JP2001166258A - 立体画像撮影用光学系及びそれを用いた立体画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】立体撮影を行うための光学性能が良好で、より
小型で比較的広い画角が撮影可能である立体画像撮影光
学系及びそれを用いた立体画像撮影装置を得ること。 【解決手段】通過光束を制限する左右眼用の１対のシャ
ッタと、左右眼用の負の屈折力を有する１対の前方レン
ズ群と、左右眼用の１対の反射ミラーと、該１対の前方
レンズ群の光軸が交差した位置又はその近傍に配置し
て、該１対の前方レンズ群の光軸を一致させる合成光学
素子と、絞りと、該一致した光軸と光軸が一致するよう
に配置した後方レンズ群とを有した立体画像撮影用光学
系において、該１対の反射ミラーは該前方レンズ群と該
合成光学素子との間に配置されており、該１対のシャッ
タを交互に開閉して、該１対の前方レンズ群と後方レン
ズ群とを介して、結像面に設けた撮像素子に時系列的に
左眼用と右眼用の視差画像を形成していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体画像撮影用光学
系及びそれを用いた立体画像撮影装置に関し、特に、変
倍が可能であり、かつ比較的広画角の撮影範囲を含む左
右眼の視差画像を得る際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】立体画像を観察する為には複数の視差画
像が必要となる。従来、複数の視差画像を得る為の立体
画像撮影用の光学装置や撮影光学系が、例えば持開平８
−２５１６２４号公報や特開平８−３０７９０４号公報
等で種々と提案されている。

【０００３】特開平８−２５１６２４号公報の図１にお
いては、立体画像撮影光学系を左右２つの反射角度可変
ミラーと、左右２つのミラーと、左右２つの２組みの偏
光フィルターと、左右２つのレンズ系と、ひとつの撮像
素子より構成している。そして、偏光フィルターを回転
させることにより左右の視差画像に基づく光量を変化さ
せ、左右の視差画像に対する光路を通過した光を交互に
撮像素子に導いて視差画像を得ている。

【０００４】また、特開平８−２５１６２４号公報の図
２の実施例においては、立体画像撮影光学系を左右２つ
の反射角度可変ミラーと、左右２つのミラーと、偏光ビ
ームスプリッターと、偏光フィルターと、レンズ系と、
撮像素子より構成している。

【０００５】そして図１と同様に、偏光フィルターを回
転させることにより左右の視差画像に基づく光量を変化
させ、左右の視差画像に対する光路を通過した光を交互
に撮像素子に導いて視差画像を得ている。

【０００６】特開平８−３０７９０４号公報において
は、立体画像撮影光学系を左右２つの対物レンズと、左
右２つのシャッタと、左右２つの像を結合するためのハ
ーフミラーと、左右２つの対物レンズの１次結像面を撮
像素子に再結像する変倍光学系より構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−２５１６２４号公報の図１の実施例に開示されてい
る立体画像撮影光学系は、ひとつの撮像素子に対し２つ
の撮影レンズが用いられているので、撮像素子に対し撮
影レンズの光軸が傾いてしまい、画面周辺部がボケてし
まう欠点があった。

【０００８】又、特開平８−２５１６２４号公報の図２
の実施例で開示されている立体画像撮影光学系では２つ
の光路を合成する為の光路合成素子に多層膜より構成さ
れる偏光ビームスプリッターを用いている。この為、光
束の入射角の変化によって分光反射率の特性が変化して
しまう欠点があり画面内で色ムラが生じてしまうといっ
た欠点があった。

【０００９】また、特開平８−３０７９０４号公報にお
いては左右２つの対物レンズの空中像をリレーレンズで
再結像させるため光学系全体のレンズ構成枚数が多くな
り、装置全体の構成が複雑になるという欠点を有してい
た。

【００１０】また、ハーフミラーにより、左右の光路を
合成しているため、各光路ともハーフミラーを反射・透
過を行うため、光量が少なくなるという問題を有してい
る。

【００１１】本発明は、複数の視差画像を撮影する為の
光学系を適切に設定することにより、光学性能が良好で
色ムラが生じず、比較的広画角の撮影画像が得られ、し
かも良好なる立体画像（視差画像）を容易に得ることが
できる立体画像撮影用光学系及びそれを用いた立体画像
撮影装置の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の立体画
像撮影光学系は、通過光束を制限する左右眼用の１対の
シャッタと、左右眼用の負の屈折力を有する１対の第１
レンズ群と、左右眼用の１対の反射ミラーと、該１対の
第１レンズ群の光軸が交差した位置又はその近傍に配置
して、該１対の第１レンズ群の光軸を一致させる合成光
学素子と、絞りと、該一致した光軸と光軸が一致するよ
うに配置した後方レンズ群とを有した立体画像撮影用光
学系であって、該１対の反射ミラーは該第１レンズ群と
該合成光学素子との間に配置されており、該１対のシャ
ッタを交互に開閉して、該１対の第１レンズ群と後方レ
ンズ群とを介して、結像面に設けた撮像素子に時系列的
に左眼用と右眼用の視差画像を形成していることを特徴
としている。

【００１３】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記１対のシャッタは前記合成光学素子よりも物体
側の光路上に配置していることを特徴としている。

【００１４】請求項３の発明は請求項１，２の発明にお
いて、前記１対のシャッタが前記第１レンズ群と該合成
光学素子の間の光路上に配置されていることを特徴とし
ている。

