(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影装置に設けられた無限遠に焦点位置を合せた撮影レンズの前面に装着する立体画像撮影用アダプタレンズであって、
被写体光束を入射する第１の光学系と、
前記第１の光学系から出射された被写体光束を前記撮影装置の撮像素子にて左右像となるよう複数の光束に分割し、それら分割された光束の各光路を偏向する第２の光学系とを、備え、
前記第１の光学系は、被写体光を平行光束として射出するアフォーカル射出光学系であり、前記第２の光学系によって左右像に分割される前にフォーカスの調整を行うためのフォーカスレンズを有し、
前記複数の光束に基づく各画像を、視差画像として前記撮影装置の撮像面に形成することを特徴とする立体画像撮影用アダプタレンズ。
【請求項２】
前記第１の光学系は、さらに変倍光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の立体画像撮影用アダプタレンズ。
【請求項３】
前記第２の光学系は、プリズム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用アダプタレンズ。
【請求項４】
前記第２の光学系のプリズムは、色消しプリズムであることを特徴とする請求項３に記載の立体画像撮影用アダプタレンズ。
【請求項５】
立体画像撮影用アダプタレンズと該アダプタレンズを、装着して立体画像撮影を行なう撮影装置からなる立体画像撮影システムであって、
前記アダプタレンズは、
被写体光束を入射する第１の光学系と、
前記第１の光学系から出射された被写体光束を複数の光束に分割し、それら分割された光束の各光路を偏向する第２の光学系とを、備え、
前記複数の光束に基づく各画像を、視差画像として前記撮影装置の撮像面に形成し、前記第１の光学系は、被写体光を平行光束として射出するアフォーカル射出光学系であり、前記第２の光学系によって左右像に分割される前にフォーカスの調整を行うためのフォーカスレンズを有し、
前記撮影装置は、
装着された前記アダプタレンズから出射された複数の光束に基づく各画像を、視差画像として撮像面に形成する撮影光学系と、
前記撮影光学系を所定の状態に設定する設定手段と、を備え
前記設定手段は、前記撮影光学系の焦点位置を無限遠に設定することを特徴とする立体画像撮影システム。
【請求項６】
前記設定手段は、さらに前記撮影光学系の変倍倍率を所定の倍率に設定することを特徴とする請求項５に記載の立体画像撮影システム。
【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用アダプタレンズ及び立体画像撮影システムに関する。
【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。また、この種のステレオカメラでは、対物光学系のフォーカス機能によって撮影の際にフォーカス調整を行なうものが知られている。また、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も知られている。
【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。
【０００４】
これらの問題の対策として、例えば特開２０００−１５２２８２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、左右別々の可動ミラーを連動させて振るため、可動ミラーが複数必要となり、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】
上述したステレオ撮影を一般の撮影者が行なう場合、専用のステレオカメラを購入しなければならない。すなわち、従来ではステレオ撮影を専用のカメラでしか実現できないため、一般の人がステレオ撮影を気軽に楽しむことができなかった。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。
【０００６】
本発明の目的は、一般的なカメラを使って立体画像撮影を行なうことが可能な立体画像撮影用アダプタレンズ及び立体画像撮影システムを提供することにある。
【０００７】
【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用アダプタレンズ及び立体画像撮影システムは以下の如く構成されている。
【０００８】
（１）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズは、撮影装置に設けられた無限遠に焦点位置を合せた撮影レンズの前面に装着する立体画像撮影用アダプタレンズであって、被写体光束を入射する第１の光学系と、前記第１の光学系から出射された被写体光束を前記撮影装置の撮像素子にて左右像となるよう複数の光束に分割し、それら分割された光束の各光路を偏向する第２の光学系とを、備え、前記第１の光学系は、被写体光を平行光束として射出するアフォーカル射出光学系であり、前記第２の光学系によって左右像に分割される前にフォーカスの調整を行うためのフォーカスレンズを有し、前記複数の光束に基づく各画像を、視差画像として前記撮影装置の撮像面に形成する。
【０００９】
（２）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズは、上記（１）に記載のアダプタレンズであって、前記第１の光学系は、さらに変倍光学系を有する。
【００１１】
（３）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズは、上記（１）または(２)に記載のアダプタレンズであって、前記第２の光学系は、プリズムである。
