(57)【要約】【課題】狭いＩＡＤでの撮影と、立体画像撮像装置の小型化とを実現できるようにする。【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対物光学系１０と、対物光学系１０によって導かれた光線の一部を反射し、一部を透過する分割光学系２０を有する。第１の結像光学系３０Ｒは、分割光学系２０で反射された反射光の進路上に配置され、反射光を視差画像として結像させる。第２の結像光学系３０Ｌは、分割光学系２０で透過された透過光の進路上に配置され、通過光を視差画像として結像させる。第１の撮像素子３０２Ｒは、第１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。第２の撮像素子３０２Ｌは、第２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。【選択図】図１
2013025298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から発せられた光線を取り込んで後段に導く対物光学系と、
前記対物光学系によって導かれた前記光線の一部を反射し、一部を透過する部分反射面を有する分割光学系と、
前記分割光学系で反射された反射光の進路上に配置され、前記反射光を視差画像として結像させる第１の結像光学系と、
前記分割光学系で透過された透過光の進路上に配置され、前記透過光を視差画像として結像させる第２の結像光学系と、
前記第１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第１の撮像素子と、
前記第２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第２の撮像素子とを備えた
立体画像撮像装置。
【請求項２】
前記対物光学系は、フォーカス調整機能および／またはズーム調整機能を備える
請求項１に記載の立体画像撮像装置。
【請求項３】
前記第１の結像光学系は、当該第１の結像光学系の光軸に沿って入射する光線の前記分割光学系の部分反射面への入射角と、前記分割光学系の部分反射面からの反射角とが等しくなる角度に配置される
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項４】
前記第１の結像光学系は、当該第１の結像光学系の光軸に沿う想像上の光線が前記分割光学系によって反射された後の光線の進路が、前記対物光学系の光軸に対して略平行となり、かつ前記対物光学系の光軸から所定の距離離れた位置を通る位置に配置され、前記第２の結像光学系は、当該第２の結像光学系の光軸が前記対物光学系の光軸に対して略平行となり、かつ、前記対物光学系の光軸から、前記第１の結像光学系の配置位置とは反対の方向に所定の距離離れた位置を通る位置に配置される
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項５】
前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系は、当該第１の結像光学系の光軸に沿う想像上の光線が前記分割光学系によって反射された後の光線の進路と、前記第２の結像光学系の光軸とが、前記分割光学系の前記部分反射面上または、前記対物光学系と前記分割光学系との間の空間上で交差する角度に配置される
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項６】
前記分割光学系はハーフミラーで構成される
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項７】
前記分割光学系はハーフミラーと、入射される光線を全反射するミラーとの組み合わせで構成される
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項８】
前記分割光学系は、入射される光線の一部を反射して一部を透過する部分反射膜が立方体の透明部材で覆われて構成される
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項９】
前記分割光学系は、入射される光線の一部を反射して一部を透過する部分反射膜と、入射される光線を全反射する反射膜とが透明部材で覆われて構成される
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項１０】
前記対物光学系は、前記被写体から発せられた光線を実像または虚像として結像する
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項１１】
前記対物光学系は、前記被写体から発せられた光線に対してアフォーカルな光線を出射する
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、立体映像を撮影する２つのレンズのレンズ間距離を短くする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。立体画像撮像装置としては、例えば、２台のカメラをそれぞれのレンズの基線が互いに平行になるように配置するサイドバイサイド方式（並立２眼式）の立体撮像装置が知られている。このタイプの立体画像撮像装置は、例えば６５ｍｍ以上の広い基線長（ＩＡＤ：InterAxialDistance）での撮影に適しており、遠景の被写体の撮影に向いている。
【０００３】
一方で、近景の被写体を撮影する場合には、基線長（以下、ＩＡＤと称する）を１０〜４０ｍｍ程度と短くすることが求められる。ＩＡＤが広いまま近景の被写体を撮影した場合には２つのカメラの輻輳角が大きくなるため、立体画像のスクリーンからの飛び出し量が、視聴者が快適に視聴できる範囲を超えてしまうためである。このような場合には、視聴者が立体画像を見ていて疲れる、あるいは気分が悪くなるなどの問題が生じてしまう。
【０００４】
ところが、サイドバイサイド方式の立体画像撮像装置では、２つのカメラのそれぞれの光学系やイメージャを横に並べて配置するため、２つのカメラがお互いに物理的に干渉する。このため、ＩＡＤを、光学系やイメージャの配置位置により定まる２つのカメラ間の距離よりも短くすることはできない。
【０００５】
これに対して、ビームスプリッタ方式（ハーフミラー方式）による立体画像撮像装置によれば、ＩＡＤを短くすることができる。ビームスプリッタ方式の立体画像撮像装置では、ハーフミラーで分けられた像光を２つの撮像装置に入射させる構成であり、２つの撮像装置が、それぞれのレンズの光軸がハーフミラーの面上で互いに直交するように配置される。つまり、２つの撮像装置が物理的に互いに干渉し合うことがなくなるため、ＩＡＤをゼロにすることも可能となる。
【０００６】
ところが、ビームスプリッタ方式の立体画像撮像装置は、２台の撮像装置がリグと呼ばれる架台に装着される形状であるため、立体画像撮像装置全体が大型化および重量化してしまう。また、２つの撮像装置の視界内にハーフミラーの縁が入らないようにする必要があるため、ハーフミラーの大きさが撮像装置のレンズの径に比例して非常に大きくなってしまう。これにより、立体画像撮像装置のコストも高くなってしまっていた。さらに、リグに搭載する形態の立体画像撮像装置では、ＩＡＤや輻輳角等の設定やアライメント調整等を撮影毎に行う必要があり、これらに大変な労力を要するという問題もある。
【０００７】
このような問題を解決するため、近年、サイドバイサイド方式で撮影を行う２眼のレンズを一つの筐体に作り込み、一体型の立体画像撮像装置を構成することも行われている。このように構成された立体画像撮像装置は、組み立てる必要が無くアライメントの調整も必要がない。さらに、コンパクトであるため、フィールドでの撮影や取材時においても持ち運びが容易であり、また短時間のセットアップで直ぐに撮影に入れるといったメリットがある。
【０００８】
