JP2003005313A

JP2003005313A - 立体画像撮影装置

Info

Publication number: JP2003005313A
Application number: JP2001185179A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Hanzawa; 豊治榛澤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】撮影距離を任意に調整でき像の立体感の調整が
可能で、自然な遠近感を再現できる立体画像撮影装置を
提供すること。【解決手段】視差画像を撮影する立体画像撮影装置であ
り、合焦位置を調整するフォーカス機能を有する対物光
学系（５）と、複数の独立した光学系により、前記対物
光学系（５）の異なる経路から出射された複数の被写体
光束を視差画像としてそれぞれ結像させる結像光学系
（６Ｌ、６Ｒ）と、を備え、前記結像光学系（６Ｌ、６
Ｒ）は、前記各光学系の光軸が同一の平面内にありかつ
前記平面内にて前記各光学系のフォーカス位置で交差
し、前記対物光学系（５）の光軸が前記平面内に属す
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、立体画像撮影装置
に関し、特に近接撮影から望遠撮影までのステレオ撮影
が可能な立体画像撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】写真は、立体的な物体を平面的に変換す
る手法として有効に活用されている。その一方で、立体
的な物体を立体表示する要望もあり、その手法としてス
テレオカメラが製作されている。一般的なステレオカメ
ラでは、撮影対象を２方向から撮影して、それらの画像
を同時にビュアーで覗くという手法がとられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のステレオカメラ
では、撮影対象の物体を左右２方向から撮影する際に、
左右の各画像の位置とフォーカス（焦点）を合わせなけ
ればならない。しかし、任意の距離にフォーカスを合わ
せることができないので、一般的には、特定の距離のみ
に対して左右の光軸のフォーカスを合わせ、それ以外の
距離は、観察者がビュアーで覗いたときに無理に融像す
るという手法がとられていた。また、その融像できる範
囲を撮影範囲として規定している。このようにして作ら
れた立体画像には、遠近感が不自然で立体的に見えなか
ったり、観察者の疲労が増えるなどの問題がある。また
従来のステレオカメラでは、ズーム撮影や超望遠撮影や
接写ができないなどの問題がある。

【０００４】これらの問題の対策として、例えば特開２
０００−１５２２８２号公報では、撮影距離に応じて左
右撮影系のミラーを振って撮影距離に応じた補正をする
方法が開示されている。しかし、この方法は、左右別々
のミラーを連動させて振るため、その連動機構が複雑で
高精度に構成する必要がある。また、特定のレンズに適
用できるだけで、汎用性が低い。また、近接撮影時に立
体感が大きくなり過ぎた場合の補正も困難である。

【０００５】本発明の目的は、撮影距離を任意に調整で
き像の立体感の調整が可能で、自然な遠近感を再現でき
る立体画像撮影装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】課題を解決し目的を達成
するために、本発明の立体画像撮影装置は以下の如く構
成されている。

【０００７】（１）本発明の立体画像撮影装置は、視差
画像を撮影する立体画像撮影装置であり、合焦位置を調
整するフォーカス機能を有する対物光学系と、複数の独
立した光学系により、前記対物光学系の異なる経路から
出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ
結像させる結像光学系と、を備え、前記結像光学系は、
前記各光学系の光軸が同一の平面内にありかつ前記平面
内にて前記各光学系のフォーカス位置で交差し、前記対
物光学系の光軸が前記平面内に属する。

【０００８】（２）本発明の立体画像撮影装置は、視差
画像を撮影する立体画像撮影装置であり、合焦位置を調
整するフォーカス機能を有する対物光学系と、複数の独
立した光学系により、前記対物光学系の異なる経路から
出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ
結像させる結像光学系と、備え、前記結像光学系は、前
記各光学系の光軸が平行をなしかつ同一の平面内にあ
り、前記対物光学系の光軸が前記平面内に属する。

【０００９】（３）本発明の立体画像撮影装置は上記
（２）に記載の装置であり、かつ前記複数の被写体光束
はアフォーカル光束である。

【００１０】（４）本発明の立体画像撮影装置は上記
（１）乃至（３）のいずれかに記載の装置であり、かつ
前記結像光学系の前記各独立した光学系は各々変倍光学
系を有し、前記各変倍光学系の変倍倍率を同一にする変
倍制御手段を備えている。

【００１１】（５）本発明の立体画像撮影装置は上記
（１）乃至（３）のいずれかに記載の装置であり、かつ
前記対物光学系は、変倍光学系を有する。

【００１２】（６）本発明の立体画像撮影装置は上記
（１）または（２）に記載の装置であり、かつ前記対物
光学系は、対物用変倍光学系を有し、前記結像光学系の
前記各独立した光学系は各々結像用変倍光学系を有し、
前記対物用変倍光学系の変倍倍率がβo1かつ前記結像用
変倍光学系の変倍倍率がβc1の状態から、前記対物用変
倍光学系の変倍倍率がβo2かつ前記結像用変倍光学系の
変倍倍率がβc2の状態にしたとき、βo1×βc1＝βo2×
βc2 の関係を維持するよう、前記対物用変倍光学系及
び前記結像用変倍光学系を制御する制御手段を備えてい
る。

