JP2012050056A - 立体映像撮像装置および立体映像撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的焦点距離変更動作の前後において立体映像の立体感の変化が少ない立体映像撮像装置を提供する。
【解決手段】左目用映像および右目用映像を含んだ立体映像を撮像する立体映像撮像装置であって、左目用映像を撮像するための第１光学系を備えた第１撮像部と、右目用映像を撮像するための第２光学系を備えた第２撮像部と、第１撮像部および第２撮像部を制御するコントローラと、を有し、第１光学系および第２光学系は、それぞれ、輻輳角を光学的に変更する輻輳角変更部と、焦点距離を光学的に変更する焦点距離変更部と、を備え、コントローラは、焦点距離変更部を制御して焦点距離を変更するとき、所定の輻輳角一定トラッキングカーブに基づいて、焦点距離の変更の前後において輻輳角を一定に保持するように輻輳角変更部を制御する、立体映像撮像装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、左目用映像および右目用映像を撮像することで立体視可能な映像（立体映像）を生成する立体映像撮像装置に関し、特に、光学的に焦点距離および輻輳角を変更可能とする構成を有する立体映像撮像装置に関する。

２つの映像（左目用映像および右目用映像）を撮像して立体視可能な映像（立体映像）を生成する立体映像撮像装置に注目が集まっている。そのような立体映像にあっては、ヒトの左目および右目が有する視差に対応して、左目用映像中の被写体と右目用映像中の同一被写体との間で視差を有する。立体映像の表示においては、左目用映像は観察者の左目に提示され、同時に、右目用映像は、観察者の右目に提示される。立体映像を観る者は、当該視差により、任意の被写体の奥行感、すなわち立体感、を知覚することができる。

左目用映像を撮像する左目用映像カメラの光軸と右目用映像を撮像する右目用映像カメラの光軸とのなす角は、輻輳角と称される。また、両光軸が輻輳角をなして交差する点を含み両カメラの設置間隔と平行な面は、基準面と称される。立体映像においては、基準面にある被写体の視差は、ゼロとなり、基準面にない被写体の視差は、被写体と基準面との距離および前後関係に応じた大きさおよび方向の視差を有する。立体表示装置の表示面に表示された立体映像を観る観察者は、視差ゼロで立体映像に記録された被写体を当該表示面上にあるように知覚し、ノンゼロの視差で立体映像に記録された被写体を表示面よりも遠方または近くにあるように知覚する。つまり、撮像時に基準面よりも遠方にあった被写体は、観察者に奥行き感を伴って知覚され、逆に、撮像時に基準面よりも近くにあった被写体は、観察者に飛び出し感を伴って知覚される。

それ故、立体映像の撮像においては、基準面の位置を適切に制御することが極めて重要である。基準面の位置は、立体映像撮像装置の輻輳角に従って決定される。したがって、立体映像の撮像においては、輻輳角の適切な制御が極めて重要である。

また、立体映像中に極端に大きな視差を有する被写体像が含まれると、観察者に不快感を覚えさせることもある。そのような状況を回避するためには、立体映像撮像装置の輻輳角を制御して基準面の位置を適切に変更することで被写体の視差を調整して、観察者に不快感を覚えさせない立体映像を撮像することが必要になる。

特許文献１には、立体映像を撮像可能な複眼撮像装置が記載されている。当該複眼撮像装置は、内蔵する光学式手ぶれ補正機構（レンズシフト方式）を制御して光学系の光軸を変化させることにより輻輳角を様々に変化させながら複数の立体映像を連続撮像する。そうすることで、ユーザは、連続撮像により生成された複数の立体映像の中から自分の好みに適った立体感を有する立体映像を選択することが可能となる。

特開２０１０−１０３８９５号公報

このように、光学式手ぶれ補正機構を用いて、立体映像撮像装置の輻輳角を変更させるための手段を実現できることが知られている。

しかしながら、光学式手振れ補正機構を輻輳角変更手段として用いる立体映像撮像装置においては、例えばズーム動作等により光学系の焦点距離が光学的に変化されると、当該変化に伴い輻輳角変更手段による光軸偏向作用の程度も変化してしまう。その結果、ズーム動作等の前後において立体映像撮像装置の輻輳角が変化してしまう。輻輳角が変化すれば基準面の位置も変化し、立体映像の立体感も変化する。そのため、輻輳角変更手段として光学式手振れ補正機構を備える従来の立体映像撮像装置においては、ズーム動作等の光学的焦点距離変更動作の前後において立体映像の立体感が変化する、という課題がある。

上記課題を鑑み、本実施の形態により、光学的焦点距離変更動作の前後において立体映像の立体感の変化が少ない立体映像撮像装置が提供される。

第１の態様は、左目用映像および右目用映像を含んだ立体映像を撮像する立体映像撮像装置であって、左目用映像を撮像するための第１光学系を備えた第１撮像部と、右目用映像を撮像するための第２光学系を備えた第２撮像部と、第１撮像部および第２撮像部を制御するコントローラと、を有し、第１光学系および第２光学系は、それぞれ、輻輳角を光学的に変更する輻輳角変更部と、焦点距離を光学的に変更する焦点距離変更部と、を備え、コントローラは、焦点距離変更部を制御して焦点距離を変更するとき、所定の輻輳角一定トラッキングカーブに基づいて、焦点距離の変更の前後において輻輳角を一定に保持するように輻輳角変更部を制御する、立体映像撮像装置である。

第１の態様においては、焦点距離変更部は、変倍レンズであり、輻輳角変更部は、光路補正レンズであり、コントローラは、所定の輻輳角一定トラッキングカーブ、焦点距離の変更の前における光路補正レンズおよび変倍レンズの位置、ならびに焦点距離の変更の後における変倍レンズの位置に基づいて、光路補正レンズの位置を決定し、輻輳角変更部を制御することが好ましい。