例えば特許文献１には、２眼のレンズを一つの筐体に作り込んだ立体撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−４６７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような一体型の立体画像撮像装置は、基本的にはサイドバイサイド方式であるので、ＩＡＤの調整に限界が生ずる。すなわち、ＩＡＤを、光学系やイメージ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という問題は解決されない。
【００１１】
本開示はかかる点に鑑みてなされたものであり、狭いＩＡＤでの撮影と、立体画像撮像装置の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、対物光学系と、分割光学系と、第１の結像光学系と、第２の結像光学系と、第１の撮像素子と、第２の撮像素子とを備える構成とし、各部の構成及び機能を次のようにする。対物光学系は、被写体から発せられた光線を取り込んで後段に導く。分割光学系は、対物光学系によって導かれた光線の一部を反射し、一部を透過する部分反射面を有する。第１の結像光学系は、分割光学系で反射された反射光の進路上に配置され、反射光を視差画像として結像させる。第２の結像光学系は、分割光学系で透過された透過光の進路上に配置され、通過光を視差画像として結像させる。第１の撮像素子は、第１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。第２の撮像素子は、第２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。
【００１３】
このように構成することで、第１の結像光学系と第２の結像光学系とが互いに物理的に干渉し合うことがなくなるため、ＩＡＤを短くできるようになる。また、分割光学系を対物光学系の後段に配置することで分割光学系を小さくでき、これに伴って立体画像撮像装置全体のサイズも小型化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本開示によれば、狭いＩＡＤでの撮影と、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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）は側面図であり（ｂ）は上面図である。
【図２】本開示の第１の実施の形態による、結像機能を有する対物光学系を用いた場合の、結像光学系に入射する光線の光路の例を示す光路図である。
【図３】本開示の第１の実施の形態による、被写体から放射される光線を略平行光として出射する対物光学系を用いた場合の、結像光学系に入射する光線の光路の例を示す光路図であり、（ａ）は結像光学系のレンズ中心を通る光線の光路図であり、（ｂ）は被写体の一点から出射した光線のうち、結像光学系に到達する光線の光路図である。
【図４】本開示の第１の実施の形態による、立体画像撮像装置のズーム動作の例を示す説明図であり、（ａ）は広角低倍率時のレンズの位置の例を示し、（ｂ）は狭角高倍率時のレンズの位置の例を示す。
【図５】本開示の第１の実施の形態による、立体画像撮像装置のフォーカス動作の例を示す説明図であり、（ａ）はフォーカス位置を被写体側に移動させた例を示し、（ｂ）はフォーカス位置を像側に移動させた例を示す。
【図６】本開示の第１の実施の形態による、ハーフミラーと結像光学系の配置角度の例を示す側面図である。
【図７】本開示の第１の実施の形態の変形例１による立体画像撮像装置の構成例を示す側面図である。
【図８】本開示の第１の実施の形態の変形例２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）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。
【図９】本開示の第１の実施の形態の変形例３による立体画像撮像装置の構成例を示す側面図である。
【図１０】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。
【図１１】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斜視図である。
【図１２】本開示の第２の実施の形態の変形例１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。
【図１３】本開示の第２の実施の形態の変形例１による立体画像撮像装置の構成例を示す斜視図である。
【図１４】本開示の第２の実施の形態の変形例２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。
【図１５】本開示の第２の実施の形態の変形例２による立体画像撮像装置の構成例を示す斜視図である。
【図１６】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上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本開示の実施形態に係る立体画像撮像装置について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（互いの光軸が平行になるように、２つの結像光学系およびこれらに対応する撮像素子を配置した場合の例）
２．第２の実施の形態（互いの光軸が交差するように、２つの結像光学系およびこれらに対応する撮像素子を配置した場合の例）
３．第３の実施の形態（結像光学系およびこれに対応する撮像素子を複数個設けた場合の例）
【００１７】
＜１．第１の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例＞
［１−１．立体画像撮像装置の構成例］
まず、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について、図１〜図５を参照して説明する。図１（ａ）は本実施の形態による立体画像撮像装置１の側面図であり、図１（ｂ）は上面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、立体画像撮像装置１は、対物光学系１０と、分割光学系としてのハーフミラー２０と、撮像部３Ｒと撮像部３Ｌとを備える。
【００１８】
対物光学系１０は、四角い囲みで示した鏡筒の中に、図示せぬ複数枚・多群のレンズやフィルタ、絞り、レンズ駆動機構が配置されてなる。そして、図示しない被写体から放射されて図１の左側から右側に進む光を取り込んで後段に導く。対物光学系１０の各レンズは、実像または虚像を結像するように構成してもよく、被写体からの光線（以下、「被写体光」とも称する）を略平行に出射するアフォーカル系として構成してもよい。また、対物光学系１０は、ズーム光学系およびフォーカス光学系を有する構成としてあり、図示せぬレンズ駆動機構によってこれらの光学系を構成するレンズを駆動することで、ズーム動作およびフォーカス動作が実現される。対物光学系１０のレンズの構成については図２および図３を参照して後述し、ズーム動作およびフォーカス動作については、図４および図５を参照して後述する。
【００１９】
ハーフミラー２０は、透明なガラス基板の一方の面に部分反射面２１が形成されてなり、対物光学系１０によって導かれた光線の一部を部分反射面２１によって反射するとともに、一部の光線を透過する。反射する光線と透過する光線とにおける光量比は、例えば１：１等の任意の値に設定されるものとする。部分反射面２１は、例えば、半透明なクロムや銀などの金属の薄膜で構成される。金属の薄膜の代わりに、誘電体多層膜を蒸着したものを使用してもよい。部分反射面２１を、偏光依存型の誘電体多層膜で構成する場合は、ハーフミラー２０への入射光のうちある偏光の光は反射し、その光と偏光方向が直交する偏光の光は透過するようにする。部分反射面２１を、偏光に依存しない誘電体多層膜で構成する場合には、一部の光は反射し、一部の光は透過するように構成する。
【００２０】