【００１３】（７）本発明の立体画像撮影装置は上記
（３）に記載の装置であり、かつ前記対物光学系は、対
物用変倍光学系を有し、前記結像光学系の前記各独立し
た光学系は各々が連動する結像用変倍光学系を有し、前
記対物用変倍光学系のアフォーカル倍率がβoa1かつ前
記各結像用変倍光学系の焦点距離がｆclの状態から、前
記対物用変倍光学系のアフォーカル倍率がβoa2かつ前
記各結像用変倍光学系の焦点距離がｆc2の状態にしたと
き、βoa1×ｆc1=βoa2×ｆc2 の関係を維持するよ
う、前記対物用変倍光学系及び前記結像用変倍光学系を
制御する制御手段を備えている。

【００１４】（８）本発明の立体画像撮影装置は上記
（３）に記載の装置であり、かつ前記結像光学系の焦点
距離が有限の場合、前記対物光学系の焦点距離ｆ0と前
記結像光学系の焦点距離ｆcとが、ｆc／ｆ0＝ｃｏｎｓ
ｔとなるよう制御する制御手段を備えている。

【００１５】（９）本発明の立体画像撮影装置は上記
（１）または（２）に記載の装置であり、かつ前記対物
光学系が、当該立体画像撮影装置に対して着脱可能であ
る。

【００１６】（１０）本発明の立体画像撮影装置は上記
（１）または（２）に記載の装置であり、かつ前記結像
光学系の前記独立した光学系毎に、結像された被写体像
を画像信号に変換する電子的な撮像手段を備えている。

【００１７】上記手段を講じた結果、それぞれ以下のよ
うな作用を奏する。

【００１８】（１）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、フォーカス調整を共通の対物光学系で行なえるた
め、結像光学系で調整するのに比べて容易であり、さら
に対物光学系と結像光学系の両光軸が同一平面にあるよ
うにしたので、自然な遠近感のある立体画像を撮影でき
る。

【００１９】（２）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、フォーカス調整を共通の対物光学系で行なえるた
め、結像光学系で調整するのに比べて容易であり、さら
に対物光学系と結像光学系の両光軸が同一平面にあるよ
うにしたので、自然な遠近感のある立体画像を撮影でき
る。さらに各光軸を平行にしたため、装置の小型化が図
られる。

【００２０】（３）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、焦点距離や立体感に関係する光軸間隔の変更がしや
すくなる。

【００２１】（４）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、同時に撮影した複数の像の差が発生せず、見やすい
立体画像を得られる。

【００２２】（５）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、像を拡大、縮小した際に、撮影物体の特異な立体感
が得られる。

【００２３】（６）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、撮影物体の像の大きさを変えずに立体感を変化させ
ることができる。

【００２４】（７）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、撮影画像の倍率と焦点距離との関係を保つことがで
きる。

【００２５】（８）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、対物光学系の焦点距離と結像光学系の焦点距離との
関係を一定に保つことができる。

【００２６】（９）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、撮影装置のシステム化が図られる。

【００２７】（１０）本発明の立体画像撮影装置によれ
ば、各被写体像を個別に撮像し記憶することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２９】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る立体画像撮影装置（ステレオカメ
ラ）の撮影系の構成を示す図である。図１の撮影系で
は、２台のカメラ１Ｌ、１Ｒが、それらのフォーカスと
像の中心が点２で一致するように設置されている。これ
ら２台のカメラ１Ｌ、１Ｒと点２との間に、２台のカメ
ラ１Ｌ、１Ｒへ光束を通す凹レンズ３が設置されてい
る。この凹レンズ３の光軸Ｓは、カメラ１Ｌとカメラ１
Ｒの光軸の二等分線に一致する。

【００３０】凹レンズ３は光軸Ｓ方向に動き、最もカメ
ラ１Ｌ、１Ｒ側で、カメラ１Ｌ、１Ｒ側から見た焦点と
点２とを一致させる。この状態で、左右のカメラ１Ｌ、
１Ｒの光軸が平行になり、フォーカスも無限遠で合う。
この状態から、凹レンズ３を撮影対象の物体側（図中左
方向）に近づけると、フォーカス位置４が像の中心を変
えずに物体側へ近づく。これにより、フォーカスを合わ
せるごとに左右のカメラ１Ｌ、１Ｒの調節をする必要が
なく、凹レンズ３の光軸方向への移動のみの簡単な操作
で、複数のカメラ１Ｌ、１Ｒの焦点が合わせられる。

