドリカル・レンズ４５が必要となる。なお、この数
メートルないし数十メートルの表現は前述したとおりの
意味として理解されるべきである。ただし、シリンドリ
カル・レンズ４５はズーム率により、必ずしも必須の光
学素子ではなく、また、画像信号処理による垂直方向の
引き伸ばしもしくは水平方向の短縮をすることによっ
て、省くことも可能である。

【００４９】ここで、プリズム３０、プリズム３１の形
状を決定するには数３の式３により求められる。

【数３】 ｒ１はプリズム６の稜線から中心４４までの半径であ
る。δはズームの範囲内最適焦点距離時の画面の垂直画
角で、この距離は以下の条件で決定される角度４３であ
る。 １．ズーム範囲の中間。もしくは、 ２．人が最も自然に感じる焦点距離、例えば、３５ｍｍ
一眼レフカメラにおいては、５０ｍｍ前後の焦点距離。 ３．最も使用頻度が高いと想定される焦点距離。ｄはレ
ンズ先端の有効径ｄｔｕはプリズム６の中心肉厚ｒ２は
プリズム６の稜線から中心までの半径ｒ１からプリズム
６の中心肉厚ｔｕを引いた値となる。

【００５０】このユニット１の鏃型複合色消しプリズム
６は、光の入射面と射出面に反射率１％未満の反射防止
膜がコートされていることが必要である。この反射防止
膜は公知の反射防止用マルチコートにより実施すること
で、プリズム内部の乱反射を最大限に除去し、レンズの
解像力を損なうことなく、鮮明な画像を確保するのに必
須の処理である。

【００５１】

【実施例３】図６、７は実施例３について示される。前
記実施例１、２の各ユニット１を組み合わせ使用した第
３の方式である。図６は、二対、４枚で構成される二対
４枚平面反射鏡７と鏃型複合色消しプリズム６の組み合
わせからなる複合型でそれらを水平にして上から見た要
部を説明したものである。図７は、図６に使用される実
施例３の鏃型複合色消しプリズム６を取り出し要部を説
明したものである。上半分は図６のプリズムと同じ、下
半分はそれの側面図として示されている。

【００５２】特徴は広角の撮影において、ユニット１の
大きさをコンパクトにできるところにある。鏃型複合色
消しプリズム６は図７にあるように、光の入射面の凸面
の稜線は円弧ではなく直線で、射出面の凹面のみが円弧
となっている。このユニット１は、色収差の補正と相反
像面湾曲の補正が二律背反の関係となるので、ｒ２の値
は広角の撮影における角度θ０と色収差と相反像面湾曲
の補正のどちらを重視するかによって決定されるが基本
的には図５におけるｒ２に準じてもよい。

【００５３】ただし、プリズムのアナモルフィック・レ
ンズ化の程度は図４、５の方式に比べてより大きく、図
６のシリンドリカル・レンズ４５の必要性は高まること
になる。シリンドリカル・レンズ４５は画像信号処理に
よる垂直方向の引き伸ばしもしくは水平方向の短縮をす
ることによって、省くことは可能である。

【００５４】つぎに、表１は二対４枚平面反射鏡と鏃型
複合色消しプリズムを採用したときに装置の横幅の縮小
率の対比表で前述した比較１、２について示した。実施
例３の本発明の立体写真撮影用デジタルスチルカメラに
視差角θ１の半角が６度になるような鏃型複合色消しプ
リズム６を採用した場合において、数２の関係式から導
きだした、実施例１、実施例３の装置の横幅の縮小率の
対比表である。光学レンズ先端有効径ｄと二対４枚平面
反射鏡７の装置の水平方向の幅Ｗの関係を表し、装置が
コンパクトになっていることが判る。

