(57)【要約】【課題】３次元映像の画質を向上しつつ、小型化を図ったレンズ鏡筒およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的としている。【解決手段】レンズ系を介して被写体の光束を取り込み、この光束を撮像素子に光学像として結像させるレンズ鏡筒であって、互いに平行な第１光軸と第２光軸において、第１光軸上における被写体の第１光束を第１撮像素子の第１有効像円３０５ａ内に第１光学像３１０ａとして結像させ、第２光軸上における被写体の第２光束を第２撮像素子の第２有効像円３０５ｂ内に第２光学像３１０ｂとして結像させており、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂの少なくとも一部を重畳させ、かつ、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂを含む仮想有効像円３０６に基づいてレンズ系を形成した構成である。【選択図】図６
2011164504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ系を介して被写体の光束を取り込み、前記光束を撮像素子に光学像として結像させるレンズ鏡筒であって、
互いに平行な第１光軸と第２光軸において、
前記第１光軸上における前記被写体の第１光束を第１撮像素子の第１有効像円内に第１光学像として結像させ、前記第２光軸上における前記被写体の第２光束を第２撮像素子の第２有効像円内に第２光学像として結像させており、
前記第１有効像円および前記第２有効像円の少なくとも一部を重畳させ、かつ、前記第１有効像円および前記第２有効像円を含む仮想有効像円に基づいて前記レンズ系を形成した
レンズ鏡筒。
【請求項２】
第３光軸上における前記被写体の第３光束を第３撮像素子の第３有効像円内に第３光学像として結像させており、
前記第３有効像円の少なくとも一部を前記第１有効像円または前記第２有効像円に重畳させ、かつ、前記第１有効像円および前記第２有効像円および前記第３有効像円を含む前記仮想有効像円に基づいて前記レンズ系を形成した
請求項１に記載のレンズ鏡筒。
【請求項３】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束上および前記第２光束上に配置され、前記第１光束を反射させるとともに前記第２光束を透過させる第１ハーフミラーと、
前記第２光束を反射させる第２ミラーとを有し、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第２ミラーで反射した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させた
請求項１に記載のレンズ鏡筒。
【請求項４】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束および前記第３光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束上および前記第２光束上および前記第３光束上に配置され、前記第１光束を反射させるとともに前記第３光束を透過させる第１ハーフミラーと、
前記第２光束上および前記第３光束上に配置され、
前記第２光束を反射させるとともに前記第３光束を透過させる第２ハーフミラーと、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第２ハーフミラーで反射した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーおよび前記第２ハーフミラーを透過した前記第３光束は、前記第３撮像素子に前記第３光学像として結像させた
請求項２に記載のレンズ鏡筒。
【請求項５】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束上および前記第２光束上に配置され、前記第１光束を反射させるとともに前記第２光束を透過させる第１ハーフミラーを有し、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーを透過した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させた
請求項１に記載のレンズ鏡筒。
【請求項６】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束および前記第３光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束上および前記第２光束上および前記第３光束上に配置され、前記第１光束を反射させるとともに前記第２光束および前記第３光束を透過させる第１ハーフミラーを有し、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーを透過した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーを透過した前記第３光束は、前記第２シフトレンズに透過させつつ、前記第３光軸をシフトさせず、前記第２撮像素子に前記第３光学像として結像させた