【００３１】ここで、２台のカメラ１Ｌ、１Ｒの撮影画
像は、鑑賞時に画質差、撮影時間の差、像の大きさの差
を感じさせないことが必要である。できれば、被写界深
度、着色や明るさの差も小さいほうが良い。このことか
ら、２台のカメラ１Ｌ、１Ｒの光学系は、画像処理を含
めて上記の条件を満たせばよい。さらに、後の処理をよ
り少なく簡単にするには、２台のカメラ１Ｌ、１Ｒの光
学系は、同一のものを使うのがよい。

【００３２】このステレオカメラを小型化するには、凹
レンズ３の直径を小さくすることが有効である。そのた
めには、点２をカメラ１Ｌ、１Ｒの方向にできるだけ近
づけ、凹レンズ３の焦点距離をできるだけ小さくするの
がよい。この場合、凹レンズ３の色収差の補正が困難に
なるので、接合レンズにするのがよい。また、左右カメ
ラ１Ｌ、１Ｒの撮影レンズの画角が広い場合、光軸外の
コマ収差の補正が困難になる。この場合、凹レンズ３を
２群構成にするとよい。また、凹レンズ３の外側を通る
光束を実用上差し支えのない程度遮って、レンズの実質
的な直径を小さくすることも有効である。

【００３３】図２は、図１に示した撮影系の変形例を示
す図である。図２において図１と同一な部分には同符号
を付してある。図２の撮影系では、２台のカメラ１Ｌ、
１Ｒと点２との間に、２台のカメラ１Ｌ、１Ｒへ光束を
通す凹レンズ３ｆ，３ｂからなるズームレンズ３’が設
置されている。これら凹レンズ３ｆ，３ｂの光軸Ｓは、
カメラ１Ｌとカメラ１Ｒの光軸の二等分線に一致する。

【００３４】凹レンズ３ｆ，３ｂは光軸Ｓ方向に動き、
凹レンズ３ｆ，３ｂの間隔を変えることにより変倍する
ズームレンズをなしている。フォーカス位置を変えると
きは、凹レンズ３ｆのみを動かす。

【００３５】このように、図１に示した凹レンズ３の部
分をズームレンズ３’にすることにより、立体感が変化
するよう像の拡大や縮小を行なうことができる。さら
に、２台のカメラ１Ｌ、１Ｒが同一のズームレンズを備
え、同一の焦点距離になるように連動するならば、ズー
ムレンズ３’の倍率がβo1かつカメラ１Ｌ、１Ｒの各ズ
ームレンズの倍率がβc1の状態から、ズームレンズ３’
の倍率がβo2かつカメラ１Ｌ、１Ｒの各ズームレンズの
倍率がβc2の状態にしたとき、 βo1×βc1＝βo2×βc2 の関係を維持して変倍するようにする。この関係を維持
することにより、像の大きさを変えることなく立体感を
変化させることができる。

【００３６】このように、左右のカメラ１Ｌ、１Ｒが備
える同一のズームレンズを連動できるなら、ズーム撮影
も可能であるが、連動しない場合は、左右の倍率の差を
少なくするために、各ズームレンズの両端側（最高倍率
または最低倍率）を使うとよい。

【００３７】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態に係る立体画像撮影装置（ステレオカメ
ラ）の撮影系の構成を示す図である。図３の撮影系は、
対物部Ａとカメラ本体部Ｂからなる。対物部Ａは、被写
体である物点からの光束をアフォーカル光束にするアフ
ォーカル光射出光学系５を備えている。カメラ本体部Ｂ
は、各光軸が平行をなしフォーカス位置が無限遠の二つ
の結像光学系６Ｌ、６Ｒと、結像光学系６Ｌ、６Ｒの各
結像点に配置された撮像素子７Ｌ、７Ｒを備えている。

【００３８】アフォーカル光射出光学系５の光軸Ｓ１
は、結像光学系６Ｌ、６Ｒの光軸ＳＬ、ＳＲを含む平面
内にある。また、結像光学系６Ｌ、６Ｒは、各光軸が平
行をなし、それぞれアフォーカル光束を撮像素子７Ｌ、
７Ｒに結像させる。以後、このアフォーカル光射出光学
系５の部分をアフォーカル光学系部、結像光学系６Ｌ、
６Ｒの部分全体を結像部と呼ぶ。

【００３９】アフォーカル光射出光学系５は、光軸方向
への移動によりフォーカス位置を変えるフォーカスレン
ズ８を有している。このフォーカスレンズ８の移動によ
り、結像光学系６Ｌ、６Ｒ側の光束がアフォーカルにな
る被写体側の距離が変えられる。