【００１５】請求項４の発明は請求項１〜３の発明にお
いて、前記１対のシャッタは液晶を利用していることを
特徴としている。

【００１６】請求項５の発明は請求項１〜４の発明にお
いて、前記絞りは前記合成光学素子により光軸を一致さ
せた位置又はその近傍に配置されており、該合成光学素
子は表面反射又は裏面反射を利用したミラー部材より成
っていることを特徴としている。

【００１７】請求項６の発明は請求項１の発明におい
て、前記後方レンズ群は少なくとも２つの正の屈折力の
レンズ群を備え、前記第１レンズ群及び絞りは、像面に
対して変倍に際しては常時固定であり、前記少なくとも
２つの正の屈折力を有するレンズ群は、各々独立に像面
側から物体側へ移動して広角端から望遠端への変倍を行
っていることを特徴としている。

【００１８】請求項７の発明は請求項６の発明におい
て、前記第１レンズ群と絞りの間の空気に換算した距離
をＤ１Ｓ（ｍｍ）としたとき、 ２５＜Ｄ１Ｓ の条件式を満足することを特徴としている。

【００１９】請求項８の発明は請求項６又は７の発明に
おいて、前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から
入射瞳位置までの距離をＬｉｎｐ、前記変倍したときの
全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき、 １．５＜Ｌｉｎｐ／ｆｗ＜５ の条件式を満足することを特徴としている。

【００２０】請求項９の発明は請求項６，７又は８の発
明において、前記後方レンズ群を変倍により広角端にし
たとき、前記前方レンズ群と該後方レンズ群による撮影
画角２ωが ４５°＜２ω を満足することを特徴としている。

【００２１】請求項１０の発明の立体画像撮影装置は、
請求項１から９のいずれか１項の立体画像撮影用光学系
を用いて撮像手段面上に視差画像を形成していることを
特徴としている。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の立体
画像撮影装置の光学断面図である。図１の立体画像撮像
装置（立体画像撮影光学系）は２つの視差画像を時系列
に得る場合を示している。

【００２３】図１の撮影光学系（光学系）は、人間の目
の幅に略等しい間隔で、略平行に配置される左右の光軸
ＡＸＬ，ＡＸＲ上に配置される左右２つのシャッタ（光
量制御手段）ＳＬ，ＳＲと負の屈折力を有する左右の第
１レンズ群（光学系）Ｇ１Ｌ、Ｇ１Ｒと、左右の光軸
（ＡＸＬ，ＡＸＲ）を内側に偏向させる反射ミラーＭ１
Ｌ、Ｍ１Ｒと、反射ミラーＭ１Ｌ、Ｍ１Ｒにより偏向さ
せられた光軸ＡＸＬ、ＡＸＲを光学系の絞りＳＰ近傍で
重ねるための３角プリズム（３角柱プリズム）よりなる
合成光学素子Ｐと、光量調節のための絞りＳＰと、像面
に対して常時固定であり負の屈折力を有する第２レンズ
群Ｇ２と、広角端から望遠端への変倍時に像面から物体
側へ光軸上を移動可能な全体として正の屈折力を有する
第３レンズ群Ｇ３と、変倍時の像面位置の補正のために
光軸上を移動可能な全体として正の屈折力を有する第４
レンズ群Ｇ４と、物体の距離変化に応じて光軸上を移動
可能な全体として正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５
と、光学的ローパスフィルタＬＰＦと、色分解プリズム
ＰＧとから構成されている。

【００２４】色分解プリズムＰＧで３色に色分解された
後、像面は各色ごとに異なった像面（撮像素子面）に到
達するが、本実施例では、１つの像面ＦＰのみを記載し
ている。

【００２５】図１において、広角端から望遠端の変倍時
に第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は、同図に示す
軌跡３Ａ、４Ａのように光軸上を物体側へ移動して変倍
とそれに伴う像面の補正を行っている。第５レンズ群Ｇ
５は、物体距離の変動に伴う像位置の補正（フォーカ
ス）を行っている。

【００２６】軌跡５Ａ１，５Ａ２は各々無限遠物体と近
距離物体における各ズーム位置（広角端から望遠端にお
けるズーム位置）に対する光軸上の位置を示している。
第１〜第５レンズ群は変倍光学系ＺＰの一要素を構成し
ている。

【００２７】図１に示すように、撮影光学系の内部の物
体側に、撮影光学系の絞りＳＰを設け、その近傍におい
て左右の画像の合成を行うような３角プリズムからなる
合成光学素子Ｐを設けることにより、比較的，前玉径を
小さくし、左右の偏向ミラーＭ１Ｒ，Ｍ１Ｌの小型化を
達成している。

【００２８】本実施形態では、合成光学素子Ｐの２つの
反射面ＰＬ，ＰＲを挟む角度を７０度として、絞りＳＰ
による有効光束のケラレなどを防いでいる。また、２つ
の反射面ＰＬ，ＰＲは、表面反射鏡であり、高い反射率
を有する蒸着が施されている。

【００２９】次に左右の光軸（ＡＸＬ，ＡＸＲ）を内側
に偏向させる反射ミラーＭ１Ｌ，Ｍ１Ｒの配置について
説明する。

【００３０】図２は、左右の光軸ＡＸＬ，ＡＸＲと合成
光学素子Ｐと、合成された光軸ＡＸとの構成関係を示し
た概略図である。右側の光路ＡＸＲについて考えると，
合成光学素子Ｐの反射面ＰＲと偏向ミラーＭ１Ｒは、略
平行になっており、このため右側の光軸ＡＸＲと光軸Ａ
Ｘは、距離Ｄだけオフセットしている。