【００５５】図１１は本発明の立体写真撮影用デジタル
スチルカメラのファインダー部分を除く、光学系を表し
た説明図である。図１は焦点距離に応じて、二対、４枚
で構成される二対４枚平面反射鏡７の外側の反射鏡を制
御することにより、θ１を変化させることのできる基本
構成と理論を表したものに対して、図１１は頂角固定の
鏃型複合色消しプリズム６を採用した場合の基本構成を
表した図１の変形した説明図で、２個一対のＣＣＤ３が
左右（図で上下）の移動方向に開いた様子を示した。こ
の方式の最大の特徴は結像面の受光素子が２個一対で焦
点距離の変化に応じて水平方向左、右に開閉できるとこ
ろにある。視差角の半角に当たるθ１は常時固定される
ため、受光素子３はＣ１、Ｃ２の間をＳｍの２倍相当を
制御する開閉機構が必要となる。このＳｍは数４の式４
により与えられ、受光素子が開いたときの間隔から求ま
り、その間隔の半分の値となる。ｆ０はズームレンズの
最短焦点距離、ｆ１はズーム時の焦点距離である。

【数４】 として与えられる。なお、レンズ系の取り扱いは前記と
同様であり理想レンズ４として表した。

【００５６】図１２は受光素子からの画像出力をファイ
ンダーを通して本発明のモニターで確認している状態を
表す説明図である。これは各実施例の装置でファインダ
ーでモニターする撮影装置を付加した場合における理解
を容易にするための説明図である。無限遠方にある星と
注視したい被写体である樹木の映像部分の位置関係から
最終的に本発明の立体写真撮影用デジタルスチルカメラ
が正常に撮影しているか判定する。

【００５７】その方法は、図１２の右から７５％の領域
内で、注視したい樹木５３が視野左端で半分に分断さ
れ、かつ、樹木５４が視野右側で右から２５％の位置に
確認できることで判定する。この状態で画像が５０％の
位置で、左、右に正常に分離され取り込まれていること
で判断が可能となる。したがって、ファイダーフレーム
の外側、上下に５０％と２５％の位置を示す逆三角形と
三角形等のマークがあることが必要となる。ファインダ
ー内部の場合は、５０％と２５％の位置を示す縦のレチ
クル線が必要となる。７５％の領域は左からであっても
可能である。さらに、注視していない被写体、例えば、
無限遠方にある星５５、５６の位置は全く考慮の対象外
となる。

【００５８】本発明装置で撮影された画像は、例えば図
１３に示す本発明の装置で撮影された立体視用写真の説
明図、図１４に示す立体視観察装置により立体鑑賞が可
能である。図１４はこの装置の基本的な概念を示す斜視
図である。ここで、ビューア本体６１をスタンド本体６
４の上に取り外し自在に載置したもので、レンズ６７、
６８から写真６６を両眼により覗くことで撮影された写
真６６を観察するものである。鼻梁部分穴６９は人の鼻
の位置となる。

【００５９】したがって、ビューア本体６１とスタンド
本体６４から立体写真観察装置が形成されている。具体
的に使用方法を説明する。図１４はこの写真６６を図の
矢印方向の位置に挟み込む。レンズ６７、６８から見て
写真の左右の真ん中を前記挟み込む位置にセットする。
レンズに両眼を近づけ、鼻梁を６９に合わせレンズから
写真を覗くと立体視として観察できる。図１３では左右
被写体７２、７３が写真上中央７１を境にして平面的に
見られるがこの被写体像からいわゆる３次元、３Ｄ、立
体写真が観察できる。７４、７５は遠方の被写体（星）
を示した。

【００６０】また、本発明装置で撮影された画像は、他
の方法による立体視観察装置により立体鑑賞が可能であ
る。例えば、図示しない本発明装置では、画像出力は立
体視ディスプレイへ出力され鑑賞することが可能であ
る。必要により、画像圧縮された画像記録ファイル手段
からの提供が可能である。例えば、媒体としてはフロッ
ピーディスク、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、その他の不揮
発性メモリ等があげられる。これらはＪＰＥＧその他の
画像圧縮手段より提供される。したがって、簡易な立体
視観察装置のほかパーソナルコンピュータを介した画像
処理により画像の変更、修正を経た取扱を可能とする画
像記録ファイルを本発明装置に付加することが可能であ
る。

【００６１】図１５は本発明の光学レンズにおけるスリ
ット絞りと明るさ絞りの関係を、絞り位置の光軸に直交
する断面図で説明したものである。スリット絞り２と明
るさ絞り１７は前後関係は問題ではなく、ほぼ同位置に
配し、スリット絞りは２枚の長方形の垂直方向のスリッ
トで左、右から絞る。スリット絞りと明るさ絞りはそれ
ぞれ独立して制御される。明るさ絞り１７の形状は本発
明では、正６角形ないし正８角形が適当である。配置さ
れる位置は、本来は理想レンズ４内の明るさ絞りの正規
位置であるが、本発明の特徴の一部を成すものであるた
め理想レンズ４の外部に表示した。