【００４０】また、このアフォーカル光射出光学系５が
ズーム系になっている場合、ズーミングにより像の立体
感も変化する。この場合、拡大すると被写体に近づいて
いくように立体感が変化する。このズーム系は、ズーミ
ングにより被写体像の位置を変えずに、アフォーカル光
束を結像光学系６Ｌ、６Ｒへ射出し、光軸外の光束の射
出角が倍率に比例して大きくなる光学系である。なお、
アフォーカル光射出光学系５の焦点距離が有限の場合、
アフォーカル光射出光学系５の焦点距離ｆ0と結像光学
系６Ｌ、６Ｒの焦点距離ｆcとが、ｆc／ｆ0＝ｃｏｎｓｔとなるよう制御される。

【００４１】なお、図３では、ズーム系の移動を示すの
に実線の矢印を用い、フォーカス系の移動を示すのに破
線の矢印を用いている。また、フォーカシングのために
複数のレンズを動かし、これによる変倍を利用してフォ
ーカス範囲を広げることも可能である。

【００４２】結像光学系６Ｌ、６Ｒは、それぞれ開口絞
り９Ｌ、９Ｒを設置している。立体画像を得るために
は、結像光学系６Ｌ、６Ｒの焦点距離の差が小さくなけ
ればならない。結像光学系６Ｌ、６Ｒのレンズ系がズー
ムレンズ１０Ｌ、１０Ｒからなる場合、それらを焦点距
離が同一になるように連動させる。撮像素子７Ｌ、７Ｒ
は、光軸位置、フォーカス、像の向き（撮像素子７Ｌ、
７Ｒで撮影された像の回転の差）が小さくなるように調
整する。また、二つの画像の明るさや着色の差も小さく
する。

【００４３】以上のような撮影系をより小型化するため
には、次のように構成する。まず、レンズ系全体を小さ
くするために、撮像素子７Ｌ、７Ｒを小さくする。特に
撮像範囲が狭いが、画素数が多いＣＣＤなどの電気撮像
素子が有効である。撮像素子７Ｌ、７Ｒを小さくした場
合、被写界深度が深くなり、両眼視差の画像からなる立
体画像の場合、ボケによる違和感が少なくなる。

【００４４】また、結像光学系６Ｌ、６Ｒの光軸間の中
線にアフォーカル光射出光学系５の光軸を一致させる。
これにより、結像光学系６Ｌ、６Ｒの各光束がアフォー
カル光射出光学系５の光軸に対して対称をなし、結像光
学系６Ｌ、６Ｒの有効径を小さくできる。また、結像光
学系６Ｌ、６Ｒがアフォーカル光射出光学系５の光軸か
ら離れる割合が小さいので、光学系の収差補正がし易く
なり、レンズ枚数も減らすことができる。

【００４５】また、結像光学系６Ｌ、６Ｒの開口絞り９
Ｌ、９Ｒをできるだけアフォーカル光射出光学系５側に
設置することで、アフォーカル光射出光学系５内の光束
を狭くすることができ、アフォーカル光射出光学系５の
レンズ系を小さくできる。

【００４６】図４は、本第２の実施の形態に係る立体画
像撮影装置をなす電子カメラの構成を示すブロック図で
ある。図４の電子カメラは図３の撮影系を備えており、
図４において図３と同一な部分には同符号を付してあ
る。

【００４７】図４に示すように、バス１２０には、メイ
ンＣＰＵ１４０、撮像回路１５１，１５２、ＡＥ処理部
１２１、ＡＦ処理部１２２、画像処理回路１２３、不揮
発性メモリ１２４、内蔵メモリ１２５、圧縮伸長部１２
６、着脱メモリ１２７、ＬＣＤドライバ１３１が接続さ
れている。メインＣＰＵ１４０には、入力部１４１、ス
ピーカ１４２、フォーカス制御部１６１、ズーム制御部
１６２、１６３が接続されている。

【００４８】フォーカス制御部１６１にはフォーカスレ
ンズ８を駆動するモータ（ステップモータ）１７１が、
ズーム制御部１６２にはズームレンズ８１を駆動するモ
ータ（ステップモータ）１７２が、ズーム制御部１６３
にはズームレンズ１０Ｌ、１０Ｒをそれぞれ駆動するモ
ータ（ステップモータ）１７３、１７４が接続されてい
る。撮像回路１５１、１５２には、それぞれＣＣＤから
なる撮像素子７Ｌ、７Ｒが、ＬＣＤドライバ１３１には
ＬＣＤ表示部１３２が接続されている。