請求項２に記載のレンズ鏡筒。
【請求項７】
レンズ系を介して被写体の光学像を取り込み、
前記光学像を撮像素子に結像させるレンズ鏡筒を備えた撮像装置であって、
互いに平行な第１光軸と第２光軸において、
前記第１光軸上における前記被写体の第１光学像を第１撮像素子の第１有効像円内に結像させ、
前記第２光軸上における前記被写体の第２光学像を第２撮像素子の第２有効像円内に結像させており、
前記第１有効像円および前記第２有効像円の少なくとも一部を重畳させ、かつ、前記第１有効像円および前記第２有効像円を含む仮想有効像円に基づいて前記レンズ系を形成しており、
前記第１光学像および前記第２光学像に基づいて３次元用の映像を形成する撮像装置。
【請求項８】
前記第１光学像または前記第２光学像のいずれか一方に基づいて２次元用の映像を形成する請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
第３光軸上における前記被写体の第３光学像を第３撮像素子の第３有効像円内に結像させており、
前記第３有効像円の少なくとも一部を前記第１有効像円または前記第２有効像円に重畳させ、かつ、前記第１有効像円および前記第２有効像円および前記第３有効像円を含む前記仮想有効像円に基づいて前記レンズ系を形成しており、
前記第１光学像および前記第２光学像に基づいて３次元映像を形成し、前記第３光学像に基づいて２次元映像を形成する
請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束上および前記第２光束上に配置され、前記第１光束を反射させるとともに前記第２光束を透過させる第１ハーフミラーと、
前記第２光束を反射させる第２ミラーとを有し、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第２ミラーで反射した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させた
請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束および前記第３光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束上および前記第２光束上および前記第３光束上に配置され、前記第１光束を反射させるとともに前記第３光束を透過させる第１ハーフミラーと、
前記第２光束を反射させるとともに前記第３光束を透過させる第２ハーフミラーを有し、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第２ハーフミラーで反射した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーおよび前記第２ハーフミラーを透過した前記第３光束は、前記第３撮像素子に前記第３光学像として結像させた
請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束を反射させるとともに前記第２光束を透過させる第１ハーフミラーを有し、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーを透過した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させた
請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記レンズ系は、
前記第１光束および前記第２光束および前記第３光束を取り込むプリズムを有し、
前記プリズムは、
前記第１光束を反射させるとともに前記第２光束および前記第３光束を透過させる第１ハーフミラーを有し、
前記第１ハーフミラーで反射した前記第１光束は、第１シフトレンズに透過させ前記第１光軸をシフトさせて、前記第１撮像素子に前記第１光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーを透過した前記第２光束は、第２シフトレンズに透過させ前記第２光軸をシフトさせて、前記第２撮像素子に前記第２光学像として結像させ、
前記第１ハーフミラーを透過した前記第３光束は、前記第２シフトレンズを透過させつつ前記第３光軸をシフトさせず、前記第２撮像素子に前記第３光学像として結像させた
請求項９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元映像用の両眼視差を有する映像を撮影する際に用いるレンズ鏡筒およびそれを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の撮像素子を用いて、被写体の光学像を撮像する撮像装置の普及が著しい。この撮像装置としては、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等が挙げられる。