第１の態様においては、さらに、第１光学系および第２光学系の個体差の情報を記憶する記憶部を備え、個体差の情報にもとづいて、コントローラによる輻輳角変更部に対する制御を補正することが好ましい。

第１の態様においては、さらに、最後に電源がオフされた時の焦点距離を特定するための情報および最後に電源がオフされた時の輻輳角を特定するための情報を記憶する記憶部を備え、電源がオンされると、コントローラは、最後に電源がオフされた時の焦点距離および最後に電源がオフされた時の輻輳角となるように第１光学系および第２光学系を制御することが好ましい。

第２の態様は、左目用映像を撮像するための第１光学系を備えた第１撮像部と、右目用映像を撮像するための第２光学系を備えた第２撮像部と、第１撮像部および第２撮像部を制御するコントローラと、を有し、第１光学系および第２光学系は、それぞれ、輻輳角を光学的に変更する輻輳角変更部と、焦点距離を光学的に変更する焦点距離変更部と、を備える、立体映像撮像装置における立体映像撮像方法であって、焦点距離変更部を制御して焦点距離を変更するステップと、焦点距離を変更するときに、所定の輻輳角一定トラッキングカーブに基づいて、焦点距離の変更の前後において輻輳角を一定に保持するように輻輳角変更部を制御するステップと、を有する、立体映像撮像方法である。

本発明の立体映像撮像装置は、光学的焦点距離変更動作の前後における立体映像の立体感の変化を抑えることができる。

本実施の形態の立体映像撮像装置の構成を示すブロック図 第１撮像部の詳細な構成を示すブロック図 立体映像撮像装置の輻輳角および基準面を説明する概念図 輻輳角変更部による光軸偏向作用がない場合の光軸を示す図 輻輳角変更部による光軸偏向作用がある場合の光軸を示す図 輻輳角変更部による光軸偏向作用がある場合において光学的に焦点距離を変化させた前後における光軸を示す図 輻輳角一定トラッキングカーブの例図 本実施の形態の立体映像撮像装置がする処理のフローチャート 輻輳角一定トラッキングカーブの例図

以下、本実施の形態による立体映像撮像装置について、添付の図面を参照し詳細に説明する。

１．概要
本実施の形態による立体映像撮像装置は、焦点距離変更機構、および、輻輳角変更機構を備えた立体映像撮像装置である。焦点距離変更機構は、例えば、光学系に含まれる変倍レンズ（焦点距離変更部）およびそれを駆動するアクチュエータである。輻輳角変更機構は、例えば、光学系に含まれる光路補正レンズ（輻輳角変更部）およびそれを駆動するアクチュエータである。輻輳角変更機構は、光学式手ぶれ補正機構と同等の構成を有してよい。本実施の形態による立体映像撮像装置は、変倍レンズを駆動して光学系の焦点距離を変更する際に、光路補正レンズを、後述する輻輳角一定トラッキングカーブにもとづいて駆動制御することにより、焦点距離変更の前後において立体映像撮像装置の輻輳角を一定に保つことができる立体映像撮像装置である。

これにより、本実施の形態による立体映像撮像装置においては、ズーム動作の前後における輻輳角の変化が最小限に抑えられる。したがって、ユーザは、ズーム操作の前後において同一の立体感を有する立体映像を容易に撮像することができる。

２．構成
図１は、本実施の形態の立体映像撮像装置１００の構成を示すブロック図である。立体映像撮像装置１００は、左目用映像を撮像する第１撮像部１Ｌと、右目用映像を撮像する第２撮像部１Ｒと、画像処理部２と、コントローラ３と、記憶媒体制御部４と、操作部５を備える。記憶媒体制御部４は、メモリカード６を接続可能である。

２−１．撮像部

第１撮像部１Ｌと第２撮像部１Ｒは、所定の間隔をおいて配置される。一般に、所定の間隔としては、平均的な成人の両目の間隔であるおよそ６５ｍｍが選択される。ただし、立体映像撮像装置１００において、当該間隔は、そのような間隔に限定されない。

第１撮像部１Ｌが撮像する左目用映像、および、第２撮像部１Ｒが撮像する右目用映像は、それぞれ画像処理部２へ送られる。画像処理部２は、左目用映像および右目用映像に対し各種画像処理を行う。画像処理後の左目用映像および右目用映像のデータは、記憶媒体制御部４を介してメモリカード６に記録される。なお、立体映像撮像装置１００は、静止画および動画のいずれも撮像可能であってよい。

図２を参照し、第１撮像部１Ｌの構成を詳細に説明する。第１撮像部１Ｌは、被写体の像を形成するレンズ群（光学系１０）と、光学系１０により形成された被写体像が結像される撮像素子１６と、光学系１０固有の情報（工場出荷時等に記録された個体差情報）や、各種設定情報等を保持する設定保持メモリ１７と、光学系１０の各レンズ（１１、１２、１４、１５）および絞り１３それぞれに接続されたアクチュエータ（図示せず。）や撮像素子１６などを駆動制御する駆動部１８と、を含む。

２−１−１．光学系
光学系１０は、対物レンズ１１と、変倍レンズ１２（焦点距離変更部）と、絞り１３と、光路補正レンズ１４（輻輳角変更部）と、フォーカスレンズ１５と、を含む。

対物レンズ１１は、光学系１０のうち、最も被写体側に配置されたレンズである。

変倍レンズ（ズームレンズ）１２は、矢印Ｚの方向に沿って移動することにより、撮像素子１６に形成される被写体像を拡大又は縮小させることができる。なお、変倍レンズ１２は、複数枚のレンズ群（変倍系）として構成されてもよい。

