JP2011205558A - 立体カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】一つの撮像素子を用いて左右の撮影画像の画質に差のない立体カメラを提供する。
【解決手段】立体カメラ１０は筐体１２上に右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌとが互いに接離可能に設けられており、それぞれミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌが設けられ、シャッターボタン６０を押下することで起きあがり、光軸ＣＲ、ＣＬを遮る位置に移動する。これによりミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌに設けられた反射面２４ＲＲ、２４ＬＲが光軸ＣＲ、ＣＬを曲げて光軸ＣＲ２、ＣＬ２として入射光を反射ミラー２６Ｒ、２６Ｌへと導く。反射ミラー２６Ｒ、２６Ｌに入射した被写体の映像光は反射面２４ＲＲ、２４ＬＲで反射され、光軸方向に移動可能なフレーム４６上に設けられた撮像素子３０へ入射し、撮像素子３０の露光面上でそれぞれ結像する。
【選択図】図１

Description

本発明は立体カメラに関し、特にひとつの撮像素子に対して左右独立した光学系を備えた立体カメラに関する。

従来より、ＣＣＤなどの撮像素子を用いて立体（３Ｄ）写真を撮影する立体カメラにおいて、左右２つの撮像素子と、撮像素子ごとに左右独立した撮像光学系とを備えた立体カメラが存在する。

このとき、マクロ（近接）撮影時には左右の撮像光学系の間隔すなわち基線長を小さくする、あるいは左右の撮像光学系の光軸のなす角度（輻輳角）を中央寄りに変更する輻輳角調節機能を備え、マクロ立体撮影に対応した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また一つの撮像素子に対して３つの撮像光学系を備え、立体（３Ｄ）撮影と通常の２Ｄ撮影の両方に対応した立体カメラが存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２８７８１１号公報 特開２００６−３３７７４２号公報

しかし上記特許文献１に記載の技術では撮像素子を二つ使用するため、カラーバランス調整や感度調整等に加えて、カメラ内部で回路基板など熱源が存在するため温度分布の偏りが存在し、撮像素子の温度依存性によって左右で得られる画像の画質に差が生じる虞がある。

また特許文献２に記載の発明のように３つの撮像光学系を用いた場合は、２Ｄ撮影であればマクロ撮影に支障はないが３Ｄでのマクロ撮影に対応したものではない。

さらに３Ｄ撮影においては、使用者（撮影者）ごとに両目の間隔が異なるので、撮影者が変わった場合はこれに応じて基線長をも変更することで自然な使用感が得られるため、３Ｄ撮影機能を維持しながら基線長を変更できることが望ましい。

本発明は上記事実を考慮し、一つの撮像素子を用いて左右の撮影画像の画質に差のない立体カメラを提案する。

請求項１に記載の立体カメラは、互いに独立し左右に並べて配置された右撮像光学系および左撮像光学系と、前記右撮像光学系を透過した光学像を正立像で表示する右光学ファインダーと、前記左撮像光学系を透過した光学像を正立像で表示する左光学ファインダーと、前記右撮像光学系および前記左撮像光学系からの光学像を受光する一つの撮像手段と、前記撮像素子の受光面を左右に分割する間仕切り部材と、前記右撮像光学系および前記左撮像光学系からの光学像を前記撮像手段の受光面に導く一対の反射ミラーと、左右独立して設けられ、筐体に設けられたシャッターボタンを押すことで前記右撮像光学系および前記左撮像光学系からの光学像の光路を、前記右光学ファインダーおよび前記左光学ファインダーへ向かう光路から、前記反射ミラーへ向かう光路へ切替える動作を行う右切替えミラーおよび左切替えミラーと、を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、左右の光学ファインダーを使用する際は左右の撮像光学系を透過した光学像を撮影者が両目で目視確認でき、シャッターボタンを押すことで左右の切替えミラーが光路を反射ミラー側へ切替え、一つの撮像手段に対して二つの撮像光学系より入射した光で左右それぞれの画像を撮像手段上に結像させ、３Ｄ画像を撮影することができる。これにより一つの撮像素子で３Ｄ撮影が可能となるので、カメラ内部での温度差による左右像の画質への影響を抑えた立体カメラとすることができる。