【００１２】
（４）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズは、上記（３）に記載のアダプタレンズであって、前記第２の光学系のプリズムは、色消しプリズムである。
【００１３】
（５）本発明の立体画像撮影システムは、立体画像撮影用アダプタレンズと該アダプタレンズを、撮影レンズに装着して立体画像撮影を行なう撮影装置からなる立体画像撮影システムであって、前記アダプタレンズは、被写体光束を入射する第１の光学系と、前記第１の光学系から出射された被写体光束を複数の光束に分割し、それら分割された光束の各光路を偏向する第２の光学系とを、備え、前記複数の光束に基づく各画像を、視差画像として前記撮影装置の撮像面に形成し、前記第１の光学系は、被写体光を平行光束として射出するアフォーカル射出光学系であり、前記第２の光学系によって左右像に分割される前にフォーカスの調整を行うためのフォーカスレンズを有し、 前記撮影装置は、装着された前記アダプタレンズから出射された複数の光束に基づく各画像を、視差画像として撮像面に形成する撮影光学系と、前記撮影光学系を所定の状態に設定する設定手段と、を備え  前記設定手段は、前記撮影光学系の焦点位置を無限遠に設定する。
【００１５】
（６）本発明の立体画像撮影システムは上記（５）の記載のシステムであって、かつ前記設定手段は、さらに前記撮影光学系の変倍倍率を所定の倍率に設定する。
【００１８】
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。
【００１９】
（１）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズによれば、ステレオ撮影専用のカメラでない一般的なカメラを使って立体画像撮影を行なうことが可能になる。
【００２０】
（２）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズによれば、倍率の変わらぬ複数の視差画像を撮影できる。
【００２１】
（３）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズによれば、第１の光学系にて無限遠に焦点を合わせるとアフォーカル射出光学系になり、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ことができる。
【００２２】
（４）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズによれば、撮影領域が広がり、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】
（５）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズによれば、プリズムを適宜交換することで、被写体光束の分割と偏向を調整できる。また、光束の分割と偏向を同一のプリズムで行なうため、アダプタレンズの小型化が可能になる。
【００２４】
（６）本発明の立体画像撮影システムによれば、一般的な撮影装置を使いアダプタレンズを装着することで、立体画像撮影を行なうことが可能になる。また、所定のズーム位置で最適な立体撮影を行なうことができる。
【００２５】
（７）本発明の立体画像撮影用アダプタレンズによれば、プリズムユニットのプリズムにより収差（主に色）が抑えられる。
【００２６】
（８）本発明の立体画像撮影システムによれば、取り付ける第２の光学系に応じて焦点距離が決められる。
【００２９】
【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。
【００３０】
（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システム（ステレオカメラ）の撮影系の構成を示す図である。図２は、この立体画像撮影システムで撮影された画像を示す図である。
【００３１】
図１の撮影系は、被写体である物体側から順に、レンズユニット１、プリズムユニット２、カメラ３からなる。レンズユニット１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１１を備えている。このアフォーカル射出光学系１１は、フォーカスを合わせるために方向へ移動するフォーカスレンズ１２を有する。このフォーカスレンズ１２を移動して、その入射側で被写体の左右像の各光軸２１Ｌ,２１Ｒが平行になった場合、アフォーカル光学系になる。また、アフォーカル光射出光学系１１にズーム機能を含むズームレンズ１３を備えると、撮影領域が広がる。
【００３２】
プリズムユニット２には、２分割偏角（偏向）プリズム２０が備えられている。この２分割偏角プリズム２０は、光軸Ｓを含む図１の紙面に対して垂直をなす平面に対して面対称な形状をなしている。この２分割偏角プリズム２０は、光軸Ｓに対して平行な光線を、図１の紙面内にて特定の角度で光軸Ｓに近づける方向に曲げるプリズムである。この２分割偏角プリズム２０の偏角は、カメラ３内のレンズ３２により決まる。２分割偏角プリズム２０は、単一材料からなるプリズムの場合、色（波長）ごとの偏角の違いにより、同一距離の被写体であってもその色により距離が違って見える場合がある。これを避けるため、２分割偏角プリズム２０には色（波長）による偏角の差の無い色消しプリズムを使うとよい。
【００３３】