駆動部１８は、変倍レンズ１２のアクチュエータを制御することで、変倍レンズ１２を矢印Ｚの方向に移動させることができる。ここでは、変倍レンズ１２の位置を所定位置（図中のＺ方向原点０、オフセットポジション（任意））からの変位ＤＺとして表す。光学系１０の焦点距離は、変倍レンズ１２の位置ＤＺを変化させることにより変化する。駆動部１８は、コントローラ３から送られてきた第１制御信号に含まれる焦点距離変更指示に基づいて、変倍レンズ１２の位置ＤＺを変化させて、光学系１０の焦点距離を変更することができる。

絞り１３は、ユーザが操作部５等を介して入力した設定に応じて、または、自動で、絞り１３に含まれる開口部の大きさを調整し、透過する光の量を調整することができる。絞り１３は、ＮＤフィルタ等を含んでよい。

光路補正レンズ１４は、水平方向Ｈ（矢印Ｈの方向）および鉛直方向Ｖ（図面に対し垂直な方向Ｖ）に移動可能なレンズである。ここで、水平方向Ｈおよび鉛直方向Ｖは、対物レンズ１１、変倍レンズ１２、フォーカスレンズ１５等の光軸に垂直な面に含まれてよい。水平方向Ｈは、立体映像における水平方向と一致する方向であって、第１撮像部１Ｌと第２撮像部１Ｒとの設置間隔の方向である。鉛直方向Ｖは、水平方向Ｈに垂直な方向である。

光路補正レンズ１４は、所定の位置（ニュートラルポジション）以外の位置にある場合、対物レンズ１１側より入射される光の光路を偏向させてフォーカスレンズ１５側へ透過させる作用を示す。換言すれば、光路補正レンズ１４は、光学系１０の光軸を偏向させる作用を有する光学系である。ここでは、光路補正レンズ１４の水平方向Ｈの位置を、光路補正レンズ１４による光学系１０の光軸の偏向量がゼロとなる光路補正レンズ１４の位置（図中のＨ方向原点０、ニュートラルポジション）からの変位ＤＳＨとして表す。光路補正レンズ１４の位置ＤＳＨを変化させることにより、光学系１０の光軸の向きの水平方向成分を偏向可能である。光路補正レンズ１４の鉛直方向Ｖの位置を、光路補正レンズ１４による光学系１０の光軸の偏向量がゼロとなる光路補正レンズ１４の位置からの変位ＤＳＶとして表す。光路補正レンズ１４の位置ＤＳＶを変化させることにより、光学系１０の光軸の向きの鉛直方向成分を偏向可能である。なお、光路補正レンズ１４は、レンズシフト方式の光学式手ぶれ補正機構の補正レンズと同等の作用を奏することができる光学素子であればよい。また、光路補正レンズ１４は、複数のレンズで構成されてもよい。

駆動部１８は、光路補正レンズ１４のアクチュエータを制御することで、光路補正レンズ１４を水平方向Ｈおよび鉛直方向Ｖに移動させることができる。駆動部１８は、コントローラ３から送られてきた第１制御信号に含まれる輻輳角変更指示にもとづいて、光路補正レンズ１４の水平方向位置ＤＳＨ（および／または鉛直方向位置ＤＳＶ）を変化させることができる。

フォーカスレンズ１５は、対物レンズ１１、変倍レンズ１２、フォーカスレンズ１５等の光軸に沿って移動することが可能であり、撮像素子１６上に結像される被写体像のピントを調整する作用を有する光学素子である。フォーカスレンズ１５は、複数枚のレンズで構成してもよい。

２−１−２．その他の構成要素
撮像素子１６は、光学系１０が形成する被写体像を撮像し、画像データを生成する。撮像素子１６は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子であってよい。撮像素子１６は、単板式であってもよいし、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号毎に撮像素子を設けた３板式であってもよい。

駆動部１８は、変倍レンズ１２および光路補正レンズ１４に加えて、絞り１３、フォーカスレンズ１５および撮像素子１６を駆動制御することができる。

設定保持メモリ１７は、電源オフ時にも駆動部１８が保持すべきデータを格納することができる。設定保持メモリ１７は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどで実現できる。設定保持メモリ１７が保持するデータには、例えば、最後に電源がオフされた時の焦点距離の情報、最後に電源がオフされた時の輻輳角の情報、工場において測定され記録された撮像装置個体差（設計仕様からのずれ）に関する情報、等が含まれる。

第２撮像部１Ｒは、第１撮像部１Ｌと実質同一の構成を有してよい。

２−２．画像処理部
画像処理部２は、ＡＤ変換、画像前処理、および、画像圧縮処理を行うことができる。画像前処理は、ＡＤ変換された画像データに対して、ガンマ補正やホワイトバランス補正、傷補正などの各種カメラ信号処理を行う。画像圧縮処理は、ＤＣＴ（離散コサイン変換）、ハフマン符号化などを行うことにより、画像データを圧縮する。画像圧縮処理は、例えば、ＭＰＥＧ−２や、Ｈ．２６４の規格に準拠した圧縮形式により画像データを圧縮する。なお、圧縮方式は、ＭＰＥＧ−２やＨ．２６４の形式に限定されない。画像処理部２は、ＤＳＰやマイコンなどで実現可能である。

なお、本実施の形態では、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒで撮像された左右の画像を、一つの画像処理部２で処理する形態について説明するが、画像処理部２を２つ設け、第１撮像部１Ｌで撮像された左目用映像および第２撮像部１Ｒで撮像された右目用映像を、それぞれ別の画像処理部で処理する形態であってもよい。