請求項２に記載の立体カメラは、請求項１に記載の構成において、筐体上で光軸方向と直交する方向へ移動可能に支持され、前記右撮像光学系、前記右光学ファインダーおよび前記右切替えミラーが設けられた右筐体と、筐体上で前記右筐体と対向する方向に移動可能に支持され、前記左撮像光学系、前記左光学ファインダーおよび前記左切替えミラーが設けられた左筐体と、筐体上で前記右筐体と前記左筐体との距離を調節する基線長調節手段と、前記基線長調節手段に連動して前記撮像手段を光路方向に移動させる光路長調節手段と、を備え、前記基線長調節手段で前記右筐体と前記左筐体の距離を調節した際の光路長の変動を、前記光路長調節手段が前記撮像手段を光路方向へ移動させて吸収することを特徴とする。

上記の発明によれば、右筐体と左筐体との距離を変更して基線長を変えても、光路長調節手段が撮像素子を光路方向に移動させるので光路長が変動せず、焦点位置ズレ等を防止することができる。

請求項３に記載の立体カメラは、請求項１または請求項２に記載の構成において、前記撮像手段はＣＣＤからなることを特徴とする。

上記の発明によれば、撮像手段にＣＣＤを用いることで電子シャッタが使用可能となり、別個に機械式シャッタを設ける必要がなく、カメラ自体の小型化、軽量化および低コスト化を実現できる。

請求項４に記載の立体カメラは、請求項１〜請求項３に記載の構成において、前記撮像手段を、光路と直交する平面上で移動可能なステージ上に支持する手ブレ補正機能を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、撮像素子を一つだけ備えているため手ブレ補正機能もまた撮像素子１個だけを対象とすればよく、撮像素子を二つ使用した場合に比較して容易に手ブレ補正を行うことができる。

請求項５に記載の立体カメラは、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の構成において、前記撮像手段で撮影された左右一対の画像を単一の立体画像として表示する表示部を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、カメラに内蔵された表示部で画像を立体表示できるので、撮影直後に立体画像として画像の確認を行うことができる。

請求項６に記載の立体カメラは、請求項５に記載の構成において、立体カメラ本体内に前記撮像手段で撮影された左右一対の画像の画像データを記録する記録部を内蔵し、前記右撮像光学系の光軸と前記左撮像光学系の光軸との距離を基線長データとして前記画像データと関連づけて前記記録部に記録することを特徴とする。

上記の発明によれば、基線長データを画像データと関連付けexifファイルなどに記録することで、撮影時の基線長をデータとして保存し、立体画像再生時に反映させることができる。

請求項７に記載の立体カメラは、請求項６に記載の構成において、前記表示部において前記画像データ再生時に、前記右撮像光学系の光軸と前記左撮像光学系の光軸との距離である基線長データを、前記表示部に表示可能としたことを特徴とする。

上記の発明によれば、記録部に記録された基線長データを画像再生時に表示部で表示することで、撮影時の基線長をデータとして確認しながら再生することができる。

本発明は上記構成としたので、一つの撮像素子を用いて左右の撮影画像の画質に差のない立体カメラとすることができる。

本発明の実施形態に係る立体カメラの内部構造を示す断面図、外観を示す斜視図および一部を拡大した拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る立体カメラにおいて、撮像素子上の画面サイズおよび縦横比率の例を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る立体カメラの表示部に表示される情報の例を示す概念図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態の一例について説明する。

