立体撮影用光学系および立体撮影装置
【課題】左右一対の光学系から取り込まれた視差映像を光学的に合成し一つの撮像素子上に結像する光学系において、広角、高倍率且つ明るいＦナンバーで高性能且つ、小型軽量な立体撮影用ズームレンズを提供する。
【解決手段】左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に１つの撮像素子ＩＰに形成する立体撮影用光学系は、物体側より順に、一対の負の屈折力を有する第１ｆレンズ群２０１、一対の光路偏向手段２０３、２つの光路を同一の光軸上に合成させる光路合成手段２０５とを有する前方光学系と、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群２０６、変倍時に移動するレンズ群２０７と絞り２０８を有する後方光学系とを有し、該前方光学系は、該光路合成手段までの左右眼用の光路に配置された、左右の被写体像を時分割により交互に切り替える一対の光量制御手段２０２を有し、第１ｆレンズ群と第１ｂレンズ群のパワー配置を適切に設定する。
【解決手段】左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に１つの撮像素子ＩＰに形成する立体撮影用光学系は、物体側より順に、一対の負の屈折力を有する第１ｆレンズ群２０１、一対の光路偏向手段２０３、２つの光路を同一の光軸上に合成させる光路合成手段２０５とを有する前方光学系と、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群２０６、変倍時に移動するレンズ群２０７と絞り２０８を有する後方光学系とを有し、該前方光学系は、該光路合成手段までの左右眼用の光路に配置された、左右の被写体像を時分割により交互に切り替える一対の光量制御手段２０２を有し、第１ｆレンズ群と第１ｂレンズ群のパワー配置を適切に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体撮影用光学系及びそれを用いた立体撮影装置に関し、特に広角、高倍率、明るいＦナンバーで高性能且つ小型軽量な立体映像撮影用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、視差映像を得るための立体撮影用光学装置及び光学系が種々提案されている。
例えば特許文献１では、左右眼用の二つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に一つの撮像素子に形成する立体撮影用光学系が提案されている。
【０００３】
特許文献１において、物体側から順に光束を制御するシャッター、負の屈折力を有する第１レンズ群、光路偏向手段としての反射ミラーが各々一対ずつ左右眼用に配置され、左右眼の光軸が交差する位置又はその近傍に合成光学素子、絞りが配置され、その後方に変倍用のレンズ群が配置されている。そして、時系列的に左眼用と右眼用のシャッターを交互に開閉することにより視差映像を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６６２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている実施例では、撮影画角が半画角で３５°〜３６°と広角であるが、変倍比は２倍程度、望遠端のＦナンバーは４程度であり、高倍率且つ明るいＦナンバーを達成することが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、左右一対の光学系から取り込まれた視差映像を光学的に合成し一つの撮像素子上に結像する光学系において、広角、高倍率且つ明るいＦナンバーで高性能且つ、小型軽量な立体撮影用光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の、左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に１つの撮像素子に形成する立体撮影用光学系は、物体側より順に、一対の負の屈折力を有する第１ｆレンズ群と、一対の光路偏向手段と、２つの光路を同一の光軸上に合成させる光路合成手段とを有する前方光学系と、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、変倍時に移動するレンズ群と絞りを有する後方光学系と、を有し、該前方光学系は、該光路合成手段までの左右眼用の光路に配置された、左右の被写体像を時分割により交互に切り替える一対の光量制御手段を有し、以下の条件を満足することを特徴とする。
−１０.０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −１．５ ・・・（１）
０．９ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ５．０ ・・・（２）
但し、 ｆ１ｆ：該第１ｆレンズ群の焦点距離
f１ｂ：該第１ｂレンズ群の焦点距離
fｗ：該立体撮影用光学系の広角端焦点距離
fｔ：該立体撮影用光学系の望遠端焦点距離
本発明の更なる目的又はその他の特徴は以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互にひとつの撮像素子に形成する立体撮影用光学系において、広角、高倍率、明るいＦナンバーで高性能且つ小型軽量な立体撮影用光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明における立体映像撮影装置の構成を示す概略図
【図２】実施例１におけるレンズ系の広角端物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図３】（Ａ）実施例１における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例１における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図４】実施例２における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図５】（Ａ）実施例２における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例２における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図６】実施例３における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図７】（Ａ）実施例３における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例３における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図８】実施例４における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図９】（Ａ）実施例４における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例４における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図１０】実施例５における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図１１】（Ａ）実施例５における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例５における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図１２】液晶シャッターおよび偏光ビームスプリッターの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、図１を参照して立体撮影装置の概略構成について説明する。
本発明の第１の実施例の立体撮影装置は、左右眼の視差を有する立体撮影用光学系１００と撮影用カメラ１０３から構成される。立体撮影用光学系１００は、前方光学系１０１、後方光学系１０２により構成される。
【００１２】
前方光学系１０１は、物体側から順に、左右眼用に一対の負の屈折力を有するレンズ群１Ｒ、１Ｌ、左右の映像を時系列的に交互に切り替えて透過させる手段としての光量制御手段２Ｒ、２Ｌ、光路を偏向させるための光路偏向手段３Ｒ、３Ｌ、左右眼の光路を偏向し、左右眼の２つの光路を同一の光軸上に合成する光路合成手段５から構成される。光量制御手段２Ｒ、２Ｌは、液晶シャッター、メカニカルシャッター等で構成される。光路偏向手段３Ｒ、３Ｌは、ミラーやプリズム等で構成される。光路合成手段５は、偏光ビームスプリッターやハーフプリズム等により構成される。尚、光量制御手段２Ｒ、２Ｌは、光路偏向手段３Ｒ、３Ｌと光路合成手段５の間に配置しても良いし、レンズ群１Ｒ、１Ｌの物体側に配置しても良い。
【００１３】
後方光学系１０２は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群６、及び、変倍用のレンズ群、絞り、結像用のレンズ群を含む光学系８から構成されている。
【００１４】
撮影用カメラ１０３は、単板式もしくは色分解光学系を含めた複数板式等の撮像系から構成される撮像部ＩＰを有する。撮像部ＩＰを構成する撮像素子としてＣＣＤ、ＣＭＯＳ、撮像管等が考えられる。
【００１５】
実際の撮影時には、光束制御手段２Ｒ、２Ｌにより左右の被写体像の光束を時分割で交互に透過させ、それぞれの光束を独立に撮像部７へと導き、撮像素子上に被写体像を形成する必要がある。
【００１６】
以下、光束制御手段２Ｒ、２Ｌが液晶シャッター、光路合成手段５が偏光ビームスプリッターである場合の具体的な構成と動作手順とを説明する。この場合、透過した光束の偏光状態が互いに直交するように駆動制御を行うのが好ましい。以下説明のため、右側透過光束をＳ偏光、左側透過光束をＰ偏光であるとする。
【００１７】
図１２は、右側光束をＳ偏光として透過または遮断する液晶シャッター２０Ｒ、左側光束をＰ偏光として透過または遮断する液晶シャッター２０Ｌ、偏光ビームスプリッタープリズム５０を表した概略図である。偏光ビームスプリッタープリズム５０において、ＲｓはＳ偏光のみを反射し、ＲｐはＰ偏光のみを反射する。即ち、液晶シャッター２０Ｒを透過したＳ偏光の右側光束（実線矢印）がＲｓでのみ反射され、２０Ｌを透過したＰ偏光の左側光束（点線矢印）がＲｐでのみ反射される。このとき、偶数（奇数）フレームでは右側の光束を透過させると同時に左側の光束を遮断し、奇数（偶数）フレームでは左側の光束を透過させると同時に右側の光束を遮断する、という動作を行うのが好ましい。以上のような構成により、左右の被写体像を交互に独立して撮像部７へ導くことができる。
【００１８】
図２は、本発明の実施例１（数値実施例１）における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。以下、図２を参照して本発明の第１の実施例による立体撮影用光学系の詳細な構成について説明する。
【００１９】
本実施例の立体撮影用光学系は前方光学系と後方光学系から構成される。前方光学系は、物体側から順に、それぞれ負の屈折率を有する第１ｆレンズ群２０１Ｒ、２０１Ｌ、左右の被写体像を時分割により交互に切り替えて透過させる手段としての左右２系統の液晶シャッター２０２Ｒ、２０２Ｌ、ミラー２０３Ｒ、２０３Ｌ、正の屈折力を有する第２ｆレンズ群２０４Ｒ、２０４Ｌ、偏光ビームスプリッター２０５から構成される。後方光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１ｂレンズ群２０６、変倍レンズ群２０７、絞り２０８、変倍に際して固定の第４ｂレンズ群２０９、色分解光学系２１０から構成される。実施例１では、変倍レンズ群２０７は変倍用に負の屈折力を有する第２ｂレンズ群と像点補正用の負の屈折力を有する第３ｂレンズ群により構成されている。ＩＰは撮像面である。変倍レンズ群２０７の構成において、第３ｂレンズ群が正の屈折力を有する構成でも良い。また、変倍群が３群以上で構成されていても良い。絞り２０８は変倍レンズ群２０７の内部に配置することも可能であり、更には絞り２０８が可動であっても良い。尚、合焦は実施例１では、第１ｂレンズ群２０６で行っているが、変倍レンズ群２０７、第４ｂレンズ群２０９に含まれる内部のレンズ群により合焦を行うことも可能である。