２−３．コントローラ
コントローラ３は、立体映像撮像装置１００全体を制御する制御手段である。コントローラ３は、マイクロコンピュータなどの半導体素子などで実現可能である。コントローラ３は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせることにより実現してもよい。後者の場合、ソフトウェア（コンピュータ・プログラム）は、工場出荷時にインストールされてよい。また、ソフトウェアは、工場出荷後にインストールされてもよい。ソフトウェアは、メモリカード等の記憶媒体に格納されて配布されてよい。ソフトウェアは、インターネット等の通信回線を通じて配信されてもよい。

コントローラ３は、第１撮像部１Ｌから、第１撮像部１Ｌの設定等に関する情報を第１カメラ情報信号として受け取る。第１カメラ情報信号には、例えば、現在の焦点距離の情報、現在の輻輳角の情報、最後に電源がオフされた時の焦点距離の情報、最後に電源がオフされた時の輻輳角の情報、工場において測定され記録された撮像装置個体差に関する情報、等が含まれる。焦点距離の情報としては、変倍レンズ１２の位置ＤＺの情報であってよい。輻輳角の情報は、光路補正レンズ１４の位置の情報（ＤＳＨ、ＤＳＶ）であってよい。撮像装置個体差に関する情報は、撮像装置の設計仕様からのずれの情報でよい。

また、コントローラ３は、第１撮像部１Ｌに対し、第１撮像部１Ｌを駆動制御するための信号を第１制御信号として送る。第１制御信号には、焦点距離変更指示、輻輳角変更指示、撮像装置個体差に起因するずれ補正の実行指示、等が含まれる。焦点距離変更指示には、焦点距離変更目標値が含まれてよい。焦点距離目標値は、変倍レンズ１２の位置目標値であってもよい。輻輳角変更指示には、輻輳角変更目標値が含まれてよい。輻輳角変更目標値は、光路補正レンズの位置目標値であってもよい。

なお、コントローラ３は、第２撮像部１Ｒに対しても、同様に、第２カメラ情報信号および第２制御信号を送受信する。

２−４．記憶媒体制御部およびメモリカード
記憶媒体制御部４は、メモリカード６を着脱可能である。記憶媒体制御部４は、メモリカード６と機械的及び電気的に接続可能である。メモリカード６は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどを内部に含み、データを格納可能である。

なお、本実施の形態では、メモリカード６が着脱自在な構成について説明するが、メモリカード６は、立体映像撮像装置１００に内蔵される形態であってもよい。また、本実施の形態において、記録媒体としてメモリカード６を用いる形態について説明するが、記録媒体は、メモリカードに限らず、光ディスク、ハードディスク、磁気テープ等であってもよい。

なお、本実施の形態において、第１撮像部１Ｌで撮像された左目用映像と、第２撮像部１Ｒで撮像された右目用映像の両者を、同一のメモリカード６に記録する形態について説明するが、記憶媒体制御部４がメモリカード６を複数枚接続可能とし、第１撮像部１Ｌが撮像した左目用映像、および、第２撮像部１Ｒが撮像した右目用映像が、それぞれ異なるメモリカードに記録される形態であってもよい。

２−５．操作部
操作部５は、各種操作手段を総称した構成要素である。操作部５は、立体映像撮像装置１００の所謂ユーザ・インタフェースである。操作部５は、立体映像撮像装置１００の電源オンやオフを行う電源ボタンや、ズーム操作を行うズームレバー等を含む。操作部５は、ユーザの指示を受け付け、その指示をコントローラ３に伝える。ユーザは、操作部５を操作することにより、立体映像撮像装置１００に対し焦点距離変更動作（所謂、ズーム動作）等を指示することができる。

３．動作
本実施の形態の立体映像撮像装置１００における輻輳角一定制御について説明する。

３−１．輻輳角変更動作
図３は、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの配置、ならびに、輻輳角および基準面の関係を示す模式図である。図３では、立体撮像装置１００を上方より見ている。本図では、光学系１０の光路補正レンズ１４の水平方向位置（ＤＳＨ）が、ニュートラルポジション（ＤＳＨ＝０）にある場合、第１撮像部１Ｌの光軸は、光軸２１Ｌであり、同様に、第２撮像部１Ｒの光軸は、光軸２１Ｒである。ここで、ニュートラルポジションは、上述のように、光路補正レンズ１４による光路偏向作用の程度（光路角α）がゼロとなる光路補正レンズ１４の位置である。

光路補正レンズ１４がニュートラルポジションにあるとき、光軸２１Ｌと光軸２１Ｒとは、収束点Ｃにおいて交差する。このとき、光軸２１Ｌと光軸２１Ｒとは、角θ_０をなす。収束点Ｃを含む面３１が基準面となり、輻輳角θは、θ_０である。

光路補正レンズ１４が、ニュートラルポジションにない（ＤＳＨ＝ＤＳＨ_１≠０）場合、光路補正レンズ１４は、光軸２１Ｌ（および光軸２１Ｒ）の向きを偏向させる。光路補正レンズ１４による光軸偏向作用を受けた第１撮像部１Ｌの光軸を光軸２１１Ｌとし、同様に第２撮像部１Ｒの光軸を光軸２１１Ｒとする。本図では、光軸２１Ｌは、光路角α_１だけ第２撮像部１Ｒ方向に偏向され、光軸２１Ｒは、光路角α_１だけ第１撮像部１Ｌ方向に偏向される。

このとき、立体映像撮像装置１００の輻輳角θは、θ_１（θ_１＞θ_０）となり、基準面は、面３１から面３２へ変化する。このようにして、立体映像撮像装置１００では、光路補正レンズ１４の位置を制御することで、光学系１０の光軸を偏向させ、もって、輻輳角および基準面を変化させることができる。なお、第１撮像部１Ｌの光路補正レンズ１４と第２撮像部１Ｒの光路補正レンズは、水平方向に関し正反対の方向に駆動制御される。