【０００３】
これらのデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラには、被写体が発した光束を撮像素子に光学像として結像させるためのレンズ鏡筒が取り付けられている。
【０００４】
このようなレンズ鏡筒を用いて光学像を撮像する際、通常の２次元映像だけでなく、３次元映像用の両眼視差を有する映像を撮像することも要望されている。
【０００５】
両眼視差を有する映像を撮像するための撮像装置は、例えば、特許文献１に開示されている。図９に示すように、この撮像装置は、第１光軸上と第２光軸上に配置した２つの左右シャッタ１１Ｒ、１１Ｌと２つの左右ミラー１２Ｒ、１２Ｌを有する。第１光軸上にある被写体の光束と第２光軸上にある被写体の光束は、２つの左右ミラー１２Ｒ、１２Ｌで反射され、プリズム１３を介してレンズ１４に取り込まれる。このレンズ１４に取り込まれた被写体の光束は、ＣＣＤ１５で結像される。左右のシャッタ１１Ｒ、１１Ｌで、第１光軸上の光束と第２光軸上の光束とを切り替えながら、各々の光束がＣＣＤ１５で結像されて、第１光軸上の光学像と第２光軸上の光学像が形成される。
【０００６】
ＣＣＤ１５で結像された第１光軸上の光学像と第２光軸上の光学像は、各々、３次元映像用の右目用映像と左目用映像に対応する。この右目用映像と左目用映像は、光軸が異なるので、互いに両眼視差を有する。
【０００７】
特許文献１の他に、両眼視差を有する右目用映像と左目用映像を撮像する撮像装置については、特許文献２に開示されている。この撮像装置は、２つの撮像素子を用いており、第１ＣＣＤに第１光軸上の光束を光学像として結像させ、第２ＣＣＤに第２光軸上の光束を光学像として結像させることによって、右目用映像と左目用映像を撮像している。この右目用映像と左目用映像は、各々、第１ＣＣＤおよび第２ＣＣＤの画素の全てを使用して撮像することが可能になるので、右目用映像と左目用映像の画質の劣化を抑制できる。すなわち、３次元映像の画質の劣化を抑制できる。
【０００８】
これらの撮像装置で撮像した両眼視差を有する右目用映像と左目用映像は、例えば、特許文献３に開示された立体映像表示装置を用いて、３次元映像として見ることができる。立体映像表示装置は、互いに両眼視差を有する右目用映像と左目用映像を交互に表示パネルの画面に表示する。視聴者は、右目用映像が写し出された際は、この映像を右目で見て、左目用映像が写し出された際は、この映像を左目で見ればよい。右目用映像を右目で、左目用映像を左目で見るためには、例えば、シャッタ方式の眼鏡を用いる。
【０００９】
このシャッタ方式の眼鏡には、右目用レンズと左目用レンズに、光の透過と遮断を切り替える液晶フィルタを配置している。液晶フィルタのシャッタ開閉によって、光の透過と遮断を切り替えれば、右目用映像を右目で見ることができ、左目用映像を左目で見ることができる。このシャッタ開閉を繰り返し続けることによって、視聴者は両眼視差を有する右目用映像と左目用映像に基づいて３次元映像を見ることができる。
【００１０】
なお、この３次元映像は、右目用映像と左目用映像の視差量によって、３次元映像の奥行き感や飛び出し感が変わる。視差量が大きければ、奥行きや飛び出しも大きくなり、視差量が小さければ、奥行きや飛び出しも小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−９２７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３２６９４６号公報
【特許文献３】特開２０００−３６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
３次元映像の画質は、両眼視差を有する右目用映像と左目用映像の画質に影響される。画質を向上するために、上記従来の構成では、２つの撮像素子を用いて３次元映像用の右目用映像と左目用映像を撮像している。各々の撮像素子は、その画素の全てを使用して、右目用映像または左目用映像を撮像することができる。この結果、右目用映像と左目用映像の画質を向上することができる。
【００１３】
被写体が発した光束は、撮像素子に光学像として結像される。このとき、この光学像は、光束を取り込むレンズ系を介して撮像素子の有効像円に形成される。レンズ系と撮像素子の有効像円は密接な関係にあり、一般的に、レンズ系は撮像素子の有効像円に基づいて形成される。
【００１４】
上記従来の構成では、２つの撮像素子を用いるが、第１撮像素子の有効像円に基づいて第１光軸上の光束を取り込むレンズ系が形成され、第２撮像素子の有効像円に基づいて第２光軸上の光束を取り込むレンズ系が形成されている。