【００４９】図４において、アフォーカル光射出光学系
５を介し結像光学系６Ｌ、６Ｒを通過した被写体の各光
学像は、それぞれ撮像素子７Ｌ、７Ｒで電気信号に変換
され、これら電気信号は、それぞれ撮像回路１５１、１
５２でアナログ画像信号に変換された後にＡ／Ｄ変換さ
れる。それらデジタル画像信号（以下、「画像情報」と
も称する）は、一旦、揮発性の内蔵メモリ１２５に記憶
される。この内蔵メモリ１２５は、高速な、例えばＳＤ
ＲＡＭ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｙｎａｍｉｃＲ
ａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）からなり、
画像一時記憶メモリ、画像処理用のワークエリアとして
も使用される。

【００５０】画像処理回路１２３は、内蔵メモリ１２５
に一時記憶された画像情報の色情報の変換処理、画素数
変換などの処理を行なう。そして、画像処理回路１２３
でさまざまな画像処理を受けた画像情報は、圧縮伸長部
１２６で例えばＪＰＥＧ圧縮されて、スマートメディア
等の着脱メモリ１２７に記録される。また、撮影画像を
表示する場合には、画像処理後の画像情報は、ＬＣＤド
ライバ１３１を介して、画像表示用のＬＣＤ１３２に表
示される。

【００５１】着脱メモリ１２７に記録された画像を表示
する場合には、着脱メモリ１２７から読み出された画像
情報は圧縮伸長部１２６で伸長されて、画像処理回路１
２３で所定の画像処理がなされる。その後、撮影の時と
同様に、画像表示用のＬＣＤ１３２に画像が表示され
る。

【００５２】メインＣＰＵ１４０は、フラッシュメモリ
等の不揮発性メモリ１２４から電子カメラの基本制御プ
ログラムを読み出して、電子カメラ全体の制御を行な
う。メインＣＰＵ１４０は、入力部１４１からの入力を
受け付けて、その入力に応じた制御を行なう。入力部１
４１は、図示しないレリーズボタン（シャッターボタ
ン）等を有している。また、メインＣＰＵ１４０は、警
告等の音声をスピーカ１４２から発生させる。さらにメ
インＣＰＵ１４０は、図示しない電源部を制御して電子
カメラ全体の電源管理も行なう。

【００５３】メインＣＰＵ１４０は、フォーカス制御部
１６１とモータ１７１を介してフォーカスレンズ８を駆
動制御し、ズーム制御部１６２とモータ１７２を介して
ズームレンズ８１を駆動制御し、ズーム制御部１６３と
モータ１７３、１７４を介してそれぞれズームレンズ１
０Ｌ、１０Ｒを駆動制御するとともに、撮像回路１５
１、１５２に対して素子シャッター制御を行なう。

【００５４】メインＣＰＵ１４０は、ズームレンズ８
１、１０Ｌ、１０Ｒの倍率を、各モータ１７２、１７
３、１７４の駆動時のステップ数から算出する（オープ
ンループ）。メインＣＰＵ１４０は、結像光学系６Ｌ、
６Ｒの各ズームレンズ１０Ｌ、１０Ｒのズーム比を一定
にするために、撮影者による入力部１４１からのズーム
指示に対応して、ズーム制御部１６３を介して各モータ
１７３、１７４に同じステップ数を与える。

【００５５】またメインＣＰＵ１４０は、アフォーカル
光射出光学系５（対物部）と結像光学系６Ｌ、６Ｒ（結
像部）のズーム比を所定率に維持するために、撮影者に
よる入力部１４１からのズーム指示に対応して、後述す
る式に応じた各光学系のズーム倍率を算出し、その倍率
に応じたステップ数をズーム制御部１６２、１６３を介
して各モータ１７１、１７３、１７４に与えて制御す
る。

【００５６】以上のように本第２の実施の形態によれ
ば、結像光学系を平行に配置するので、第１の実施の形
態に比べて撮影系全体を小型化できる。

【００５７】（第３の実施の形態）第１,２の実施の形
態は、両眼視差のある画像を主にビュアーなどを使って
観察する立体写真（以後、ビュアー型立体写真と呼ぶ）
のステレオカメラであった。これに対して本第３の実施
の形態は、観察方向を変えると方向により見える画像が
変わるレンチキュラー式の立体写真（以後、レンチキュ
ラー型立体写真と呼ぶ）に応用できるステレオカメラで
ある。このレンチキュラー式に対応するカメラは、撮影
系の各光軸が同一平面内にあり、同一点で交わるように
調整されている必要がある。

【００５８】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る
立体画像撮影装置（ステレオカメラ）の撮影系の構成を
示す図である。図５において図３と同一な部分には同符
号を付してある。図５の撮影系は、図３と同様に対物部
Ａ’とカメラ本体部Ｃからなる。対物部Ａ’は、アフォ
ーカル光射出光学系５’を備えている。カメラ本体部Ｃ
は、各光軸が平行をなしフォーカス位置が無限遠の三つ
の結像光学系１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒと、結像光学系１
２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒの各結像点に配置された撮像素子
１３Ｌ、１３Ｍ、１３Ｒを備えている。