３−２．輻輳角変更作用と焦点距離変更部による焦点距離変更作用との関係
次に、図４Ａ、図４Ｂ、および、図４Ｃを参照し、光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）と、焦点距離との関係について説明する。

図４Ａは、変倍レンズ１２が所定の位置（例えばオフセットポジション、ＤＺ＝０）にあり、光路補正レンズ１４が所定の位置（例えばニュートラルポジション、ＤＳＨ＝０）にある状態の撮像部１を示している。このとき、撮像部１の光軸は、光軸２１の方向に延びる。つまり、この場合、光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）は、ゼロである。

次に、図４Ｂは、光路補正レンズ１４がニュートラルポジションから所定量だけ水平方向Ｈに変位（ＤＳＨ＝ＤＳＨ_１≠０）し、変倍レンズ１２がオフセットポジション（ＤＺ＝０）にある状態の撮像部１を示している。このとき、撮像部１の光軸は、光路補正レンズ１４の作用により、軸２１から時計回りに光路角α_１（光軸偏向量）だけ偏向された光軸２１１に変化する。

図４Ｃは、図４Ｂの状態から変倍レンズ１２の位置のみを変化させ、光学系１０の焦点距離を変化させた状態の撮像部１を示している。図４Ｃにおいて、光路補正レンズ１４の位置は、図４Ｂにおける位置と同じくＤＳＨ＝ＤＳＨ_１≠０であり、変倍レンズ１２の位置がオフセットポジション（ＤＺ＝０）からＺ方向に所定量だけ変化した位置にある。変倍レンズ１２による焦点距離が変化すると、撮像部１の光軸は、光軸２１１から時計回りにβだけ変化して、光軸２１２となる。つまり、このときの光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）は、α_１’となる。

つまり、光路補正レンズ１４による光軸偏向の程度は、光学系１０の焦点距離に応じて変化する。したがって、光路補正レンズ１４の位置（ニュートラルポジションからの変位量）を同一に保って、変倍レンズ１２による焦点距離変更動作を行うと、焦点距離変更動作の前後において、光路補正レンズ１４による光軸偏向の程度（光路角α）が変化する。よって、そのような場合には、焦点距離変更動作の前後において、輻輳角θおよび基準面の位置が変化してしまう。

よって、変倍レンズ１２による焦点距離変更動作の前後において、輻輳角θおよび基準面の位置を一定に保つには、焦点距離の変化に応じて光路補正レンズ１４の位置ＤＳＨを変化させる必要がある。

３−３．輻輳角一定トラッキングカーブ
任意の焦点距離（つまり、任意の変倍レンズ１２の位置）における、光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）は、光学系１０の各レンズの光学的特性および各レンズの配置から幾何光学に基づいて求めることができる。

図５は、光路補正レンズ１４の光軸偏向量を一定に保つ、光路補正レンズ１４の水平方向位置（ＤＳＨ）と光学系１０の焦点距離（ｆ）との関係を示すトラッキングカーブ３０、３１、３２、３３である。つまり、光学系１０の焦点距離を変更する際に、各トラッキングカーブに沿って光路補正レンズ１４の水平方向位置を変化させることで、光路補正レンズ１４の光軸偏向量（光路角α）を一定に保つことができる。よって、各トラッキングカーブに沿って光路補正レンズ１４の水平方向位置ＤＳＨを変化させることで、立体映像撮像装置１００の輻輳角θを一定に保つことができる。

トラッキングカーブ３０（焦点距離ｆの軸と一致）は、光路補正レンズ１４がニュートラルポジション（ＤＳＨ＝０）にある状態での輻輳角一定トラッキングカーブである。光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）がゼロである場合、焦点距離変更動作の前後において、立体映像撮像装置１００の光軸の向きの水平方向成分、即ち、輻輳角θは、変化しない。

輻輳角一定トラッキングカーブ３１、３２、３３は、光路補正レンズ１４がニュートラルポジションにない状態（ＤＳＨ≠０）における輻輳角一定トラッキングカーブである。輻輳角一定トラッキングカーブ３１は、光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）が、角度Ａ１に保たれるトラッキングカーブである。同様、輻輳角一定トラッキングカーブ３２、３３は、光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）が、角度Ａ２、Ａ３に保たれるトラッキングカーブである。なお、ここで、光軸偏向量（光路角）Ａ１、Ａ２、Ａ３は、Ａ１＞Ａ２＞Ａ３の関係にある。

焦点距離変更動作の前後において、光路補正レンズ１４による光軸偏向量（光路角α）が一定に保たれれば、立体映像撮像装置１００の輻輳角θもまた、焦点距離変更動作の前後において一定に保たれる。そこで、本実施の形態の立体映像撮像装置１００は、図５に例示されるような輻輳角一定トラッキングカーブ３０、３１、３２、および、３３等に基づいて、焦点距離（ｆ）の変更動作の前後において光路補正レンズ１４の位置（ＤＳＨ）を変化させて光路角αを一定に保つことにより、焦点距離変更動作の前後における輻輳角θの変化を抑制する。

３−４．焦点距離変更時における輻輳角一定制御
図６は、焦点距離変更動作の前後において輻輳角を一定に保つための処理のフローチャートである。図６のフローチャートを参照し、立体映像撮像装置１００が焦点距離変更時に行う処理について説明する。