【００１５】
すなわち、第１光軸上の光束と第２光軸上の光束が互いに完全に分離されている。この分離された第１光軸上の光束が第１撮像素子に結像され、第２光軸上の光束が第２撮像素子に結像される。
【００１６】
したがって、上記従来の構成では、３次元映像の画質を向上できるものの、第１光軸と第２光軸とを完全に分離する必要があるので撮像装置が大型化するという問題を有する。
【００１７】
本発明は上記問題を解決し、３次元映像の画質を向上しつつ、小型化を図ったレンズ鏡筒およびそれを用いた撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記問題を解決するために本発明のレンズ鏡筒は、レンズ系を介して被写体の光束を取り込み、前記光束を撮像素子に光学像として結像させるレンズ鏡筒であって、互いに平行な第１光軸と第２光軸において、前記第１光軸上における前記被写体の第１光束を第１撮像素子の第１有効像円内に第１光学像として結像させ、前記第２光軸上における前記被写体の第２光束を第２撮像素子の第２有効像円内に第２光学像として結像させており、前記第１有効像円および前記第２有効像円の少なくとも一部を重畳させ、かつ、前記第１有効像円および前記第２有効像円を含む仮想有効像円に基づいて前記レンズ系を形成した構成である。
【００１９】
また、上記問題を解決するために本発明の撮像装置は、レンズ系を介して被写体の光学像を取り込み、前記光学像を撮像素子に結像させるレンズ鏡筒を備えた撮像装置であって、互いに平行な第１光軸と第２光軸において、前記第１光軸上における前記被写体の第１光学像を第１撮像素子の第１有効像円内に結像させ、前記第２光軸上における前記被写体の第２光学像を第２撮像素子の第２有効像円内に結像させており、前記第１有効像円および前記第２有効像円の少なくとも一部を重畳させ、かつ、前記第１有効像円および前記第２有効像円を含む仮想有効像円に基づいて前記レンズ系を形成しており、前記第１光学像および前記第２光学像に基づいて３次元用の映像を形成する構成である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レンズ系を介して第１光軸上の第１光束は第１撮像素子の第１有効像円内に結像させ、第２光軸上の第２光束は第２撮像素子の第２有効像円内に結像させるので、互いに視差を有する右目用映像と左目用映像を撮像できる。
【００２１】
また、第１有効像円および第２有効像円の少なくとも一部を重畳させ、かつ、第１有効像円および第２有効像円を含む仮想有効像円に基づいてレンズ系を形成するので、画質を向上しつつ、小型化を図れる。このレンズ系は仮想有効像円に基づいて形成されるが、この仮想有効像円内では、第１有効像円および第２有効像円の少なくとも一部が重畳され、かつ、仮想有効像円は、第１有効像円および第２有効像円を含む。すなわち、このレンズ系では、第１光軸上の光束と第２光軸上の光束が互いに分離されない構造となるので、レンズ系の小型化を図れる。したがって、レンズ鏡筒および撮像装置の小型化を図れる。特に、第１光束は第１撮像素子で結像され、第２光束は第２撮像素子で結像されるので、第１撮像素子の画素を最大限利用して第１光学像を撮像でき、第２撮像素子の画素を最大限利用して第２光学像を撮像できるので、画質の向上を図れる。
【００２２】
また、第１光学像は第１有効像円内に結像され、第２光学像は第２有効像円内に結像されるので、仮想有効像円内における第１有効像円と第２有効像円との重畳量によって、第１光学像と第２光学像の視差量を変化させることができる。すなわち、右目用映像と左目用映像の視差量を変化させることができる。
【００２３】
一般に、３次元映像用の右目用映像と左目用映像は両眼視差を有するが、この視差量が大きければ３次元映像の奥行き感や飛び出し感も大きくなる。しかし、この奥行き感や飛び出し感が大きくなり過ぎると、逆に視聴者は疲労感を受けることがある。
【００２４】
したがって、仮想有効像円内における第１有効像円と第２有効像円との重畳量を予め適切にしたレンズ系を用いることによって、視聴者にとって疲労感の少ない視差量を有する右目用映像と左目用映像を撮像できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施の形態における撮像装置のレンズ鏡筒の断面図
【図２】同撮像装置の概略図
【図３】同撮像装置のレンズ鏡筒に配置されたレンズ系の概略図
【図４】レンズ系に配置されたプリズムと撮像素子との配置関係を示す要部拡大図
【図５】撮像素子の有効像円内に結像された光学像の状態を示す説明図
【図６】仮想有効像円内に結像された光学像の状態を示す説明図
【図７】レンズ系に配置されたプリズムと撮像素子との配置関係を示す説明図
【図８】撮像素子の有効像円内に結像された光学像の状態を示す説明図