【００２０】
一般的に広角化、高倍率化、大口径化を達成しようとすると、前方光学系の大型化を招いてしまう。最も物体側に配置された第１ｆレンズ群２０１Ｒ、２０１Ｌと、後方レンズ系の最も物体側に配置された第１ｂレンズ群２０６のパワー配置を適切に設定することにより、広角、高倍率、Ｆナンバーが明るく、高性能で且つ小型軽量な立体撮影用光学系を達成することが可能となる。
【００２１】
条件式（１）は広角端焦点距離で規格化した第１ｆレンズ群の焦点距離の範囲を規定している。
−１０．０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −１．５ ・・・（１）
但し、ｆ１ｆは第１ｆレンズ群の焦点距離であり、ｆｗは広角端焦点距離である。
【００２２】
条件式（１）の上限の制約が満足されないと、第１ｆレンズ群のパワー増大に伴い、望遠側における偏光ビームスプリッターの軸上光線有効径が増大してしまう。これにより前方光学系の大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難となる。条件式（１）の下限の制約が満足されないと、第１ｆレンズ群のパワー減少に伴い、広角側における第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの軸外光線有効径が増大してしまう。これにより前方光学系の大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難となる。ここで更に、
−７．０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −２．５ ・・・（１ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２３】
条件式（２）は望遠端焦点距離で規格化した第１ｂレンズ群の焦点距離の範囲を規定している。
０．９ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ５．０ ・・・（２）
但し、ｆ１ｂは第１ｂレンズ群の焦点距離であり、ｆｔは望遠端焦点距離である。
【００２４】
条件式（２）の上限の制約が満足されないと、第１ｂレンズ群のパワー減少に伴い、広角側における前方光学系の軸外光線有効径が増大してしまう。これにより第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難となる。条件式（２）の下限の制約が満足されないと、第１ｆレンズ群のパワー増大に伴い、前記第１ｂレンズ群の軸上光線有効径が増大してしまう。これにより、望遠側でのＦナンバーを明るくすることが困難となる。
【００２５】
ここで更に、
１．２ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ３．５ ・・・（２ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２６】
また、前方光学系において、ミラーと偏向ビームスプリッターの間に正の屈折力を有する第２ｆレンズ群が配置されることが好ましい。第２ｆレンズ群が配置されることにより、第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの軸外光線有効径を更に抑制することが可能となる。
【００２７】
また、光学系の構成は物体側より順に、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群、変倍時に移動する負の屈折力を有する第２ｂレンズ群、像面補正用の第３ｂレンズ群、絞り、変倍中固定で正の屈折力を有する第４ｂレンズ群で構成されることが好ましい。この構成により、高倍率で且つ小型軽量なズームレンズを実現することが可能となる。また、絞りが変倍群よりも像側に配置されることにより、変倍によるＦナンバーの変動がないため好ましい。
【００２８】
また、後方光学系において以下の条件を満足することが好ましい。
０．１５ ＜ βｖｗ × βｃｗ × βrｗ ＜ ０．６０ ・・・（３）
但し、βｖｗは第２ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率、βｃｗは第３ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率、βｒｗは第４bレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率である。条件式（３）の上限が満足されないと、変倍群よりも物体側の光学系にて発生する収差の拡大率が増大してしまい、高性能化が困難となる。条件式（３）の下限が満足されないと、第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの軸外光線有効径が増大してしまう。これにより、前方光学系の大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難である。
【００２９】
ここで更に、
０．２５ ＜ βｖｗ × βｃｗ × βｒｗ ＜ ０．４５ ・・・（３）
を満足すると尚好ましい。
上記の条件式を満足することにより、実施例１は、広角、高倍率、Ｆナンバーが明るく、高性能且つ小型軽量な立体撮影用光学系を実現している。
【００３０】
図３（Ａ）は、実施例１に対応する数値実施例１の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図３（Ｂ）は、数値実施例１の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．１ｍｍ、非点収差は０．１ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。また、収差図中にて、軸上色収差図及び倍率色収差図中のｅ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長５４６ｎｍ、４３６ｎｍ、６５６ｎｍに対する収差である。Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、図中のＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（°）を示す。
【００３１】
尚、数値実施例におけるｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎｄは波長５４６nmにおける屈折率、νdはアッベ数、*は非球面を示す。非球面は次式で定義される。
【数１】
但し、ｃは曲率(1/ｒ)、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８・・・は各次数の非球面係数である。
【００３２】
実施例１に対応する数値実施例１は、各群焦点距離や曲率半径の値が条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３６．９°、変倍比５倍、望遠端Ｆナンバー２．８を達成している。
【００３３】
（数値実施例１）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 80.506 1.50 1.88300 40.8 36.14
2 21.150 10.85 30.21
3 -34.304 1.20 1.81600 46.6 29.59
4 37447.662 6.06 30.31
5 57.379 3.36 1.84666 23.8 32.79
6 404.429 1.50 32.63
7 ∞ 5.00 1.51633 64.1 32.45
8 ∞ 33.00 31.93
9 38.183 5.20 1.60311 60.6 26.79
10* 2632.058 3.00 25.74
11 ∞ 28.00 1.51633 64.1 24.45
12 ∞ 3.00 21.70
13 -403.791 1.00 1.72047 34.7 21.40
14 23.364 4.52 1.49700 81.5 21.25
15 -93.077 0.15 21.40
16 64.993 2.13 1.59240 68.3 21.48
17 -1669.583 0.15 21.37
18 24.245 2.67 1.60311 60.6 20.97
19 60.818 (可変) 20.45
20 38.987 0.70 1.88300 40.8 9.01
21 10.361 1.65 8.50
22 -21.257 0.70 1.81600 46.6 8.52
23 34.729 0.79 8.83
24 22.961 2.32 1.78472 25.7 9.48
25 -30.385 0.52 9.69
26 -14.616 0.70 1.64000 60.1 9.69
27 -27.590 (可変) 9.99
28 -22.647 0.70 1.72916 54.7 10.94
29 50.839 1.69 1.80809 22.8 11.51
30 -483.342 (可変) 11.92
31(絞り) ∞ 1.40 12.54
32 247.707 2.41 1.58913 61.1 13.37
33 -29.176 0.15 13.84
34 74.274 0.70 1.83481 42.7 14.13
35 15.125 3.77 1.50137 56.4 14.19
36 -70.116 0.15 14.66
37 21.633 3.61 1.50137 56.4 15.29
38 -41.222 0.70 1.83481 42.7 15.22
39 142.245 0.15 15.28
40 18.007 3.65 1.58913 61.1 15.54
41 7411.952 10.00 15.05
42 60.321 0.70 1.88300 40.8 10.82
43 9.331 3.26 1.49700 81.5 10.22
44 -53.604 0.29 10.14
45 28.628 1.73 1.50137 56.4 9.97
46 -799.808 5.00 9.67
47 ∞ 21.00 1.70154 41.2 30.00
48 ∞ 6.75 1.51633 64.1 30.00
49 ∞ 30.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 1.07042e+001 A 4= 5.17206e-006 A 6=-7.92727e-009 A 8=-1.41710e-012 A10=-7.07556e-015 A12= 5.64853e-018
第10面
K = 3.24310e+004 A 4= 2.28446e-006 A 6=-1.00527e-009 A 8= 8.75699e-013 A10=-1.56762e-014 A12=-6.00437e-017
各種データ
ズーム比 5.00
焦点距離 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00
Fナンバー 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80
画角 36.87 20.56 14.04 10.62 8.53
像高 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 220.98 220.98 220.98 220.98 220.98
BF 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