ユーザが、操作部５を操作して立体映像撮像装置１００の電源をオンにすると、立体映像撮像装置１００は、所定の電源オン時処理を行う（Ｓ１）。このとき、コントローラ３は、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの駆動部１８に対し、光学系１０の焦点距離および輻輳角を、最後に電源がオフされたときの状態に復帰させる指示を送る（Ｓ２）。

当該指示を受けた第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの駆動部１８は、それぞれ、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの設定保持メモリ１７から、最後に電源がオフされた時の焦点距離を特定するための情報（例えば、変倍レンズ１２の位置ＤＺの情報）、最後に電源がオフされた時の輻輳角を特定するための情報（例えば、光路補正レンズ１４の位置ＤＳＨの情報）を入手する。そして、駆動部１８は、光学系１０の焦点距離および輻輳角を、最後に電源がオフされたときの状態に復帰させるように、変倍レンズ１２および光路補正レンズ１４を駆動制御する（Ｓ３）。

ユーザが、操作部５を介して焦点距離を変更する指示を入力すると（ステップＳ４における「ＹＥＳ」）、コントローラ３は、現在の（焦点距離が変更される直前の）光路補正レンズ１４の光路角α、および、光学系１０の焦点距離ｆを特定する（Ｓ５）。本ステップの光路角および焦点距離の特定処理は、光路補正レンズ１４の現在の位置ＤＳＨ、および、変倍レンズ１２の現在の位置ＤＺに基づいて行うことができる。

なお、コントローラ３は、図５に示すように所定の複数の輻輳角について輻輳角一定（光路角一定）トラッキングカーブ３１、３２、３３を備えてもよい。また、コントローラ３は、図５のような複数の輻輳角一定トラッキングカーブ３１、３２、３３を備える代わりに、図７に示すような所定の１つの輻輳角について輻輳角一定（光路角一定）トラッキングカーブ４１を備えてもよい。

以下の説明においては、コントローラ３は、図７に示すような単一の輻輳角一定トラッキングカーブ４１を備えるものとする。

上述のステップＳ５において、コントローラ３は、現在の（焦点距離が変更される直前の）光路補正レンズ１４の位置ＤＳＨ_１、および、変倍レンズ１２の位置ＤＺ_１を、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒから入手する。そして、変倍レンズ１２の位置ＤＺ_１から光学系１０の焦点距離Ｆ_１を特定する。これにより、コントローラ３は、現在の光路補正レンズ１４の位置ＤＳＨ_１、および、光学系１０の焦点距離Ｆ_１の組みあわせに対応する図７上の一点Ｐ１を特定する。また、コントローラ３は、トラッキングカーブ４１と点Ｐ１の関係から現在の光路角α_１を特定することができる。具体的には、現在の光路角α_１は、トラッキングカーブ４１が光路角αをα_０で一定に保つトラッキングカーブであるとして、
α_１＝α_０×（ｂ_１／ａ_１）、 ・・・（式１）
より求めることができる。

次に、コントローラ３は、ユーザの指示に従い、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒに対し、変倍レンズの位置ＤＺを変化させて焦点距離ｆを変化させる（Ｓ６）。

コントローラ３は、現在の（焦点距離が変更された後の）変倍レンズ１２の位置ＤＺ_２を、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒから入手し、変倍レンズ１２の位置ＤＺ_２から光学系１０の現在の焦点距離Ｆ_２を特定する。そして、コントローラ３は、トラッキングカーブ４１にもとづいて、現在の焦点距離Ｆ_２において光路角がα_１となるような光路補正レンズ１４の位置（適正光路補正レンズ位置）ＤＳＨ_２を特定する（Ｓ７）。

具体的には、コントローラ３は、図７において、（ｂ_１／ａ_１）＝（ｂ_２／ａ_２）を満足するｂ_２を求めることで、ＤＳＨ_２を決定する。つまり、
ＤＳＨ_２＝ｂ_２＝ｂ_１・ａ_２／ａ_１＝ＤＳＨ_１・（ａ_２／ａ_１）、 ・・・（式２）
である。ここで、ａ_１およびａ_２は、焦点距離Ｆ_１およびＦ_２におけるトラッキングカーブ４１の光路補正レンズ位置の値である。ここでは、任意の焦点距離において、光路補正レンズ１４の位置ＤＳＨと、光路角αとは、ほぼ比例することを用いている。つまり、コントローラ３は、単一の輻輳角一定（光路角一定（＝α_０））トラッキングカーブ４１から、任意の輻輳角（光路角（＝α_１））のトラッキングカーブを導出することができる。

コントローラ３が算出した適正光路補正レンズ位置ＤＳＨ_２は、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの駆動部１８へ送られる。駆動部１８は、光路補正レンズ１４を駆動制御し、その位置が位置ＤＳＨ_２となるように光路補正レンズ１４を移動させる（Ｓ８）。

このように、ステップＳ５乃至ステップＳ８の処理を行うことにより、立体映像撮像装置１００は、輻輳角θを一定に保ちながら焦点距離ｆを変更させることが可能になる。

以下、ステップＳ９およびステップＳ１０の処理について説明する。これらステップの処理は、光学系１０の個体差（設計仕様からのずれ）を補償するための処理である。これらの処理により、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの光学系１０の個体差を補償し、輻輳角θを精度よく一定に保つことが可能になる。

第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒはそれぞれ個体差を有することがある。しかしながら、トラッキングカーブ４１には、個体差が考慮されていない。したがって、トラッキングカーブ４１に基づく制御信号を送っても正確に光路角αになるとは限らない。