＜全体構成＞
図１には本願発明の実施形態に係る立体カメラ１０が示されている。

図１（Ａ）に示すように、立体カメラ１０は筐体１２内で右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌとが互いに接離方向に移動可能に設けられており、右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌとは筐体１２に設けられた基線長調節ギア４０と、右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌとに設けられ基線長調節ギア４０と噛み合うラックギア４２Ｒおよび４２Ｌを介して連動する。基線長調節ギア４０は回転可能に筐体１２に保持されており、図１（Ｂ）に示すようにツマミ４０Ｂで外側から回転可能とされている。

右筐体１４Ｒ、左筐体１４Ｌはそれぞれ撮像光学系２０Ｒ、２０Ｌを備えており、基線長調節ギア４０の回転による右筐体１４Ｒ、左筐体１４Ｌの接離方向の動きによって、それぞれの光軸ＣＲとＣＬは互いの距離を変化させる。このとき筐体１２上の右筐体１４Ｒ、左筐体１４Ｌに設けられた接眼部５２Ｒ、５２Ｌの接眼側に設けられた接眼穴１７、および撮像光学系２０Ｒ、２０Ｌの対物側に設けられた対物穴１５は右筐体１４Ｒ、左筐体１４Ｌの左右方向への移動に干渉せず、且つケラレの発生を防ぐため左右方向に伸びた長穴とされている。

撮像光学系２０Ｒ、２０Ｌより入射した被写体の映像光はそれぞれの光軸ＣＲ、ＣＬを延長した光路ＣＲ１、ＣＬ１の延長線上に設けられた接眼光学系２２Ｒ、２２Ｌに入射し、接眼部５２Ｒ、５２Ｌより撮影者が肉眼で確認可能とされている。

右筐体１４Ｒ、左筐体１４Ｌにはそれぞれミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌが設けられ、軸２４Ｃを中心として回動可能に支持されている。ミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌはシャッターボタン６０を押下することで、例えばスプリングや電磁石、アクチュエータ等の種々の機構により光路ＣＲ、ＣＬを遮る位置に移動可能とされている。

撮影者がシャッターボタン６０を押下することにより、図１（Ａ）に２点鎖線で示すようにミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌは撮像光学系２０Ｒ、２０Ｌからの光を接眼光学系２２Ｒ、２２Ｌに導き（光路ＣＲ１、ＣＬ１）接眼部５２Ｒ、５２Ｌで撮影者が被写体を目視で確認する状態から、実線で示すように光路ＣＲ、ＣＬを遮る位置に移動する。これによりミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌに設けられた反射面２４ＲＲ、２４ＬＲが光路ＣＲ、ＣＬを反射し、光路ＣＲ２、ＣＬ２として入射光を反射ミラー２６Ｒ、２６Ｌへと導く。

反射ミラー２６Ｒ、２６Ｌに入射した被写体の映像光は反射面２４ＲＲ、２４ＬＲで反射され、光軸方向に移動可能なフレーム４６上に設けられた撮像素子３０へ入射し、撮像素子３０の露光面上でそれぞれ結像する。結像した被写体像は左右一対の画像記録として電気信号に変換され、図示しない制御部を経由して立体カメラ１０本体に内蔵された記録媒体にＲＡＷファイルやＪＰＥＧファイルなど種々の形式で記録される。

撮影が終了し、撮影者がシャッターボタン６０を放すと、上記の動きとは逆にミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌが再び光路ＣＲ、ＣＬと干渉しない位置（図中２点鎖線で表示）に移動し、光路ＣＲ１、ＣＬ１を経由した被写体の映像光は接眼光学系２２Ｒ、２２Ｌに入射し、接眼部５２Ｒ、５２Ｌより撮影者が肉眼で確認可能とされる。

接眼光学系２２Ｒ、２２Ｌには図示しない正立プリズムなどの光路折り返し手段が設けられ、撮像光学系２０Ｒ、２０Ｌと合わせて、全体として撮影者が正立像を肉眼で確認可能な正立光学系を形成する。光路折り返し手段としてはポロプリズムやダハプリズムなど内部に複数の反射面を備えた光学ブロックが通常用いられるが、プリズムに替えてミラーを使用する、あるいは光路中に正立レンズを設けて正立光学系とする等の構成でもよい。