ハーフミラー２０の配置角度は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した例では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を通る光線のハーフミラー２０に対する入射角θｉが４５度となる角度とされている。入射角θｉは、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を通る光線のハーフミラー２０へ入射する入射点に立てた法線Ｎと、光軸Ａｘ１を通ってハーフミラー２０に入射した光線とのなす角で示される。
【００２１】
撮像部３Ｒは、第１の結像光学系としての結像光学系３０Ｒと、第１の撮像素子としての撮像素子３０２Ｒとを有する。結像光学系３０Ｒは、図示せぬ複数枚のレンズを備え、ハーフミラー２０によって反射された被写体光を、撮像素子３０２Ｒの図示せぬ撮像面に視差画像として結像させる。撮像素子３０２Ｒは、結像光学系３０Ｒによって結像された視差画像を画像信号に変換する。
【００２２】
撮像部３Ｌは、第２の結像光学系としての結像光学系３０Ｌと、第１の撮像素子としての撮像素子３０２Ｌとを有する。結像光学系３０Ｌは、図示せぬ複数枚のレンズを備え、ハーフミラー２０によって透過された被写体光を、撮像素子３０２Ｒの図示せぬ撮像面に視差画像として結像させる。撮像素子３０２Ｒは、結像光学系３０Ｒによって結像された被写体光を画像信号に変換する。
【００２３】
結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとは、図１（ａ）に示すように、互いの光軸（光軸Ａｘ３Ｒと光軸Ａｘ３Ｌ）が直交するような角度に配置される。結像光学系３０Ｌは、その光軸Ａｘ３Ｌが対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となる位置に配置され、結像光学系３０Ｒは、その光軸Ａｘ３Ｒが対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直に交わるような角度に配置される。
【００２４】
より詳細には、結像光学系３０Ｒは、対物光学系１０を通ってハーフミラー２０によって反射された被写体光が、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒからずれた位置を通るような位置に配置されている。具体的には、その光軸Ａｘ３Ｒに沿う想像上の光線が、ハーフミラー２０に入射および反射された場合に、その想像上の光線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に平行かつ上方向に距離Δ１だけ離れた線上を通るような位置に、結像光学系３０Ｒが配置される。結像光学系３０Ｌは、その光軸Ａｘ３Ｌが、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対してΔ１とは反対方向（図１（ａ）での垂直方向の下方向）に距離Δ２だけずれる位置に配置される。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示すように、結像光学系３０Ｒは、光軸Ａｘ３Ｒに沿う想像上の光線が、ハーフミラー２０に反射された後に対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して水平方向の右方向（図１（ｂ）では上方向）に距離Δ３だけずれた位置を通る位置に配置される。結像光学系３０Ｌは、その光軸Ａｘ３Ｌが、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対してΔ３とは反対方向（図１（ｂ）での下方向）に距離Δ４だけずれる位置に配置される。
【００２６】
このように構成した立体画像撮像装置１を、撮影者の両目を結ぶ線分を含み水平方向に伸びる平面と、図１（ｂ）に示した、立体画像撮像装置１を上面から見た場合の水平面とが、略平行となるように配置したとする。このように配置すると、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌに取り込まれるそれぞれの画像に、距離Δ１と距離Δ２により生じる垂直視差と、距離Δ３と距離Δ４により生じる水平視差の両方の成分が含まれるようになる。一方、図１（ｂ）に示した、立体画像撮像装置１を上面から見た場合の立体画像撮像装置１における水平面が、撮影者の両目を結ぶ線分を含む水平方向に伸びる平面と垂直に交わるように立体画像撮像装置１を配置したとする。この場合は、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌに取り込まれるそれぞれの画像に、距離Δ１と距離Δ２により生じる垂直視差と、距離Δ３と距離Δ４により生じる水平視差の両方の成分が含まれるようになる。
【００２７】
［１−２．対物光学系の構成例］
次に、図２を参照して、対物光学系１０のレンズを、被写体光を実像として結像するレンズとして構成とした場合の、対物光学系１０の構成例について説明する。なお、説明の便宜上、対物光学系１０によって実像が形成される場合を例に挙げているが、虚像が形成される構成をとってもよい。図２は、被写体Ｓから出射された光線のうち、結像光学系３０Ｒの結像レンズ３０１Ｒの中心および結像光学系３０Ｌの結像レンズ３０１Ｌの中心を通る光線の光路を示した図である。図２においては、説明をわかり易くするために、対物光学系１０および、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌのレンズが薄肉レンズで構成されているものする。
【００２８】
図２に示すように、被写体Ｓの異なる３箇所から放射された各光線のうち、結像レンズ３０１Ｒの中心に入射する各光線は、対物光学系１０を通過した後に、ハーフミラー２０によって反射された地点で再び結像する。結像した箇所にできる像を、図２では空間像Ｓ′Ｒと示している。一方、被写体Ｓの異なる３箇所から放射された各光線のうち、結像レンズ３０１Ｌの中心に入射する各光線は、対物光学系１０を通過した後に、ハーフミラー２０を通過した地点で再び結像する。結像した箇所にできる像を、図２では空間像Ｓ′Ｌと示している。
【００２９】
このような、対物光学系１０によって結像されてできる空間像Ｓ′は、被写体Ｓが無限遠にある場合は、対物光学系１０の後側焦点Ｆ１に形成される。被写体Ｓが有限距離にある場合は、被写体Ｓの対物光学系１０からの距離に応じて、後側焦点より後方（撮像素子３０２Ｒ，３０２Ｌ側）に形成される。よって、空間像Ｓ′の形成範囲は、図２に空間像形成領域Ａｒとして示すように、対物光学系１０の後側焦点Ｆ１の近傍となる。
【００３０】
空間像Ｓ′は、あたかもその位置に物体があるように見えるものであり、結像光学系３０Ｒの結像レンズ３０１Ｒおよび、結像光学系３０Ｌの結像レンズ３０１Ｌを視点にして眺めると見ることができる。図２に示す空間像Ｓ′Ｌの形成位置および空間像Ｓ′Ｒの形成位置を通過した光線は、結像光学系３０Ｒ，結像光学系３０Ｌに導かれて撮像素子３０２Ｒおよび撮像素子３０２Ｌの図示せぬ撮像面上に結像し、それぞれが視差画像となる。
【００３１】
また、被写体Ｓから放射された光線は、もし結像レンズ３０１Ｒ，結像レンズ３０１Ｌの各レンズの中心から光線が放射されるとすると、その光線が辿る経路と同じ経路を辿る。このため、結像レンズ３０１Ｒの中心から放射された光線および、結像レンズ３０Ｌの中心から放射された光線についても考えてみると分かりやすい。結像レンズ３０１Ｒ，結像レンズ３０１Ｌの中心から放射された光線は、空間像Ｓ′Ｒ（Ｓ′Ｌ）のある一点を通過した後に対物光学系１０のレンズに到達し、そこから「空間像Ｓ′Ｒ（Ｓ′Ｌ）のある一点」に対応する被写体Ｓのある一点に向かって進行する。このとき、対物光学系１０のレンズを通過した各光線は、被写体Ｓに到達するまでの間に再びある一点で交わっていることが分かる。
【００３２】
つまり、この一点は、結像レンズ３０１Ｒ，結像レンズ３０１Ｌのレンズ中心を通過することになるすべての光線が通過する点であると言える。このため、撮像素子３０２Ｒの撮像面および、撮像素子３０２Ｌの撮像面に結像される映像は、この「一点」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「一点」は、立体画像撮像装置１における実質的な瞳であると考えられる。（以下、この実質的な瞳のことを「実効瞳」と称する。図２中では「実効瞳ＥｐＬ」，「実効瞳ＥｐＲ」と表記）