d19 0.93 12.88 17.97 20.92 22.85
d27 26.28 12.55 7.42 5.27 4.56
d30 1.30 3.08 3.11 2.32 1.10
d49 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
入射瞳位置 24.09 27.71 30.56 32.95 34.97
射出瞳位置 -56.72 -56.72 -56.72 -56.72 -56.72
前側主点位置 27.83 34.67 40.23 44.80 48.49
後側主点位置 0.99 -3.01 -7.01 -11.01 -15.01
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 14.30 112.29 31.71 26.64
2 20 -12.40 7.38 0.31 -5.32
3 28 -34.60 2.39 -0.10 -1.44
4 31 18.81 65.42 8.26 -41.99
【実施例２】
【００３４】
本発明の第２の実施例について説明する。
【００３５】
図４は、本発明の実施例２（数値実施例２）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例１と同様な構成を有するので、個々の構成についての説明は省略する。
【００３６】
図５（Ａ）は、数値実施例２の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図５（Ｂ）は、数値実施例２の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．１ｍｍ、非点収差は０．１ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。
【００３７】
実施例２に対応する数値実施例２は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３３．７°、変倍比７倍、望遠端Ｆナンバー３．５６を達成している。
【００３８】
（数値実施例２）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 100.018 1.50 1.88300 40.8 38.80
2 26.650 8.97 33.75
3 -59.407 1.30 1.83481 42.7 33.50
4 113.421 0.15 33.64
5 56.295 4.06 1.80809 22.8 34.12
6 288.706 3.00 33.89
7 ∞ 5.00 1.51633 64.1 33.58
8 ∞ 36.00 33.18
9 37.702 5.77 1.60311 60.6 28.78
10* -12555.617 3.00 27.68
11 ∞ 29.00 1.51633 64.1 25.99
12 ∞ 3.00 23.23
13 100.852 1.00 1.72047 34.7 22.82
14 22.997 4.79 1.43875 94.9 22.30
15 -102.478 0.15 22.33
16 31.778 2.75 1.49700 81.5 22.16
17 140.216 0.15 21.83
18 27.432 2.12 1.60311 60.6 21.18
19 47.136 (可変) 20.58
20 26.407 0.70 1.88300 40.8 8.86
21 8.567 1.61 8.22
22 -25.806 0.70 1.81600 46.6 8.23
23 42.536 1.11 8.46
24 17.239 2.35 1.80809 22.8 9.24
25 -51.820 0.66 9.26
26 -16.696 0.70 1.77250 49.6 9.23
27 -213.834 (可変) 9.47
28 -20.535 0.70 1.72916 54.7 10.79
29 65.992 1.63 1.80809 22.8 11.43
30 -161.001 (可変) 11.88
31(絞り) ∞ 1.70 12.85
32 49.265 3.22 1.58913 61.1 14.17
33 -23.028 0.15 14.55
34 22.746 0.70 1.83481 42.7 14.57
35 12.401 3.79 1.50137 56.4 14.06
36 68.072 5.64 13.92
37 56.101 4.18 1.50137 56.4 13.87
38 -14.585 0.70 1.83481 42.7 13.69
39 -169.718 0.15 13.97
40 15.175 2.94 1.58913 61.1 14.29
41 52.689 10.00 13.81
42 39.477 0.70 1.88300 40.8 10.72
43 9.519 3.16 1.49700 81.5 10.19
44 -68.987 0.50 10.11
45 43.033 1.79 1.50137 56.4 9.96
46 -57.075 5.00 9.73
47 ∞ 21.00 1.70154 41.2 30.00
48 ∞ 6.75 1.51633 64.1 30.00
49 ∞ 30.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-2.53962e+001 A 4= 6.58841e-006 A 6=-4.56899e-009 A 8= 8.55051e-013 A10= 7.52786e-015 A12=-9.57386e-018
第10面
K =-1.67266e+006 A 4= 2.31183e-006 A 6= 3.97576e-010 A 8=-1.82432e-012 A10= 1.33069e-014 A12=-4.60575e-017
各種データ
ズーム比 7.00
焦点距離 4.50 9.00 13.50 24.75 31.50
Fナンバー 2.80 2.80 2.80 2.80 3.56
画角 33.69 18.43 12.53 6.91 5.44
像高 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 225.22 225.22 225.22 225.22 225.22
BF 4.96 4.96 4.96 4.96 4.96
d19 0.98 11.55 16.05 21.09 22.58
d27 23.85 10.81 5.67 2.27 2.64
d30 1.50 3.97 4.61 2.96 1.10
d49 4.96 4.96 4.96 4.96 4.96
入射瞳位置 28.90 33.86 37.81 45.50 49.13
射出瞳位置 -87.49 -87.49 -87.49 -87.49 -87.49
前側主点位置 33.18 41.99 49.34 63.62 69.90
後側主点位置 0.46 -4.04 -8.54 -19.79 -26.54
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 15.80 111.71 35.60 21.27
2 20 -9.70 7.83 1.29 -4.20
3 28 -34.40 2.33 -0.24 -1.55
4 31 21.82 72.07 13.48 -52.23
【実施例３】
【００３９】
本発明の第３の実施例について説明する。
【００４０】
図６は、本発明の実施例３（数値実施例３）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例１及び２と同様な構成を有するので、説明は省略する。図７（Ａ）は、数値実施例３の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図７（Ｂ）は、数値実施例３の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．１ｍｍ、非点収差は０．１ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。
【００４１】
実施例３に対応する数値実施例３は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３６．９°、変倍比４倍、望遠端Ｆナンバー２．０を達成している。
【００４２】
（数値実施例3）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* -3184.612 1.50 1.88300 40.8 37.77
2 23.636 9.77 31.70
3 -43.222 1.20 1.81600 46.6 31.56
4 5869.106 1.28 32.58
5 52.203 3.89 1.84666 23.8 34.47
6 1289.119 1.50 34.37
7 ∞ 5.00 1.51633 64.1 34.16
8 ∞ 35.00 33.66
9 33.605 4.30 1.60311 60.6 28.54
10* 326.994 3.00 27.87
11 ∞ 30.00 1.51633 64.1 26.35
12 ∞ 3.00 23.37
13 -644.302 1.00 1.72047 34.7 23.02
14 22.413 4.90 1.49700 81.5 22.79
15 -142.104 0.15 22.94
16 101.949 2.39 1.59240 68.3 23.06
17 -120.071 0.15 23.03
18 23.761 3.06 1.60311 60.6 22.48
19 68.646 (可変) 21.94
20 69.579 0.70 1.88300 40.8 10.77
21 11.334 1.93 10.13
22 -20.021 0.70 1.81600 46.6 10.15
23 73.491 0.81 10.64
24 28.424 2.49 1.78472 25.7 11.54
25 -29.724 0.56 11.79
26 -16.625 0.70 1.64000 60.1 11.79
27 -26.261 (可変) 12.12
28 -18.427 0.70 1.72916 54.7 12.36
29 26.816 1.63 1.80518 25.4 13.45
30 1131.942 (可変) 13.74
31(絞り) ∞ 1.70 14.54
32 126.595 3.11 1.58913 61.1 15.93
33 -26.015 0.15 16.50
34 40.799 0.70 1.83481 42.7 17.00
35 20.547 3.87 1.50137 56.4 16.87
36 -69.513 8.22 17.03
37 81.309 4.18 1.48749 70.2 17.30
38 -17.980 0.70 1.83481 42.7 17.22
39 -132.696 0.24 17.65
40 16.926 3.18 1.58913 61.1 18.26
41 42.506 10.00 17.76
42 56.339 0.70 1.88300 40.8 14.89
43 12.573 0.37 14.20
44 13.469 4.36 1.49700 81.5 14.42
45 -34.851 0.15 14.45
46 25.511 2.43 1.50137 56.4 14.11
47 -175.683 5.00 13.71
48 ∞ 21.00 1.70154 41.2 30.00
49 ∞ 6.75 1.51633 64.1 30.00
50 ∞ 30.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 1.24879e+004 A 4= 9.02225e-006 A 6=-1.16605e-008 A 8= 1.77122e-011 A10=-2.78310e-014 A12= 2.62952e-017