【図９】従来の撮像装置のレンズ系の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、一実施の形態における撮像装置について図面を参照しながら説明する。図１は一実施の形態における撮像装置のレンズ鏡筒の断面図、図２は同撮像装置の概略図、図３は同撮像装置のレンズ鏡筒に配置されたレンズ系の概略図である。
【００２７】
＜レンズ鏡筒１００の全体構成について＞
まず、レンズ鏡筒１００の全体構成について説明する。図１において、レンズ鏡筒１００は、鏡筒本体１０５と、この鏡筒本体１０５の内側に保持されたレンズ系を備えている。このレンズ系は、第１レンズ系１１０、第２レンズ系１２０、第３レンズ系１３０、第４レンズ系１４０を有する。第２レンズ系１２０と第３レンズ系１３０との間には、絞り１５０を配置している。図２に示すように、このレンズ鏡筒１００が撮像装置本体２１０に取り付けられて、撮像装置２００が構成されている。
【００２８】
撮像装置本体２１０には、プリズム２２０を介して、被写体の光学像を撮像する撮像素子２３０が配置されている。この撮像素子２３０としては、３次元映像用の両眼視差を有する右目用映像を撮像する第１撮像素子２３０ａと、左目用映像を撮像する第２撮像素子２３０ｂと、通常の２次元映像を撮像する第３撮像素子２３０ｃが配置されている。
【００２９】
図１〜図３に示すように、レンズ鏡筒１００に配置された第１レンズ系１１０は、鏡筒本体１０５の先端部に固定配置され、被写体が発した光束３００を最初に取り込んでいる。第２レンズ系１２０は、第１レンズ系１１０の後方で、光軸上に移動自在なように鏡筒本体１０５に配置され、第１レンズ系１１０を介して被写体の光束３００を取り込んでいる。第３レンズ系１３０は、第２レンズ系１２０の後方で、光軸上に移動しないように鏡筒本体１０５に固定して配置され、第２レンズ系１２０を介して被写体の光束３００を取り込んでいる。第４レンズ系１４０は、第３レンズ系１３０の後方で、光軸方向に移動自在なように鏡筒本体１０５に配置され、第３レンズ系１３０を介して被写体の光束３００を取り込んでいる。絞り１５０は、第３レンズ系１３０の前方に配置されている。
【００３０】
第１レンズ系１１０、第２レンズ系１２０、第３レンズ系１３０、第４レンズ系１４０は、各々、１枚または複数のレンズを組み合わせて構成している。第２レンズ系１２０は広角側または望遠側にズーム調整するズーム用レンズ系である。第１レンズ系に近くなることで広角側、第３レンズ系に近くなることで望遠側に変化するズーム機能があり、負の焦点距離を有している。
【００３１】
第１レンズ系１１０と第２レンズ系１２０の合成焦点距離は小さい（強い）負の焦点距離である。さらに第３レンズ系１３０を合成することにより、正または大きい（弱い）負の焦点距離に変換する。つまり第３レンズ系１３０は、撮像素子２３０に像を形成するために、実像へ変換するための補正レンズ系であり、正の焦点距離を有している。
【００３２】
第４レンズ系１４０はフォーカスを調整するためのフォーカス用レンズ系であり、正の焦点距離を有している。第４レンズ系が第３レンズ系に近くなることで正の焦点距離が小さくなり、遠くなることで正の焦点距離が大きくなる。よって、ズームの調整は、主に第２レンズ系１２０を光軸上に移動させて行う。フォーカスの調整は、主に第４レンズ系１４０を光軸上に移動させて行う。
【００３３】
このように、第１レンズ系１１０、第２レンズ系１２０、第３レンズ系１３０、第４レンズ系１４０を介して、被写体からの光束３００は撮像素子２３０の素子面で結像されて光学像となる。また、絞り１５０の径を大きくすることで、明るい像を形成でき、小さくすることで暗い像を形成することができる。
【００３４】
なお、光束３００は、プリズム２２０を介して分光されており、第１光軸上の第１光束３００ａと、第２光軸上の第２光束３００ｂと、第３光軸上の第３光束３００ｃとを有する。
【００３５】
＜プリズム２２０による分光について＞
次に、プリズム２２０による分光について説明する。図４はレンズ系に配置されたプリズムと撮像素子との配置関係を示す要部拡大図、図５は撮像素子の有効像円内に結像された光学像の状態を示す説明図である。
【００３６】
図４において、光束３００は、プリズム２２０を介して分光されており、第１光軸上の第１光束３００ａと、第２光軸上の第２光束３００ｂと、第３光軸上の第３光束３００ｃとを有する。
【００３７】
このプリズム２２０には、第１光束３００ａ上および第２光束３００ｂ上および第３光束３００ｃ上に配置され、第１光束３００ａを反射させるとともに第３光束３００ｃを透過させる第１ハーフミラー２２１が配置されている。また、プリズム２２０には、第２光束３００ｂ上および第３光束３００ｃ上に配置され、第２光束３００ｂを反射させるとともに第３光束３００ｃを透過させる第２ハーフミラー２２２が配置されている。
【００３８】