【００６２】本発明は前述した構成から表２のような格
別の効果が確認された。従来技術１ないし４と本発明の
前記実施例１ないし３とを比較した結果を示したもの
で、これらから、本発明の優れた作用効果が明らかに認
められる。また、本発明については、前述したように３
次、すなわち、２つの画像から立体情報としての認識が
できるとの説明をしてきたが、モニターへは立体ではな
いいわゆる２次元情報の映像出力の表示が可能である。
具体的には、ＣＣＤからの情報をそのまま装置のモニタ
ーにより見ることが可能である。これは、予め３次元映
像の前処理段階での利用等で有用である。

【００６３】

【表２】 この結果から、本発明の特徴が容易に理解されよう。

【００６４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、多く
の優れた効果が生ずることが明らかである。特に、従来
方法に比較しての効果としては表２に列挙した。特に、
本発明の光学性能面では、ズーム対応が図られ、プリズ
ム色収差の解決や、電信柱が左、右で「Ｃ」や「逆Ｃ」
となっしまうプリズム相反像面湾曲の解消といった多く
の作用効果が期待できる。さらに、操作性能面では、操
作容易、装置を小型化でき、用途の広範な装置として提
供できよう。立体撮影に課題となる映像の変化、特に、
動きの激しい被写体、予想できない被写体の位置変動に
も本質的な効果が見いだされた。他の例では、ズーム撮
影の容易さがあげられる。さらに、頂角を固定した実施
例３において、人の視差全角への配慮は自然な立体感、
臨場感がもたらせよう。

【００６５】現在、コンピューター・グラフィックス等
において３Ｄと呼ばれている２次元映像技術は完璧とは
言えない。極端な表現を用いるなら、目の錯覚を利用し
たにすぎない。注視していたり、上、下をひっくりかえ
したりすると、凹凸がいれかわるといった本質的な欠点
が存在している。しかし、これが未知・未踏の画像の場
合、物体の凹凸は重要な要素である。本発明ではこれら
の理論的解明で解決され、２台ではなく、１台のカメラ
で３次元（立体）が撮影可能であることは、今後、需要
が高まると考えられる。請求項２の他鏃型複合色消しプ
リズム６を採用した場合は、装置の小型化が可能とな
り、構造面からも堅牢さが期待できよう。

【００６６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な概念を示す説明図で光学系を
上から見た上面図

【図２】本発明の実施例１に使用される二対４枚平面反
射鏡の要部平面図

【図３】図２の二対４枚平面反射鏡を２つに分離した光
路の説明図

【図４】鏃型複合色消しプリズムの要部平面図

【図５】図４の鏃型複合色消しプリズムにシリンドリカ
ル・レンズを配置した要部平面図で、（ａ）は要部平面
図、（ｂ）は、ｐ、ｕ、ｖ、ｙで図（ａ）との対応位置
関係を示すその要部側面図