第10面
K = 1.37597e+002 A 4= 3.22128e-006 A 6=-1.54134e-010 A 8=-6.77015e-012 A10= 1.95768e-014 A12=-1.86270e-017
各種データ
ズーム比 4.00
焦点距離 4.00 8.00 12.00 14.00 16.00
Fナンバー 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00
画角 36.87 20.56 14.04 12.09 10.62
像高 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 225.37 225.37 225.37 225.37 225.37
BF 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
d19 0.70 11.92 16.79 18.37 19.61
d27 18.98 7.14 3.00 2.05 1.52
d30 2.60 3.22 2.49 1.87 1.15
d50 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
入射瞳位置 23.48 26.96 29.54 30.61 31.55
射出瞳位置 -934.25 -934.25 -934.25 -934.25 -934.25
前側主点位置 27.47 34.90 41.39 44.40 47.28
後側主点位置 0.99 -3.01 -7.01 -9.01 -11.01
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 14.10 111.09 30.64 24.47
2 20 -14.10 7.89 -0.23 -6.52
3 28 -26.70 2.33 -0.01 -1.31
4 31 27.28 76.80 26.46 -59.09
【実施例４】
【００４３】
本発明の第４の実施例について説明する。
【００４４】
図８は、本発明の実施例４（数値実施例４）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例１乃至３と同様な構成を有するが、実施例１乃至３の構成のミラー２０３Ｒ，２０３Ｌに代えて、プリズム３０３Ｒ、３０３Ｌを有することが異なる。本実施例においては、プリズム３０３Ｒ、３０３Ｌによって左右眼用の光束の光路を偏向している。他の構成については、実施例１乃至３と同様であるので説明は省略する。
【００４５】
図９（Ａ）は、数値実施例４の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図９（Ｂ）は、数値実施例４の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．２ｍｍ、非点収差は０．２ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０３６ｍｍのスケールで描かれている。
実施例４に対応する数値実施例４は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３５．５°、変倍比４．５倍、望遠端Ｆナンバー２．８を達成している。
【００４６】
（数値実施例４）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 5927.949 1.50 1.88300 40.8 36.13
2 38.469 6.57 32.51
3 -56.910 1.20 1.88300 40.8 32.06
4 307.110 4.29 31.86
5 -56.059 1.20 1.83481 42.7 31.85
6 2120.528 0.27 32.80
7 80.356 5.19 1.92286 18.9 33.83
8 -216.404 3.00 33.94
9 ∞ 7.00 1.51633 64.1 33.70
10 ∞ 3.00 33.40
11 ∞ 45.00 1.51633 64.1 33.20
12 ∞ 3.00 31.25
13 48.500 4.02 1.60311 60.6 30.89
14* -794.479 3.00 30.82
15 ∞ 38.00 1.51633 64.1 30.73
16 ∞ 3.00 29.99
17 55.718 1.20 2.00330 28.3 29.84
18 29.698 4.78 1.49700 81.5 28.98
19 171.814 0.15 28.95
20 42.597 4.40 1.59240 68.3 29.06
21 -169.779 0.15 28.77
22 23.672 2.00 1.48749 70.2 26.43
23 28.615 (可変) 25.68
24 27.052 0.70 2.00330 28.3 12.55
25 11.748 2.40 11.71
26 -34.685 0.70 1.81600 46.6 11.71
27 42.425 1.61 11.97
28 23.272 3.87 1.80518 25.4 13.14
29 -30.290 0.43 13.18
30 -20.940 0.70 1.77250 49.6 13.15
31 -367.241 (可変) 13.32
32 -20.241 0.70 1.72916 54.7 13.60
33 58.301 2.00 1.80809 22.8 14.50
34 -234.743 (可変) 15.01
35(絞り) ∞ 1.80 15.74
36 -184.071 2.23 1.60311 60.6 16.72
37 -40.258 0.20 17.32
38 79.501 0.70 1.83481 42.7 17.96
39 23.959 4.05 1.48749 70.2 18.16
40 -66.736 0.20 18.68
41 40.831 4.08 1.50137 56.4 19.40
42 1564.154 1.00 19.58
43 18.446 4.30 1.60311 60.6 19.98
44 44.247 12.00 19.00
45 112.869 0.70 1.88300 40.8 14.67
46 12.256 0.00 13.97
47 12.291 5.85 1.49700 81.5 13.96
48 -21.674 3.43 14.00
49 -15.151 0.70 1.77250 49.6 12.98
50 -25.000 10.00 13.28
51 54.733 2.94 1.50137 56.4 15.72
52 -30.056 5.00 15.77
53 ∞ 29.00 1.60342 38.0 36.00
54 ∞ 11.00 1.51633 64.2 36.00
55 ∞ 36.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 9.94137e+004 A 4= 8.66886e-006 A 6=-1.88406e-008 A 8= 3.13520e-011 A10=-1.49429e-014 A12=-2.46060e-017
第14面
K = 9.76271e+002 A 4= 3.00514e-006 A 6= 1.30262e-010 A 8=-2.21431e-012 A10= 7.30182e-015 A12=-6.94233e-018
各種データ
ズーム比 4.50
焦点距離 5.60 11.20 16.80 22.40 25.20
Fナンバー 2.79 2.79 2.79 2.80 2.80
画角 35.54 19.65 13.39 10.12 9.02
像高 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 286.37 286.37 286.37 286.37 286.37
BF 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
d23 1.18 13.63 19.01 22.08 23.17
d31 21.58 8.53 4.25 2.97 2.91
d34 4.40 5.00 3.90 2.10 1.09
d55 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
入射瞳位置 25.46 29.12 31.91 34.14 35.08
射出瞳位置 -440.85 -440.85 -440.85 -440.85 -440.85
前側主点位置 30.98 40.04 48.07 55.41 58.86
後側主点位置 -0.60 -6.20 -11.80 -17.40 -20.20
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 15.00 141.92 33.30 29.29
2 24 -16.10 10.41 0.81 -6.81
3 32 -32.20 2.70 -0.19 -1.70
4 35 37.06 99.18 33.50 -92.48
【実施例５】
【００４７】
本発明の第５の実施例について説明する。
【００４８】
図１０は、本発明の実施例５（数値実施例５）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例４と同様な構成を有する。ただし、実施例４においては、偏光ビームスプリッター２０４及びプリズム３０３Ｒ、３０３Ｌへの光軸入射角度は４５°であるのに対し、本実施例５においては、左右眼の基線長を短縮するために、偏光ビームスプリッター４０５及びプリズム４０３Ｒ、４０３Ｌへの光軸入射角度は５２°である点で、本実施例は実施例４と異なる。本実施例においては、実施例４のプリズム３０３Ｒ、３０３Ｌ及び偏光ビームスプリッター２０５に代えて、プリズム４０３Ｒ、４０３Ｌ及び偏光ビームスプリッター４０５を有し、光軸入射角度は５２°を実現している。他の構成については、実施例１乃至４と同様であるので説明は省略する。
【００４９】
図１１（Ａ）は、数値実施例５の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図１１（Ｂ）は、数値実施例５の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．４ｍｍ、非点収差は０．４ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０５ｍｍのスケールで描かれている。
実施例５に対応する数値実施例５は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３４．５°、変倍比４倍、望遠端Ｆナンバー２．８を達成している。
【００５０】
（数値実施例５）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 11636.568 1.80 1.88300 40.8 49.27
2 38.273 10.91 43.38
3 -65.755 1.50 1.83481 42.7 43.27
4 -1884.793 0.15 44.25
5 82.355 5.53 1.92286 18.9 45.43
6 -477.686 3.00 45.24
7 ∞ 7.00 1.51633 64.1 44.19
8 ∞ 3.00 42.82
9 ∞ 60.00 1.83481 42.7 41.92
10 ∞ 3.00 32.26
11 132.422 3.32 1.60311 60.6 31.09
12* -531.400 3.00 30.48
13 ∞ 40.00 1.83481 42.7 28.94
14 ∞ 3.00 29.11
15 343.593 1.20 2.00330 28.3 29.39