撮像素子３０は例えばＣＣＤであってもＣ−ＭＯＳセンサ等であってもよく、種々のイメージセンサが使用可能である。また光路ＣＲ２およびＣＬ２上にそれぞれ機械式シャッタが設けられ、撮像素子３０への露光を制御していてもよく、あるいはＣＣＤの電子シャッタ機能を用いて撮像をＯＮ・ＯＦＦしてもよい。機械式シャッタが用いられる場合は通常の一眼レフ式デジタルカメラ等と同様にシャッターボタン６０と連動させることで、所望のタイミングの撮影が可能となる。

撮像素子３０は間仕切り２８によって左右二つの領域に区分され、シャッターボタン６０を押すとそれぞれ右目用、左目用の画像信号を生成し、図示しない記録媒体上へ記録すると共に図１（Ｂ）に示すように筐体１２に設けられた表示部５０上に画像表示する。表示部５０は例えばＬＣＤ表示装置であり、矢印５１のように折りたたみ可能に筐体１２に格納されていてもよい。

表示部５０では公知の方法、例えば表面にレンチキュラーシートを貼付するなどの方法で右目用、左目用の画像信号から生成された単一の立体画像を表示可能であり、撮影者は撮影した画像を表示部５０にて立体画像として確認可能とされている。

図１（Ａ）に示すように撮像素子３０はフレーム４６上に設けられた手ブレ防止装置３８に載置されており、手ブレ防止装置３８は例えば図１（Ｃ）に示すように水平シャフト３６Ｈ上を左右方向に移動可能に支持された中フレーム３２と、垂直シャフト３６Ｖ上を上下方向に移動可能な外フレーム３４とが組み合わされ、図示しない加速度センサなどのブレ検出手段が検出した立体カメラ１０の上下動および左右動をキャンセルし、撮像素子３０を光路ＣＲ２および光路ＣＬ２に対して移動しないように保持する。

撮像素子３０を左右方向中央で区分する間仕切り２８、および間仕切り２８に設けられた反射ミラー２６Ｒ、２６Ｌは筐体１２に設けられ、フレーム４６上に設けられた撮像素子３０は光軸方向に可動とされているので、間仕切り２８と撮像素子３０との位置関係は変動する。このため間仕切り２８の一部を蛇腹形状など伸縮可能なものとするか、複数枚の遮光材を重ねて引き戸形状とする等の方法で、撮像素子３０と間仕切り２８との距離変動を吸収する。

また反射ミラー２６Ｒ、２６Ｌは上記のように右筐体１４Ｒ、左筐体１４Ｌの移動によりミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌとの距離も変動するため、常にケラレなく撮像素子３０に光を導くためには、右筐体１４Ｒ、左筐体１４Ｌの移動方向両端においてケラレのない反射面の大きさを予め確保しておく必要がある。

図２には本願発明の実施形態に係る立体カメラ１０の、撮像素子３０のアスペクト比（縦横比）の例が示されている。

図２（Ａ）または図２（Ｂ）に示すように３：４（ＴＶサイズ）あるいは２：３（ライカ版）を横方向に２つ並べた大きさとして、それぞれの区画を右目および左目専用の撮像領域とすれば、一般的な縦横比を保ったまま立体画像を得ることができる。

さらに、図２（Ｃ）あるいは図２（Ｄ）に示すように、左右の撮像領域の間に撮影に使用しない仕切部分３１を設け、撮像領域の縦横比を厳密に３：４あるいは２：３に維持する構成としてもよい。またこの場合、仕切部分３１の画素はスミア補正判定領域に使用される構成としてもよい。