【００３３】
このような「実効瞳」は、対物光学系１０のレンズを、被写体Ｓから出射される光線に対してアフォーカルな光線を出射する光学系として構成した場合にも形成される。図３は、対物光学系１０のレンズをこのように構成した場合の、結像光学系３０Ｒおよび結像光学系３０Ｌに入射する被写体光の光路の例を示したものである。図３に示す例では、対物光学系１０を、凹レンズ１１と凸レンズ１２とを含む構成としてある。
【００３４】
図３（ａ）は、被写体Ｓのある一点から出射された光線のうち、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌに入射する光線の光路を示した図である。被写体Ｓのある一点である点Ａから出射された光線のうち、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に平行に進んだ光線Ｒｙ１は、対物光学系１０の凹レンズ１１に到達すると、凹レンズ１１の後側焦点Ｆ２から直進してきた光と一致した方向（外側に広がる方向）に進む。また、被写体Ｓの点Ａから出射された光線のうち、凹レンズ１１の中心に向かって進んだ光線Ｒｙ２はそのまま直進する。凹レンズ１１から出射する光線Ｒｙ１を、光の進行方向と反対の方向に延長すると、その線は光線Ｒｙ２と交差する。この交差した箇所にできる交点Ａ′は、凹レンズ１１によって形成される虚像Ｓ′における、被写体Ｓ上の点Ａと対応する点となる。したがって、被写体Ｓ上の点Ａから出射されたすべての光は、凹レンズ１１を通過後は、この点Ａ′から直進してきた光のように進む。
【００３５】
そして、凹レンズ１１を通過した光線は、凸レンズ１２によって、被写体から出射された光線（被写体光）と略アフォーカルな光線とされる。被写体光と略アフォーカルとされた光線のうち、ハーフミラー２０によって反射された光線は、結像光学系３０Ｒに入射し、結像レンズ３０１Ｒによって撮像素子３０２Ｒの撮像面に結像される。被写体光と略アフォーカルとされた光線のうち、ハーフミラー２０によって透過された光線は、結像光学系３０Ｌに入射し、結像レンズ３０１Ｌによって撮像素子３０２Ｌの撮像面に結像される。
【００３６】
なお、図３（ａ）では、対物光学系１０を、被写体Ｓに対して略アフォーカルな光線を出射するように構成した例をあげたが、被写体Ｓに対して虚像を結像するように構成してもよい。図示は省略するが、このように構成した場合には、凹レンズ１１を通過した光線は凸レンズ１２によって略発散光束に変換される。すなわち、凹レンズ１１と凸レンズ１２の組からなる対物光学系１０によって形成される、被写体Ｓの虚像から発散された光線束に変換される。対物光学系から出射された略発散光束のうち、ハーフミラー２０によって反射された光線は、結像光学系３０Ｒに入射し、結像レンズ３０１Ｒによって撮像素子３０２Ｒの撮像面に結像される。対物光学系から出射された略発散光束のうち、ハーフミラー２０によって透過された光線は、結像光学系３０Ｌに入射し、結像レンズ３０１Ｌによって撮像素子３０２Ｌの撮像面に結像される。
【００３７】
図３の説明に戻ると、図３（ｂ）は、被写体Ｓから出射された光線のうち、結像レンズ３０１Ｒと結像レンズ３０１Ｌの中心を通る被写体光の光路を示した図である。被写体Ｓの異なる３箇所から放射された各光線のうち、結像レンズ３０１Ｒまたは結像レンズ３０１Ｌの中心に入射する各光線は、対物光学系１０の凹レンズ１１に入射後は凹レンズ１１によって屈折され、外に広がる方向に進む。この、凹レンズ１１に入射して凹レンズ１１の主平面に到達するまでの各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、撮像素子３０２Ｒの撮像面および、撮像素子３０２Ｌの撮像面に結像される映像は、この実効瞳ＥｐＲと実効瞳ＥｐＬを瞳として撮影された画像と等価なものとなる。図２に示した例でも、図３に示した例でも、実効瞳ＥｐＲと実効瞳ＥｐＬは、ハーフミラー２０よりも被写体Ｓ側に形成されていることが分かる。
【００３８】
一方、対物光学系を持たずにカメラの前面にハーフミラーが配置された、従来のタイプの立体画像撮像装置では、「実効瞳」は形成されない。したがって、カメラの瞳に写った像がそのまま撮像素子の撮像面に結像される。そして、このようなカメラの瞳の前方（被写体側）にはハーフミラーが配置されており、ハーフミラーにはフードが取り付けられている。よって、ハーフミラーの奥行き方向の長さとフード長さを足した分より近い位置にある被写体は、当然撮影することができない。ハーフミラーの奥行き方向の長さとフードの長さを足した長さが例えば１ｍであった場合には、瞳から１ｍ以上離れた位置にある被写体しか撮影することができない。
【００３９】
これに対して、図２および図３に示す本開示の立体画像撮像装置１によれば、ハーフミラー２０近傍もしくは、ハーフミラー２０よりも被写体Ｓ側に実効瞳Ｓ′が形成される。このため、立体画像撮像装置１から数ｃｍ程度の近接した位置にある被写体も、立体画像として撮影することが可能となる。
【００４０】
なお、図２に示した例のように、実像を結像するように対物光学系１０のレンズを構成した場合には、結像レンズ３０１Ｒおよび結像レンズ３０１Ｌとして、接写レンズを使用する必要がある。結像光学系３０Ｒおよび結像光学系３０Ｌから非常に近い位置に形成される空間像Ｓ′Ｒ（Ｓ′Ｌ）に、焦点を合わせる必要があるためである。極端な接写ではない通常距離にある被写体に対する、空間像Ｓ′Ｒ（Ｓ′Ｌ）の形成される範囲は、非常に狭い範囲であるため、結像レンズ３０１Ｒおよび結像レンズ３０１Ｌのフォーカス範囲は、空間像Ｓ′Ｒ（Ｓ′Ｌ）の形成される範囲と同等の狭い範囲をカバーしていればよいことになる。
【００４１】
図３に示した例のように、対物光学系１０のレンズを、被写体Ｓから出射される光線に対してアフォーカルな光線を出射する光学系として構成した場合は、結像レンズ３０１Ｒおよび結像レンズ３０１Ｌとして、通常のレンズを使用することができる。ここでいう通常のレンズとは、最短撮影距離から無限遠まで焦点を合わせることができるレンズを指す。
【００４２】
次に、図４および図５を参照して、対物光学系１０によるズーム動作およびフォーカス動作について説明する。図４に示す対物光学系１０は、通常のズームレンズを使用しているものとする。図４は、対物光学系１０を、ズーム比が「２」の２群ズームレンズとして構成した例を示したものである。図４に示す例では、ズームレンズ（対物光学系１０）として、焦点距離が−８７．５ｍｍの凹レンズ１１と、焦点距離が４４．９ｍｍの凸レンズ１２を使用している。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、撮像面Ｉａから凸レンズ１２の主平面までの距離を６２．８２０ｍｍとし、凸レンズ１２の主平面から凹レンズ１１の主平面までの距離を６９．５５０ｍｍとすることで、系全体の焦点距離を３５ｍｍとすることができる。また、図４（ｂ）に示すように、撮像面Ｉａから凸レンズ１２の主平面までの距離を８０．７６９ｍｍとし、凸レンズ１２の主平面から凹レンズ１１の主平面までの距離を１３．４６０ｍｍとすることで、系全体の焦点距離を７０ｍｍとすることができる。
【００４４】
いずれの倍率においても、被写体光の光路を示す矢印と光軸Ａｘ１との交点で示される対物光学系１０の焦点位置は、撮像面Ｉａ上に位置しており、ズーム動作によってもその位置は変化していない。つまり、対物光学系１０の各レンズの位置を図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように制御することで、焦点位置を変化させることなく、系全体の焦点距離を３５ｍｍ（広角低倍率）から７０ｍｍ（狭角高倍率）まで変化させることが可能となる。
【００４５】