【００３１】この結果、左右の光学系が対称であるとす
ると左右の光軸ＡＸＬ，ＡＸＲから、視差２Ｄを有する
画像を得ることができる。

【００３２】この時、物体と合成光学素子Ｐの間に配置
される光学系Ｇ１Ｒについて考えると、光学系Ｇ１Ｒの
配置には、偏向ミラーＭ１Ｒに対して像側にＧ１Ｒを配
置する方法と、変更ミラーＭ１Ｒよりも、より物体側に
配置する方法が考えられる。

【００３３】図３は、偏向ミラーＭ１Ｒよりも像側に配
置した場合の、光学系の画角（半画角ｗ）と、光軸ＡＸ
Ｒに対する角度θの関係を示す説明図である。

【００３４】半画角ｗに対して、偏向ミラーＭ１Ｒが２
点の交点を持つためには、 ｗ＜θ が必要である。

【００３５】したがって光学系が比較的広角である場
合、ｗがある程度大きい場合、偏向ミラーＭ１Ｒが大き
くなってしまい、又、偏向ミラーＭ１Ｒと交点を持てな
くなる。θは、合成光学素子の２つの反射面ＰＲ，ＰＬ
を挟む角度の２分の１の場合、２つの光軸ＡＸＬ，ＡＸ
Ｒが平行となる。

【００３６】本実施形態では、広角端での半画角ｗを２
２．５度以上としているので、図３のような構成であれ
ば偏向ミラーＭ１Ｒが大型化してしまう。

【００３７】このため、図４に示すように、負の屈折力
を有する光学系Ｇ１Ｒよりも像側に偏向ミラーＭ１Ｒを
配置している。

【００３８】是により、光学系Ｇ１Ｒの負の屈折力によ
り偏向ミラーＭ１Ｒに入射する開き角度が半画角ｗより
も小さくなるため、偏向ミラーＭ１Ｒを小型にすること
ができる。

【００３９】また、偏向ミラーＭ１Ｒを負の屈折力を有
する第１レンズ群Ｇ１Ｒと合成光学素子Ｐとの間に配置
しても、立体撮影を行うに対して適切な視差を得られる
ように、合成光学素子Ｐと第１レンズ群Ｇ１Ｒとの間隔
を適切に設定している。

【００４０】図１の実施形態１では、変倍光学系ＺＰ
が、共通の光軸ＡＸ上にあるので、変倍時の左右の倍率
差や光軸のずれを生じないという利点がある。

【００４１】図１では、負の屈折力を有する第１レンズ
群Ｇ１Ｒ，Ｇ１Ｌより物体側に左右のシャッタＳＬ，Ｓ
Ｒを配置したが、是に限定するものではない。合成光学
素子Ｐと物体との間の光軸、ＡＸＲ，ＡＸＬ上にシャッ
タＳＬ，ＳＲが配置されておればよい。

【００４２】とくに、第１レンズ群Ｇ１Ｒ，Ｇ１Ｌと、
合成光学素子Ｐとの間に、シャッタＳＬ，ＳＲを配置す
ると第１レンズ群の負の屈折力によりシャッタへの入射
角が減ぜられ、シャッタの小型化及びシャッタを液晶な
どとしたときの角度依存性を大きく低減することができ
る。この場合、第１レンズ群と合成光学素子間の光路長
を補正する必要がある。

【００４３】図５は、負の屈折力を有する第１レンズ群
Ｇ１Ｒと偏向ミラーＭ１Ｒとの間にシャッタＳＲを配置
した場合の右側の構成例を示したものである。

【００４４】また、図６は、偏向ミラーＭ１Ｒと合成光
学素子Ｐとの光路の間にシャッタＳＲを配置した場合の
右側の光路を示したものである。

【００４５】図５、図６とも右側の光路のみ示したが、
左側についてはこれと光軸ＡＸについて対称な構造を有
している。

【００４６】左右のシャッタＳＬ，ＳＲをそれぞれシャ
ッタ制御手段ＵＮ１Ｌ、ＵＮ１Ｒに接続され、不図示の
撮影制御回路により制御される。これにより、左右のシ
ャッタＳＲ，ＳＬを時分割に制御することで、像面ＦＰ
に視差画像を形成している。

【００４７】図７は本実施形態における右側のシャッタ
ＳＲの要部概略図である。

【００４８】本実施形態の左右眼用の光量制御手段とし
ての、液晶シャッターＳＬ，ＳＲは同じ構成より成って
いる。右の液晶シャッターＳＲは被写体側から、１／４
波長板Ｐ１、偏光板Ｈ１、液晶ＬＣＤＲ、偏光板Ｈ２、
そして１／４波長板Ｐ２より構成している。