図３には本願発明の実施形態に係る立体カメラ１０の、表示部５０における表示情報の例が示されている。

例えば撮像素子３０で撮影された立体画像は左右の目用画像がペアになったファイルとして立体カメラ１０に内蔵された記録媒体に記録されるが、このとき基線長の数値を撮影時のデータとしてｅｘｉｆファイル等に書き込み、再生時に参照できる構成とされている。加えて、再生時にこの基線長値をツマミ４０Ｂで調節することで撮影時とは異なる基線長の立体画像として表示部５０上に再生できる構成とすれば、再生された立体画像を目視で確認する使用者の基線長に合わせる構成とすることもできる。

＜作用＞
上記のような構造としたことにより、本願発明に係る立体カメラ１０は以下のような優れた特徴を有する。

すなわち従来の撮像素子を複数使用した立体カメラでは撮像素子が複数あるため、それぞれカラーバランス調整や感度調整等の必要に加えて、カメラ内部で回路基板など熱源が存在するため温度分布の偏りが存在し、撮像素子の温度依存性によって生じるノイズなど、左右で得られる画像の画質に差が生じる虞がある。

本願発明では１個の撮像素子３０を用いて、左右独立した撮像光学系２０Ｒ、２０Ｌからの光を撮像素子３０上に別々に結像させ、画像を生成する。このため立体カメラ１０内部で回路基板や電源などの熱源の存在によって温度分布に偏りが発生したとしても、撮像素子３０が１個であるため複数個の撮像素子に比較して温度の影響は小さく、色バランスやノイズ、感度など左右の画像の画質に偏りの少ない立体カメラ１０とすることができる。

また本願発明に係る立体カメラ１０は基線長調節ギア４０と噛み合うラックギア４２Ｒおよび４２Ｌにより、右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌとは筐体１２上で互いに接離方向に移動可能とされ、光軸ＣＲとＣＬとの間隔すなわち基線長を容易に変更することができる。また、ツマミ４０Ｂで外側から回転可能とされている。

これにより、撮影者によって異なる両目の間隔に合わせて立体カメラ１０側において基線長を変更し、より撮影者自身の視覚に近い立体画像を得ることができる。またこのとき、基線長調節ギア４０の回転数、或いはラックギア４２Ｒおよび４２Ｌの移動距離を測定することで光軸ＣＲとＣＬとの間隔すなわち基線長の変更量を認識し、変更後の基線長の情報を取得できる。

上記のように立体カメラ１０の基線長調節ギア４０と噛み合うラックギア４２Ｒおよび４２Ｌにより、右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌとは筐体１２上で互いに接離方向に移動可能とされているが、右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌとが離れる方向に移動した場合、ミラーシャッター２４Ｒ、２４Ｌで折り曲げられた光軸ＣＲ２、ＣＬ２は反射ミラー２６Ｒ、２６Ｌまでの距離が長くなるため、撮像素子３０までの光路長も大きくなってしまう。

本願発明では撮像素子３０をフレーム４６上に設け、フレーム４６は光軸方向に移動可能な構成とされている。またフレーム４６の移動は基線長調節ギア４０と噛み合うラックギア４４によるので、基線長調節ギア４０を操作すれば右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌの移動に伴ってフレーム４６は光軸方向に移動し、光軸に沿って光路長の変動を打ち消す方向に撮像素子３０を移動させ、結果として右筐体１４Ｒと左筐体１４Ｌが移動しても光路長の変化を抑え、ピンボケなどの発生を防ぐことができる。

さらに図３に示すように、撮影時の基線長５４と再生時の基線長５６とを表示画面５８中にデータとして表示することで、画像を撮影した撮影者の選択した基線長と、再生時に立体カメラ１０を操作しているユーザの基線長との違いを数値で確認することができ、あるいは再生時の基線長を、目視で再生画像を確認する使用者の基線長に合わせれば、より肉眼視に近い立体画像として視認することができる。なお、使用者が再生画像を確認する場合に、一度接眼部５２Ｒ、５２Ｌをのぞいてツマミ４０Ｂを調節して使用者自身に合う基線長に調整することで、再生画像を確認する使用者に適した基線長の数値を立体カメラ１０側が取得できるため、使用者が自らの基線長を数値として入力する必要は無く、容易に使用者に適した再生画像を確認することができる。

