JP2013125140A - 立体画像撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増大をなるべく小さく抑えつつ、画像信号に現れる収差が立体視の形成に及ぼす悪影響を小さくする。
【解決手段】、被写体から発せられた光線を取り込んで後段に導く光学系であり、光軸と直交する面上の第１の方向における第１の屈折力が、第１の方向と直交する第２の方向における第２の屈折力よりも弱い対物光学系１００と、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結像させる複数の結像光学系と、複数の結像光学系に対応して設けられ、複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子２０２Ｌ（Ｒ）とを備えた。
【選択図】図４

Description

本開示は、立体画像の撮影を行う立体画像撮像装置に関し、特に、画像信号に現れる収差が立体視の形成に及ぼす悪影響を小さくする技術に関する。

近年、３Ｄ（立体）映像を撮影できるカメラ（立体画像撮像装置）へのニーズが高まっている。立体画像の撮像方法としては、ハーフミラーを使用して撮影を行うビームスプリッタ方式（ハーフミラー方式）や、物理的に並べて設置した２台の撮像装置で撮影を行うサイドバイサイド方式（並立２眼式）等が知られている。これらの撮影方式では、撮像装置をリグ（Ｒｉｇ）と称される架台に搭載して撮影を行うため、撮像装置の装着の自由度が高くなる。例えば、立体映像を撮影する２つのレンズのレンズ間距離（基線長；以下、ＩＡＤ:InterAxial Distanceと称する）や、輻輳（Convergence）や、画角などを高い自由度で選ぶことができる。

ところが、自由度が高い一方、リグに搭載するために、撮影毎の設定・調整に非常な労力と時間を要するという問題点があった。また、特にビームスプリッタ方式を採用した撮像装置のリグは大変に大掛かりな装置となり、フィールドでの撮影や取材用途には適さないといった問題もある。また、サイドバイサイド方式を適用した撮像装置では、２眼のそれぞれの光学系やイメージャがお互いに物理的に干渉するため、ＩＡＤを、光学系やイメージャの配置位置により定まる一定の距離より短くすることができない。このため、例えば被写体に非常に近接して撮影を行うようなケースにおいては、被写体の後方ほんの数メートル先で３Ｄディスプレイに表示したときの視差が、人が快適に３Ｄ映像を視聴できるときの視差の範囲を超えてしまう。

例えば特許文献１には、複数の結像光学系の前（被写体側）に１つの対物光学系を配置する構成とすることにより、輻輳点を移動できるようにしたことが開示されている。

特開２００３−５３１３号公報

ところで、特許文献１に示される構成によれば、対物光学系を具備したことにより、結像光学系の実際の瞳の他に、それに対応する仮想的な瞳が形成されるものと考えられる。ここでいう仮想的な瞳とは、被写体から出射される光線のうち、対物光学系を通過して結像光学系のレンズ中心を通過するすべての光線が通過する点である。すなわち、結像光学系の撮像素子に形成される画像は、その仮想的な瞳を瞳として撮影された画像と等価な画像となると言える。（以下、この仮想的な瞳のことを「実効瞳」と称する。）

したがって、２つの実効瞳間の距離が、この立体画像撮像装置の実質的なＩＡＤ（以下、この実質的なＩＡＤのことを「実効ＩＡＤ」と称する）となる。そして発明者等は、対物光学系として使用するレンズの構成や配置を工夫することにより、この実効ＩＡＤを、結像光学系宇光学系の配置位置により定まる物理的なＩＡＤよりも狭くすることができることを発見した。

一方で、複数の結像光学系の前に１つの対物光学系を設けることにより、対物光学系の光軸と結像光学系の光軸とが一致しなくなる。このため、対物光学系の光軸から離れた位置を通る光束による画像領域では、中心軸から離れることによって歪曲収差や倍率色収差の影響が大きくなってしまう。これにより、撮影結果の画像は、画像中心を境に収差の影響の大きい側と小さい側に分かれてしまう。

特に２眼撮像による立体視を考えた場合には、対物光学系の光学中心軸に対して左右方向にずれた位置に２つの結像光学系を配置することになるため、撮影の結果得られる視差を持った左右画像では、歪曲収差や倍率色収差の発生具合が互いに異なってしまう。図２０は、１つの対物光学系と２つの結像光学系を有する立体画像撮像装置で、縦線と横線とが交わる間隔が等間隔な格子模様を、比較的広めの画角で撮影して得た結果の画像の例を示すものである。左眼用の視差画像を示す図２０Ａでは、画像の左端側において大きな歪曲収差が発生しており、右眼用の視差画像を示す図２０Ｂでは、画像の右端側において大きな歪曲収差が発生していることが分かる。いずれの画像においても、水平方向に現れた歪みよりも、垂直方向に現れた歪みの方が大きいことが特徴的である。

こうした収差が起きないようにするには、収差の起きにくい光学系を設計することも一つの解である。しかし、対物光学系の後段の複数の結像光学系の光軸の間隔は比較的広めである場合が多く、このような場合には、収差の軽減を行うための対物光学系では、そのレンズ枚数が増大したり、レンズのサイズが大型化してしまう。すなわち、光学系の重量増加・高価格化につながってしまう。

また、立体画像撮像装置の信号処理回路による画像信号処理によって、収差を補正することもできる。しかし、図２０に示したように垂直方向における画像の歪みが大きい場合には、その補正を行うために、ラインメモリの垂直方向の本数を、水平方向のすべての画素分用意する必要がある。しかし、ラインメモリの総量を増大させると、その分製造コストもかさんでしまう。

本開示はかかる点に鑑みてなされたものであり、立体画像撮像装置によって仮想的に形成される複数の瞳間の距離を調整可能な立体画像撮像装置において、画像信号に現れる収差が立体視の形成に及ぼす悪影響を、製造コストをなるべく増大させずに低減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の立体画像撮像装置は、被写体から発せられた光線を取り込んで後段に導く光学系であり、光軸と直交する面上の第１の方向における第１の屈折力が、第１の方向と直交する第２の方向における第２の屈折力よりも弱い対物光学系を備える。また、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結像させる複数の結像光学系を備える。さらに、複数の結像光学系に対応して設けられ、複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子を備える。

このように構成することで、第１の方向に入射した被写体光に働く屈折力は弱くなるため、撮像素子により得られる画像の第１の方向において発生する収差の現れ方を、小さくすることができる。つまり、製造コストの増大をなるべく小さく抑えつつ（収差補正用のレンズを専用に設計したり、ラインメモリの容量を増大させることなく）、画像信号に現れる収差が立体視の形成に及ぼす悪影響を小さくすることができる。

従来の、対物光学系に正レンズを使用した立体画像撮像装置の構成例を示す概略図である。 従来の、対物光学系に負レンズを使用した立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、Ａは対物光学系を正レンズ２枚で構成した例を示し、Ｂは対物光学系を負レンズと正レンズで構成した例を示し、Ｃは、対物光学系を正レンズと負レンズで構成した例を示す。 本開示の第１の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す斜視図である。 負のシリンドリカルレンズの光学特性を示す説明図であり、Ａは斜視図であり、ＢおよびＣは側面図である。 正のシリンドリカルレンズの光学特性を示す説明図であり、Ａは斜視図であり、ＢおよびＣは側面図である。 本開示の第１の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、Ａは上面図であり、Ｂは側面図である。 本開示の第１の実施の形態による立体画像撮像装置で撮影された左右の視差画像の例を示す説明図であり、Ａは左眼用の視差画像を示し、Ｂは右眼用の視差画像を示す。 本開示の第１の実施の形態の変形例による立体画像撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本開示の第１の実施の形態の変形例による収差補正処理の例を示すフローチャートである。 本開示の第２の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、Ａは上面図であり、Ｂは側面図である。 本開示の第２の実施の形態による立体画像撮像装置で撮影された左右の視差画像の例を示す説明図であり、Ａは左眼用の視差画像を示し、Ｂは右眼用の視差画像を示す。 正のシリンドリカルレンズ２枚を、互いの母線が直交するように重ねて配置した場合の光線の屈折の様子を説明する説明図である。 本開示の第３の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、Ａは上面図であり、Ｂは側面図である。 本開示の第３，第４の実施の形態による立体画像撮像装置で撮影された左右の視差画像の例を示す説明図であり、Ａは左眼用の視差画像を示し、Ｂは右眼用の視差画像を示す。 本開示の第４の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、Ａは上面図であり、Ｂは側面図である。 本開示の変形例による立体画像撮像装置の構成例を示す上面図である。 本開示の変形例による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、Ａは上面図であり、Ｂは側面図である。 本開示の変形例による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、Ａは上面図であり、Ｂは側面図である。 従来の、対物光学系を有する立体画像撮像装置によって撮影された視差画像の例を示す説明図であり、Ａは左眼用の視差画像を示し、Ｂは右眼用の視差画像を示す。

以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実効瞳が形成される原理
２．第１の実施の形態
３．第１の実施の形態の変形例
４．第２の実施の形態
５．第３の実施の形態
６．第４の実施の形態
７．各種変形例