【００５９】アフォーカル光射出光学系５’の光軸Ｓ１
と結像光学系１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒの光軸ＳＬ、Ｓ
Ｍ、ＳＲは同一平面内にある。また、結像光学系１２
Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒは、各光軸が平行をなし、それぞれ
アフォーカル光束を撮像素子１３Ｌ、１３Ｍ、１３Ｒに
結像させる。以後、このアフォーカル光射出光学系５’
の部分をアフォーカル光学系部、結像光学系１２Ｌ、１
２Ｍ、１２Ｒの部分全体を結像部と呼ぶ。

【００６０】図５のアフォーカル光射出光学系５’と図
３のアフォーカル光射出光学系５は同じ構成をなしてい
る。また、結像光学系１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒも、結像
光学系６Ｌ、６Ｒと同じ構成をなしている。結像光学系
１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒがズーム光学系である場合、各
結像光学系１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒはズーミング時に同
一の焦点距離になるよう連動する。なお、図５に示した
撮影系は、図４の如き電子カメラに適用することができ
る。

【００６１】以上のような撮影系を小型化するために
は、撮像素子１３Ｌ、１３Ｍ、１３Ｒを小さくするのが
有効である。また、三つの結像光学系１２Ｌ、１２Ｍ、
１２Ｒのうち、外側にある結像光学系１２Ｌ、１２Ｒの
光軸間の中線にアフォーカル光射出光学系５の光軸を一
致させると、アフォーカル光射出光学系５の光束が狭く
なり小型化に貢献できる。これは、結像光学系が四つ以
上の場合でも有効である。

【００６２】また、被写体側から見て左から順に並置さ
れている結像光学系１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒにおいて、
結像光学系１２Ｌと結像光学系１２Ｍの各光軸の間隔
と、結像光学系１２Ｍと結像光学系１２Ｒの各光軸の間
隔とを等しくすると良い。これにより、レンチキュラー
型立体写真を作成し観察する場合、像の切り替わるとき
に偏りがなく自然に観察しやすい。さらに、結像光学系
１２Ｍとアフォーカル光射出光学系５’の各光軸を一致
させると、小型化しやすい。

【００６３】なお、レンチキュラ一式のステレオカメラ
は、視差画像数を増やすことによりより自然な立体画像
になる。これに対応するには、結像光学系の数を増や
し、各結像光学系の光軸が平行をなし同一平面内にある
ように配置する。特に結像光学系の光軸の間隔を等間隔
にすると、観察時の画像が自然な像に近づく。

【００６４】また、図３と図５のアフォーカル光射出光
学系と結像光学系とを切り離し、それぞれが他の光学系
やカメラ本体と接続、着脱できるようにすると、ステレ
オカメラのシステム化が実現できる。また、図３と図５
のアフォーカル光射出光学系５、５’を同一のレンズ系
とし、そのレンズ系に図３の結像光学系６Ｌ、６Ｒと図
５の結像光学系１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒとを選択的に取
り付けられるようにすると、ビュアー型立体写真とレン
チキュラー型立体写真を同一条件で撮影できる。

【００６５】また、レンチキュラー型立体写真を撮影す
る場合に、アフォーカル光射出光学系に取り付ける結像
光学系の数を変えることで、視差の違う画像の数が例え
ば３画像と４画像となるように、撮影画像数の異なる立
体写真を構成できる。この場合、一つの立体画像に対す
る撮影画像数が多いほど、撮像素子（ＣＣＤ）に小さい
ものを使うことになる。

【００６６】また、アフォーカル光射出光学系も、必要
に応じてズーム機能無しでフォーカス機能のみのもの、
ズーム倍率の異なるもの、特に接写に有効なものなどに
付け替えると、ユーザーニーズに合ったステレオカメラ
を構成できる。さらに、結像光学系は、アフォーカル光
射出光学系に比べてレンズの直径を小さくできるので、
高倍率のズーム機能を構成することも可能である。ま
た、様々な焦点距離のレンズ系からなる結像光学系を揃
えることで、広角から超望遠までのステレオ撮影が可能
になる。また、撮影された複数の画像のうち２画像を選
択すれば、ビュアー型立体写真が得られる。また、アフ
ォーカル光射出光学系５、５’における各レンズの光束
が通らない部分を削り矩形にすると、小型化に貢献でき
る。

【００６７】上記第２，３の実施の形態のステレオカメ
ラは、電子的な撮像素子を用いているので、眼鏡タイプ
の電子画像表示装置に撮影画像を表示して、撮影後すぐ
に立体感などを確認できる。