この第１ハーフミラー２２１および第２ハーフミラー２２２が配置されたプリズム２２０を介して、第１光束３００ａと第２光束３００ｂと第３光束３００ｃは、各々、第１撮像素子２３０ａと第２撮像素子２３０ｂと第３撮像素子２３０ｃで撮像される。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、第１光束３００ａは、第１撮像素子２３０ａの有効像円３０５ａ内に第１光学像３１０ａとして結像され、図５（ｂ）に示すように、第２光束３００ｂは、第２撮像素子２３０ｂの有効像円３０５ｂ内に第２光学像３１０ｂとして結像され、図５（ｃ）に示すように、第３光束３００ｃは、第３撮像素子２３０ｃの有効像円３０５ｃ内に第３光学像３１０ｃとして結像される。第１光学像３１０ａおよび第２光学像３１０ｂおよび第３光学像３１０ｃは、いずれも縦横比が９：１６のサイズとしている。
【００４０】
図４、図５において、第１光学像３１０ａは、第１ハーフミラー２２１で反射した第１光束３００ａを、第１シフトレンズ３３０ａに透過させ、第１光軸をシフトさせて、第１撮像素子２３０ａに結像させたものである。第２光学像３１０ｂは、第２ハーフミラー２２２で反射した第２光束３００ｂを、第２シフトレンズ３３０ｂに透過させ、第２光軸をシフトさせて、第２撮像素子２３０ｂに結像させたものである。第３光学像３１０ｃは、第１ハーフミラー２２１および第２ハーフミラー２２２を透過した第３光束３００ｃを、第３撮像素子２３０ｃに結像させたものである。
【００４１】
例えば、この第３撮像素子２３０ｃの有効画素数は第１撮像素子２３０ａおよび第２撮像素子２３０ｂの有効画素数よりも大きい方が良い。第１撮像素子２３０ａと第２撮像素子２３０ｂは３次元用映像として動画専用に用いることになるが、第３撮像素子２３０ｃは動画用だけでなく静止画用としても用いることができるからである。動画用ならばハイビジョン対応として２００万画素程度の有効画素数であれば十分であり、静止画用ならばそれ以上の有効画素数が求められる。例えば、第１撮像素子２３０ａと第２撮像素子２３０ｂの有効画素数を２００万画素とし、第３撮像素子２３０ｃの有効画素数を８００万画素とし、第３撮像素子２３０ｃの有効画素数を多くすれば使用者の利便性を向上する。
【００４２】
＜プリズム２２０による分光と光軸シフトの詳細な説明について＞
次に、プリズム２２０による分光と光軸シフトの詳細な説明について説明する。被写体からの光束３００は、上述の通り、プリズムによって３方向に光量分割される。第３光束３００ｃの進行方向では、プリズム２２０の入射前後で、光量が約１／３に減衰する。第３撮像素子２３０ｃとしては、２Ｄ撮影用ＭＯＳセンサを用い、プリズム２２０を透過した第３光束３００ｃを光軸シフトさせずに結像させる。この第３撮像素子２３０ｃの画素数はフルＨＤ動画データに必要な２００万画素だけでなく、静止画データでは、２００万画素よりも画素数の多い８００〜２０００万画素程度とすることができる。
【００４３】
第１光束３００ａの進行方向では、プリズム２２０の入射前で、光量が約１／３に減衰する。第１撮像素子２３０ａとしては、３Ｄ右目撮影用ＭＯＳセンサを用い、プリズム２２０から反射した第１光束３００ａは第１光軸をシフトさせて結像させる。この第１光軸は、第３光軸とは平行でなく角度を持った光軸となる。なお、３次元用映像の撮像時は、光軸の曲がる方向とは逆側に可変的に設定することができる。第１撮像素子２３０ａの画素数は、動画データのみであればフルＨＤ画質で言えば、２００万画素あればよい。３次元用映像の静止画として利用する場合は画素数を増加させてもよい。
【００４４】
第２光束３００ｂの進行方向では、３D左目撮影用ＭＯＳセンサを用い、プリズム２２０から反射した第１光束３００ａは第１光軸をシフトさせて結像させる。この第１光軸は、第３光軸とは平行でなく角度を持った光軸となる。なお、３次元用映像の撮像時は、光軸の曲がる方向とは逆側に可変的に設定することができる。第１撮像素子２３０ａの画素数は、動画データのみであればフルＨＤ画質で言えば、２００万画素あればよい。３次元用映像の静止画として利用する場合は画素数を増加させてもよい。
【００４５】
なお、第１光束３００ａを第１シフトレンズ３３０ａに透過させず、第２光束３００ｂを第２シフトレンズ３３０ｂに透過させない場合は、第１光軸も第２光軸も光軸シフトが生じず、第３光軸と同一軸となる。すなわち、両眼視差を有する第３次元映像用の右目用映像と左目用映像を形成できない。
【００４６】
なお、第１シフトレンズ３３０ａおよび第２シフトレンズ３３０ｂの前に絞りを形成してもよい。これによれば、不要光のカットおよび光量調整データにより、結像される第１光学像３１０ａおよび第２光学像３１０ｂの光量を調整することができる。
【００４７】
また、第１シフトレンズ３３０ａを透過した後の第１光束３００ａおよび第２シフトレンズ３３０ｂを透過した後の第２光束３００ｂに対して、フォーカス調整してもよい。
【００４８】