＜１．実効瞳が形成される原理＞
まず、立体画像撮像装置によって実効瞳が形成される原理について、図１を参照して説明する。図１に示す立体画像撮像装置５０は、対物光学系１０と撮像部２０Ｌおよび撮像部２０Ｒとを含む。対物光学系１０は、図示しない被写体を実像として結像する機能を有する。すなわち、フォーカル光学系として構成されている。図１Ａは、対物光学系１０として正の屈折力を有する正レンズ（凸レンズ）１１ｐを使用し、図１Ｂは、対物光学系１０として負の屈折力を有する負レンズ（凹レンズ）１１ｍを使用した例を示している。

撮像部２０Ｒと撮像部２０Ｌは、図示せぬ結像光学系を備え、その結像光学系が、対物光学系１０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結像させる。そして、各結像光学系によって結像された視差画像は、撮像部２０Ｒと２０Ｌ内の図示せぬ撮像素子によって、画像信号に変換される。

図１Ａは、立体画像撮像装置５０を上から見た上面図である。立体画像撮像装置５０は、撮像素子を構成する各画素の配置における水平方向が、地面に対して平行となるように配置または保持されているものとする。つまり、図１Ａにおいて上方に示された撮像部２０Ｌが左眼用の視差画像を生成する撮像部であり、下方に示された撮像部２０Ｒが、右眼用の視差画像を生成する撮像部である。

図１Ａ内の破線および実線は、撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒの図示せぬ結像光学系のレンズ中心から光線が放射されると想定した場合の、放射された光線の光路を示している。破線は、撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒの図示せぬ結像光学系のレンズ中心から放射されて対物光学系１０Ａの後側焦点Ｆ′を通過する光の光路を示す。破線が示すように、左右の結像光学系のレンズ中心から放射されて対物光学系１０Ａの後側焦点Ｆ′を通過する光線は、対物光学系１０Ａで屈折されて、対物光学系１０ｐの光軸Ａｘ１に平行な光となる。

図１Ａに示す実線は、撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒの図示せぬ結像光学系のレンズ中心から放射される光のうち、各結像光学系の画角の左右両端を通る光線の光路を示す。実線で示される各光線は、対物光学系１０Ａによって屈折された後に、破線で示した光線と交差する。つまり、撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒの図示せぬ結像光学系のレンズ中心から放射されるすべての光は、必ずこの交点を通過することを意味する。

このため、撮像部２０Ｌおよび撮像部２０Ｒの図示せぬ各撮像面に結像される映像は、この交点を瞳として撮影された画像と等価なものとなる。つまり、この交点は、立体画像撮像装置５０における実質的な瞳（実効瞳）であると考えられる。よって、撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒで捉えられる映像は、この交点が形成される位置にカメラを設置して撮影した映像と同じ映像になる。図１Ａおよび図１Ｂでは、このようにして形成される実質的なカメラを、「実効カメラ２０Ｌ′」および「実効カメラ２０Ｒ′」として示している。

実効カメラ２０Ｌ′の実効瞳（実効瞳ＥｐＬ）と、実効カメラ２０Ｒ′の実効瞳（実効瞳ＥｐＲ）との間の距離は、立体画像撮像装置５０における実質的なＩＡＤ（以下、「実効ＩＡＤ」と称する）であると言える。図１Ａに示した例では、実効ＩＡＤは、撮像部２０Ｒと撮像部２０Ｌの配置により定まる物理的なＩＡＤ（以下、「物理ＩＡＤ」と称する）よりも狭くなっている。つまり、立体画像撮像装置５０をこのように構成することにより、左右の視差画像を撮影する各カメラ（ここでは撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒ）の配置間隔を狭められない状況においても、実質的に効力を持つＩＡＤである「実効ＩＡＤ」を、物理ＩＡＤよりも狭くすることが可能となる。

図１Ｂに示す、対物光学系１０Ｂに負レンズ１１ｍを使用した構成においても、図１Ａに示した構成と同様に、実効ＩＡＤを物理ＩＡＤよりも狭くすることができる。

図２Ａ〜図２Ｃは、対物光学系１０Ｃ〜対物光学系１０Ｅをアフォーカル光学系として構成した場合における、撮像部２０Ｌおよび撮像部２０Ｒと、これらに対応する実効カメラ２０Ｌ′と実効カメラ２０Ｒ′の位置関係を示した図である。図２において、図１と対応する箇所には同一の符号を付し重複する説明は省略する。なお、以下の説明において、各対物光学系１０をそれぞれ区別する必要がない場合には、単に「対物光学系１０」と称するものとする。

図２Ａは、対物光学系１０Ｃを、正レンズ２枚（正レンズ１１ｐ１と正レンズ１１ｐ２）で構成した例を示す図であり、図２Ｂは、対物光学系１０Ｄを、負レンズ１１ｍと正レンズ１１ｐで構成し、負レンズ１１ｍを被写体側に配置した例を示す図である。図２Ｃは、対物光学系１０Ｃを、正レンズ１１ｐと負レンズ１１ｍで構成し、正レンズ１１ｐを被写体側に配置した例を示す図である。

いずれの構成においても、撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒとを、それぞれの光軸が対物光学系１０の光軸Ａｘに並行になるように配置している。さらに、対物光学系１０を構成する各レンズを、各レンズの間隔が各レンズの焦点距離の和となる（共焦点となる）位置に配置している。図２Ａに示した例では、正レンズ１１ｐ１の後側焦点Ｆｐ１′と正レンズ１１ｐ２の前側焦点Ｆｐ２とが同一の位置に配置されるように、正レンズ１１ｐ１の後側焦点Ｆｐ１′と正レンズ１１ｐ２の位置を調整している。このような配置とすることで、アフォーカル光学系が実現される。すなわち、被写体側に配置された正レンズ１１ｐ１に対して平行に入射した光線が、撮像部２０側に配置された正レンズ１１ｐ２から平行光として出射するようになる。

撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒのレンズの中心から光線が出射されると想定すると、アフォーカル光学系として構成された対物光学系１０は、それらの光線、つまり平行光の間隔を異なる間隔に変換する働きをする。アフォーカル光学系によって変換される平行光の変倍率は、対物光学系１０を構成する各レンズの構成を異ならせることにより変化させることができる。対物光学系１０をアフォーカル光学系として構成した場合には、対物光学系１０によってその倍率が変換された平行光上に、実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲが形成される。したがって、対物光学系１０を構成する各レンズの構成を変えることにより、実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲとの間隔である実効ＩＡＤを、物理ＩＡＤよりも狭くしたり、逆に広くすることも可能となる。

対物光学系１０を、図２Ａに示した、２枚の正レンズ１１ｐを共焦点の関係となる位置に配置する構成または、図２Ｂに示した、負レンズ１１ｍの後ろ（撮像部２０側）に正レンズ１１ｐを配置する構成とすれば、実効ＩＡＤを物理ＩＡＤよりも狭くできる。図２Ｃに示した、正レンズ１１ｐの後ろに負レンズ１１ｍを配置する構成とすれば、実効ＩＡＤを物理ＩＡＤよりも広くすることが可能となる。

しかし、いずれの構成においても、各図に示されるように、撮像部２０Ｌと撮像部２０Ｒに対してそれぞれ入射する光の光路が、対物光学系１０の中心付近を通るものと端（外側）付近を通るものとで異なっている。具体的には、端（外側）部分を通る光路の方が、中心近辺を通る光路よりも長くなっている。このため、図２０Ａに示した左眼用の視差画像においては、歪曲収差の出方が画面の左側に行くほど大きくなっており、図２０Ｂに示した、右眼用の視差画像においては、右側に行くほど大きくなっている。

このような歪曲収差が立体視の形成に及ぼす悪影響を小さくするために、本開示の立体画像撮像装置は、対物光学系のレンズとしてアナモフィック光学系のレンズを使用するものである。アナモフィック光学系とは、その縦方向と横方向とで光の屈折率が異なる光学系であり、映画撮影用の用途で使用されることが多い。映画撮影用に使用されるケースでは、映画用のワイドスクリーンの幅の横長の映像を、フィルムのフレーム幅に合うように横方向を圧縮させる際と、圧縮して記録された映像を、元のワイドスクリーン用のサイズに戻して映写する際に使用される。最も単純な構成のレンズとしては、円柱を切り出した形状であり、光が屈折する方向と屈折しない方向を有するシリンドリカルレンズが知られている。

＜２．第１の実施の形態例＞
［２−１．立体画像撮像装置の構成例］
次に、図３を参照して、本開示の立体画像撮像装置１の構成例について説明する。立体画像撮像装置１は、対物光学系１００と、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒとを備える。本実施の形態では、対物光学系１００をアフォーカル光学系として構成しており、対物光学系１００は、被写体から発せられた光線を取り込んで後段に導く光学系であり、平行光として入射された光線は平行光として出射する。アフォーカル光学系を構成する各レンズには、アナモフィック光学系のレンズであるシリンドリカルレンズを使用している。対物光学系１００の構成の詳細については、次の図４〜図７を参照して後述する。

撮像部２００Ｌは、結像光学系２０１Ｌと撮像素子２０２Ｌを有し、撮像部２００Ｒは、結像光学系２０１Ｒと撮像素子２０２Ｒとを有する。結像光学系２０１Ｌと結像光学系２０１Ｒは、対物光学系１００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結像させる。撮像素子２０２Ｌと撮像素子２０２Ｒは、水平方向および垂直方向に配置された複数の画素を有し、複数の各画素が、結像光学系２０１Ｌまたは結像光学系２０１Ｒによって結像された視差画像を画像信号に変換して出力する。

撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置は、それぞれの光軸が対物光学系１００の光軸Ａｘに対して平行となる位置であり、かつ、対物光学系１００の光軸Ａｘを挟んで互いが対称となる位置に行っている。

また、立体画像撮像装置１は、信号処理部３００Ｌおよび信号処理部３００Ｒと、画像処理部４００と、制御部５００と、操作部６００と、記憶部７００とを備える。信号処理部３００Ｌと信号処理部３００Ｒは、撮像素子２０２Ｌまたは撮像素子２０２Ｒから出力された画像信号に対して、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）やＡＧＣ（Automatic Gain Control）、ＡＷＢ（Auto White Balance）、ＡＩＣ（Automatic Iris Control）等の信号処理を行う。

画像処理部４００は、撮像素子２０２Ｌまたは撮像素子２０２Ｒから出力された左右の視差画像における光軸ずれや色ずれ、位相のずれ等を調整する。制御部５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等よりなり、立体画像撮像装置１を構成する各部を制御する。場合によっては、後述する記憶部７００に記憶された画像データに対して所定の画像処理を行う。

操作部６００は、ボタンやつまみ、スイッチ等よりなる操作入力部（図示略）を備え、これらに対して行われた操作内容に応じた操作信号を生成して出力する。記憶部７００は、不揮発性メモリ等よりなり、画素信号に含まれる画素情報等が蓄積または読み出しされたり、画像データが蓄積される。なお、記憶部７００を信号処理部３００Ｌと信号処理部３００Ｒの内部や、画像処理部４００の内部に配置して、他の回路から参照されないデータを格納したり、高速アクセスを実現するためのキャッシュとして用いるようにしてもよい。

［２−２．対物光学系の構成例］
次に、図４〜図７を参照して、対物光学系１００の構成の詳細について説明する。図４は、対物光学系１００と撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒの配置の例を示す斜視図であり、立体画像撮像装置１を右斜め前の上方（被写体側）から見た場合の例を示している。図４に示すように、対物光学系１００は、負の屈折力を有する負のシリンドリカルレンズ（以下、単に「負レンズ」と称する）１０１ｍと、正の屈折力を有する正のシリンドリカルレンズ（以下、単に「正レンズ」と称する）１０１ｐとよりなる。図４において、対物光学系１００の光軸Ａｘの方向をｚ軸として示し、撮像素子２０２Ｌ（および撮像素子２０２Ｒ）内の各撮像素子を構成する各画素における水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸として示している。

図５と図６に、それぞれ負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐの構成例を示す。図５Ａに示す負レンズ１０１ｍは、図中の“ａ”と“ｂ”とを結ぶｘ軸方向に引かれた線分を含む断面（以下、「ａｂ断面」と称する）と、図中の“ｃ”と“ｃ”とを結ぶｙ軸方向に引かれた線分を含む断面（以下、「ｃｄ断面」と称する）とを有する。図５Ｂは、負レンズ１０１ｍのａｂ断面を示し、図５Ｃはｃｄ断面を示す。

図５Ｂに示すａｂ断面に入射する光線のうち、負レンズ１０１ｍの光軸に沿って入射される光線Ｒ１はそのまま直進するが、ａｂ断面のそれ以外の箇所に入射する光線Ｒ２は、負レンズ１０１ｍによって屈折されて外に広がる方向に進む。

図５Ｃに示すｃｄ断面には曲面が含まれないためレンズ作用を持たない。したがって、この断面に沿って入射される光線はすべて直進する。なお、図５には負レンズ１０１ｍの片面のみに曲面（凹面）を持たせた構成を例にあげたが、これに限定されるものではなく、両面が曲面である負レンズを用いてもよい。

図６Ａに示す正レンズ１０１ｐは、図中の“ｅ”と“ｆ”とを結ぶｘ軸方向に引かれた線分を含む断面（以下、「ｅｆ断面」と称する）と、図中の“ｇ”と“ｈ”とを結ぶｙ軸方向に引かれた線分を含む断面（以下、「ｇｈ断面」と称する）とを有する。図６Ｂは、正レンズ１０１ｐのｅｆ断面を示し、図６Ｃはｇｈ断面を示す。

図６Ｂに示すｅｆ断面に入射する光線のうち、正レンズ１０１ｐの光軸に沿って入射される光線Ｒ１はそのまま直進するが、ｅｆ断面のそれ以外の箇所に入射する光線Ｒ２は屈折し、正レンズ１０１ｐの後側焦点Ｆ′に集光する。図６Ｃに示すｇｈ断面には曲面が含まれないためレンズ作用を持たない。したがって、この断面に沿って入射される光線はすべて直進する。つまり、図５および図６に示した、シリンドリカルレンズで構成された負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐは、第２の方向としてのｙ軸方向における第２の屈折力が、第１の方向としてのｘ軸方向における第１の屈折力よりも弱いことが分かる。

図４に示すように、負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐとを、そのｘ軸方向が、撮像部２００Ｌと撮像部２０２０Ｒの配置方向と一致するように配置することで、各レンズに対して水平方向に入射する光線のみが屈折するようになる。図４に示す例では、撮像部２０Ｌと撮像部２００Ｒとを水平方向に並べて配置しているため、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置方向は、撮像素子を構成する各画素の配置における水平方向と一致している。このような配置とすることで、画像の縦方向に関しては対物光学系１００での屈折は起きなくなる。

図７Ａは、立体画像撮像装置１を上から見た上面図であり、図７Ｂは、立体画像撮像装置１を左（撮像素子２０２Ｌが配置されている側）から見た側面図である。本実施の形態では、図７Ａに示すように、対物光学系１００を構成する負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐとを、負レンズ１０１ｍの後側焦点Ｆｍ′と正レンズ１０１ｐの前側焦点Ｆｐとが同一の位置となるように配置している。このように構成することにより、対物光学系１００の光軸Ａｘに対して平行に入射した光線は、負レンズ１０１ｍおよび正レンズ１０１ｐによって屈折されて、再び平行光として出射する。

また、負レンズ１０１ｍに対して角度を持って入射した光線は、負レンズ１０１ｍの主平面に到達するとその後は負レンズ１０１ｍによって屈折され、外に広がる方向に進む。この光線のうち、負レンズ１０１ｍに入射して負レンズ１０１ｍの主平面に到達するまでの光線をそのまま延長した位置に、実効瞳ＥｐＲと実効瞳ＥｐＬが形成される。そして、撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒの図示せぬ撮像面に結像される画像は、この実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲが形成される位置にカメラ（実効カメラ２００Ｌ′と実効カメラ２００Ｒ′）を配置して撮影された画像と等価なものとなる。

図７Ａに示した例では、図２Ｂに示した従来の構成と同様に、実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲとの間隔である実効ＩＡＤは、実際の撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置間隔により定まる物理ＩＡＤよりも狭くなっていることが分かる。つまり、アナモフィック光学系として構成された対物光学系１００に入射して撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒによって生成される像は、その横方向が縮小倍されることになる。

一方、図７Ｂに示すように、対物光学系１００を側面から見た場合の対物光学系１００の各レンズを通過する光線の光路は、図２Ｂに示した従来の構成とは異なる。本開示の立体画像撮像装置１では、対物光学系１００をアナモフィック光学系として構成しているため、図５Ｂに示されるように、対物光学系１００に対してｙ軸方向（縦方向）に入射する光線は屈折せずに直進する。つまり、縦方向に入射する光線に対しては、アナモフィック光学系として構成した対物光学系１００が薄肉平板ガラスと等価になり、屈折が起こらない。したがって、対物光学系１００に入射して撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒによって生成される像の縦方向は、変倍されずに等倍のままとなる。

図８は、図７Ａおよび図７Ｂに示した立体画像撮像装置１で等間隔の格子模様を撮影したときの、撮影結果の画像を模式的に示したものである。前述したように、対物光学系１００に対して縦方向に入射する光線には屈折が起きないため、撮影画像における縦方向の格子模様の間隔は、対物光学系１００によって変倍されない状態、すなわち、対物光学系１００を外した状態で撮影された画像と同等の間隔となる。

一方、画像の横方向に関しては、対物光学系１００での屈折の影響を受けるため、格子模様の横方向の幅は縮小される。ただし、図８に示した画像は、対物光学系１００の歪曲収差を光学的にすべて補正しきれない場合を想定しており、この収差の影響で、格子模様は非等間隔となっている。具体的には、球面レンズにおける樽型収差と同等の歪曲収差が発生した場合を想定しており、収差がより大きく影響する左画像の左端、右画像の右端では、格子間隔は若干狭くなっている。

しかし、前述したように、立体画像撮像装置１による撮影画像の縦方向にはレンズの作用が働かないため、左右の視差画像において縦（垂直）方向の位置ずれは発生しなくなる。左右の視差画像で対応する画素が縦方向にずれていると、視聴者が立体視を行う際に疲労や違和感を覚えるとされている。対物光学系に球面レンズを使用した図２０に示した例では、左右の各視差画像で歪が異なるため、画面両端での縦ずれが大きくなっており、立体視の形成に悪影響を与えてしまう。これに対して、本開示の立体画像撮像装置１では、対物光学系１００をアナモフィック光学系としているため、左右の視差画像における横方向の収差と、縦方向の収差を分離することができる。これにより、斜め方向に発生する歪曲収差を抑えることが可能となる。この結果、立体視を行う際に問題となる、左右の視差画像の対応点における上下方向の位置ずれを解消することができる。