カメラ３は、撮像素子３３上で図２に示すような画像４を撮影する。画像４は、視差のある左右の画像４Ｌ,４Ｒからなる。カメラ３は、開口絞り３１、レンズ３２、撮像素子３３を備えている。撮影の際に、フォーカスレンズ１２を移動することにより、開口絞り３１の中心と左右の視差のある画像４Ｌ,４Ｒの中心とを通る各光線が、２分割偏角プリズム２０の入射側で光軸Ｓに対して平行になるように設定する。なお、この左右像の中心を通る光線をそれぞれ左像光軸２１Ｌ、右像光軸２１Ｒとする。この時、カメラ３のフォーカス位置は無限遠である。カメラ３のレンズ３１がズームレンズなら、取り付けるプリズム２０に応じて焦点距離が決まるので、プリズム２０を取り付けたときにカメラ３へ焦点距離の情報を電気的または機械的に伝えて、その焦点距離にカメラ３のズームレンズを移動させる。
【００３４】
この立体画像撮影システムでは、カメラ３のレンズ３２は一組であるが、２分割偏角プリズム２０により、あたかも左右像の光軸２１Ｌ、２１Ｒを光軸とする二つの光学系があるようにみなせる。つまり、プリズムユニット２とカメラ３で結像部をなす。この左右像の光軸２１Ｌ、２１Ｒと対物光学系であるレンズユニット１の光軸Ｓは、同一平面内にあるといえる。
【００３５】
レンズユニット１とプリズムユニット２は、一体にしてもよいが、２分割偏角プリズム２０の偏角を変えても(特に、画角が狭くなる場合)レンズユニット１の結像性能の劣化につながらないことが多いので、システム化したほうが価格的に安く製作できる。すなわち、レンズユニット１とプリズムユニット２は、一般的なカメラの撮影レンズの前面に装着可能なアダプタレンズとなる。このアダプタレンズを一般的なカメラに装着した場合、ステレオ撮影が行なわれ、装着しない場合、通常の撮影が行なわれる。もちろん、このアダプタレンズと一般的なカメラを一体化して、ステレオ撮影専用のカメラとすることもできる。
【００３６】
また、２分割偏角プリズム２０が偏角を自由に変えられるプリズムの場合、その偏角に連動してカメラ３のズームレンズを動かして、左右像の光軸２１Ｌ,２１Ｒの物体側交点にフォーカスが合うように制御する。
【００３７】
図３は、本第１の実施の形態に係る電子カメラの構成を示すブロック図である。図３の電子カメラは図１の撮影系を備えており、図３において図１と同一な部分には同符号を付してある。
【００３８】
図３に示すように、バス１２０には、メインＣＰＵ１４０、撮像回路１５１、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１２６、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、撮像回路１５１が接続されている。
【００３９】
フォーカス制御部１６１にはフォーカスレンズ１２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１３を駆動するモータ（ステップモータ）１７２が接続されている。撮像回路１５１は、ＣＣＤからなる撮像素子３３が、ＬＣＤドライバ１３１にはＬＣＤ表示部１３２が接続されている。
【００４０】
図３において、アフォーカル射出光学系１１と２分割偏角プリズム２０を介しレンズを通過した被写体の各光学像は、撮像素子３３で電気信号に変換され、これら電気信号は、撮像回路１５１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ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１２３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。
【００４３】
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１４１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。
【００４４】
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１２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１３を駆動制御するとともに、撮像回路１５に対して素子シャッター制御を行なう。
【００４５】
メインＣＰＵ１４０は、ズームレンズ１３の倍率を、モータ１６２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、撮影者による入力部１４１からのズーム指示に対応して、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を介してモータ１７２に与えて制御する。
【００４６】
図３に示した電子カメラがトリミング機能を備えている場合、メインＣＰＵ１４０は、撮影された一つの画像データ（画像４のように左右の画像が一体になっている）を、左右それぞれ所定の縦横比でトリミング処理して二つの画像データにする。そしてメインＣＰＵ１４０は、二つに分割された各画像データを個別に画像ファイルとして着脱メモリ１２７に記録する。
【００４７】
図３に示した電子カメラがトリミング機能を備えていない場合、メインＣＰＵ１４０は、左右の画像が一体になった画像のまま着脱メモリ１２７に記録する。その後、記録された画像について、適当な画像処理ソフトにより、左右分割等の処理をする。
【００４８】
またメインＣＰＵ１４０は、レンズユニット１とプリズムユニット２からなるアダプタレンズがカメラ３に装着されているか否かを、撮影された画像の左右同一性を判断することにより検出する。すなわち、撮影された一つの画像内の左右の画像がほぼ同一である場合、アダプタレンズがカメラ３に装着されおり、ほぼ同一でない場合、装着されていないことを検出する。また、カメラ３の撮影レンズ鏡筒の先端付近に、可動ピン（スイッチに連動）を備え、この可動ピンのＯＮ／ＯＦＦによりアダプタレンズが装着されているか否かを検出してもよい。また、アダプタレンズの装着を検出する機能を設けず、撮影者が装着した際にその旨を入力部１４１から入力するようにしてもよい。