16 57.266 4.73 1.49700 81.5 29.39
17 -94.441 0.15 29.70
18 320.636 3.07 1.59240 68.3 29.89
19 -84.873 0.15 29.95
20 31.496 3.43 1.69680 55.5 29.18
21 70.898 (可変) 28.52
22 78.869 0.70 2.00330 28.3 13.88
23 17.703 2.34 13.26
24 -28.524 0.70 1.81600 46.6 13.28
25 95.138 4.64 13.70
26 53.288 4.33 1.80518 25.4 16.71
27 -25.852 0.27 17.08
28 -23.431 0.70 1.77250 49.6 17.05
29 -238.501 (可変) 17.46
30 -35.516 0.70 1.72916 54.7 17.91
31 225.645 2.50 1.80809 22.8 18.69
32 -140.549 (可変) 19.40
33(絞り) ∞ 1.70 20.41
34 52.499 4.84 1.58913 61.1 21.98
35 -43.136 0.15 22.34
36 99.064 0.70 1.83481 42.7 22.23
37 19.598 5.42 1.50137 56.4 21.78
38 -112.286 4.87 22.00
39 32.056 5.35 1.51633 64.1 22.83
40 -38.827 0.70 1.88300 40.8 22.54
41 194.530 0.40 22.47
42 21.854 3.43 1.58913 61.1 22.63
43 52.624 16.96 22.05
44 21.154 0.70 1.90366 31.3 15.38
45 13.946 4.34 14.77
46 29.975 2.70 1.50127 56.5 15.62
47 -79.348 5.00 15.61
48 ∞ 33.00 1.60859 46.4 40.00
49 ∞ 13.20 1.51680 64.2 40.00
50 ∞ 40.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 2.07727e+005 A 4= 2.06905e-006 A 6=-2.27067e-009 A 8= 2.27155e-012 A10=-1.30652e-015 A12= 8.21057e-020
第12面
K = 3.51086e+002 A 4= 6.87077e-007 A 6=-7.51880e-010 A 8= 4.94899e-012 A10=-2.21454e-014 A12= 4.20792e-017
各種データ
ズーム比 4.00
焦点距離 8.00 16.00 24.00 28.00 32.00
Fナンバー 2.80 2.79 2.80 2.80 2.80
画角 34.51 18.97 12.91 11.11 9.75
像高 5.50 5.50 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 314.08 314.08 314.08 314.08 314.08
BF 5.01 5.01 5.01 5.01 5.01
d21 1.44 16.69 23.11 25.16 26.76
d29 27.96 9.12 3.47 2.62 2.49
d32 1.40 5.00 4.22 3.03 1.55
d50 5.01 5.01 5.01 5.01 5.01
入射瞳位置 35.34 41.31 45.92 47.90 49.69
射出瞳位置 -104.28 -104.28 -104.28 -104.28 -104.28
前側主点位置 42.76 54.96 64.65 68.72 72.32
後側主点位置 -2.99 -10.99 -18.99 -22.99 -26.99
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 20.60 157.94 44.93 31.19
2 22 -16.80 13.69 -0.25 -11.78
3 30 -70.30 3.20 -0.74 -2.54
4 33 31.72 103.45 15.46 -74.11
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５２】
【表１】
【符号の説明】
【００５３】
１００ 立体撮影用光学系
１０１ 前方光学系
１０２ 後方光学系
１Ｒ、１Ｌ 左右一対の第１ｆレンズ群
２Ｒ、２Ｌ 左右一対の光量制御手段
３Ｒ、３Ｌ 左右一対の光路偏向手段
４ 光路合成手段
５ 第１ｂレンズ群
６ 変倍、結像用レンズ群
２０１Ｒ、２０１Ｌ 左右一対の第１ｆレンズ群
２０２Ｒ、２０２Ｌ 左右一対のシャッター
２０３Ｒ、２０３Ｌ ミラー
２０５ 偏光ビームスプリッター
２０６ 第１ｂレンズ群
２０７ 変倍光学系
２０８ 絞り
２０９ 結像光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体撮影用光学系及びそれを用いた立体撮影装置に関し、特に広角、高倍率、明るいＦナンバーで高性能且つ小型軽量な立体映像撮影用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、視差映像を得るための立体撮影用光学装置及び光学系が種々提案されている。
例えば特許文献１では、左右眼用の二つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に一つの撮像素子に形成する立体撮影用光学系が提案されている。
【０００３】
特許文献１において、物体側から順に光束を制御するシャッター、負の屈折力を有する第１レンズ群、光路偏向手段としての反射ミラーが各々一対ずつ左右眼用に配置され、左右眼の光軸が交差する位置又はその近傍に合成光学素子、絞りが配置され、その後方に変倍用のレンズ群が配置されている。そして、時系列的に左眼用と右眼用のシャッターを交互に開閉することにより視差映像を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６６２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている実施例では、撮影画角が半画角で３５°〜３６°と広角であるが、変倍比は２倍程度、望遠端のＦナンバーは４程度であり、高倍率且つ明るいＦナンバーを達成することが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、左右一対の光学系から取り込まれた視差映像を光学的に合成し一つの撮像素子上に結像する光学系において、広角、高倍率且つ明るいＦナンバーで高性能且つ、小型軽量な立体撮影用光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の、左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に１つの撮像素子に形成する立体撮影用光学系は、物体側より順に、一対の負の屈折力を有する第１ｆレンズ群と、一対の光路偏向手段と、２つの光路を同一の光軸上に合成させる光路合成手段とを有する前方光学系と、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、変倍時に移動するレンズ群と絞りを有する後方光学系と、を有し、該前方光学系は、該光路合成手段までの左右眼用の光路に配置された、左右の被写体像を時分割により交互に切り替える一対の光量制御手段を有し、以下の条件を満足することを特徴とする。
−１０.０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −１．５ ・・・（１）
０．９ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ５．０ ・・・（２）
但し、 ｆ１ｆ：該第１ｆレンズ群の焦点距離
f１ｂ：該第１ｂレンズ群の焦点距離
fｗ：該立体撮影用光学系の広角端焦点距離
fｔ：該立体撮影用光学系の望遠端焦点距離
本発明の更なる目的又はその他の特徴は以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互にひとつの撮像素子に形成する立体撮影用光学系において、広角、高倍率、明るいＦナンバーで高性能且つ小型軽量な立体撮影用光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明における立体映像撮影装置の構成を示す概略図
【図２】実施例１におけるレンズ系の広角端物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図３】（Ａ）実施例１における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例１における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図４】実施例２における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図５】（Ａ）実施例２における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例２における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図６】実施例３における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図７】（Ａ）実施例３における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例３における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図８】実施例４における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図９】（Ａ）実施例４における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例４における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図１０】実施例５における光学系の広角端、物体距離無限遠でのレンズ断面図
【図１１】（Ａ）実施例５における広角端、物体距離３．０ｍでの収差図、（Ｂ）実施例５における望遠端、物体距離３．０ｍでの収差図
【図１２】液晶シャッターおよび偏光ビームスプリッターの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、図１を参照して立体撮影装置の概略構成について説明する。
本発明の第１の実施例の立体撮影装置は、左右眼の視差を有する立体撮影用光学系１００と撮影用カメラ１０３から構成される。立体撮影用光学系１００は、前方光学系１０１、後方光学系１０２により構成される。
【００１２】
前方光学系１０１は、物体側から順に、左右眼用に一対の負の屈折力を有するレンズ群１Ｒ、１Ｌ、左右の映像を時系列的に交互に切り替えて透過させる手段としての光量制御手段２Ｒ、２Ｌ、光路を偏向させるための光路偏向手段３Ｒ、３Ｌ、左右眼の光路を偏向し、左右眼の２つの光路を同一の光軸上に合成する光路合成手段５から構成される。光量制御手段２Ｒ、２Ｌは、液晶シャッター、メカニカルシャッター等で構成される。光路偏向手段３Ｒ、３Ｌは、ミラーやプリズム等で構成される。光路合成手段５は、偏光ビームスプリッターやハーフプリズム等により構成される。尚、光量制御手段２Ｒ、２Ｌは、光路偏向手段３Ｒ、３Ｌと光路合成手段５の間に配置しても良いし、レンズ群１Ｒ、１Ｌの物体側に配置しても良い。
【００１３】