【００６８】上記各実施の形態では、対物部と結像部の
光軸がすべて同一平面内にある。これにより、画像同士
の対称性を保ち、歪曲の発生を防止できる。同一平面内
にない場合、画像中の平面が複雑な曲面に見え、立体感
が損なわれることとなる。これらの不具合は、回転対称
のレンズでは補正できない。なお、各光軸が平行であっ
たり同一平面内にある条件は、完全に正確でなくてもよ
く、観察者が立体画像を見て疲れない範囲でずれていて
も差し支えない。

【００６９】以上のように、各実施の形態に示したステ
レオ撮影装置の撮影系は、撮影対象の物体側から見て、
対物部と結像部からなる。対物部は、一つの光軸からな
り、物体にフォーカスを合わせる。結像部は、複数の同
一仕様の光学系からなり、各光学系の光軸が同一平面内
にあり、各光軸が同一点で交わりその交点が各光学系の
物体面上にある。そして、結像部の光軸を含む面上に対
物部の光軸がある。結像部における同一仕様の光学系と
は、撮影画角と物体面までの距離が一致し、鑑賞時に各
画像に差を感じさせない撮影を行なえる光学系のことで
ある。

【００７０】各実施の形態では、対物部の全体または一
部を動かすことによりフォーカスを合わせる。対物部の
光学系を動かしてフォーカスを合わせると、結像部のい
ずれかの光学系に連動して、他の光学系の像の中心とフ
ォーカス位置が移動する。

【００７１】特に、結像部の各光学系の光軸を平行にし
て、物体面を無限遠にすると、対物部と結像部の間がア
フォーカル光束になり、焦点距離や立体感に関係する光
軸間隔の変更がしやすいので、システム化しやすくな
る。この場合、結像部の光学系の光軸は無限遠で交わる
と考え、フォーカスも無限遠で合わせる。また、対物部
は、無限遠に焦点を合わせるとアフォーカル光学系にな
り、この状態から、光学系の一部を動かすことにより、
近距離にフォーカスを合わせる。

【００７２】さらに、第２，３の実施の形態では、結像
部の各光学系に同一のズーム光学系を配置して、各光学
系の焦点距離が同一になるようにする。この場合、フォ
ーカス機能が対物部にあるので、構成が簡単で、左右の
像の差が発生せず見やすいステレオ画像を得られるズー
ム機能付きステレオカメラとなる。

【００７３】また、対物部にズーム光学系を設けること
も考えられる。この構成でズーミングをして撮影された
ステレオ画像は、倍率を上げると撮影対象の物体に近づ
いて観察したように見え、倍率を下げると遠ざかって観
察したような立体感になる。対物部でズーミングをする
場合、拡大すると観察位置が変わらずに撮影物体が大き
くなったような立体感が得られ、縮小すると撮影物体が
縮んだような立体感が得られる。

【００７４】さらに、対物部と結像部にそれぞれズーム
光学系を組み込んだ場合、撮影物体のステレオ観察像の
大きさを変えずに立体感を変化させることができる。こ
の場合、対物部の倍率がβo1かつ結像部の倍率がβc1の
状態から、対物部の倍率がβo2かつ結像部の倍率がβc2
の状態にしたとき、 βo1×βc1＝βo2×βc2 （１）の関係を維持して変倍するようにする。

【００７５】この対物部の倍率と結像部の倍率の比率を
入力部１４１から選択的に入力することもできる。例え
ば、メインＣＰＵ１４０に、総合倍率４倍に対して
「１：４」「２：２」「４：１」といった比率をテーブ
ル状に記憶し、いずれかの比率を選択できるようにす
る。

【００７６】但し、対物部がアフォーカル光学系で、結
像部の各光学系の光軸が平行をなす場合、対物部のアフ
ォーカル倍率がβoa1かつ結像部の各光学系の焦点距離
がｆclの状態から、対物部のアフォーカル倍率がβoa2
かつ結像部の各光学系の焦点距離がｆc2の状態にしたと
き、 βoa1×ｆc1=βoa2×ｆc2 （２）の関係を維持して変倍するようにする。

【００７７】なお、本発明は上記各実施の形態のみに限
定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施で
きる。本発明は、銀塩カメラ、静止画電子カメラ、ビデ
オカメラなどに適用可能である。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、撮影距離を任意に調整
でき、特に近距離撮影の場合などに像の立体感の調整が
可能で、自然な遠近感を再現できる立体画像撮影装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る立体画像撮影
装置の撮影系の構成を示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る立体画像撮影
装置の撮影系の変形例を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る立体画像撮影
装置の撮影系の構成を示す図。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る立体画像撮影
装置をなす電子カメラの構成を示すブロック図。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る立体画像撮影
装置の撮影系の構成を示す図。