また、本実施の形態によれば、左右の視差画像間での上下方向の位置ずれが解消されるため、縦方向の収差の補正用にラインメモリの容量を増大させる必要もなくなる。また、左右の視差画像における横方向の収差と、縦方向の収差を分離できるため、対物光学系１００の歪曲収差や倍率色収差を画像処理的に補正しやすくなる。すなわち、画像処理によってこれらの収差を補正できる範囲が広くなるため、歪曲収差や倍率色収差を回避するための専用のレンズを設計する必要がなくなる。これにより、レンズの巨大化・多数枚化を抑えることが可能となるため、光学系の増量が増加することおよび、製造コストが増大することを抑えることができる。

＜３．第１の実施の形態の変形例＞
なお、上述した第１の実施の形態では、対物光学系１００をアナモフィック光学系とすることで歪曲収差の現れ方を変え、歪曲収差が立体視の形成に及ぼす悪影響を少なくする例をあげたが、これに限定されるものではない。歪曲収差を抑えるための信号処理あるいは画像処理や、視差画像におけるアスペクト比を補正するための信号処理あるいは画像処理を行うようにしてもよい。

図９に示す立体画像撮像装置１ａは、歪曲収差抑制用の信号処理または画像処理と、視差画像におけるアスペクト比補正用の信号処理または画像処理を行うことを特徴とする。図９において図３と対応する箇所には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略する。図９に示した立体画像撮像装置１ａにおいて、図３に示した立体画像撮像装置１と異なる点は、信号処理部３００Ｌａと信号処理部３００Ｒａが収差補正処理を行う点と、縦横軸ずれ検出部８００を備えた点と、画像処理部４００ａがアスペクト補正処理を行う点である。また、記憶部７００ａの構成も異なっている。

まず、記憶部７００ａの構成から説明すると、記憶部７００ａは、期待画像記憶部７０１と、観測画像保持部７０２と、補正パラメータ記憶部７０３とを有する。期待画像記憶部７０１には、収差が発生していない状態で撮影されることが期待される画像である、参照用の期待画像Ｉｅが記憶される。

期待画像Ｉｅは、例えば格子模様や水玉模様、市松模様などの、同様の模様が等間隔で規則的に現れる画像を予め参照画像Ｉｒとして用意しておき、その参照画像Ｉｒをデータ化すること等によって生成する。参照画像Ｉｒとして用意する画像は、このような規則的なパターンを有する画像である方が好ましいが、風景画像等のその他の画像を用いてもよい。もしくは、参照画像Ｉｒを立体画像撮像装置１で撮影して得られた観測画像Ｉｏの中の、収差の少ない領域のデータを抽出し、そのデータからその他の領域のデータを推定することにより、期待画像Ｉｅを生成してもよい。

観測画像保持部７０２には、参照画像Ｉｒを立体画像撮像装置１で撮影して得られた観測画像Ｉｏが保持される。補正パラメータ記憶部７０３には、制御部５００によって算出された収差補正用のパラメータが記憶される。収差補正用のパラメータは、画像を構成する画素毎の補正値（Ｒ，Ｇ，Ｂ値）と、画素の位置情報とが、補正テーブルとして対応付けられたものである。この収差補正用のパラメータは、信号処理部３００Ｌａと信号処理部３００Ｒａによって、期待画像Ｉｅと観測画像Ｉｏとを比較解析することによって生成される。

参照画像Ｉｒとして、パターンの間隔が縦方向と横方向とで等間隔であるものを用意すれば、すなわち、アスペクト比が等倍で歪曲収差も含まないものを用意すれば、その参照画像Ｉｒから生成した期待画像Ｉｅも、アスペクト比が等倍で歪曲収差を含まないものとなる。このような期待画像Ｉｅと観測画像Ｉｏとを比較解析することにより生成される補正パラメータを用いて収差の補正を行うことで、歪曲収差の補正だけでなく、アスペクト比の補正も同時に行えるようになる。

なお、ここでは補正値として単にＲ，Ｇ，Ｂのカラー値を使用する場合を例にあげたが、これに限定されるものではない。例えば、補正値参照の対象となる画素の近隣の画素のカラー値も用いて補正値を参照するようにしてもよい。また、画像を構成するすべての画素に対して補正テーブルを設けなくてもよい。例えば、１０画素おきに参照位置を保持しておき、補正するときに補正テーブルの参照位置を補間して、各画素に対する補正前画素の位置を算出するようにしてもよい。

信号処理部３００Ｌａおよび信号処理部３００Ｒａは、補正パラメータ記憶部７０３に記憶された収差補正用のパラメータを用いて、撮像素子２０２Ｌまたは撮像素子２０２Ｒから出力された画像信号に対する収差補正処理を行う。なお、本実施の形態では、収差補正処理を、左右の画像信号に対して別々に、信号処理部３００Ｌａと信号処理部３００Ｒａにて行う例をあげたが、画像処理部４００ａで行うようにしてもよい。また、収差補正用のパラメータの生成も、信号処理部３００Ｌａおよび信号処理部３００Ｒａではなく、画像処理部４００ａで行うようにしてもよい。

縦横軸ずれ検出部８００は、対物光学系１００の各レンズにおける縦横軸と、観測画像Ｉｏにおける縦横軸とが一致しているか否かを判断し、一致していなかった場合に、そのずれ量を検出する。

画像処理部４００ａは、縦横軸ずれ検出部８００で縦横軸のずれが検出された場合に、そのずれを解消するための処理を行う。具体的には、例えばアフィン変換を行うことにより、観測画像Ｉｏにおける縦横軸を対物光学系１００の各レンズにおける縦横軸に一致させる。もしくは、光軸を中心とした回転方向に対物光学系１００を物理的に駆動可能な駆動機構を設け、その駆動機構で対物光学系１００を回転させることによって、対物光学系１００の各レンズにおける縦横軸を観測画像Ｉｏにおける縦横軸に一致させてもよい。

本実施の形態による立体画像撮像装置１ａは、収差補正パラメータの取得を行う「収差補正パラメータ取得モード」と、収差の補正を行う「補正モード」の２つのモードを備える。この２つのモードは、操作部６００を介してユーザが選択できるようにしてある。図１０は、これらのモードが選択された場合における補正処理の例を示すフローチャートである。

まず、ユーザによって、いずれかのモードを選択する操作が入力されると（ステップＳ１）、信号処理部３００Ｌａおよび信号処理部３００Ｒａ（図３参照）によって、選択されたモードが「収差補正パラメータ取得モード」であるか否かが判断される（ステップＳ２）。「収差補正パラメータ取得モード」でなかった場合、つまり、「補正モード」であった場合には、補正パラメータ記憶部７０３（図９参照）から収差補正用のパラメータが読みだされる（ステップＳ３）。そして、信号処理部３００Ｌａおよび信号処理部３００Ｒａ、または画像処理部４００ａによって、撮影画像に対する収差の補正が行われ（ステップＳ４）、補正後の画像が出力される（ステップＳ５）。

ステップＳ２で、ユーザによって選択されたモードが「収差補正パラメータ取得モード」であると判断された場合には、信号処理部３００Ｌａおよび信号処理部３００Ｒａによって、期待画像記憶部７０１から期待画像Ｉｅが読み出される（ステップＳ６）。続いて、読み出された期待画像Ｉｅと、撮影によって得られた観測画像Ｉｏとが信号処理部３００Ｌａおよび信号処理部３００Ｒａによって比較解析され、解析結果に基づいて収差補正用のパラメータが生成される（ステップＳ７）。そして、生成された収差補正用のパラメータは、補正パラメータ記憶部７０３に記憶される（ステップＳ８）。

このように、対物光学系１００の収差の補正を、信号処理または画像処理によって行うことで、収差の結果生じる撮影画像の横方向の位置ずれも解消することが可能となる。また、対物光学系１００の収差の補正を信号処理または画像処理によって行うことで、対物光学系１００の光学設計の自由度も向上させることが可能となる。また、収差補正パラメータの取得をユーザ側で行えるようにしたことにより、経年変化に伴って収差の出方が変化した場合にも、ユーザが適切に補正を行えるようになる。

なお、本実施の形態では、「収差補正パラメータ取得モード」と「補正モード」とをユーザが選択できるようにした例をあげたが、これに限定されるものではない。「収差補正パラメータ取得モード」によるパラメータの取得は、工場出荷時までに行っておき、ユーザがパラメータを修正できないように構成してもよい。

＜４．第２の実施の形態＞
次に、本開示の第２の実施の形態例について、図１１を参照して説明する。第１の実施の形態またはその変形例として説明した立体画像撮像装置１（１ａ）では、対物光学系１００をアナモフィック光学系とすることで、左右の視差画像の対応点における垂直方向の位置ずれを解消することができた。しかし、このような構成とすることで、実効瞳ＥｐＬ（ＥｐＲ）の位置に仮想的に形成される実効カメラ２００Ｌ′（２００Ｒ′）の画角が、実際の撮像部２００Ｌ（２００Ｒ）の画角よりも広くなるという現象が起きる。