後方光学系１０２は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群６、及び、変倍用のレンズ群、絞り、結像用のレンズ群を含む光学系８から構成されている。
【００１４】
撮影用カメラ１０３は、単板式もしくは色分解光学系を含めた複数板式等の撮像系から構成される撮像部ＩＰを有する。撮像部ＩＰを構成する撮像素子としてＣＣＤ、ＣＭＯＳ、撮像管等が考えられる。
【００１５】
実際の撮影時には、光束制御手段２Ｒ、２Ｌにより左右の被写体像の光束を時分割で交互に透過させ、それぞれの光束を独立に撮像部７へと導き、撮像素子上に被写体像を形成する必要がある。
【００１６】
以下、光束制御手段２Ｒ、２Ｌが液晶シャッター、光路合成手段５が偏光ビームスプリッターである場合の具体的な構成と動作手順とを説明する。この場合、透過した光束の偏光状態が互いに直交するように駆動制御を行うのが好ましい。以下説明のため、右側透過光束をＳ偏光、左側透過光束をＰ偏光であるとする。
【００１７】
図１２は、右側光束をＳ偏光として透過または遮断する液晶シャッター２０Ｒ、左側光束をＰ偏光として透過または遮断する液晶シャッター２０Ｌ、偏光ビームスプリッタープリズム５０を表した概略図である。偏光ビームスプリッタープリズム５０において、ＲｓはＳ偏光のみを反射し、ＲｐはＰ偏光のみを反射する。即ち、液晶シャッター２０Ｒを透過したＳ偏光の右側光束（実線矢印）がＲｓでのみ反射され、２０Ｌを透過したＰ偏光の左側光束（点線矢印）がＲｐでのみ反射される。このとき、偶数（奇数）フレームでは右側の光束を透過させると同時に左側の光束を遮断し、奇数（偶数）フレームでは左側の光束を透過させると同時に右側の光束を遮断する、という動作を行うのが好ましい。以上のような構成により、左右の被写体像を交互に独立して撮像部７へ導くことができる。
【００１８】
図２は、本発明の実施例１（数値実施例１）における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。以下、図２を参照して本発明の第１の実施例による立体撮影用光学系の詳細な構成について説明する。
【００１９】
本実施例の立体撮影用光学系は前方光学系と後方光学系から構成される。前方光学系は、物体側から順に、それぞれ負の屈折率を有する第１ｆレンズ群２０１Ｒ、２０１Ｌ、左右の被写体像を時分割により交互に切り替えて透過させる手段としての左右２系統の液晶シャッター２０２Ｒ、２０２Ｌ、ミラー２０３Ｒ、２０３Ｌ、正の屈折力を有する第２ｆレンズ群２０４Ｒ、２０４Ｌ、偏光ビームスプリッター２０５から構成される。後方光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１ｂレンズ群２０６、変倍レンズ群２０７、絞り２０８、変倍に際して固定の第４ｂレンズ群２０９、色分解光学系２１０から構成される。実施例１では、変倍レンズ群２０７は変倍用に負の屈折力を有する第２ｂレンズ群と像点補正用の負の屈折力を有する第３ｂレンズ群により構成されている。ＩＰは撮像面である。変倍レンズ群２０７の構成において、第３ｂレンズ群が正の屈折力を有する構成でも良い。また、変倍群が３群以上で構成されていても良い。絞り２０８は変倍レンズ群２０７の内部に配置することも可能であり、更には絞り２０８が可動であっても良い。尚、合焦は実施例１では、第１ｂレンズ群２０６で行っているが、変倍レンズ群２０７、第４ｂレンズ群２０９に含まれる内部のレンズ群により合焦を行うことも可能である。
【００２０】
一般的に広角化、高倍率化、大口径化を達成しようとすると、前方光学系の大型化を招いてしまう。最も物体側に配置された第１ｆレンズ群２０１Ｒ、２０１Ｌと、後方レンズ系の最も物体側に配置された第１ｂレンズ群２０６のパワー配置を適切に設定することにより、広角、高倍率、Ｆナンバーが明るく、高性能で且つ小型軽量な立体撮影用光学系を達成することが可能となる。
【００２１】
条件式（１）は広角端焦点距離で規格化した第１ｆレンズ群の焦点距離の範囲を規定している。
−１０．０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −１．５ ・・・（１）
但し、ｆ１ｆは第１ｆレンズ群の焦点距離であり、ｆｗは広角端焦点距離である。
【００２２】
条件式（１）の上限の制約が満足されないと、第１ｆレンズ群のパワー増大に伴い、望遠側における偏光ビームスプリッターの軸上光線有効径が増大してしまう。これにより前方光学系の大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難となる。条件式（１）の下限の制約が満足されないと、第１ｆレンズ群のパワー減少に伴い、広角側における第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの軸外光線有効径が増大してしまう。これにより前方光学系の大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難となる。ここで更に、
−７．０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −２．５ ・・・（１ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２３】
条件式（２）は望遠端焦点距離で規格化した第１ｂレンズ群の焦点距離の範囲を規定している。
０．９ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ５．０ ・・・（２）
但し、ｆ１ｂは第１ｂレンズ群の焦点距離であり、ｆｔは望遠端焦点距離である。
【００２４】
条件式（２）の上限の制約が満足されないと、第１ｂレンズ群のパワー減少に伴い、広角側における前方光学系の軸外光線有効径が増大してしまう。これにより第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難となる。条件式（２）の下限の制約が満足されないと、第１ｆレンズ群のパワー増大に伴い、前記第１ｂレンズ群の軸上光線有効径が増大してしまう。これにより、望遠側でのＦナンバーを明るくすることが困難となる。
【００２５】
ここで更に、
１．２ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ３．５ ・・・（２ａ）
を満足すると尚好ましい。
【００２６】
また、前方光学系において、ミラーと偏向ビームスプリッターの間に正の屈折力を有する第２ｆレンズ群が配置されることが好ましい。第２ｆレンズ群が配置されることにより、第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの軸外光線有効径を更に抑制することが可能となる。
【００２７】
また、光学系の構成は物体側より順に、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群、変倍時に移動する負の屈折力を有する第２ｂレンズ群、像面補正用の第３ｂレンズ群、絞り、変倍中固定で正の屈折力を有する第４ｂレンズ群で構成されることが好ましい。この構成により、高倍率で且つ小型軽量なズームレンズを実現することが可能となる。また、絞りが変倍群よりも像側に配置されることにより、変倍によるＦナンバーの変動がないため好ましい。
【００２８】
また、後方光学系において以下の条件を満足することが好ましい。
０．１５ ＜ βｖｗ × βｃｗ × βrｗ ＜ ０．６０ ・・・（３）
但し、βｖｗは第２ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率、βｃｗは第３ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率、βｒｗは第４bレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率である。条件式（３）の上限が満足されないと、変倍群よりも物体側の光学系にて発生する収差の拡大率が増大してしまい、高性能化が困難となる。条件式（３）の下限が満足されないと、第１ｆレンズ群、シャッター、ミラーの軸外光線有効径が増大してしまう。これにより、前方光学系の大型化を招き、小型軽量化を達成することが困難である。
【００２９】
ここで更に、
０．２５ ＜ βｖｗ × βｃｗ × βｒｗ ＜ ０．４５ ・・・（３）
を満足すると尚好ましい。
上記の条件式を満足することにより、実施例１は、広角、高倍率、Ｆナンバーが明るく、高性能且つ小型軽量な立体撮影用光学系を実現している。
【００３０】
図３（Ａ）は、実施例１に対応する数値実施例１の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図３（Ｂ）は、数値実施例１の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．１ｍｍ、非点収差は０．１ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。また、収差図中にて、軸上色収差図及び倍率色収差図中のｅ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長５４６ｎｍ、４３６ｎｍ、６５６ｎｍに対する収差である。Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、図中のＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（°）を示す。
【００３１】
尚、数値実施例におけるｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎｄは波長５４６nmにおける屈折率、νdはアッベ数、*は非球面を示す。非球面は次式で定義される。
【数１】
但し、ｃは曲率(1/ｒ)、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８・・・は各次数の非球面係数である。
【００３２】
実施例１に対応する数値実施例１は、各群焦点距離や曲率半径の値が条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３６．９°、変倍比５倍、望遠端Ｆナンバー２．８を達成している。
【００３３】
（数値実施例１）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 80.506 1.50 1.88300 40.8 36.14
2 21.150 10.85 30.21
3 -34.304 1.20 1.81600 46.6 29.59
4 37447.662 6.06 30.31
5 57.379 3.36 1.84666 23.8 32.79
6 404.429 1.50 32.63
7 ∞ 5.00 1.51633 64.1 32.45
8 ∞ 33.00 31.93
9 38.183 5.20 1.60311 60.6 26.79
10* 2632.058 3.00 25.74
11 ∞ 28.00 1.51633 64.1 24.45
12 ∞ 3.00 21.70
13 -403.791 1.00 1.72047 34.7 21.40
14 23.364 4.52 1.49700 81.5 21.25
15 -93.077 0.15 21.40
16 64.993 2.13 1.59240 68.3 21.48
17 -1669.583 0.15 21.37
18 24.245 2.67 1.60311 60.6 20.97
19 60.818 (可変) 20.45
20 38.987 0.70 1.88300 40.8 9.01
21 10.361 1.65 8.50
22 -21.257 0.70 1.81600 46.6 8.52
23 34.729 0.79 8.83
24 22.961 2.32 1.78472 25.7 9.48
25 -30.385 0.52 9.69
26 -14.616 0.70 1.64000 60.1 9.69