図５は、図４に示した２群ズームレンズにおけるフォーカス調整動作の例を示したものである。図５には、凹レンズ１１の位置のみを移動させることによりフォーカス調整を行う例をあげている。図５（ａ）は、焦点位置が撮像面Ｉａ上に位置していた状態から、凹レンズ１１のみを被写体側に−１ｍｍ移動させた場合の例を示している。このように凹レンズ１１を移動させることにより、焦点位置が、撮像面Ｉａより被写体側に−０．１２ｍｍ移動する。また、図５ｂ（ｂ）に示すように、凹レンズ１１を撮像素子側に＋１ｍｍ移動させることで、焦点位置が、撮像面Ｉａより撮像素子側に＋０．１８ｍｍ移動する。このように、フォーカス調整動作によって空間像が移動する。従って、ズームレンズを対物光学系１０として利用し、ズームレンズのフォーカス調整動作を行うことは、概輻輳位置を変えることに等しい。即ち、対物光学系１０の「フォーカス調整動作」は、「輻輳調整動作」と言い換えることができる。
【００４６】
このように、対物光学系１０を凹レンズ１１と凸レンズ１２によるズームレンズとして構成し、凹レンズ１１を光軸Ａｘ１の前後方向に移動させることにより、容易に焦点位置（フォーカス位置）を調整することが可能となる。なお、凹レンズ１１のみを移動させることによってフォーカス調整を行う場合には、系全体の焦点距離も、図５（ａ）に示した例では３４．９９ｍｍ、図５（ｂ）に示した例では３５．３ｍｍといったように、わずかながらも変化する。これに伴って画角も変化するが、その変化率は１％と微少であるため、実運用上は問題とされないレベルの変化であると考えられる。
【００４７】
また、対物光学系１０全体を光軸Ａｘ１の前後方向に移動させることによっても、フォーカスの調整を行うことができる。このように制御すれば、画角を変化させずにフォーカス調整を行うことが可能となる。しかし、この手法の実現にあたっては、対物光学系１０を駆動する機構を大がかりなものとする必要がある。なお、図４および図５に示した例では、対物光学系１０がズーム調整機能とフォーカス調整機能の両方を有する場合を例にあげたが、ズーム調整機能のみ、もしくはフォーカス調整機能のみを有するように構成してもよい。
【００４８】
さらに、図１〜図５に示した立体画像撮像装置１によれば、輻輳点を任意の位置に設定した後にその輻輳点の位置（以下、「輻輳位置」とも称する）をすることも、対物光学系１０のみの制御によって実現することができる。輻輳位置の設定は、例えば、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌにより得られた各画像を互いにずらすことにより左右の視差画像とし、左右の視差画像において重なりあう部分の任意の箇所を輻輳点とすることで行う。もしくは、撮像素子３０２Ｒ（３０２Ｌ）の結像光学系３０Ｒ（３０Ｌ）に対する配置位置自体をずらすことによって左右の視差画像の重なりを作り出し、そのずらし量の大きさによって、輻輳位置を任意の位置に設定することもできる。なお、輻輳位置の設定として後者の手法をとる場合には、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌの画素数を、ディスプレイ（図示略）の画素数よりも多くしておく必要がある。
【００４９】
このようにして輻輳位置を設定した状態で、対物光学系１０を光軸Ａｘ１に沿う前後の方向に移動すれば、輻輳位置を新たな位置に変更することができる。例えば、例えば図２に示す立体画像撮像装置１にあてはめてみると、対物光学系１０全体をその光軸Ａｘ１に沿って被写体Ｓ側に移動させると、これに伴って、空間像Ｓ′の形成位置も光軸Ａｘ１上を被写体Ｓ側に移動する。このとき、後段の撮像部３Ｌと撮像部３Ｒの配置に変化が無ければ、輻輳点の形成位置は変わらない。よって、対物光学系１０を被写体Ｓ側に移動させることにより、輻輳点の形成位置に対する空間像Ｓ′の形成位置は、相対的に後方（光の出射側）に移動することになる。つまり、対物光学系１０の繰り出し動作に追従して空間像Ｓ′の形成位置が移動するため、対物光学系１０の繰り出し量を制御することで、輻輳位置を空間像Ｓ′上の任意の位置に調整することが可能となる。
【００５０】
また、対物光学系１０のレンズに可変焦点光学素子を使用すれば、その焦点距離可変機能を用いることによっても輻輳位置を調整することもできる。対物光学系１０の焦点距離を短くすれば、空間像Ｓ′の形成位置が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上を被写体Ｓ側に移動し、反対に長くすれば、空間像Ｓ′の形成位置が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上を像側に移動する。
【００５１】
このように、本開示の第１の実施形態による立体画像撮像装置１によれば、ズームの調整やフォーカスの調整、輻輳位置の調整を対物光学系１０側のみで行うことができるため、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとにこれらの機能を持たせる必要がなくなる。よって、従来の立体画像撮像装置においてフォーカスやズーム調整時に行っていた２眼の各カメラの連動制御も、行う必要がなくなる。これにより、２眼の各カメラの調整動作時に発生していた２眼の相対的な軸ずれも発生しなくなる。
【００５２】
また、２眼の各カメラを連動させるための高度な制御機構やメカ機構が不要となるため、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌのレンズとして、単機能なレンズを使用することができる。したがって、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの小型化および低コスト化を図ることが可能となる。さらに、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌに対して光を反射または透過するハーフミラー２０の大きさも小さくすることができるため、立体画像撮像装置１全体の小型化および製造コストの大幅な低減を図ることが可能となる。
【００５３】
また、本開示の第１の実施形態による立体画像撮像装置１によれば、ハーフミラー２０を狭体内に格納できるため、ハーフミラー２０に汚れが付着してしまうことがなくなる。
【００５４】
また、本開示の第１の実施形態による立体画像撮像装置１では、ハーフミラー２０により反射または透過された光線を結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌに入射させているため、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとが互いに物理的に干渉し合うことがなくなる。よって、ＩＡＤを非常に狭くすることができる。結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを同軸上に配置すれば、ＩＡＤをゼロにすることも可能となる。
【００５５】
また、本開示の第１の実施形態による立体画像撮像装置１によれば、前述したように、ハーフミラー２０近傍もしくは、ハーフミラー２０よりも被写体Ｓ側に実効瞳が形成される。そして、撮像素子３０２Ｒの撮像面および、撮像素子３０２Ｌの撮像面結像される映像は、この実効瞳を瞳として撮影された画像と等価なものとなる。このため、従来の撮像装置に比べて、「瞳」と被写体Ｓとの距離が短くなる。つまり、被写体Ｓにより近接した撮影を行うことができるようになる。
【００５６】
なお、上述した実施の形態では、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を中心として、垂直方向と水平方向の両方向において所定の距離だけ互いに離れるように配置したが、この配置に限定されるものではない。対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対する結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの配置位置のずれ量を、垂直方向と水平方向のいずれか一方向においてのみ設定するようにしてもよい。
【００５７】