この問題を解消するために、本実施の形態による立体画像撮像装置１ｂでは、撮像部２００Ｌの画角と撮像部２００Ｒの画角を両方ともカバーする大きさを持つ第１の対物光学系に加えて、各結像光学系２０１に対応する第２の対物光学系を備える構成とした。第１の対物光学系も第２の対物光学系も、アナモフィック光学系として構成している。さらに、第２の対物光学系を構成する各レンズの配置を、第１の対物光学系とは逆の配置とし、かつ、第２の対物光学系のアフォーカル倍率を、第１の対物光学系のアフォーカル倍率の逆倍としている。なお、ここでいう「アフォーカル倍率」とは、２つのレンズの焦点距離の比を示す。

図１１Ａは、立体画像撮像装置１ｂを上から見た上面図であり、図１１Ｂは、立体画像撮像装置１ｂを左（撮像素子２０２Ｌが配置されている側）から見た側面図である。図１１において、図７と対応する箇所には同一の符号を付してある。図１１Ａに示されるように、立体画像撮像装置１ｂは、対物光学系１００ｂと、撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒとを備える。

対物光学系１００ｂは、第１の対物光学系１００ｂ１と、第２の対物光学系１００ｂ２Ｌおよび第２の対物光学系１００ｂ２Ｒとよりなる。第１の対物光学系１００ｂ１は、負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐで構成され、負レンズ１０１ｍを図示せぬ被写体側に配置し、その後ろ側（被写体光の出射側）に正レンズ１０１ｐを配置している。第１の対物光学系１００ｂ１の構成は、図７Ａに示した対物光学系１００と同一である。

撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの前段に第１の対物光学系１００ｂ１を配置したことによって、図７Ａに示した構成と同様に、実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲが形成される。そして、その実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲとの間隔である実効ＩＡＤは、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置によって定まる物理ＩＡＤよりも狭くなっている。つまり、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの前段に第１の対物光学系１００ｂ１を配置したことにより、図７に示した構成と同様の効果を得られるようになる。

本実施の形態は、第１の対物光学系１００ｂ１の後ろ側に、第２の対物光学系を設けている。第２の対物光学系は、撮像部２００Ｌ内の図示しない結像光学系に対応して設けられた第２の対物光学系１００ｂ２Ｌと、撮像部２００Ｌ内の図示しない結像光学系に対応して設けられた第２の対物光学系１００ｂ２Ｌとよりなる。第２の対物光学系１００ｂ２Ｌと第２の対物光学系１００ｂ２Ｌは、そのレンズ中心が、撮像部２００Ｌまたは撮像部２００Ｒの図示せぬ結像光学系の光軸ＡｘＬまたは光軸ＡｘＲ上に位置するように配置されている。

また、第２の対物光学系１００ｂ２Ｌと第２の対物光学系１００ｂ２Ｌは、それぞれ正レンズ１０１ｐと負レンズ１０１ｍよりなり、正レンズ１０１ｐが図示せぬ被写体側に配置され、その後ろ側に負レンズ１０１ｍが配置されている。

そして、第２の対物光学系１００ｂ２Ｌと第２の対物光学系１００ｂ２Ｒでは、それぞれを構成する各レンズの光軸方向における配置を、第１の対物光学系１００ｂ１における配置とは逆にしている。つまり、被写体側に正レンズ１０１ｐを配置し、撮像部２００側に負レンズ１０１ｍを配置している。このように配置することにより、第２の対物光学系１００ｂ２Ｌと第２の対物光学系１００ｂ２Ｒの倍率が、第１の対物光学系１００ｂ１の倍率の逆倍率となる。この結果、第１の対物光学系１００ｂ１のレンズ作用によって少し広がった実効カメラ２００Ｌ′または実効カメラ２００Ｒ′の画角が狭まり、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの画角とほぼ等しくなる。

また、本実施の形態においても、第１の対物光学系１００ｂ１と、第２の対物光学系１００ｂ２Ｌおよび第２の対物光学系１００ｂ２Ｒよりなる対物光学系１００ｂを、アナモフィック光学系として構成している。そして、それぞれの対物光学系を構成する負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐとを、そのｘ軸方向が図示せぬ撮像素子内の各画素の配置における水平方向と一致するように配置している。

これにより、図１１Ｂに示されるように、対物光学系１００ｂに対して縦方向（図中のｙ軸方向）に入射する光線は、屈折せずに直進する。つまり、縦方向に入射する光線に対しては、アナモフィック光学系として構成した各対物光学系が薄肉平板ガラスと等価になり、屈折が起こらない。したがって、撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒによって生成される像の縦方向は、変倍されずに等倍のままとなる。

図１２は、図１１Ａおよび図１１Ｂに示した立体画像撮像装置１ｂで、等間隔の格子模様を撮影したときの、撮影結果の画像を模式的に示したものである。図１２Ａは左眼用の視差画像を示し、図１２Ｂは右眼用の視差画像を示す。前述したように、対物光学系１００ｂに対して縦方向に入射する光線には屈折が起きないため、撮影画像における縦方向の格子模様の間隔は、対物光学系１００ｂを外した状態で撮影された画像と同等の間隔となっている。

一方、画像の横方向に関しては、第１の対物光学系１００ｂ１での屈折の影響を受けるため、格子模様の横方向の幅はいったん縮小される。しかし、その後、第２の対物光学系１００ｂ２Ｒおよび第２の対物光学系１００ｂ２Ｌを通過することにより、格子模様の横方向の幅は、第１の対物光学系１００ｂ１がない状態で撮影された画像におけるものと同等の間隔となる。

なお、図１２に示した画像は、対物光学系１００ｂの歪曲収差を光学的にすべて補正しきれない場合を想定しており、この収差の影響で、格子模様は非等間隔となっている。具体的には、球面レンズにおける樽型収差と同等の歪曲収差が発生した場合を想定しており、収差がより大きく影響する左画像の左端、右画像の右端では、格子間隔は若干狭くなっている。

立体画像撮像装置１ｂの他のブロックの構成は、図３に示した構成としてもよく、収差の補正を信号的に行う図９に示した構成としてもよい。ただし、本実施の形態では、対物光学系１００ｂを通過することによって画像の縦横比率が変化してしまうことはないため、図９に示した構成を適用する場合であっても、アスペクト比の補正は行う必要がない。

上述した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態によって得られる効果と同等の効果を得られる。また、これに加えて、第１の対物光学系１００ｂ１により形成される実効カメラ２００Ｌ′と実効カメラ２００Ｒ′の画角を、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの画角とほぼ同等とできるという効果が得られる。

＜５．第３の実施の形態＞
次に、本開示の第３の実施の形態例について、図１３および図１４を参照して説明する。本実施の形態では、視差画像におけるアスペクト比を、撮像部２００の画角を広角化した状態で等倍に近づける目的で、第２の対物光学系１００ｃ２の配置の向きを、第１の対物光学系１００ｃ１の配置の向きに対して９０°回転させることを行う。本実施の形態による立体画像撮像装置１ｃの構成の説明に入る前に、図１３を参照して原理の説明を行う。

図１３は、シリンドリカルレンズで構成した正レンズ１０１ｐ１と正レンズ１０１ｐ２を、配置の向きが、互いの母線が直交するように配置した場合の、各レンズを通過する光線の光路を示した図である。図１３では、光線が図の上方から入射して下方に進むことを想定している。図示せぬ被写体側（上側）に配置された正レンズ１０１ｐ１は、曲面を有する辺が、撮像素子２０２Ｌを含む撮像部（図示略）と、撮像素子２０２Ｌを含む撮像部の配置方向と平行となるように配置されている。ここでは、２つの撮像部を水平方向に並べて配置しているため、撮像部の配置方向は、撮像素子２０２Ｌおよび２０２Ｒ内の画素の配置における水平方向と一致している。また、正レンズ１０１ｐ１の下に配置された正レンズ１０１ｐ２は、曲面を有する辺が、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒ配置方向と直交する位置に配置されている。

被写体側に配置された正レンズ１０１ｐ１に対して、その母線Ｂ１沿いに入射した光線Ｒ３と光線Ｒ４は、レンズの作用を受けずにそのまま直進する。これに対して、光線Ｒ３および光線Ｒ４と平行な光線であるが、正レンズ１０１ｐ１の母線Ｂ１以外の箇所に入射した光線Ｒ５は、レンズの作用を受けて内側に屈折する。

しかし、その屈折はｘ軸の方向（横方向）においてのみ起こり、ｙ軸の方向（縦方向）には起きない。これにより、光線Ｒ３も光線Ｒ５も、いずれもｘ−ｚ平面上の右下がりの斜線で示した平面領域Ａｒ１上を進行する。すなわち、ｘ軸方向に幅を持つ被写体光は、正レンズ１０１ｐ１を通過することにより、その横方向の幅が縮小される。