27 -27.590 (可変) 9.99
28 -22.647 0.70 1.72916 54.7 10.94
29 50.839 1.69 1.80809 22.8 11.51
30 -483.342 (可変) 11.92
31(絞り) ∞ 1.40 12.54
32 247.707 2.41 1.58913 61.1 13.37
33 -29.176 0.15 13.84
34 74.274 0.70 1.83481 42.7 14.13
35 15.125 3.77 1.50137 56.4 14.19
36 -70.116 0.15 14.66
37 21.633 3.61 1.50137 56.4 15.29
38 -41.222 0.70 1.83481 42.7 15.22
39 142.245 0.15 15.28
40 18.007 3.65 1.58913 61.1 15.54
41 7411.952 10.00 15.05
42 60.321 0.70 1.88300 40.8 10.82
43 9.331 3.26 1.49700 81.5 10.22
44 -53.604 0.29 10.14
45 28.628 1.73 1.50137 56.4 9.97
46 -799.808 5.00 9.67
47 ∞ 21.00 1.70154 41.2 30.00
48 ∞ 6.75 1.51633 64.1 30.00
49 ∞ 30.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 1.07042e+001 A 4= 5.17206e-006 A 6=-7.92727e-009 A 8=-1.41710e-012 A10=-7.07556e-015 A12= 5.64853e-018
第10面
K = 3.24310e+004 A 4= 2.28446e-006 A 6=-1.00527e-009 A 8= 8.75699e-013 A10=-1.56762e-014 A12=-6.00437e-017
各種データ
ズーム比 5.00
焦点距離 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00
Fナンバー 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80
画角 36.87 20.56 14.04 10.62 8.53
像高 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 220.98 220.98 220.98 220.98 220.98
BF 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
d19 0.93 12.88 17.97 20.92 22.85
d27 26.28 12.55 7.42 5.27 4.56
d30 1.30 3.08 3.11 2.32 1.10
d49 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
入射瞳位置 24.09 27.71 30.56 32.95 34.97
射出瞳位置 -56.72 -56.72 -56.72 -56.72 -56.72
前側主点位置 27.83 34.67 40.23 44.80 48.49
後側主点位置 0.99 -3.01 -7.01 -11.01 -15.01
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 14.30 112.29 31.71 26.64
2 20 -12.40 7.38 0.31 -5.32
3 28 -34.60 2.39 -0.10 -1.44
4 31 18.81 65.42 8.26 -41.99
【実施例２】
【００３４】
本発明の第２の実施例について説明する。
【００３５】
図４は、本発明の実施例２（数値実施例２）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例１と同様な構成を有するので、個々の構成についての説明は省略する。
【００３６】
図５（Ａ）は、数値実施例２の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図５（Ｂ）は、数値実施例２の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．１ｍｍ、非点収差は０．１ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。
【００３７】
実施例２に対応する数値実施例２は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３３．７°、変倍比７倍、望遠端Ｆナンバー３．５６を達成している。
【００３８】
（数値実施例２）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 100.018 1.50 1.88300 40.8 38.80
2 26.650 8.97 33.75
3 -59.407 1.30 1.83481 42.7 33.50
4 113.421 0.15 33.64
5 56.295 4.06 1.80809 22.8 34.12
6 288.706 3.00 33.89
7 ∞ 5.00 1.51633 64.1 33.58
8 ∞ 36.00 33.18
9 37.702 5.77 1.60311 60.6 28.78
10* -12555.617 3.00 27.68
11 ∞ 29.00 1.51633 64.1 25.99
12 ∞ 3.00 23.23
13 100.852 1.00 1.72047 34.7 22.82
14 22.997 4.79 1.43875 94.9 22.30
15 -102.478 0.15 22.33
16 31.778 2.75 1.49700 81.5 22.16
17 140.216 0.15 21.83
18 27.432 2.12 1.60311 60.6 21.18
19 47.136 (可変) 20.58
20 26.407 0.70 1.88300 40.8 8.86
21 8.567 1.61 8.22
22 -25.806 0.70 1.81600 46.6 8.23
23 42.536 1.11 8.46
24 17.239 2.35 1.80809 22.8 9.24
25 -51.820 0.66 9.26
26 -16.696 0.70 1.77250 49.6 9.23
27 -213.834 (可変) 9.47
28 -20.535 0.70 1.72916 54.7 10.79
29 65.992 1.63 1.80809 22.8 11.43
30 -161.001 (可変) 11.88
31(絞り) ∞ 1.70 12.85
32 49.265 3.22 1.58913 61.1 14.17
33 -23.028 0.15 14.55
34 22.746 0.70 1.83481 42.7 14.57
35 12.401 3.79 1.50137 56.4 14.06
36 68.072 5.64 13.92
37 56.101 4.18 1.50137 56.4 13.87
38 -14.585 0.70 1.83481 42.7 13.69
39 -169.718 0.15 13.97
40 15.175 2.94 1.58913 61.1 14.29
41 52.689 10.00 13.81
42 39.477 0.70 1.88300 40.8 10.72
43 9.519 3.16 1.49700 81.5 10.19
44 -68.987 0.50 10.11
45 43.033 1.79 1.50137 56.4 9.96
46 -57.075 5.00 9.73
47 ∞ 21.00 1.70154 41.2 30.00
48 ∞ 6.75 1.51633 64.1 30.00
49 ∞ 30.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-2.53962e+001 A 4= 6.58841e-006 A 6=-4.56899e-009 A 8= 8.55051e-013 A10= 7.52786e-015 A12=-9.57386e-018
第10面
K =-1.67266e+006 A 4= 2.31183e-006 A 6= 3.97576e-010 A 8=-1.82432e-012 A10= 1.33069e-014 A12=-4.60575e-017
各種データ
ズーム比 7.00
焦点距離 4.50 9.00 13.50 24.75 31.50
Fナンバー 2.80 2.80 2.80 2.80 3.56
画角 33.69 18.43 12.53 6.91 5.44
像高 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 225.22 225.22 225.22 225.22 225.22
BF 4.96 4.96 4.96 4.96 4.96
d19 0.98 11.55 16.05 21.09 22.58
d27 23.85 10.81 5.67 2.27 2.64
d30 1.50 3.97 4.61 2.96 1.10
d49 4.96 4.96 4.96 4.96 4.96
入射瞳位置 28.90 33.86 37.81 45.50 49.13
射出瞳位置 -87.49 -87.49 -87.49 -87.49 -87.49
前側主点位置 33.18 41.99 49.34 63.62 69.90
後側主点位置 0.46 -4.04 -8.54 -19.79 -26.54
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 15.80 111.71 35.60 21.27
2 20 -9.70 7.83 1.29 -4.20
3 28 -34.40 2.33 -0.24 -1.55
4 31 21.82 72.07 13.48 -52.23
【実施例３】
【００３９】
本発明の第３の実施例について説明する。
【００４０】
図６は、本発明の実施例３（数値実施例３）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例１及び２と同様な構成を有するので、説明は省略する。図７（Ａ）は、数値実施例３の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図７（Ｂ）は、数値実施例３の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．１ｍｍ、非点収差は０．１ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。
【００４１】
実施例３に対応する数値実施例３は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３６．９°、変倍比４倍、望遠端Ｆナンバー２．０を達成している。
【００４２】
（数値実施例3）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* -3184.612 1.50 1.88300 40.8 37.77
2 23.636 9.77 31.70
3 -43.222 1.20 1.81600 46.6 31.56
4 5869.106 1.28 32.58
5 52.203 3.89 1.84666 23.8 34.47
6 1289.119 1.50 34.37
7 ∞ 5.00 1.51633 64.1 34.16
8 ∞ 35.00 33.66
9 33.605 4.30 1.60311 60.6 28.54
10* 326.994 3.00 27.87