例えば、図１（ａ）に側面図として示された構成においては、距離Δ１と距離Δ２とが互いにゼロとなるように結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを配置する。つまり、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒに沿う想像上の光線と、結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌとが、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上に重なるように配置する。そして、図１（ｂ）に上面図として示される構成では、図示されるままの構成とする。つまり、結像光学系３０Ｒの水平方向における配置位置は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から距離Δ３だけ右方向（図では上方向）にずらし、結像光学系３０Ｒの水平方向における配置位置は、光軸Ａｘ１から距離Δ４だけ左方向（図では下方向）にずらす。
【００５８】
このような構成とし、図１（ｂ）に示す上面図における水平面と、撮影者の両目を結ぶ線分を含む水平方向に伸びる面とが平行になるように、立体画像撮像装置１を配置したものとする。この場合は、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌによって得られる各視差画像には、垂直方向の視差成分は含まれず、水平方向の視差成分のみが含まれるようになる。
【００５９】
反対に、側面図として示される構成は図１（ａ）に図示されたままのものとし、図１（ｂ）に上面図として示される構成において、距離Δ３と距離Δ４の両方がゼロとなるように結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを配置してみる。この場合は、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌによって得られる各視差画像には、水平方向の視差成分は含まれず、垂直方向の視差成分のみが含まれるようになる。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒとが、図１（ａ）に示す同一の垂直平面上に配置されるように構成した例を示したが、これに限定されるものではない。ハーフミラー２０と結像光学系３０Ｒとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を中心軸として、任意の角度だけ回転させた位置に配置してもよい。この場合は、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌに取り込まれる映像に含まれる、観察者にとっての水平視差成分と垂直視差成分は、回転させる前において取得される各成分と同じ関係の視差成分となる。
【００６１】
なお、ハーフミラー２０と結像光学系３０Ｒとを回転させる際の中心軸は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１以外の軸でもよい。例えば、結像光学系３０Ｒに沿う想像上の光線がハーフミラー２０によって反射された場合の進路を軸とみなし、この軸を回転の中心軸としてもよい。
【００６２】
または、ハーフミラー２０と結像光学系３０Ｒだけでなく、結像光学系３０Ｌも一緒に、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を中心に任意の角度だけ回転させた位置に配置してもよい。このように構成した場合には、図１に示した距離Δ１〜距離Δ４をすべてゼロとしたとしても、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌに取り込まれる映像には、撮影者にとっての水平視差成分と垂直視差成分の両方が含まれるようになる。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、ハーフミラー２０を、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を通る光線のハーフミラーに対する入射角θｉが４５度となるような角度に配置しているが、ハーフミラー２０の配置角度は、この角度に限定されるものではない。図６に示すように、結像光学系３０Ｒに入射する被写体光のハーフミラー２０への入射角θｉと反射角θｒとが同一の角度となる位置に結像光学系３０Ｒを配置するようにすれば、ハーフミラー２０の配置角度は何度であっても構わない。つまり、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を通る光線のハーフミラーに対する入射角θが、０°より大きく、１８０°より小さい角度となる位置であれば、ハーフミラー２０の角度はいずれの角度に設定してもよい。ただし、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を通る光線のハーフミラーに対する入射角θが大きくなるほど、それに伴ってハーフミラー２０の面積（部分反射面２１の大きさ）も大きくする必要がある。
【００６４】
［１−３．変形例１］
また、上述した実施の形態では、分割光学系としてハーフミラー２０を使用しているが、これに限定されるものではない。例えば、ガラスや透明プラスチック等の透明部材５０の間に部分反射膜５１を挟んだものを、分割光学系として使用してもよい。図７は、このような分割光学系を用いた場合の、立体画像撮像装置１ａの構成例を示したものである。図７において図１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。
【００６５】
部分反射膜５１を透明部材５０で覆う構成とすることにより、部分反射膜５１への汚れの付着や部分反射膜５１の劣化を防ぐことができる。また、透明部材５０を立方形の形状とすることで剛性も向上するため、部分反射膜５１の反射面の形状も維持しやすくなる。さらに、分割光学系を立方形の形状とすることで、対物光学系１０によって導かれた光線が透明部材５０の面に対して垂直に入射するため、屈折による色分散が起こりにくくなる。
【００６６】
［１−３．変形例２］
また、上述した実施の形態では、分割光学系としてハーフミラー２０一枚を使用した例をあげたが、これに限定されるものではない。例えば、ハーフミラー２０で透過された光線をさらに反射させるミラー４０をさらに設けてもよい。図８は、分割光学系をこのように構成した場合の、立体画像撮像装置１ｂの構成例を示したものである。図８において図１および図７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８（ａ）は立体画像撮像装置１ｂの側面図であり、図８（ｂ）は上面図である。
【００６７】
図８（ａ）に示すように、ハーフミラー２０によって透過された光線が入射される位置に、入射光を全反射するミラー４０を配置する。ミラー４０の配置角度は、ミラー４０による反射光の進行方向が、ハーフミラー２０による反射光の進行方向と１８０°反転する方向となる角度に設定される。ハーフミラー２０とミラー４０とをこのように配置することにより、対物光学系１０によって導かれた被写体光が、左右の異なる方向に反射されるようになる。これにより、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを、互いに１８０°反転する位置に配置することができるため、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの周辺の空間がより大きく空くようになる。したがって、図１等に示した構成と比較して、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの配置の自由度がより向上する。
【００６８】
［１−４．変形例３］