特に、第１光束３００ａおよび第２光束３００ｂは対称なため、いずれか一方のフォーカス調整のみで、構造的に追従させれば、他方のフォーカス調整もできる。撮影距離が遠方であったり、近距離であったりする場合でも、第１シフトレンズ３３０ａおよび第２シフトレンズ３３０ｂにより、被写体の距離に対して交差位置がフォーカス位置となるように調整することができる。
【００４９】
＜仮想有効像円に基づいて形成されたレンズ系について＞
次に、仮想有効像円に基づいて形成されたレンズ系について説明する。図６は仮想有効像円内に結像された光学像の状態を示す説明図である。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂの少なくとも一部を重畳させ、かつ、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂを含む領域を仮想有効像円３０６としている。この仮想有効像円３０６は、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂを完全に含まなくても良いが、第１有効像円３０５ａに結像される第１光学像３１０ａおよび第２有効像円３０５ｂに結像される第２光学像３１０ｂは含むものとする。この第１光学像３１０ａと第２光学像３１０ｂが３次元映像用の両眼視差を有する右目用映像または左目用映像のいずれかに対応する。仮想有効像円３０６では、第１光学像３１０ａと第２光学像３１０ｂの一部が重畳するので、右目用映像と左目用映像は、第１光学像３１０ａと第２光学像３１０ｂの重畳量に応じた視差量を有する。また、図６（ｂ）に示すように、第３有効像円３０５ｃを含む領域を仮想有効像円３０６としている。この仮想有効像円３０６は、第３有効像円３０５ｃを完全に含まなくても良いが、第３有効像円３０５ｃに結像される第３光学像は含むものとする。この第３光学像が通常の２次元映像用に対応する。
【００５１】
本実施の形態におけるレンズ鏡筒１００は、この図６に示すような仮想有効像円３０６に基づいて形成されたレンズ系を配置している。
【００５２】
具体的には次の通りである。３次元映像用の右目用映像の第１有効像円３０５ａは、視差（輻輳角）を生成するために、第１シフトレンズ３３０ａでシフトされた第１光軸を中心に形成されている。この第１有効像円３０５ａは、２次元映像用の第３光軸より左右方向に少し距離が離れた位置に形成される。第１有効像円３０５ａは第３有効像円３０５ｃと同一径とすることもできるし、異なる径とすることもできる。輻輳角を大きく作るためにシフト量を大きくする場合は、第１有効像円３０５ａの径を第３有効像円３０５ｃの径よりも小さくする。
【００５３】
また、３次元映像用の左目用映像の第２有効像円３０５ｂは、視差（輻輳角）を生成するために、第２シフトレンズ３３０ｂでシフトされた第２光軸を中心に形成されている。この第２有効像円３０５ｂは、２次元映像用の第３光軸より左右方向に少し距離が離れた位置に形成される。第２有効像円３０５ｂは第３有効像円３０５ｃと同一径とすることもできるし、異なる径とすることもできる。輻輳角を大きく作るためにシフト量を大きくする場合は、第２有効像円３０５ｂの径を第３有効像円３０５ｃの径よりも小さくする。
【００５４】
但し、シフト量をあまり大きく付けすぎると、共軸光学系での光学性能が得られないので、シフト量には限度がある。
【００５５】
＜一実施の形態のまとめ＞
本発明によれば、レンズ系を介して第１光軸上の第１光束３００ａは第１撮像素子２３０ａの第１有効像円３０５ａ内に結像させ、第２光軸上の第２光束３００ｂは第２撮像素子２３０ｂの第２有効像円３０５ｂ内に結像させるので、互いに視差を有する右目用映像と左目用映像を撮像できる。
【００５６】
また、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂの少なくとも一部を重畳させ、かつ、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂを含む仮想有効像円３０６に基づいてレンズ系を形成するので、画質を向上しつつ、小型化を図れる。このレンズ系は仮想有効像円３０６に基づいて形成されるが、この仮想有効像円３０６内では、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂの少なくとも一部が重畳され、かつ、仮想有効像円３０６は、第１有効像円３０５ａおよび第２有効像円３０５ｂを含む。
【００５７】
すなわち、このレンズ系では、第１光軸上の光束と第２光軸上の光束が互いに分離されない構造となるので、レンズ系の小型化を図れる。したがって、レンズ鏡筒および撮像装置の小型化を図れる。特に、第１光束３００ａは第１撮像素子２３０ａで結像され、第２光束３００ｂは第２撮像素子２３０ｂで結像されるので、第１撮像素子２３０ａの画素を最大限利用して第１光学像３１０ａを撮像でき、第２撮像素子２３０ｂの画素を最大限利用して第２光学像３１０ｂを撮像できるので、画質の向上を図れる。
【００５８】