加えて前述のようにして得られた基線長(すなわち両目の間隔）を撮影者ごとにを予め登録し、撮影時にデータとして呼び出すことでセットアップを簡略化することもできる。この場合はモータ等で基線長調節ギア４０を駆動する構成とすれば尚容易となる。また基線長ごとに撮影画像をデータとしてフォルダに分類し、撮影者別データとしてもよい。

また撮影された画像は任意に左右別の画像データとして別ファイル等に保存可能とされていてもよい。この場合は通常の２Ｄ画像として扱うことが可能となる。

＜その他＞
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

１０ 立体カメラ
１２ 筐体
１４Ｒ 右筐体
１４Ｌ 左筐体
２０ 撮像光学系
２２ 接眼光学系（光学ファインダー）
２４ ミラーシャッター（切替えミラー）
２６ 反射ミラー
３０ 撮像素子（撮像手段）
３１ 仕切部分
３８ 手ブレ防止装置
４０ 基線長調節ギア（基線長調節手段）
４０Ｂ ツマミ
４２ ラックギア
４４ ラックギア
４６ フレーム
５０ 表示部
５８ 表示画面
６０ シャッターボタン

Claims (7)

1. 互いに独立し左右に並べて配置された右撮像光学系および左撮像光学系と、
   前記右撮像光学系を透過した光学像を正立像で表示する右光学ファインダーと、
   前記左撮像光学系を透過した光学像を正立像で表示する左光学ファインダーと、
   前記右撮像光学系および前記左撮像光学系からの光学像を受光する一つの撮像手段と、
   前記撮像素子の受光面を左右に分割する間仕切り部材と、
   前記右撮像光学系および前記左撮像光学系からの光学像を前記撮像手段の受光面に導く一対の反射ミラーと、
   左右独立して設けられ、筐体に設けられたシャッターボタンを押すことで前記右撮像光学系および前記左撮像光学系からの光学像の光路を、前記右光学ファインダーおよび前記左光学ファインダーへ向かう光路から、前記反射ミラーへ向かう光路へ切替える動作を行う右切替えミラーおよび左切替えミラーと、
   を備えた立体カメラ。
2. 筐体上で光軸方向と直交する方向へ移動可能に支持され、前記右撮像光学系、前記右光学ファインダーおよび前記右切替えミラーが設けられた右筐体と、
   筐体上で前記右筐体と対向する方向に移動可能に支持され、前記左撮像光学系、前記左光学ファインダーおよび前記左切替えミラーが設けられた左筐体と、
   筐体上で前記右筐体と前記左筐体との距離を調節する基線長調節手段と、
   前記基線長調節手段に連動して前記撮像手段を光路方向に移動させる光路長調節手段と、
   を備え、
   前記基線長調節手段で前記右筐体と前記左筐体の距離を調節した際の光路長の変動を、前記光路長調節手段が前記撮像手段を光路方向へ移動させて吸収することを特徴とする請求項１に記載の立体カメラ。
3. 前記撮像手段はＣＣＤからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体カメラ。
4. 前記撮像手段は、光路と直交する平面上で移動可能なステージ上に支持する手ブレ補正機能を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の立体カメラ。
5. 前記撮像手段で撮影された左右一対の画像を単一の立体画像として表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の立体カメラ。
6. 立体カメラ本体内に前記撮像手段で撮影された左右一対の画像の画像データを記録する記録部を内蔵し、前記右撮像光学系の光軸と前記左撮像光学系の光軸との距離を基線長データとして前記画像データと関連づけて前記記録部に記録することを特徴とする請求項５に記載の立体カメラ。
7. 前記表示部において前記画像データ再生時に、前記右撮像光学系の光軸と前記左撮像光学系の光軸との距離である基線長データを、前記表示部に表示可能としたことを特徴とする請求項６に記載の立体カメラ。

Images