なお、ハーフミラー２０とミラー４０の代わりに、図９に示す立体画像撮像装置１ｃのように、透明部材５０の間に部分反射膜５１と反射膜５２とを挟んだものを分割光学系としてしようするようにしてもよい。このように構成することで、図７に示した構成と同様に、部分反射膜５１および反射膜５２への汚れの付着や、これらの劣化を防ぐことができる。また、立方形の形状とすることで剛性も向上するため、部分反射膜５１および反射膜５２の各反射面の形状も維持しやすくなる。さらに、分割光学系を略立方形の形状とすることで、対物光学系１０によって導かれた光線が透明部材５０の面に対して垂直に入射するため、屈折による色分散が起こりにくくなる。
【００６９】
＜２．第２の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例＞
［２−１．立体画像撮像装置の構成例］
次に、本開示の第２の実施の形態による立体画像撮像装置１Ａの構成例について、図１０および図１１を参照して説明する。図１０（ａ）は立体画像撮像装置１Ａの上面図であり、図１０（ｂ）は側面図である。図１１は、立体画像撮像装置１Ａの斜視図である。なお、図１０および図１１において図１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。
【００７０】
立体画像撮像装置１Ａは、図１０（ａ）に示すように、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを内側に傾けて配置している。結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの傾斜角度は、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒと結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌとが、互いにハーフミラー２０上かつ対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交わるような角度としてある。そして、図１１に示すように、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒと結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌが交わっている箇所が輻輳点ｃとなる。
【００７１】
このように、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを輻輳をつけて配置することで、結像光学系における軸外光の入射角度を小さく抑えることができ、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌのそれぞれに結像された左右の視差画像において、互いに共通する（重なりあっている）領域の広さを容易に調整することができる。特に、立体画像撮像装置１Ａに近接した位置にある被写体を撮影する際には、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの傾斜角度（輻輳角）を大きくすることで、左右の視差画像におけるオーバーラップ部分を広くすることができる。左右の視差画像におけるオーバーラップ部分では、被写体が立体化される。つまり、立体画像撮像装置１Ａによれば、視域角の小さなレンズも使用できるため、被写体を立体として表示させたい領域の広さを、より簡易に調整することができる。
【００７２】
結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの傾斜角度は、左右の視差画像においてオーバーラップさせたい領域の広さによって求まる、任意の角度に設定することができる。なお、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌの、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対する傾斜角度は、必ずしも互いに同じ角度とする必要はない。例えば、メインとして撮りたい主要な被写体が、撮像素子３０２Ｒと撮像素子３０２Ｌのそれぞれにおいて中心に結像するような角度に、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒと結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌとを傾けるようにしてもよい。
【００７３】
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ることができる。
【００７４】
なお、図１０および図１１に示した立体画像撮像装置１Ａでは、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒと結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌとがハーフミラー２０上かつ対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交わるように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒと結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌとが、ハーフミラー２０上ではない位置で交差するように、結像光学系３０Ｒと結像光学系３０Ｌとを配置してもよい。
【００７５】
［２−２．変形例１］
図１２および図１３に、このように構成した立体画像撮像装置１Ａａの構成例を示す。図１２（ａ）は立体画像撮像装置１Ａａの上面図であり、図１２（ｂ）は側面図である。また、図１３は、立体画像撮像装置１Ａａの斜視図である。なお、図１２および図１３において図１および図１０，図１１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。
【００７６】
図１３に示すように、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒに沿う想像上の光線は、結像光学系３０Ｒを出た後にハーフミラー２０によって反射され、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に沿って進行する。一方、結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌに沿う想像上の光線は、ハーフミラー２０によって透過された後に対物光学系１０に入射する前の地点で、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と交差する。つまり、この地点で、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒに沿う光線と、結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌとが交差している。そして、対物光学系１０とハーフミラー２０との間の空間における対物光学系１０の光軸Ａｘ１上のこの交差地点が、左右の視差画像における輻輳点ｃとなる。
【００７７】
［２−３．変形例２］
図１４および図１５は、立体画像撮像装置の輻輳点ｃが、対物光学系１０とハーフミラー２０との間の空間における、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上ではない地点に形成される場合の立体画像撮像装置１Ａｂの構成例を示したものである。図１４（ａ）は立体画像撮像装置１Ａｂの上面図であり、図１４（ｂ）は側面図である。また、図１５は、立体画像撮像装置１Ａｂの斜視図である。なお、図１４および図１５において図１および図１０〜図１３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。
【００７８】