また、第１光学像３１０ａは第１有効像円３０５ａ内に結像され、第２光学像３１０ｂは第２有効像円３０５ｂ内に結像されるので、仮想有効像円３０６内における第１有効像円３０５ａと第２有効像円３０５ｂとの重畳量によって、第１光学像３１０ａと第２光学像３１０ｂの視差量を変化させることができる。すなわち、右目用映像と左目用映像の視差量を変化させることができる。
【００５９】
一般に、３次元映像用の右目用映像と左目用映像は両眼視差を有するが、この視差量が大きければ３次元映像の奥行き感や飛び出し感も大きくなる。しかし、この奥行き感や飛び出し感が大きくなり過ぎると、逆に視聴者は疲労感を受けることがある。
【００６０】
したがって、仮想有効像円３０６内における第１有効像円３０５ａと第２有効像円３０５ｂとの重畳量を予め適切にしたレンズ系を用いることによって、視聴者にとって疲労感の少ない視差量を有する右目用映像と左目用映像を撮像できる。
【００６１】
＜他の実施の形態＞
なお、レンズ鏡筒１００の構成は、本実施の形態の他に、図７に示すような構成でもよい。本実施の形態と異なるのは、第２撮像素子２３０ｂを１つ用いて、第２光軸上の第２光束３００ｂと第３光軸上の第３光束３００ｃを撮像している点である。
【００６２】
図７において、レンズ鏡筒は、第１光束３００ａおよび第２光束３００ｂおよび第３光束３００ｃを取り込むプリズム２２０を有する。プリズム２２０は、第１光束３００ａ上および第２光束３００ｂ上および第３光束３００ｃ上に配置され、第１光束３００ａを反射させるとともに第２光束３００ｂおよび第３光束３００ｃを透過させる第１ハーフミラー２２１を有する。
【００６３】
この第１ハーフミラー２２１で反射した第１光束３００ａは、第１シフトレンズ３３０ａに透過させ第１光軸をシフトさせている。第１撮像素子２３０ａに第１光学像として結像させている。また、第１ハーフミラー２２１を透過した第２光束３００ｂは、第２シフトレンズ３３０ｂに透過させ第２光軸をシフトさせている。第２撮像素子２３０ｂに第２光学像として結像させている。さらに、第１ハーフミラー２２１を透過した第３光束３００ｃは、光軸と垂直方向にシフトして第２シフトレンズ３３０ｂに透過させつつ、第３光軸に対してシフトさせないようにしている。
【００６４】
このようにして、第１シフトレンズ３３０ａおよび第２シフトレンズ３３０ｂを透過した第１光束３００ａおよび第２光束３００ｂおよび第３光束３００ｃは、本実施の形態と同様に、図８に示すような第１有効像円３０５ａ、第２有効像円３０５ｂ、第３有効像円３０５ｃに、各々、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃのように結像される。
【００６５】
したがって、他の実施の形態においても、本実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態および他の実施の形態で用いたプリズム２２０には、少なくとも第３光束３００ｃを透過させるために、第１ハーフミラー２２１または第２ハーフミラー２２２を用いた。しかし、第３光束３００ｃを透過させない場合は、第１光束３００ａを反射させるとともに第２光束３００ｂを透過させる第１ハーフミラー２２１と、第２光束３００ｂを反射させる第２ミラーを用いればよい。第２光束３００ｂを特に透過させる必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１００    レンズ鏡筒
１０５    鏡筒本体
１１０    第１レンズ系
１２０    第２レンズ系
１３０    第３レンズ系
１４０    第４レンズ系
１５０    絞り
２００    撮像装置
２１０    撮像装置本体
２２０    プリズム
２２１    第１ハーフミラー
２２２    第２ハーフミラー
２３０    撮像素子
２３０ａ    第１撮像素子
２３０ｂ    第２撮像素子
２３０ｃ    第３撮像素子
３００    光束
３００ａ    第１光束
３００ｂ    第２光束
３００ｃ    第３光束
３０５ａ    第１有効像円
３０５ｂ    第２有効像円
３０５ｃ    第３有効像円
３０６    仮想有効像円
３１０ａ    第１光学像
３１０ｂ    第２光学像
３１０ｃ    第３光学像
３３０ａ    第１シフトレンズ
３３０ｂ    第２シフトレンズ
【図１】
2011164504.tif 000003
【図２】
2011164504.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011164504.tif 000007
【図６】
2011164504.tif 000008
【図７】
2011164504.tif 000009
【図８】
2011164504.tif 000010
【図９】
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