【００４９】左の液晶シャッターＳＬも同様に被写体側
から１／４波長板Ｐ３、偏光板Ｈ３、液晶層ＬＣＤＬ、
偏光板Ｈ４、そして１／４波長板Ｐ４より構成してい
る。

【００５０】上記偏光板の偏光軸と１／４波長板の光学
軸のなす角度θは良好な円偏光を形成するためにθを４
５°に設定している。

【００５１】液晶ＬＣＤＲ（ＬＣＤＬ）と２枚の偏光板
Ｈ１，Ｈ２（Ｈ３，Ｈ４）で構成される液晶シャッター
ＳＲ（ＳＬ）の被写体側及び撮像素子（ＣＣＤ１）側の
両方に、１／４波長板Ｐ１，Ｐ２（Ｐ３，Ｐ４）を配置
することにより被写体の偏光による光沢の変化や、偏光
による水晶ローパスフィルターＬＰＦの効果の減少によ
るモアレの発生を防ぎ、自然な画像を撮影している。

【００５２】液晶シャッターＳＲ（ＳＬ）は、その両側
に１／４波長板Ｐｌ，Ｐ２（Ｐ３，Ｐ４）を配置するこ
とにより、液晶シャッターＳＲ（ＳＬ）を通過する直線
偏光光は、被写体側及び撮像側で円偏光となるので、偏
光特性を有する被写体の影響や、複屈折を利用して光線
を分離する水晶ローパスフィルターの効果の減少を少な
くしている。

【００５３】図１の実施形態では、物体距離の変動に対
する像面位置の補正（フォーカス）を第５レンズ群で行
っているが、第１群以外のレンズ群であれば他のレンズ
群でも物体距離の変動に対する像面位置の補正（フォー
カス）をしてもよい。

【００５４】また、さらなる光量調節のために、絞りＳ
Ｐの開口を変化させる方法の他に光量減衰フィルターを
第１レンズ群と反射ミラーの間や、第１レンズ群と合成
プリズムＰの間に配置し、被写体の明るさに応じて、出
し入れ可能としてもよい。

【００５５】さらに、左右の光軸，ＡＸＬとＡＸＲの物
体側で交差する距離を、不図示の測距装置から得られた
距離情報に応じて可変にすることにより、視差画像を得
ても良い。これによれば、より見やすい立体画像を得る
ことができる。

【００５６】また、本実施形態では、撮像素子としてＣ
ＣＤを用いているが、ＣＣＤのかわりに銀塩フィルムを
配置して、立体カメラあるいは立体動画カメラを構成し
てもよい。撮像装置がフィルムの場合はモアレは発生し
ないので、銀塩フィルム側の１／４波長板及び水晶ロー
パスフィルターＬＰＦは省略してよい。

【００５７】本発明に係る変倍光学系の一態様は、物体
側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、絞りＳ
Ｐ、第２レンズ群、少なくとも２つの正の屈折力のレン
ズ群を備え、前記第１レンズ群および絞りは、像面に対
して常時固定であり、前記少なくても２つの正の屈折力
を有するレンズ群は、広角端から、望遠端への変倍を行
うとき、それぞれ独立に像面側から物体側に移動してい
る。

【００５８】そして、前記第１レンズ群と絞りとの間隔
Ｄ１Ｓが以下の条件式を満足している。

【００５９】２５＜Ｄ１Ｓ（ｍｍ） ‥‥‥（１） ここでＤ１Ｓは、第１レンズ群と絞りの間の空気に換算
した距離である。条件式（１）の下限をこえると、立体
撮影に適する視差を得る様な光学系を構成するのが難し
くなる。

【００６０】又、以下の条件式を満足することを特徴と
している。

【００６１】 １．５＜Ｌｉｎｐ／ｆｗ＜５ ‥‥‥（２） ここでＬｉｎｐは、入射瞳位置（第１レンズ群の最も物
体側のレンズ面からの距離）、ｆｗは変倍光学系の広角
端側の焦点距離である。

【００６２】下限を超える領域では、第１レンズ群の屈
折力が強くなりすぎ、第１レンズ群の軸外光線の高さが
小さくなり、収差補正が困難になる。

【００６３】また、上限をこえると第１レンズ群の有効
径が大きくなってしまうので好ましくない。

【００６４】次にこの変倍光学系を用いた立体画像撮影
装置の技術的な説明をする。視差のある左右の画像を、
共通の撮像面上に形成するために、光学系の絞り近傍に
配置した合成光学素子により光路を合成することによ
り、合成光学素子を小型化すること，および光量低下の
少ない光学系を可能としている。

【００６５】また、負の屈折力を有する第１レンズ群と
絞りの間に、合成光学素子および、左右の反射ミラーを
配置することで、ミラーの小型化および画角の広い光学
系に対しても立体撮影を可能としている。

【００６６】また、左右のシャッタを物体と該合成光学
素子の間に配置することで、時分割された左右の視差画
像を取り込むことができる。また、さらに該シャッタを
液晶シャッタとすることで、応答性に優れる立体画像撮
影光学系を実現している。

【００６７】また、前記合成光学素子を、表面鏡あるい
は、裏面鏡を用い、これによって、光量の低下が少なく
なるようにしている。

【００６８】又、変倍光学系を物体側から順に、負の屈
折力を有する第１レンズ群、絞り、第２レンズ群と配置
することで、絞りに入射する軸外主光線の角度を小さく
すること、および、レンズ径の小径化を実現し、また、
絞りに対して、物体側に第１レンズ群を配置すること
で、第２群より像面側で発生する軸外収差の発生を良好
に補正することを可能としている。