【符号の説明】

１Ｌ、１Ｒ…カメラ３、３ｆ、３ｂ…凹レンズ４…フォーカス位置Ａ、Ａ’…対物部Ｂ、Ｃ…カメラ本体部５、５’…アフォーカル光射出光学系６Ｌ、６Ｒ…結像光学系７Ｌ、７Ｒ…撮像素子８…フォーカスレンズ８１…ズームレンズ９Ｌ、９Ｒ…開口絞り１０Ｌ、１０Ｒ…ズームレンズ１１Ｌ、１１Ｍ、１１Ｒ…開口絞り１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｒ…結像光学系１３Ｌ、１３Ｍ、１３Ｒ…撮像素子１２０…バス１２１…ＡＥ処理部１２２…ＡＦ処理部１２３…画像処理回路１２４…不揮発性メモリ１２５…内蔵メモリ１２６…圧縮伸長部１２７…着脱メモリ１３１…ＬＣＤドライバ１３２…ＬＣＤ表示部１４０…メインＣＰＵ１４１…入力部１４２…スピーカ１５１、１５２…撮像回路１６１…フォーカス制御部１６２、１６３…ズーム制御部１７１〜１７４…モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】視差画像を撮影する立体画像撮影装置であ
り、合焦位置を調整するフォーカス機能を有する対物光学系
と、複数の独立した光学系により、前記対物光学系の異なる
経路から出射された複数の被写体光束を視差画像として
それぞれ結像させる結像光学系と、を備え、前記結像光学系は、前記各光学系の光軸が同一の平面内
にありかつ前記平面内にて前記各光学系のフォーカス位
置で交差し、前記対物光学系の光軸が前記平面内に属することを特徴
とする立体画像撮影装置。
【請求項２】視差画像を撮影する立体画像撮影装置であ
り、合焦位置を調整するフォーカス機能を有する対物光学系
と、複数の独立した光学系により、前記対物光学系の異なる
経路から出射された複数の被写体光束を視差画像として
それぞれ結像させる結像光学系と、備え、前記結像光学系は、前記各光学系の光軸が平行をなしか
つ同一の平面内にあり、前記対物光学系の光軸が前記平面内に属することを特徴
とする立体画像撮影装置。
【請求項３】前記複数の被写体光束はアフォーカル光束
であることを特徴とする請求項２に記載の立体画像撮影
装置。
【請求項４】前記結像光学系の前記各独立した光学系は
各々変倍光学系を有し、前記各変倍光学系の変倍倍率を同一にする変倍制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載の立体画像撮影装置。
【請求項５】前記対物光学系は、変倍光学系を有するこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の立体
画像撮影装置。
【請求項６】前記対物光学系は、対物用変倍光学系を有
し、前記結像光学系の前記各独立した光学系は各々結像用変
倍光学系を有し、前記対物用変倍光学系の変倍倍率がβo1かつ前記結像用
変倍光学系の変倍倍率がβc1の状態から、前記対物用変
倍光学系の変倍倍率がβo2かつ前記結像用変倍光学系の
変倍倍率がβc2の状態にしたとき、 βo1×βc1＝βo2×βc2 の関係を維持するよう、前記対物用変倍光学系及び前記
結像用変倍光学系を制御する制御手段を備えたことを特
徴とする請求項１または２に記載の立体画像撮影装置。
【請求項７】前記対物光学系は、対物用変倍光学系を有
し、前記結像光学系の前記各独立した光学系は各々が連動す
る結像用変倍光学系を有し、前記対物用変倍光学系のアフォーカル倍率がβoa1かつ
前記各結像用変倍光学系の焦点距離がｆclの状態から、
前記対物用変倍光学系のアフォーカル倍率がβoa2かつ
前記各結像用変倍光学系の焦点距離がｆc2の状態にした
とき、 βoa1×ｆc1=βoa2×ｆc2 の関係を維持するよう、前記対物用変倍光学系及び前記
結像用変倍光学系を制御する制御手段を備えたことを特
徴とする請求項３に記載の立体画像撮影装置。
【請求項８】前記結像光学系の焦点距離が有限の場合、
前記対物光学系の焦点距離ｆ0と前記結像光学系の焦点
距離ｆcとが、ｆc／ｆ0＝ｃｏｎｓｔとなるよう制御する制御手段を備えたことを特徴とする
請求項３に記載の立体画像撮影装置。
【請求項９】前記対物光学系が、当該立体画像撮影装置
に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１また
は２に記載の立体画像撮影装置。
【請求項１０】前記結像光学系の前記独立した光学系毎
に、結像された被写体像を画像信号に変換する電子的な
撮像手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に
記載の立体画像撮影装置。