【００４９】
以上のように本第１の実施の形態によれば、ステレオ撮影専用のカメラでない一般的なカメラを使って立体画像撮影を行なうことが可能になり、視差のある二つの画像から、ビュアーなどを使って観察する立体写真が得られる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る立体画像撮影システム（ステレオカメラ）の撮影系の構成を示す図である。図４において図１と同一な部分には同符号を付してある。図５は、この立体画像撮影システムで撮影された画像を示す図である。
【００５１】
図４の撮影系は、図１に示したプリズムユニット２に代えてプリズムユニット２’を備えており、その他の構成は図１と同一である。
【００５２】
プリズムユニット２’には、３分割偏角（偏向）プリズム２０’が備えられている。この３分割偏角プリズム２０’は、光軸Ｓを含む図１の紙面に対して垂直をなす平面に対して面対称な形状をなしている。この３分割偏角プリズム２０’は、光軸Ｓに対して平行な光線を、光軸Ｓから左右へ離れた箇所で、それぞれ図１の紙面内にて特定の角度で光軸Ｓに近づける方向に曲げる。また３分割偏角プリズム２０’は、光軸Ｓ付近の光線を、方向を曲げずに透過する。また、２分割偏角プリズム２０と同様に、３分割偏角プリズム２０’には色（波長）による偏角の差の無い色消しプリズムを使うとよい。
【００５３】
カメラ３は、撮像素子３３上で図５に示すような画像５を撮影する。画像５は、視差のある左右の画像５Ｌ,５Ｒと中央の画像５Ｍからなる。撮影の際に、フォーカスレンズ１２を移動することにより、開口絞り３１の中心と左右の視差のある画像５Ｌ,５Ｒ及び中央の画像５Ｍの中心とを通る各光線が、３分割偏角プリズム２０’の入射側で光軸Ｓに対して平行になるように設定する。なお、この左右像の中心を通る光線をそれぞれ左像光軸２１Ｌ、右像光軸２１Ｒとし、中央像の中心を通る光線を中央光軸２１Ｍとする。この時、カメラ３のフォーカス位置は無限遠である。カメラ３のレンズ３１がズームレンズである場合については、第１の実施の形態と同様である。
【００５４】
この立体画像撮影システムでは、カメラ３のレンズ３２は一組であるが、３分割偏角プリズム２０’により、あたかも左像、中央像、右像の光軸２１Ｌ、２１Ｍ、２１Ｒを光軸とする三つの光学系があるようにみなせる。つまり、プリズムユニット２’とカメラ３で結像部をなす。この光軸２１Ｌ、２１Ｍ、２１Ｒと対物光学系であるレンズユニット１の光軸Ｓは、同一平面内にあるといえる。なお、３分割偏角プリズム２０’の代わりに４分割以上の偏角プリズムを用いて、視差のある四つ以上の画像を得ることもできる。
【００５５】
なお、本第２の実施の形態に係る電子カメラの構成は、第１の実施の形態と同様である。また、レンズユニット１とプリズムユニット２’は、第１の実施の形態と同様にシステム化できる。
【００５６】
以上のように本第２の実施の形態によれば、ステレオ撮影専用のカメラでない一般的なカメラを使って立体画像撮影を行なうことが可能になり、視差のある三つ以上の画像から、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が得られる。また、二つの左右画像からなる画面の場合と異なり、画面の中央に一つの画像が配置されるので、その中央の画像を検出領域が画面中央であるＡＥ／ＡＦに用いることができる。
【００５７】
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。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、一般的なカメラを使って立体画像撮影を行なうことが可能な立体画像撮影用アダプタレンズ及び立体画像撮影システムを提供できる。
【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システム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システムで撮影された画像を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電子カメラの構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る立体画像撮影システムの撮影系の構成を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る立体画像撮影システムで撮影された画像を示す図。
【符号の説明】
１…レンズユニット
２、２’…プリズムユニット
３…カメラ
１１…アフォーカル光射出光学系
１２…フォーカスレンズ
１３…ズームレンズ
２０…２分割偏角プリズム
２０’…３分割偏角プリズム
３１…開口絞り
３２…レンズ
３３…撮像素子
４、５…画像
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ＣＰＵ
１４１…入力部
１４２…スピーカ
１５１…撮像回路
１６１…フォーカス制御部
１６２…ズーム制御部
１７１、１７２…モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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