【００６９】また、変倍部を、第２レンズ群よりも像面
側に位置する少なくても２つの正の屈折力を広角側から
望遠端に対して、像面側から物体側移動するように構成
することで、変倍時に第１レンズ群、絞りを変倍時に固
定することが可能となり、変倍およびフォーカス作動時
の左右の倍率変動や、光軸ずれの発生を防いでいる。

【００７０】変倍光学系としてさらに望ましくは、第１
レンズ群のみを絞りに対して、物体側に配置しているの
で、軸外収差の補正上、第１レンズ群中に正レンズを配
置することが望ましい。

【００７１】次に図１の撮影光学系（変倍光学系）の第
１レンズ群１ＧＲ（１ＧＬ）以降の光路を展開したとき
の数値実施例１，２を表−１，表−２に示す。

【００７２】又、数値実施例１の光路を展開したときの
撮影光学系の断面図と収差図を図８，図９に示す。数値
実施例２の光路を展開したときの撮影光学系の断面図と
収差図を図１０，図１１に示す。

【００７３】数値実施例においてｒｉは物体側より順に
第ｉ番目の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の
レンズ厚及び空気間隔、ｎｉとνｉはそれぞれ物体側よ
り順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数で
ある。数値実施例における最後の６つのレンズ面は色分
解プリズムやフィルター等のガラスブロックである。

【００７４】実際の撮影光学系は第１レンズ群と第２レ
ンズ群の間で、左右の光路を合成するような図１に示し
た光学系を構成するが、数値実施例としては、光路を展
開して示している。また、左右の光学系は同じ構成であ
る。

【００７５】収差図において、（Ａ），（Ｂ）はそれぞ
れ広角端、望遠端の収差図を表している。また、ｄｉｓ
ｔは歪曲収差をあらわしている。また、球面収差の図
中、実線はｄ線、２点鎖線はｇ線、１点鎖線はｃ線を表
している。

【００７６】また、非点収差で、点線はメリジオナル断
面をＳはサッジタル断面の非点収差を表している。以後
の収差図で、表記については、同じであり以後説明を省
略する。

【００７７】本実施形態では図１に示したように、合成
光学素子Ｐの２つの反射面の挟む角度を７０度と設定し
たが、是に限定するものではない。

【００７８】左右の光軸ＡＸＬ，ＡＸＲ間の距離（視
差）量と、第１レンズ群と絞りまでの間隔を適切に設定
し、絞りによる軸外光束のケラレを考慮すると、２つの
反射面Ｐ１，Ｐ２の間の角度Ｑは、 ６０＜Ｑ＜８０（ｄｅｇ） であることが望ましい。

【００７９】また、本実施例では、正の屈折力を有する
第３レンズ群、第４レンズ群Ｇ３，Ｇ４により変倍と、
像面補正を行い、第５レンズ群で、フォーカスを行うよ
うに構成したが、是に限定するものではない。

【００８０】 ［表−１］数値実施例１ f=4.14983〜8.29mm fno=1:2.1〜4.1 2ω=71.8°〜40° r 1= 38.689 d 1= 4.29 n 1=1.72151 ν 1=29.2 r 2= 255.382 d 2= 0.20 r 3= 21.848 d 3= 0.70 n 2=1.88300 ν 2=40.8 r 4= 8.918 d 4= 3.63 r 5= -305.287 d 5= 1.20 n 3=1.78590 ν 3=44.2 r 6= 12.598 d 6=43.00 r 7=(∞)絞り d 7= 6.20 r 8= -55.286 d 8= 1.91 n 4=1.83400 ν 4=37.2 r 9= -19.101 d 9= 0.90 n 5=1.48749 ν 5=70.2 r10= 72.501 d10=可変 r11= -16.092 d11= 1.53 n 6=1.51742 ν 6=52.4 r12= -18.204 d12= 0.20 r13=-1132.196 d13= 2.17 n 7=1.51633 ν 7=64.1 r14= -67.789 d14= 0.10 r15= 58.916 d15= 2.71 n 8=1.60311 ν 8=60.6 r16= -272.267 d16= 可変 r17= 25.146 d17= 6.14 n 9=1.49700 ν 9=81.5 r18= -59.634 d18= 0.00 r19= -59.634 d19= 1.80 n10=1.52249 ν10=59.8 r20= 45.773 d20= 0.18 r21= 21.957 d21= 4.09 n11=1.49700 ν11=81.5 r22= -249.783 d22= 3.19 r23= 46.875 d23= 1.00 n12=1.83400 ν12=37.2 r24= 10.913 d24= 5.69 n13=1.48749 ν13=70.2 r25= -15.645 d25= 0.00 r26= -15.645 d26= 0.90 n14=1.83400 ν14=37.2 r27= -151.415 d27= 可変 r28= 276.664 d28= 1.48 n15=1.48749 ν15=70.2 r29= -67.128 d29= 可変 r30= ∞ d30= 0.81 n16=1.55000 ν16=60.0 r31= ∞ d31= 1.60 n17=1.52000 ν17=69.0 r32= ∞ d32= 0.57 n18=1.55000 ν18=60.0 r33= ∞ d33=20.00 n19=1.58913 ν19=61.1 r34= ∞ d34= 0.80 n20=1.51633 ν20=64.1 r35= ∞ ＼焦点距離 4.15 8.30 可変間隔＼ d10 24.80 3.37 d16 1.00 3.55 d29 1.77 20.66 d31 3.20 3.20 ［表−２］数値実施例２ f=4.2〜8.31mm fno=1:2.1〜4.1 2ω=70.0°〜19.9° r 1= 38.489 d 1= 4.17 n 1=1.72151 ν 1=29.2 r 2= 231.544 d 2= 0.20 r 3= 24.328 d 3= 0.70 n 2=1.88300 ν 2=40.8 r 4= 10.010 d 4= 3.38 r 5= 304.313 d 5= 1.20 n 3=1.78590 ν 3=44.2 r 6= 11.950 d 6=43.00 r 7=(∞)絞り d 7= 6.20 r 8= -54.705 d 8= 1.85 n 4=1.83400 ν 4=37.2 r 9= -19.128 d 9= 0.90 n 5=1.48749 ν 5=70.2 r10= 73.946 d10=可変 r11= -14.658 d11= 1.53 n 6=1.51742 ν 6=52.4 r12= -16.479 d12= 0.20 r13= -700.426 d13= 2.16 n 7=1.51633 ν 7=64.1 r14= -64.107 d14= 0.20 r15= 68.907 d15= 2.70 n 8=1.60311 ν 8=60.6 r16= -149.439 d16= 可変 r17= 27.180 d17= 6.58 n 9=1.49700 ν 9=81.5 r18= -34.741 d18= 0.00 r19= -34.741 d19= 1.80 n10=1.51633 ν10=64.1 r20= 40.657 d20= 0.43 r21= 22.045 d21= 4.25 n11=1.49700 ν11=81.5 r22= -104.991 d22= 2.38 r23= 48.358 d23= 1.00 n12=1.83400 ν12=37.2 r24= 11.894 d24= 5.64 n13=1.48749 ν13=70.2 r25= -16.181 d25= 0.00 r26= -16.181 d26= 0.90 n14=1.83400 ν14=37.2 r27= -158.778 d27= 可変 r28= 158.941 d28= 1.51 n15=1.48749 ν15=70.2 r29= -81.961 d29= 可変 r30= ∞ d30= 0.81 n16=1.55000 ν16=60.0 r31= ∞ d31= 1.60 n17=1.52000 ν17=69.0 r32= ∞ d32= 0.57 n18=1.55000 ν18=60.0 r33= ∞ d33=20.00 n19=1.58913 ν19=61.1 r34= ∞ d34= 0.80 n20=1.51633 ν20=64.1 r35= ∞ ＼焦点距離 4.29 8.31 可変間隔＼ d10 25.17 3.27 d16 1.00 6.27 d29 1.72 18.36 d31 3.17 3.17 図１２は本発明の実施形態２の要部概略図である。図
中、図１と同符号のものは、同じ機能をあらわす部材で
あり説明は省略する。