図１４（ｂ）に示すように、立体画像撮像装置１Ａｂでは、結像光学系３０Ｒを、図１２に示した構成よりも所定の距離だけ上方に配置している。このため、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒに沿う想像上の光線は、ハーフミラー２０によって反射された後は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上ではなく、それと平行な少し上方の位置を進行する。結像光学系３０Ｌも、その光軸Ａｘ３Ｌが対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行でかつ少し上方に位置するように配置されている。このため、結像光学系３０Ｒの光軸Ａｘ３Ｒに沿う想像上の光線と、結像光学系３０Ｌの光軸Ａｘ３Ｌとは、図１５に示すように、対物光学系１０とハーフミラー２０との間の空間の、対物光学系１０の光軸Ａｘ１の上方の位置で交差する。この点が左右の視差画像における輻輳点ｃとなる。
【００７９】
なお、図１４および図１５に示した立体画像撮像装置１Ａｂでは、結像光学系３０Ｌを、その光軸Ａｘ３Ｌが対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となる位置に配置したが、平行とならない位置に配置してもよい。
【００８０】
また、第２の実施の形態および変形例として説明した各構成において、第１の実施の形態の変形例として図７〜図９を参照して説明した構成を適用してもよい。すなわち、分割光学系として、ハーフミラー２０の代わりに、透明部材５０の間に部分反射膜５１を挟んで構成したものや、ハーフミラー２０とミラー４０と組み合わせたものや、部分反射膜５１と反射膜５２とを透明部材５０で覆ったものを使用してもよい。
【００８１】
＜３．第３の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例＞
次に、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について、図１６を参照して説明する。図１６は、立体画像撮像装置１Ｂを上から見た上面図である。図１６において、図１や図１０，図１２，図１４等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。
【００８２】
図１６に示す立体画像撮像装置１Ｂは、結像光学系３０およびそれに対応する撮像素子３０２を５個設けた例を示したものである。なお、図１６では、結像光学系３０およびそれに対応する撮像素子３０２の個数が５個である例をあげているが、５個は一例であり、この数に限定されるものではない。
【００８３】
立体画像撮像装置１Ｂにおいては、結像光学系３０−１〜結像光学系３０−５を、それぞれの光軸Ａｘ３−１〜光軸Ａｘ３−５が、ハーフミラー２０上かつ対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交わるような角度に配置している。
【００８４】
このように構成することで、立体画像撮像装置１Ｂによって、角度の異なる５つの多視差映像を取得することが可能となる。これにより、多視差に対応したディスプレイに表示させるための立体画像等を撮影できるようになる。また、視差画像間の補間用の画像を取得することもできるようになる。このような補間用の画像を取得することで、両眼立体視に必要とされる左右の像の対応が取れず誤対応となる「オクルージョン」に対処することが可能となる。
【００８５】
また、第３の実施の形態による立体画像撮像装置１Ｂによっても、第１の実施の形態により得られる効果と同じ効果を得ることができる。
【００８６】
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対物光学系と、
前記対物光学系によって導かれた前記光線の一部を反射し、一部を透過する部分反射面を有する分割光学系と、
前記分割光学系で反射された反射光の進路上に配置され、前記反射光を視差画像として結像させる第１の結像光学系と、
前記分割光学系で透過された透過光の進路上に配置され、前記通過光を視差画像として結像させる第２の結像光学系と、
前記第１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第１の撮像素子と、
前記第２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第２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、フォーカス調整機能および／またはズーム調整機能を備える（１）に記載の立体画像撮像装置。
（３）前記第１の結像光学系は、当該第１の結像光学系の光軸に沿って入射する光線の前記分割光学系の部分反射面への入射角と、前記分割光学系の部分反射面からの反射角とが等しくなる角度に配置される（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（４）前記第１の結像光学系は、当該第１の結像光学系の光軸に沿う想像上の光線が前記分割光学系によって反射された後の光線の進路が、前記対物光学系の光軸に対して略平行となり、かつ前記対物光学系の光軸から所定の距離離れた位置を通るような位置に配置され、前記第２の結像光学系は、当該第２の結像光学系の光軸が前記対物光学系の光軸に対して略平行となり、かつ、前記対物光学系の光軸から、前記第１の結像光学系の配置位置とは反対の方向に所定の距離離れた位置を通るような位置に配置される（１）〜（３）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（５）前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系は、当該第１の結像光学系の光軸に沿う想像上の光線が前記分割光学系によって反射された後の光線の進路と、前記第２の結像光学系の光軸とが、前記分割光学系の前記部分反射面上または、前記対物光学系と前記分割光学系との間の空間上で交差するような角度に配置される（１）〜（３）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（６）前記分割光学系はハーフミラーで構成される（１）〜（５）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（７）前記分割光学系はハーフミラーと、入射される光線を全反射するミラーとの組み合わせで構成される（１）〜（５）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（８）前記分割光学系は、入射される光線の一部を反射して一部を透過する部分反射膜が立方体の透明部材で覆われて構成される（１）〜（５）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（９）前記分割光学系は、入射される光線の一部を反射して一部を透過する部分反射膜と、入射される光線を全反射する反射膜とが透明部材で覆われて構成される（１）〜（５）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（１０）前記対物光学系は、前記被写体から発せられた光線を実像または虚像として結像する（１）〜（９）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（１１）前記対物光学系は、前記被写体から発せられた光線に対してアフォーカルな光線を出射する（１）〜（９）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
【符号の説明】
【００８７】
１、１ａ、１Ａ、１Ａａ、１Ａｂ、１ｂ、１Ｂ、１ｃ…立体画像撮像装置、３Ｌ、３Ｒ…撮像部、１０…対物光学系、１１…凹レンズ、１２…凸レンズ、２０…ハーフミラー、２１…部分反射面、３０、３０−１〜３０−５、３０Ｌ、３０Ｒ…結像光学系、４０…ミラー、５０…透明部材、５１…部分反射膜、５２…反射膜、３０１Ｌ、３０１Ｒ…結像レンズ、３０２Ｌ、３０２Ｒ…撮像素子、Ａｘ１、Ａｘ２Ｒ、Ａｘ３−１、Ａｘ３−５、Ａｘ３Ｌ、Ａｘ３Ｒ…光軸、Ｆ１、Ｆ２…後側焦点
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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