そこで、駆動部１８は、光学系１０の個体差を考慮して、輻輳角一定トラッキングカーブ４１を補正する。このとき、駆動部１８は、設定保持メモリ１７に保持される個体差情報を読み出す。読み出される個体差情報には、例えば、補正値Ｒ_１が含まれてよい。補正値Ｒ_１は、特定の焦点距離（例えば、Ｆ_１）においてトラッキングカーブ４１が示す光路補正レンズ１４の位置ＤＳＨ_１と、同焦点距離Ｆ_１において光路角αがα_０となるような、光路補正レンズ１４の位置の実測値ＤＳＨ_１ｍとの比でよい。つまり、Ｒ_１は、
Ｒ_１＝ＤＳＨ_１ｍ／ＤＳＨ_１、 ・・・（式３）
でよい。駆動部１８は、コントローラ３が指示する光路補正レンズ位置（例えば、ＤＳＨ_２）に補正値Ｒ_１を乗算し、光学系１０の個体差を補償する（トラッキングカーブ４１を補正する）。つまり、駆動部１８は、コントローラ３が光路補正レンズ１４を位置ＤＳＨ_２に変位させる指示を送ると、ＤＳＨ_２に補正値Ｒ_１を乗算し、個体差補正光路補正レンズ位置ＤＳＨ_２’を導出し、光路補正レンズ１４の位置を位置ＤＳＨ_２’に移動させる。このようにして、駆動部１８は、コントローラ３から送られた光路補正レンズ１４の位置に対し個体差に応じた補正を行う（Ｓ９）。

また、光路補正レンズ１４の取り付け精度により、コントローラ３が、駆動部１８に対し、水平方向Ｈに沿って、光路補正レンズ１４を移動させる制御信号を送った場合に、鉛直方向Ｖにノンゼロの光路角が生じることがある。例えば、光路補正レンズ１４のアクチュエータの取り付け精度により、光路補正レンズ１４の水平方向が本来の水平方向Ｈからずれている場合がある。その場合、光路補正レンズ１４は、水平方向Ｈへの移動とともに鉛直方向Ｖにも移動してしまう。光路補正レンズ１４が、鉛直方向Ｖに沿って移動してしまうと、第１撮像部１Ｌと第２撮像部１Ｒで撮像された左目用映像および右目用映像との間に、その鉛直方向に沿ったズレが生じてしまう。立体画像を構成する２つの画像の鉛直方向のズレは、観察者に違和感を生じさせる可能性がある。そこで、立体映像撮像装置１００は、光学系１０の個体差により生じる鉛直方向Ｖのズレを低減する補正を行う。

駆動部１８は、設定保持メモリ１７に保持されている個体差情報を読み出す。ここで読み出される個体差情報には、例えば、補正値Ｒ_２が含まれてよい。補正値Ｒ_２は、光路補正レンズ１４をニュートラルポジションから水平方向Ｈに所定の移動量ＤＳＨｓだけ動かした際に、光路補正レンズ１４が鉛直方向Ｖに変位する量の実測値ＤＳＶｓｍであってよい。

駆動部１８は、光路補正レンズ１４が位置ＤＳＨ_２’に移動した際の鉛直方向ずれを打ち消すのに必要な鉛直方向移動量ＤＳＶｔ（ＤＳＶｔ＝−Ｒ_２・（ＤＳＨ_２’／ＤＳＨｓ）を求め、光路補正レンズ１４の鉛直方向位置を位置ＤＳＶｔに移動させる（Ｓ１０）。

ここでは、鉛直方向移動量ＤＳＶｔは、光路補正レンズ１４のニュートラルポジションからの変位に比例するとしている。

このようにして、駆動部１８は、コントローラ２から送られた光路補正レンズ１４の位置（ＤＳＨ_２）に対して個体差を考慮した補正値（ＤＳＨ_２’）を導出し（Ｓ９）、補正値ＤＳＨ_２’に対して、鉛直方向Ｖに沿った光路偏向レンズ１４の補正値（ＤＳＶｔ）を導出し（Ｓ１０）、光路補正レンズ１４の個体差を補償することができる。

ユーザによる操作部５を介したズーム操作が継続される間（ステップＳ１１における「ＹＥＳ」）、立体映像撮像装置１００は、ステップＳ６からステップＳ１０までの処理を繰り返す。

ユーザが、操作部５を用いて、電源オフ操作を行うと（ステップＳ１２における「ＹＥＳ」）、立体映像撮像装置１００は、電源オフ時の処理を行う。電源オフ時に立体映像撮像装置１００の駆動部１８は、現在の変倍レンズ１２の位置（ＤＺ）および光路補正レンズ１４の位置（ＤＳＨ、ＤＳＶ）を、設定保持メモリ１７に記憶した後、電源をオフする（Ｓ１３）。

４．まとめ
本実施の形態にかかる立体映像撮像装置１００は、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒが撮像した左目用映像および右目用映像を含んだ立体映像を生成することができる。第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの光学系は、それぞれ、焦点距離変更部（変倍レンズ１２）と、輻輳角変更部（光路補正レンズ１４）を備える。立体映像撮像装置１００は、焦点距離変更部を用いた焦点距離変更動作の前後において、輻輳角が一定に保たれるように、所定の輻輳角一定トラッキングカーブにもとづいて、輻輳角変更部を駆動制御する。そうすることで、本立体映像撮像装置１００においては、ズーム操作の前後において、輻輳角を一定に保持することができる。また、立体映像撮像装置１００は、輻輳角変更部の駆動制御において、輻輳角変更部の個体差を考慮した補正を行うことができる。そのため、立体映像撮像装置１００においては、焦点距離変更動作の前後において、輻輳角を正確に一定に保持することができる。

輻輳角が変化すれば、基準面の位置が変化してしまう。すなわち、撮像者が意図しない輻輳角の変化は、意図しない立体感の変化を招来させる。本立体映像撮像装置１００は、ユーザが輻輳角の変更を望まない限りにおいては、ズーム動作の前後においてもその輻輳角を一定に保つことができる。よって、本立体映像撮像装置１００においては、ユーザが望む立体感を有する立体映像を容易に撮像できるようになっている。