【００８１】本実施形態は図１の実施形態１に比べて左
右の光軸ＡＸＲ，ＡＸＬの間の距離（基線長）を十分確
保するために、左右にガラスブロックより成る光路調節
手段ＧＢＬ，ＧＢＲを偏向ミラーＭ１Ｌ，Ｍ１Ｒと合成
光学素子Ｐとの光路の間に挿入した点が異なっているだ
けであり、その他の構成は同じである。

【００８２】本実施形態によれば是により、左右の光軸
間の距離（基線長）を長くすることができる。

【００８３】図１３は本発明の実施形態３の要部概略図
である。図１３は図１２の左右の光路調節手段ＧＢＬ，
ＧＢＲの一方と合成光学素子Ｐとを一体に構成した実施
例である。

【００８４】本実施形態では合成光学素子Ｐと光路調節
手段ＧＢＲ，ＧＢＬの一方の機能を一体的に構成した。

【００８５】本図のように、構成することで装置の簡素
化を達成している。

【００８６】図１３では、合成光学素子ＧＲＰ，ＧＬＰ
の反射面が、裏面を利用していることから、構成する材
料の屈折率を適切に設定すれば、全反射を利用すること
もできる。また、全反射を利用しなくとも、反射面を反
射率の高い蒸着を行なってもよい。

【００８７】またさらに左右１対のミラーＭ１Ｒ，Ｍ１
Ｌをも一体に構成することで、基線長を長くすることが
可能となったりミラー部の構造を簡単にすることができ
る。

【００８８】表−３、表−４は、数値実施例３、４の光
学系の数値例を示すものである。これらの実施例は、第
１レンズ群と絞りとの光路の間に、光路調節手段を有す
る場合の実施形態２、３の数値実施例である。実際の光
学系は、第１レンズ群Ｇ１Ｒ（Ｇ１Ｌ）と第２レンズ群
Ｇ２の間で、左右の光路を合成するような図１２に示し
た光学系を構成するが、数値実施例としては、光路を展
開して示している。

【００８９】特に光路調節手段は、屈折力を持たない、
ガラスブロックＧＢとして表記しているため、第１レン
ズ群と絞りまでの間隔が保たれていれば、何処に配置し
ても、光学性能上は同じであるので、視差量および合成
光学素子の反射面の角度を適切に選ぶことにより決定す
ることが望ましい。

【００９０】また、左右の光学系は同じ構成である。図
１４，図１６は、数値実施例３，４の光学系の断面形状
を示している。また図１５，図１７は、数値実施例３，
４の収差図である。