正レンズ１０１ｐ１の母線Ｂ１上に入射し、正レンズ１０１ｐ１を直進した光線Ｒ３は、その下の正レンズ１０１ｐ２の母線Ｂ２上に入射している。このため、正レンズ１０１ｐ２のレンズの作用を受けることもなく、そのまま直進する。一方、正レンズ１０１ｐ１の母線Ｂ１上に入射して正レンズ１０１ｐ１を直進した光線Ｒ４は、正レンズ１０１ｐ２に対しては、その母線Ｂ２からずれた位置に入射している。このため、正レンズ１０１ｐ２の曲面が有するレンズの働きによって、内側に屈折する。この光線Ｒ４における屈折は、ｘ軸の方向においてのみ起こり、ｙ軸の方向には起きない。

これにより、光線Ｒ３も光線Ｒ４も、いずれもｙ−ｚ平面上の左下がりの斜線で示した平面領域Ａｒ２上を進行する。すなわち、ｙ軸方向に幅を持つ被写体光は、正レンズ１０１ｐ２を通過することにより、その縦方向の幅が縮小されることが分かる。このように、２枚のシリンドリカルレンズを、その母線が互いに直交するような位置に配置することで、縦横の両方向で像の幅を変倍することが可能となる。つまり、原理的には縦横方向の変倍率を同率にすることが可能であり、通常の球状の負レンズおよび正レンズで構成した対物光学系１０を用いて得られる撮影結果と、同様の結果を得ることができる。

また、シリンドリカルレンズとして構成された正レンズ１０１ｐ１と正レンズ１０１ｐ２では、母線Ｂ方向の歪曲収差は発生しない。これにより、球面レンズの歪曲収差として知られるピンクッション型や樽型の収差のように、直線の像が曲がってしまう収差は発生しなくなる。

図１４Ａは、立体画像撮像装置１ｃを上から見た上面図であり、図１４Ｂは、立体画像撮像装置１ｃを左（撮像素子２０２Ｌが配置されている側）から見た側面図である。図１４において、図７，図１１と対応する箇所には同一の符号を付してある。図１４Ａに示されるように、立体画像撮像装置１ｃは、アナモフィック光学系として構成された対物光学系１００ｃと、撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒとを備える。

対物光学系１００ｃは、第１の対物光学系１００ｃ１と、第２の対物光学系１００ｃ２Ｌおよび第２の対物光学系１００ｃ２Ｒとよりなる。第１の対物光学系１００ｃ１は、負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐで構成され、負レンズ１０１ｍを図示せぬ被写体側に配置し、その後ろ側（被写体光の出射側）に正レンズ１０１ｐを配置している。第１の対物光学系１００ｃ１の構成は、図７Ａに示した対物光学系１００と同一である。

撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの前段に第１の対物光学系１００ｃ１を配置したことによって、図７Ａに示した構成と同様に、実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲが形成される。そして、その実効瞳ＥｐＬと実効瞳ＥｐＲとの間隔である実効ＩＡＤは、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置によって定まる物理ＩＡＤよりも狭くなっている。つまり、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの前段に第１の対物光学系１００ｃ１を配置したことにより、図７に示した構成と同様の効果を得られるようになる。

本実施の形態は、第１の対物光学系１００ｃ１の後ろ側に、第２の対物光学系を設けている。第２の対物光学系は、撮像部２００Ｌ内の図示しない結像光学系に対応して設けられた第２の対物光学系１００ｃ２Ｌと、撮像部２００Ｌ内の図示しない結像光学系に対応して設けられた第２の対物光学系１００ｃ２Ｌとよりなる。第２の対物光学系１００ｃ２Ｌと第２の対物光学系１００ｃ２Ｌは、そのレンズ中心が、撮像部２００Ｌまたは撮像部２００Ｒの図示せぬ結像光学系の光軸ＡｘＬまたは光軸ＡｘＲ上に位置するように配置されている。

また、第２の対物光学系１００ｃ２Ｌと第２の対物光学系１００ｃ２Ｒは、それぞれ負レンズ１０１ｍと正レンズ１０１ｐよりなり、負レンズ１０１ｍが図示せぬ被写体側に配置され、その後ろ側に正レンズ１０１ｐが配置されている。

そして、第２の対物光学系１００ｃ２Ｌと第２の対物光学系１００ｃ２Ｒでは、それぞれを構成する各レンズの配置の方向を、第１の対物光学系１００ｃ１における配置方向とは逆にしている。つまり、各対物光学系１００ｃ２内の正負のレンズの母線は平行だが、第１の対物光学系１００ｃ１と第２の対物光学系１００ｃ２の母線は直交する配置としている。さらに、第１の対物光学系１００ｃ１の母線が、撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒの配置方向（図中のｘ軸方向）と直交するような配置、すなわち、図中のｙ軸方向と並行となる位置に配置している。

このように配置することにより、図１４Ａに示されるように、対物光学系１００ｃに対して横方向（図中のｘ軸方向）に入射する光線は、第１の対物光学系１００ｃ１に屈折され、第２の対物光学系１００ｃ２Ｌと第２の対物光学系１００ｃ２Ｒをそのまま直進する。一方、図１４Ｂに示されるように、対物光学系１００ｃに対して縦方向（図中のｙ軸方向）に入射する光線は、第１の対物光学系１００ｃ１をそのまま直進し、第２の対物光学系１００ｃ２Ｌと第２の対物光学系１００ｃ２Ｒによって屈折される。

つまり、画面の左側から入射した被写体光は、まず第１の対物光学系１００ｃ１によってその横方向の倍率が変倍され、撮像部２００Ｌおよび２００Ｒの横方向の画角が広角化される。これに伴って実効ＩＡＤの長さも変倍（縮小）される。続いて、第２の対物光学系１００ｃ２によって縦方向の長さを変倍（縮小）され、撮像部２００Ｌおよび２００Ｒの縦方向の画角が広角化される。る。このとき、第１の対物光学系１００ｃ１の変倍率（アフォーカル倍率）と第２の対物光学系１００ｃ２の変倍率を併せることで、視差画像におけるアスペクト比を、球面レンズを使用した場合の例として図２Ｂに示した構成により得られるものとほぼ等倍とすることが可能となる。

立体画像撮像装置１ｃの他のブロックの構成は、図３に示した構成としてもよく、収差の補正を信号的に行う図９に示した構成としてもよい。ただし、本実施の形態では、対物光学系１００ｃを通過することによって画像の縦横比率が変化してしまうことはないため、図９に示した構成を適用する場合であっても、アスペクト比の補正は行う必要がない。

上述した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態によって得られる効果と同等の効果を得られる。また、この効果に加えて、左右の視差画像におけるアスペクト比をほぼ等倍率とすることが可能となる。

図１５は、図１４Ａおよび図１４Ｂに示した立体画像撮像装置１ｃで、等間隔の格子模様を撮影したときの、撮影結果の画像を模式的に示したものである。図１５Ａは左眼用の視差画像を示し、図１５Ｂは右眼用の視差画像を示す。前述したように、まず第１の対物光学系１００ｃ１によって視差画像の横方向の幅が変倍され、第２の対物光学系１００ｃ２Ｌおよび第２の対物光学系１００ｃ２Ｒによって、縦方向の幅が変倍される。これによって、撮影された視差画像における格子模様の間隔は、縦横方向でほぼ同一となっている。

ただし、図１５に示した画像は、対物光学系１００ｃの歪曲収差を光学的にすべて補正しきれない場合を想定しており、この収差の影響で、格子模様は非等間隔となっている。具体的には、球面レンズにおける樽型収差に相当する歪曲収差が発生した場合を想定しており、収差がより大きく影響する左画像の左端、右画像の右端では、格子間隔は若干狭くなっている。しかし、この歪曲収差はアナモフィック光学系の屈折に応じて起きるものであるため、画像の斜め方向の歪曲収差は原理的に発生しない。

なお、図１４Ａに示すように、第２の対物光学系１００ｃ２Ｌおよび１００ｃ２Ｒでは、レンズ中心が図示せぬ結像光学系の光軸上にあるため、第１の対物光学系１００ｃ１に比較して歪曲収差の度合いが少なくなる。これにより、図１４に示した立体画像撮像装置１ｃにより撮影された画像信号に現れる収差は、図１５に示すような、横線は歪曲することなく横線のままであり、画像の上下端に近づくにつれて横線の間隔が狭まるような歪曲収差となる。このため、複数ラインを保持しないと元の横ラインの画素を算出できない球面レンズの歪曲収差に比較して、画像処理的に扱いやすい収差とすることが可能である。

＜６．第４の実施の形態＞
次に、本開示の第４の実施の形態例について、図１６を参照して説明する。本実施の形態では、対物光学系１００ｄの光軸方向の長さを短縮することを目的として、アナモフィック光学系として構成した対物光学系１００ｄを構成する各レンズの配置の向きと配置の順番を調整している。

図１６Ａは、立体画像撮像装置１ｄを上から見た上面図であり、図１６Ｂは、立体画像撮像装置１ｄを左（撮像素子２０２Ｌが配置されている側）から見た側面図である。図１６において、図７，図１１,図１４と対応する箇所には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１６に示した立体画像撮像装置１ｄは、視差画像の横方向の変倍を行う第１の対物光学系１００ｄ１と、縦方向の第２の対物光学系１００ｄ２とを有する。第１の対物光学系１００ｄ１は、負レンズ１０１ｍ１と正レンズ１０１ｐ１よりなり、いずれのレンズも、撮像部２００Ｌの画角と撮像部２００Ｌの画角を両方ともカバーする大きさを持つ。また、第１の対物光学系１００ｄ１は視差画像の横方向の変倍を行うことを目的としているため、曲面を有する辺が、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置方向（図中のｘ軸方向）と平行となるように配置される。