４−１．変形例
実施の形態として、立体映像撮像装置１００を例示した。しかし、実施の形態は、これに限定されない。以下、本実施の形態の変形例について説明する。

実施の形態においては、コントローラ３が図５または図７に示す輻輳角一定トラッキングカーブを保持し、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの設定保持メモリ１７が、個体差に起因する補正値を保持する形態について説明した。しかしながら、コントローラ３が輻輳角一定トラッキングカーブを保持しなくともよい。その場合、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの設定保持メモリ１７に輻輳角一定トラッキングカーブと補正値を保持してよい。さらに別の形態として、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの設定保持メモリ１７が、個体差に起因する補正値を保持しなくともよい。その場合、コントローラ３が、輻輳角一定トラッキングカーブと個体差に起因する補正値とを保持すればよい。

なお、様々に異なる複数の光路角について、第１撮像部１Ｌおよび第２撮像部１Ｒの輻輳角一定トラッキングカーブを実測により求めて設定保持メモリ１７に保持してもよい。その場合、コントローラ３は、焦点距離変更指示および光路角一定制御指示のための制御信号を第１撮像部１Ｌと第２撮像部１Ｒの駆動部１８に送ればよい。

また、実施の形態において、ズーム動作の前後において輻輳角を一定に保持するための光路補正レンズ１４の移動量（位置）を求める方法について、コントローラ３が輻輳角一定トラッキングカーブ４１を１本保持する場合について説明したが、複数本のトラッキングカーブを保持し、複数本のトラッキングカーブから光路補正レンズ１４の移動量（位置）を求めてもよい。

実施の形態において、輻輳角変更部は、光路補正レンズ１４を用いる形態について説明したが、輻輳角変更部は、光路を変更することが出来ればよく、例えばプリズムを用いることも可能である。

本実施の形態にかかる立体映像撮像装置は、ズーム動作の前後において輻輳角を一定に保って立体映像を撮像することができ、業務用および民生用の立体映像撮像装置として有用である。

１Ｌ・・・ 第１撮像部
１Ｒ・・・ 第２撮像部
２ ・・・ 画像処理部
３ ・・・ コントローラ
４ ・・・ 記憶媒体制御部
５ ・・・ 操作部
６ ・・・ メモリカード
１０ ・・・ 光学系
１１ ・・・ 対物レンズ
１２ ・・・ 変倍レンズ（焦点距離変更部）
１３ ・・・ 絞り
１４ ・・・ 光路補正レンズ（輻輳角変更部）
１５ ・・・ フォーカスレンズ
１６ ・・・ 撮像素子
１７ ・・・ 設定保持メモリ
１８ ・・・ 駆動部
１００ ・・・ 立体映像撮像装置

Claims (5)

1. 左目用映像および右目用映像を含んだ立体映像を撮像する立体映像撮像装置であって、
   前記左目用映像を撮像するための第１光学系を備えた第１撮像部と、
   前記右目用映像を撮像するための第２光学系を備えた第２撮像部と、
   前記第１撮像部および前記第２撮像部を制御するコントローラと、を有し、
   前記第１光学系および前記第２光学系は、それぞれ、輻輳角を光学的に変更する輻輳角変更部と、焦点距離を光学的に変更する焦点距離変更部と、を備え、
   前記コントローラは、前記焦点距離変更部を制御して焦点距離を変更するとき、所定の輻輳角一定トラッキングカーブに基づいて、前記焦点距離の変更の前後において輻輳角を一定に保持するように前記輻輳角変更部を制御する、立体映像撮像装置。
2. 前記焦点距離変更部は、変倍レンズであり、
   前記輻輳角変更部は、光路補正レンズであり、
   前記コントローラは、前記所定の輻輳角一定トラッキングカーブ、前記焦点距離の変更の前における前記光路補正レンズおよび前記変倍レンズの位置、ならびに前記焦点距離の変更の後における前記変倍レンズの位置に基づいて、前記光路補正レンズの位置を決定し、前記輻輳角変更部を制御する、請求項１に記載の立体映像撮像装置。
3. さらに、第１光学系および第２光学系の個体差の情報を記憶する記憶部を備え、
   前記個体差の情報にもとづいて、前記コントローラによる前記輻輳角変更部に対する制御を補正する、請求項１に記載の立体映像撮像装置。
4. さらに、最後に電源がオフされた時の焦点距離を特定するための情報および最後に電源がオフされた時の輻輳角を特定するための情報を記憶する記憶部を備え、
   電源がオンされると、前記コントローラは、前記最後に電源がオフされた時の焦点距離および前記最後に電源がオフされた時の輻輳角となるように前記第１光学系および前記第２光学系を制御する、請求項１に記載の立体映像撮像装置。
5. 左目用映像を撮像するための第１光学系を備えた第１撮像部と、右目用映像を撮像するための第２光学系を備えた第２撮像部と、前記第１撮像部および前記第２撮像部を制御するコントローラと、を有し、前記第１光学系および前記第２光学系は、それぞれ、輻輳角を光学的に変更する輻輳角変更部と、焦点距離を光学的に変更する焦点距離変更部と、を備える、立体映像撮像装置における立体映像撮像方法であって、
   前記焦点距離変更部を制御して焦点距離を変更するステップと、
   焦点距離を変更するときに、所定の輻輳角一定トラッキングカーブに基づいて、前記焦点距離の変更の前後において輻輳角を一定に保持するように前記輻輳角変更部を制御するステップと、を有する、立体映像撮像方法。

Images