【００９１】

【外１】

【００９２】 ＼焦点距離 4.19 8.38 可変間隔＼ d12 29.39 3.04 d18 4.65 14.10 d31 1.84 18.74 d33 3.18 3.18 ［表−４］数値実施例４ f=4.14〜8.28mm fno=1:2.1〜4.2 2ω=72.38°〜39.8° r 1= 36.443 d 1= 2.46 n 1=1.72151 ν 1=29.2 r 2= 199.905 d 2= 0.20 r 3= 23.160 d 3= 0.70 n 2=1.88300 ν 2=40.8 r 4= 9.561 d 4= 4.22 r 5= 390.216 d 5= 1.20 n 3=1.78590 ν 3=44.2 r 6= 13.449 d 6=32.00 r 7= ∞ d 7=17.60 n 4=1.51633 ν 4=64.1 r 8= ∞ d 8= 0.10 r 9=(∞)絞り d 9= 6.20 r10= -53.738 d10= 1.81 n 5=1.83400 ν 5=37.2 r11= -18.981 d11= 0.90 n 6=1.48749 ν 6=70.2 r12= 74.644 d12= 可変 r13= -15.815 d13= 1.53 n 7=1.51742 ν 7=52.4 r14= -18.161 d14= 0.20 r15= 635.021 d15= 2.42 n 8=1.51633 ν 8=64.1 r16= -62.379 d16= 0.10 r17= 75.519 d17= 3.28 n 9=1.60311 ν 9=60.6 r18= -218.125 d18= 可変 r19= 26.454 d19= 4.82 n10=1.49700 ν10=81.5 r20=-1733.325 d20= 0.00 r21=-1733.325 d21= 1.80 n11=1.51633 ν11=64.1 r22= 42.460 d22= 0.57 r23= 21.703 d23= 4.37 n12=1.49700 ν12=81.5 r24= -133.805 d24= 2.52 r25= 63.588 d25= 1.00 n13=1.83400 ν13=37.2 r26= 12.233 d26= 6.25 n14=1.48749 ν14=70.2 r27= -15.689 d27= 0.00 r28= -15.689 d28= 0.90 n15=1.83400 ν15=37.2 r29= -85.141 d29= 可変 r30=-2658.988 d30= 1.52 n16=1.48749 ν16=70.2 r31= -55.290 d31= 可変 r32= ∞ d32= 0.81 n17=1.55000 ν17=60.0 r33= ∞ d33= 1.60 n18=1.52000 ν18=69.0 r34= ∞ d34= 0.57 n19=1.55000 ν19=60.0 r35= ∞ d35=20.00 n20=1.58913 ν20=61.1 r36= ∞ d36= 0.80 n21=1.51633 ν21=64.1 r37= ∞ ＼焦点距離 4.14 8.29 可変間隔＼ d12 27.64 3.14 d18 2.09 9.36 d31 1.72 18.94 d33 3.18 3.18 以上の実施形態１，２，３では、左右の光軸ＡＸＬ，Ａ
ＸＲの図に示したように略平行に配置したが、さらに光
軸ＡＸＬ，ＡＸＲとの交差する距離を、物体距離情報に
応じて、可変にすることで、より見やすい立体撮影の光
学系を実現することができる。

【００９３】図１８は本発明の実施形態４の要部概略図
である。図１８は、左右の光学系の間に配置された、測
距装置ＵＴ２により得られた距離情報に応じて、左右の
光軸ＡＸＬ，ＡＸＲを交差させることを可能にした構成
例である。

【００９４】図１８では、偏向ミラーＭ１Ｒが、光軸Ａ
ＸＲとの交点ＭＰ１で、φ回転可能である。この時、光
軸は反射により２φ偏向するので、負の屈折力を有する
第１レンズ群Ｇ１Ｒ，Ｇ１ＬはＭＰ１点を中心として２
φ回転するように構成されている。

【００９５】この回転を行うため、第１レンズ群Ｇ１
Ｒ，Ｇ１Ｌの回転させる動作手段ＭＣ１と、偏向ミラー
Ｍ１Ｒを回転させる動作手段ＭＣ２が配置されている。

【００９６】図１８では、動作手段を右側のみを示して
いるが、左側の光路の構成も同じである。

【００９７】偏向ミラーＭ１Ｒと第１レンズ群Ｇ１Ｒの
可動についての動作手段ＭＣ１，ＭＣ２については、機
械的な機構、たとえばリンク等を設けてもよいし、それ
ぞれにステッピングモータ等のアクチュエータを設け
て、電気的にその動作を制御しても同様の効果が得られ
る。

【００９８】また、左右の動作は対称的であるので、そ
れぞれについて、機械的な機構を設けて連動させて駆動
してもよいし、アクチュエータ等を配置して電気的に動
作させても、あるいはそれらを組み合わせても同様の効
果が得られる。

【００９９】図１９は図１８の光軸を偏向させるための
一部分を変更したときの一部分の要部概略図である。図
１９は、左右の光軸ＡＸＬ，ＡＸＲの交差することがで
きるように、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１Ｒよ
り物体よりにプリズム頂角を可変とする偏向素子ＶＡＰ
Ｒを配置した場合の構成例である。

【０１００】図１９は、光学系のうち右側の光路ＡＸＲ
のみ示したものであるが、もう一方の光路は対称であ
る。図１９で、偏向素子ＶＡＰＲは、可変頂角プリズム
であり、不図示の測距装置により得られた距離情報に応
じてプリズムの頂角を制御し左右の光軸ＡＸＬ，ＡＸＲ
を交差させることができる。この結果、より自然な立体
映像を得ることを可能としている。