第２の対物光学系１００ｄ２は、負レンズ１０１ｍ２と正レンズ１０１ｐ２Ｌおよび正レンズ１０１ｐ２Ｒよりなる。負レンズ１０１ｍ２は、撮像部２００Ｌの画角と撮像部２００Ｌの画角を両方ともカバーする大きさに構成してあり、正レンズ１０１ｐ２Ｌは、撮像部２００Ｌに対応して設けられ、正レンズ１０１ｐ２Ｒは、撮像部２００Ｒに対応して設けられる。第２の対物光学系１００ｄ２は、視差画像の縦方向の変倍を行うことを目的としているため、曲面を有する辺が、撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置方向（図中のｙ軸方向）と平行となるように配置される。

そして、第１の対物光学系１００ｄ１と第２の対物光学系１００ｄ２を構成する各レンズの光軸方向における配置を互い違いにしている。具体的には、被写体側から順に、負レンズ１０１ｍ１、負レンズ１０１ｍ２、正レンズ１０１ｐ１、正レンズ１０１ｐ２Ｌ（または正レンズ１０１ｐ２Ｒ）という配置にしている。

立体画像撮像装置１ｄの他のブロックの構成は、図３に示した構成としてもよく、収差の補正を信号的に行う図９に示した構成としてもよい。ただし、本実施の形態でも、対物光学系１００ｄを通過することによって画像の縦横比率が変化してしまうことはないため、図９に示した構成を適用する場合であっても、アスペクト比の補正は行う必要がない。

本実施の形態による立体画像撮像装置１ｄによる視差画像の撮影結果も、図１５に示したもののようになる。すなわち、上述した第４の実施の形態によっても、第３の実施の形態により得られる効果と同等の効果を得ることができる。また、対物光学系１００ｄをこのように構成することで、図１４に示した第３の実施の形態による対物光学系１００ｃと比較して、対物光学系１００ｄの光軸方向の長さを短縮することが可能となる。これにより、対物光学系１００ｄ全体を、物理的なカメラである撮像部２００Ｌと撮像部２００Ｒの配置位置により近付けることが可能となるため、画角をカバーするためのレンズ口径を、より小さくすることができるようになる。

なお、図１６に示した例では、第２の対物光学系１００ｄ２を構成するレンズのうち、撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒに近い側のレンズを、各撮像部２００に対応して２つ設けてあるが、これに限定されるものではない。撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒに最も近い位置に配置されるレンズを左右で分割することで、対物光学系１００ｄ全体の軽量化を図ることが可能であるが、分割しない構成としてもよい。

このように構成することにより、第１の対物光学系１００ｄ１と第２の対物光学系１００ｄ２を構成する各レンズの光軸方向における配置順序における制限がなくなる。つまり、以下に示す組み合わせを実現可能となる。以下に示す「縦」とは、視差画像の縦方向の長さを変倍するレンズを示し、「横」とは、視差画像の横方向の長さを変倍するレンズを示す。
・縦−横−縦−横
・横−縦−横−縦
・縦−縦−横−横
・横−横−縦−縦
・縦−横−横−縦
・横−縦−縦−横

＜７．各種変形例＞
なお、上述した各実施の形態では、説明をわかり易くするために、対物光学系１００を構成する各レンズが薄肉レンズであるものとしている。しかし、対物光学系１００を、多数枚・多群のレンズやフィルタ、絞り、レンズ駆動機構などで構成してもよい。結像光学系２０１Ｌと結像光学系２０１Ｒも、多数枚・多群のレンズやフィルタや絞り、またレンズ駆動機構などで構成してもよい。

また、上述した各実施の形態では、図２Ｄに示した、被写体側に負レンズを配置してその後ろに正レンズを配置する構成をベースにして説明を行ったが、これに限定されるものではない。図２Ａに示すような正レンズのみを用いた構成や、図２Ｃに示すような、被写体側に正レンズを配置してその後ろに負レンズを配置する構成に適用してもよい。もしくは、図１Ａおよび図１Ｂに示したような対物光学系１０がフォーカル光学系である場合にも適用してよい。

また、上述した各実施の形態における対物光学系１００をユニット化し、市販されている一般的な３Ｄカメラ（立体画像撮像装置）に着脱可能に構成してもよい。一般的な３Ｄカメラに本開示の対物光学系１００を装着すれば、そのカメラで撮影される画像に発生する歪曲収差の現れを変えることができ、歪曲収差が立体視の形成に及ぼす悪影響を小さくすることができる。

また、上述した各実施の形態において、実効ＩＡＤを可変できるように構成してもよい。実効ＩＡＤを変更できる構成とするには、対物光学系１００αを光軸方向に移動させるための対物光学系駆動部（図示略）が必要となる。図１７は、対物光学系１００αをアフォーカル光学系として構成した場合の例を示す図である。アフォーカル光学系の条件を崩さずにズームを行うには、対物光学系１００αを構成するレンズの枚数は最低３枚必要となる。

図１７に示した例では、対物光学系１００αを正レンズ１０１ｐ１、負レンズ１０１ｍ１、正レンズ１０１ｐ２で構成しており、光軸方向における配置は、図示せぬ被写体側（図の左側）から順に、正レンズ１０１ｐ１、負レンズ１０１ｍ１、正レンズ１０１ｐ２としている。ここで、正レンズ１０１ｐ１を破線で示した位置から光軸Ａｘ上を図示せぬ被写体側にΔだけ移動させ、正レンズ１０１ｐ２を破線で示した位置からΔ′だけ移動させてみる。すると、移動前の配置により形成される、破線で示された実効ＩＡＤよりも、移動後の配置により形成される、実線で示された実効ＩＡＤ′の方が短くなる。これとともに、移動前と移動後とで、対物光学系１００αのアフォーカル倍率も変化している。すなわち、対物光学系１００αによる縦方向および／または横方向の変倍率（第１の屈折力および／または第２の屈折力）が変化している。

つまり、被写体に最も近い正レンズ１０１ｐ１と、撮像部２００Ｌ（２００Ｒ）に最も近い正レンズ１０１ｐ２とを連動して移動させることで、アフォーカル光学系を維持しつつ、かつ、実効ＩＡＤの長さを所望の長さに調整することが可能となる。また、この調整に伴って、対物光学系１００αのアフォーカル倍率も変化する。

なお、正レンズ１０１ｐ１の移動量Δと、正レンズ１０１ｐ２の移動量Δ′は、実現したい実効ＩＡＤの長さによって定まる。移動量Δと移動量Δ′の組み合わせを予め定めておき、それに基づいて２つのレンズを同方向に移動させることで、容易に実効ＩＡＤの長さを調整することが可能となる。

また、上述した各実施の形態では、撮像部２００を２つ設けた場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、撮像部２００を３つ以上設けるようにしてもよい。図１８には、撮像部２００を水平方向に３つ（撮像部２００−１〜撮像部２００−３）並べて配置した例を示しており、対物光学系としては、第１の実施の形態として示した対物光学系１００を用いている。図１８において、図７，図１１,図１４,図１６と対応する箇所には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１８Ａは、立体画像撮像装置１βを上から見た上面図であり、図１８Ｂは、立体画像撮像装置１βを、横（撮像部２００−３が配置されている側）から見た側面図である。撮像部２００を３つ設けた場合であっても、図１８Ａに示すように、実効カメラ２００′−１〜実効カメラ２００′−３のそれぞれにおいて隣り合う他のカメラとの間隔が、物理的に配置された撮像部２００−１〜撮像部２００−３における間隔よりも短くなっている。より詳細には、実効カメラ２００′−１〜実効カメラ２００′−３のうちのいずれかのカメラにおける実効瞳Ｅｐの位置と、対物光学系１００βの光軸Ａｘとの間隔が、撮像部２００のレンズ中心と光軸Ａｘとの間隔よりも狭くなっている。

また、図１８Ｂに示すように、対物光学系１００βに対してｙ軸方向（縦方向）に入射する光線は屈折せずに直進する。つまり、縦方向に入射する光線に対しては、アナモフィック光学系として構成した対物光学系１００βが薄肉平板ガラスと等価になり、屈折が起こらない。すなわち、撮像部２００を３つ設けた場合であっても、第１の実施の形態によって得られる効果と同様の効果を得ることが可能となる。

また、複数の撮像部２００を、水平方向でなく垂直方向に並べて配置する構成に適用してもよい。図１９Ａは、このように構成した立体画像撮像装置１γを上から見た上面図であり、図１９Ｂは、横方向から見た場合の側面図である。図１９Ａおよび図１９Ｂに示す立体画像撮像装置１γにおいては、撮像部２００−１と撮像部２００−２とを上下方向に並べて配置している。撮像部２００をこのように配置する場合には、図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、対物光学系１００γを構成する負レンズ１０１ｍおよび正レンズ１０１ｐを、その母線が撮像部２００Ｌおよび撮像部２００Ｒの配置方向と直交するように配置する必要がある。このように構成することによって、第１の実施の形態によって得られる効果と同様の効果を得ることができる。