【図６】二対４枚平面反射鏡と鏃型複合色消しプリズム
及びシリンドリカル・レンズの組み合わせた状態の要部
平面図

【図７】他の鏃型複合色消しプリズムの要部平面図で、
（ａ）は要部平面図、（ｂ）は、ｐ、ｕ、ｖ、ｙで図
（ａ）との対応位置関係を示すその要部側面図

【図８】実施例１についての本発明の装置の要部説明図

【図９】実施例２についての本発明の装置の要部説明図

【図１０】実施例３についての本発明の装置の要部説明
図

【図１１】頂角固定プリズムを採用した場合の基本構成
の説明図

【図１２】実施例２におけるモニターで確認している状
態を表す説明図

【図１３】本発明の装置により撮影される立体視用写真
の説明図

【図１４】立体鑑賞のための立体視観察装置の基本的な
概念を示す斜視図

【図１５】本発明のスリット絞りと明るさ絞りの関係の
説明図

【符号の説明】

１ ユニット ２ スリット絞り ３ 結像面 ４ 理想レンズ ５ 被写体 ６ 鏃型複合色消しプリズム ７ 二対４枚平面反射鏡 １１ 視差角度θ１ １２ 平面反射鏡 １３ 平面反射鏡 １４ 平面反射鏡 １５ 平面反射鏡 １７ 明るさ絞り ３０ プリズム ３１ プリズム ３７ スミ塗り ３８ 貼り合わせ面 ４５ シリンドリカル・レンズ ６１ ビューア本体 ６４ スタンド本体 ６６ 写真 ６７ レンズ ６８ レンズ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】明るさ絞りと近接してスリット絞りを設け
   たズームレンズにおいて、前記スリット絞りは前記明る
   さ絞りとは独立して制御できるとともに、焦点距離情報
   の検知可能なセンサーを備えた光学レンズの先端、直前
   に、二対、４枚で校正される平面反射鏡で、一対は内側
   で相互角度がほぼ９０度、光軸に対してほぼ４５度に固
   定され、他の一対は外側に逆ハの字型に分離された二対
   ４枚平面反射鏡と、ズームレンズの焦点距離を感知しモ
   ーター等にて前記角度を可変に制御できる角度可変手段
   と、画像記録用受光素子と、該受光素子からの出力を記
   録し保存する画像ファイル手段とを備えた立体写真撮影
   用デジタルスチルカメラ。
2. 【請求項２】明るさ絞りと近接してスリット絞りを設け
   たズームレンズにおいて、前記スリット絞りは前記明る
   さ絞りとは独立して制御できるとともに、焦点距離情報
   の検知可能なセンサーを備えた光学レンズの先端、直前
   に、固定された頂角の稜線が垂直画角を基準に計算され
   たｒ１の円弧で、かつ、谷側も半径ｒ２の前記円弧と同
   心円である円弧をもつ鏃型複合色消しプリズムと、該プ
   リズムより被写体側で数メートルないし数十メートルの
   焦線距離を有するシリンドリカル・レンズを設けるとと
   もに、前記プリズムの頂角を被写体側に向け、前記プリ
   ズムと前記シリンドリカル・レンズを焦線が水平方向と
   なるように設置し、２個一対の画像記録用受光素子と、
   該受光素子がズームレンズの焦点距離に応じて結像面の
   水平方向へ開閉し、前記受光素子からの出力を記録し保
   存する画像ファイル手段とを備えた立体写真撮影用デジ
   タルスチルカメラ。
3. 【請求項３】明るさ絞りと近接してスリット絞りを設け
   たズームレンズにおいて、前記スリット絞りは前記明る
   さ絞りとは独立して制御できるとともに、焦点距離情報
   の検知可能なセンサーを備えた光学レンズの先端、直前
   に、前記角度可変手段を備えた前記二対４枚平面反射鏡
   の直後に、頂角固定、稜線は直線で谷側は半径ｒ２の円
   弧である鏃型複合色消しプリズムを前記頂角を前記二対
   ４枚平面反射鏡に向け配置し、該二対４枚平面反射鏡の
   左、右の画像取り込み口に、一対の前記シリンドリカル
   ・レンズを焦線が水平方向となるように設置し、画像記
   録用受光素子と、該受光素子からの出力を記録し保存す
   る画像ファイル手段とを備えた立体写真撮影用デジタル
   スチルカメラ。
4. 【請求項４】結像面に１個の受光素子を備え、その水平
   方向の左もしくは右から７５％の領域をファインダーで
   モニターする撮影装置を付加した請求項１又は請求項３
   記載の立体写真撮影用デジタルスチルカメラ。
5. 【請求項５】結像面に２個一対の受光素子を備え、その
   どちらか一方を選択できその映像をファインダーでモニ
   ターする撮影装置を付加した請求項２記載の立体写真撮
   影用デジタルスチルカメラ。
6. 【請求項６】前記画像ファイル手段として、ＪＰＥＧ方
   式を含む画像圧縮方式で圧縮する手段を付加した請求項
   １ないし請求項３のいずれか記載の立体写真撮影用デジ
   タルスチルカメラ。
7. 【請求項７】前記画像ファイル手段として、ＪＰＥＧ方
   式を含む画像圧縮方式で圧縮する手段と、再度復元して
   前記画像として出力させる再生出力手段を付加した請求
   項１ないし請求項３のいずれか記載の立体写真撮影用デ
   ジタルスチルカメラ。