【０１０１】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、複数の視
差画像を撮影する為の光学系を適切に設定することによ
り、光学性能が良好で色ムラが生じず、比較的広画角の
撮影画像が得られ、しかも良好なる立体画像（視差画
像）を容易に得ることができる立体画像撮影用光学系及
びそれを用いた立体画像撮影装置を達成することができ
る。

【０１０２】この他本発明によれば、簡単な構成で、小
型の立体画像撮影装置を得ることができる。とくに、比
較的広角な撮影領域を確保できる立体画像撮影光学系が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】図１の一部分の説明図

【図３】図１の一部分の説明図

【図４】図１の一部分の説明図

【図５】図１の一部分を変更したときの説明図

【図６】図１の一部分を変更したときの説明図

【図７】図１の一部分の説明図

【図８】本発明に係る撮影光学系の数値実施例１の光路
を展開したときの断面図

【図９】本発明に係る撮影光学系の数値実施例１の収差
図

【図１０】本発明に係る撮影光学系の数値実施例２の光
路を展開したときの断面図

【図１１】本発明に係る撮影光学系の数値実施例２の収
差図

【図１２】本発明の実施形態２の要部概略図

【図１３】本発明の実施形態３の要部概略図

【図１４】本発明に係る撮影光学系の数値実施例３の光
路を展開したときの断面図

【図１５】本発明に係る撮影光学系の数値実施例３の収
差図

【図１６】本発明に係る撮影光学系の数値実施例４の光
路を展開したときの断面図

【図１７】本発明に係る撮影光学系の数値実施例４の収
差図

【図１８】本発明の実施形態４の要部概略図

【図１９】図１８の一部分を変更したときの説明図

【符号の説明】

ＳＲ，ＳＬ シャッタ Ｍ１Ｒ，Ｍ１Ｌ 偏向ミラー ＡＸＬ，ＡＸＲ、ＡＸ 光軸 Ｇ１Ｒ，Ｇ１Ｒ 第１レンズ群 Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５ 第２，３，４，５レンズ群 Ｐ 合成光学素子 ＬＰＦ 光学的ローパスフィルタ ＰＧ 色分解プリズム ＳＰ シャッター Ｐｌ，Ｐ２ Ｐの反射面

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通過光束を制限する左右眼用の１対のシ
   ャッタと、左右眼用の負の屈折力を有する１対の第１レ
   ンズ群と、左右眼用の１対の反射ミラーと、該１対の第
   １レンズ群の光軸が交差した位置又はその近傍に配置し
   て、該１対の第１レンズ群の光軸を一致させる合成光学
   素子と、絞りと、該一致した光軸と光軸が一致するよう
   に配置した後方レンズ群とを有した立体画像撮影用光学
   系であって、該１対の反射ミラーは該第１レンズ群と該
   合成光学素子との間に配置されており、該１対のシャッ
   タを交互に開閉して、該１対の第１レンズ群と後方レン
   ズ群とを介して、結像面に設けた撮像素子に時系列的に
   左眼用と右眼用の視差画像を形成していることを特徴と
   する立体画像撮影用光学系。
2. 【請求項２】 前記１対のシャッタは前記合成光学素子
   よりも物体側の光路上に配置していることを特徴とする
   請求項１の立体画像撮影用光学系。
3. 【請求項３】 前記１対のシャッタが前記第１レンズ群
   と該合成光学素子の間の光路上に配置されていることを
   特徴とする立体画像撮影用光学系。
4. 【請求項４】 前記１対のシャッタは液晶を利用してい
   ることを特徴とする請求項１〜３の立体画像撮影用光学
   系。
5. 【請求項５】 前記絞りは前記合成光学素子により光軸
   を一致させた位置又はその近傍に配置されており、該合
   成光学素子は表面反射又は裏面反射を利用したミラー部
   材より成っていることを特徴とする請求項１〜４の立体
   画像撮影用光学系。
6. 【請求項６】 前記後方レンズ群は少なくとも２つの正
   の屈折力のレンズ群を備え、前記第１レンズ群及び絞り
   は、像面に対して変倍に際しては常時固定であり、前記
   少なくとも２つの正の屈折力を有するレンズ群は、各々
   独立に像面側から物体側へ移動して広角端から望遠端へ
   の変倍を行っていることを特徴とする請求項１〜６の立
   体画像撮影用光学系。
7. 【請求項７】 前記第１レンズ群と絞りの間の空気に換
   算した距離をＤ１Ｓ（ｍｍ）としたとき、 ２５＜Ｄ１Ｓ の条件式を満足することを特徴とする請求項６の立体画
   像撮影用光学系。
8. 【請求項８】 前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ
   面から入射瞳位置までの距離をＬｉｎｐ、前記変倍した
   ときの全系の広角端の焦点距離をｆｗとしたとき、 １．５＜Ｌｉｎｐ／ｆｗ＜５ の条件式を満足することを特徴とする請求項６又は７の
   立体画像撮影用光学系。
9. 【請求項９】 前記後方レンズ群を変倍により広角端に
   したとき、前記前方レンズ群と該後方レンズ群による撮
   影画角２ωが ４５°＜２ω を満足することを特徴とする請求項７，８又は９の立体
   画像撮影用光学系。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか１項の立体
    画像撮影用光学系を用いて撮像手段面上に視差画像を形
    成していることを特徴とする立体画像撮影装置。