なお、図１７〜図１９には、対物光学系として第１の実施の形態で示した対物光学系１００を用いた例を示したが、これに限定されるものではない。その他の実施の形態として説明した各立体画像撮像装置１において、撮像部２００を複数個設けた場合にも、各実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることができる。

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）被写体から発せられた光線を取り込んで後段に導く光学系であり、光軸と直交する面上の第１の方向における第１の屈折力が、第１の方向と直交する第２の方向における第２の屈折力よりも弱い対物光学系と、
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結像させる複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系に対応して設けられ、前記複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子とを備えた
立体画像撮像装置。
（２）前記対物光学系は、アナモフィック光学系である（１）に記載の立体画像撮像装置。
（３）前記対物光学系は、前記第１の方向が、前記複数の撮像素子の配置方向と直交する方向に対応し、前記第２の方向が、前記複数の撮像素子の配置方向に対応するように配置される（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（４）前記対物光学系は、第１の対物光学系と第２の対物光学系とを含み、前記第１の対物光学系と前記第２の対物光学系は、その倍率が互いに逆倍率である（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（５）前記第２の対物光学系は、前記複数の各結像光学系に対応して個別に設けられ、前記第１の対物光学系と前記結像光学系の間に配置される（１）〜（４）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（６）前記対物光学系は、第１の対物光学系と第２の対物光学系とを含み、前記第１の対物光学系は、その前記第１の方向が、前記撮像素子を構成する各画素の配置における垂直方向と対応するように配置され、前記第２の対物光学系は、その前記第１の方向が、前記撮像素子を構成する各画素の配置における水平方向と対応するように配置される（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（７）前記第２の対物光学系は、前記複数の各結像光学系に対応して設けられ、前記第１の対物光学系と前記結像光学系の間に配置される（１）〜（６）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（８）前記第１の対物光学系と前記第２の対物光学系の、前記第１の対物光学系の光軸の方向における配置は、前記被写体側から、前記第１の対物光学系、前記第２の対物光学系の順に行われる（１）〜（７）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（９）前記対物光学系の光軸方向における位置を移動させる対物光学系駆動部を備え、前記対物光学系における前記第１の屈折力および／または第２の屈折力は、前記対物光学系駆動部による当該対物光学系の移動量によって変化する（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（１０）前記対物光学系は、前記撮像部に対して着脱可能に構成される（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（１１）前記撮像素子で生成された画像信号に信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部で信号処理された前記画像信号に対して画像処理を行う画像処理部とをさらに備え、
前記信号処理部または前記画像処理部は、前記第２の屈折力により生じるひずみを低減させる補正を行う（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（１２）前記信号処理部または前記画像処理部は、予め用意された収差を含まない期待画像と、前記画像信号による観測画像とを比較することにより、前記収差を低減させる補正用の補正パラメータを生成し、前記補正パラメータを用いて前記収差の補正を行う（１）〜（１１）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（１３）前記対物光学系における前記第１の方向および前記第２の方向と、前記観測画像における垂直方向および水平方向とが一致しているか否かを判定する縦横軸ずれ検出部をさらに備え、
前記信号処理部または前記画像処理部は、前記縦横軸ずれ検出部による検出結果に基づいて、前記軸ずれを一致させるための補正を行う（１）〜（１２）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（１４）前記縦横軸ずれ検出部による検出結果に基づいて、前記対物光学系を、その光軸を中心とした回転方向に移動させる対物光学系駆動機構をさらに備え、
前記対物光学系駆動機構は、前記縦横軸ずれ検出部による検出結果に応じて前記対物光学系の回転方向の位置を移動させる（１）〜（１３）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…立体画像撮像装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…対物光学系、１０ｐ…対物光学系、１１ｍ…負レンズ、１１ｐ，１１ｐ１，１１ｐ２…正レンズ、２０，２０Ｌ，２０Ｒ…撮像部、２０Ｌ′，２０Ｒ′…実効カメラ、５０…立体画像撮像装置、１００，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…対物光学系、１００ｂ１，１００ｃ１，１００ｄ１…第１の対物光学系、１００ｂ２Ｌ，１００ｂ２Ｒ…対物光学系，１００ｃ２，１００ｃ２Ｌ，１００ｃ２Ｒ，１００ｄ２…第２の対物光学系、１０１ｐ，１０１ｐ１，１０１ｐ２，１０１ｐ２Ｌ，１０１ｐ２Ｒ…正レンズ、１０１ｍ，１０１ｍ１，１０１ｍ２…負レンズ、２００，２００−１，２００−２，２００−３，２００Ｌ，２００Ｒ…撮像部、２００′−１，２００′−３，２００Ｌ′，２００Ｒ′…実効カメラ、２０１Ｌ，２０１Ｒ…結像光学系、２０２Ｌ，２０２Ｒ…撮像素子、３００Ｌ，３００Ｌａ，３００Ｒ，３００Ｒａ…信号処理部、４００，４００ａ…画像処理部、５００…制御部、６００…操作部、７００，７００ａ…記憶部、７０１…期待画像記憶部、７０２…観測画像保持部、７０３…補正パラメータ記憶部、８００…縦横軸ずれ検出部、Ａｒ１，Ａｒ２…平面領域、Ａｘ１…光軸、Ｂ１，Ｂ２…母線、Ｆｐ１′…後側焦点、Ｆｐ２…前側焦点、Ｒ１〜Ｒ５…光線

Claims (14)

1. 被写体から発せられた光線を取り込んで後段に導く光学系であり、光軸と直交する面上の第１の方向における第１の屈折力が、第１の方向と直交する第２の方向における第２の屈折力よりも弱い対物光学系と、
   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結像させる複数の結像光学系と、
   前記複数の結像光学系に対応して設けられ、前記複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子とを備えた
   立体画像撮像装置。
2. 前記対物光学系は、アナモフィック光学系である
   請求項１に記載の立体画像撮像装置。
3. 前記対物光学系は、前記第１の方向が、前記複数の撮像素子の配置方向と直交する方向に対応し、前記第２の方向が、前記複数の撮像素子の配置方向に対応するように配置される
   請求項２に記載の立体画像撮像装置。
4. 前記対物光学系は、第１の対物光学系と第２の対物光学系とを含み、前記第１の対物光学系と前記第２の対物光学系は、その倍率が互いに逆倍率である
   請求項２に記載の立体画像撮像装置。
5. 前記第２の対物光学系は、前記複数の各結像光学系に対応して個別に設けられ、前記第１の対物光学系と前記結像光学系の間に配置される
   請求項４に記載の立体画像撮像装置。
6. 前記対物光学系は、第１の対物光学系と第２の対物光学系とを含み、前記第１の対物光学系は、その前記第１の方向が、前記撮像素子を構成する各画素の配置における垂直方向と対応するように配置され、前記第２の対物光学系は、その前記第１の方向が、前記撮像素子を構成する各画素の配置における水平方向と対応するように配置される
   請求項２に記載の立体画像撮像装置。
7. 前記第２の対物光学系は、前記複数の各結像光学系に対応して個別に設けられ、前記第１の対物光学系と前記結像光学系の間に配置される
   請求項６に記載の立体画像撮像装置。
8. 前記第１の対物光学系と前記第２の対物光学系の、前記第１の対物光学系の光軸の方向における配置は、前記被写体側から、前記第１の対物光学系、前記第２の対物光学系の順に行われる
   請求項７に記載の立体画像撮像装置。
9. 前記対物光学系の光軸方向における位置を移動させる対物光学系駆動部を備え、前記対物光学系における前記第１の屈折力および／または第２の屈折力は、前記対物光学系駆動部による当該対物光学系の移動量によって変化する
   請求項２に記載の立体画像撮像装置。
10. 前記対物光学系は、前記結像光学系および前記撮像素子を含む記撮像部に対して着脱可能に構成される
    請求項２に記載の立体画像撮像装置。
11. 前記撮像素子で生成された画像信号に信号処理を行う信号処理部と、
    前記信号処理部で信号処理された前記画像信号に対して画像処理を行う画像処理部とをさらに備え、
    前記信号処理部または前記画像処理部は、第２の屈折力により生じるひずみを低減させる補正を行う
    請求項２に記載の立体画像撮像装置。
12. 前記信号処理部または前記画像処理部は、予め用意された収差を含まない期待画像と、前記画像信号による観測画像とを比較することにより、前記収差を低減させる補正用の補正パラメータを生成し、前記補正パラメータを用いて前記収差の補正を行う
    請求項１１に記載の立体画像撮像装置。
13. 前記対物光学系における前記第１の方向および前記第２の方向と、前記観測画像における垂直方向および水平方向とが一致しているか否かを判定する縦横軸ずれ検出部をさらに備え、
    前記信号処理部または前記画像処理部は、前記縦横軸ずれ検出部による検出結果に基づいて、前記軸ずれを一致させるための補正を行う
    請求項１２に記載の立体画像撮像装置。
14. 前記縦横軸ずれ検出部による検出結果に基づいて、前記対物光学系を、その光軸を中心とした回転方向に移動させる対物光学系駆動機構をさらに備え、
    前記対物光学系駆動機構は、前記縦横軸ずれ検出部による検出結果に応じて前記対物光学系の回転方向の位置を移動させる
    請求項１３に記載の立体画像撮像装置。