11 ∞ 30.00 1.51633 64.1 26.35
12 ∞ 3.00 23.37
13 -644.302 1.00 1.72047 34.7 23.02
14 22.413 4.90 1.49700 81.5 22.79
15 -142.104 0.15 22.94
16 101.949 2.39 1.59240 68.3 23.06
17 -120.071 0.15 23.03
18 23.761 3.06 1.60311 60.6 22.48
19 68.646 (可変) 21.94
20 69.579 0.70 1.88300 40.8 10.77
21 11.334 1.93 10.13
22 -20.021 0.70 1.81600 46.6 10.15
23 73.491 0.81 10.64
24 28.424 2.49 1.78472 25.7 11.54
25 -29.724 0.56 11.79
26 -16.625 0.70 1.64000 60.1 11.79
27 -26.261 (可変) 12.12
28 -18.427 0.70 1.72916 54.7 12.36
29 26.816 1.63 1.80518 25.4 13.45
30 1131.942 (可変) 13.74
31(絞り) ∞ 1.70 14.54
32 126.595 3.11 1.58913 61.1 15.93
33 -26.015 0.15 16.50
34 40.799 0.70 1.83481 42.7 17.00
35 20.547 3.87 1.50137 56.4 16.87
36 -69.513 8.22 17.03
37 81.309 4.18 1.48749 70.2 17.30
38 -17.980 0.70 1.83481 42.7 17.22
39 -132.696 0.24 17.65
40 16.926 3.18 1.58913 61.1 18.26
41 42.506 10.00 17.76
42 56.339 0.70 1.88300 40.8 14.89
43 12.573 0.37 14.20
44 13.469 4.36 1.49700 81.5 14.42
45 -34.851 0.15 14.45
46 25.511 2.43 1.50137 56.4 14.11
47 -175.683 5.00 13.71
48 ∞ 21.00 1.70154 41.2 30.00
49 ∞ 6.75 1.51633 64.1 30.00
50 ∞ 30.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 1.24879e+004 A 4= 9.02225e-006 A 6=-1.16605e-008 A 8= 1.77122e-011 A10=-2.78310e-014 A12= 2.62952e-017
第10面
K = 1.37597e+002 A 4= 3.22128e-006 A 6=-1.54134e-010 A 8=-6.77015e-012 A10= 1.95768e-014 A12=-1.86270e-017
各種データ
ズーム比 4.00
焦点距離 4.00 8.00 12.00 14.00 16.00
Fナンバー 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00
画角 36.87 20.56 14.04 12.09 10.62
像高 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 225.37 225.37 225.37 225.37 225.37
BF 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
d19 0.70 11.92 16.79 18.37 19.61
d27 18.98 7.14 3.00 2.05 1.52
d30 2.60 3.22 2.49 1.87 1.15
d50 4.99 4.99 4.99 4.99 4.99
入射瞳位置 23.48 26.96 29.54 30.61 31.55
射出瞳位置 -934.25 -934.25 -934.25 -934.25 -934.25
前側主点位置 27.47 34.90 41.39 44.40 47.28
後側主点位置 0.99 -3.01 -7.01 -9.01 -11.01
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 14.10 111.09 30.64 24.47
2 20 -14.10 7.89 -0.23 -6.52
3 28 -26.70 2.33 -0.01 -1.31
4 31 27.28 76.80 26.46 -59.09
【実施例４】
【００４３】
本発明の第４の実施例について説明する。
【００４４】
図８は、本発明の実施例４（数値実施例４）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例１乃至３と同様な構成を有するが、実施例１乃至３の構成のミラー２０３Ｒ，２０３Ｌに代えて、プリズム３０３Ｒ、３０３Ｌを有することが異なる。本実施例においては、プリズム３０３Ｒ、３０３Ｌによって左右眼用の光束の光路を偏向している。他の構成については、実施例１乃至３と同様であるので説明は省略する。
【００４５】
図９（Ａ）は、数値実施例４の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図９（Ｂ）は、数値実施例４の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．２ｍｍ、非点収差は０．２ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０３６ｍｍのスケールで描かれている。
実施例４に対応する数値実施例４は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３５．５°、変倍比４．５倍、望遠端Ｆナンバー２．８を達成している。
【００４６】
（数値実施例４）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 5927.949 1.50 1.88300 40.8 36.13
2 38.469 6.57 32.51
3 -56.910 1.20 1.88300 40.8 32.06
4 307.110 4.29 31.86
5 -56.059 1.20 1.83481 42.7 31.85
6 2120.528 0.27 32.80
7 80.356 5.19 1.92286 18.9 33.83
8 -216.404 3.00 33.94
9 ∞ 7.00 1.51633 64.1 33.70
10 ∞ 3.00 33.40
11 ∞ 45.00 1.51633 64.1 33.20
12 ∞ 3.00 31.25
13 48.500 4.02 1.60311 60.6 30.89
14* -794.479 3.00 30.82
15 ∞ 38.00 1.51633 64.1 30.73
16 ∞ 3.00 29.99
17 55.718 1.20 2.00330 28.3 29.84
18 29.698 4.78 1.49700 81.5 28.98
19 171.814 0.15 28.95
20 42.597 4.40 1.59240 68.3 29.06
21 -169.779 0.15 28.77
22 23.672 2.00 1.48749 70.2 26.43
23 28.615 (可変) 25.68
24 27.052 0.70 2.00330 28.3 12.55
25 11.748 2.40 11.71
26 -34.685 0.70 1.81600 46.6 11.71
27 42.425 1.61 11.97
28 23.272 3.87 1.80518 25.4 13.14
29 -30.290 0.43 13.18
30 -20.940 0.70 1.77250 49.6 13.15
31 -367.241 (可変) 13.32
32 -20.241 0.70 1.72916 54.7 13.60
33 58.301 2.00 1.80809 22.8 14.50
34 -234.743 (可変) 15.01
35(絞り) ∞ 1.80 15.74
36 -184.071 2.23 1.60311 60.6 16.72
37 -40.258 0.20 17.32
38 79.501 0.70 1.83481 42.7 17.96
39 23.959 4.05 1.48749 70.2 18.16
40 -66.736 0.20 18.68
41 40.831 4.08 1.50137 56.4 19.40
42 1564.154 1.00 19.58
43 18.446 4.30 1.60311 60.6 19.98
44 44.247 12.00 19.00
45 112.869 0.70 1.88300 40.8 14.67
46 12.256 0.00 13.97
47 12.291 5.85 1.49700 81.5 13.96
48 -21.674 3.43 14.00
49 -15.151 0.70 1.77250 49.6 12.98
50 -25.000 10.00 13.28
51 54.733 2.94 1.50137 56.4 15.72
52 -30.056 5.00 15.77
53 ∞ 29.00 1.60342 38.0 36.00
54 ∞ 11.00 1.51633 64.2 36.00
55 ∞ 36.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 9.94137e+004 A 4= 8.66886e-006 A 6=-1.88406e-008 A 8= 3.13520e-011 A10=-1.49429e-014 A12=-2.46060e-017
第14面
K = 9.76271e+002 A 4= 3.00514e-006 A 6= 1.30262e-010 A 8=-2.21431e-012 A10= 7.30182e-015 A12=-6.94233e-018
各種データ
ズーム比 4.50
焦点距離 5.60 11.20 16.80 22.40 25.20
Fナンバー 2.79 2.79 2.79 2.80 2.80
画角 35.54 19.65 13.39 10.12 9.02
像高 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 286.37 286.37 286.37 286.37 286.37
BF 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
d23 1.18 13.63 19.01 22.08 23.17
d31 21.58 8.53 4.25 2.97 2.91
d34 4.40 5.00 3.90 2.10 1.09
d55 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
入射瞳位置 25.46 29.12 31.91 34.14 35.08
射出瞳位置 -440.85 -440.85 -440.85 -440.85 -440.85
前側主点位置 30.98 40.04 48.07 55.41 58.86
後側主点位置 -0.60 -6.20 -11.80 -17.40 -20.20
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 15.00 141.92 33.30 29.29
2 24 -16.10 10.41 0.81 -6.81
3 32 -32.20 2.70 -0.19 -1.70
4 35 37.06 99.18 33.50 -92.48
【実施例５】
【００４７】
本発明の第５の実施例について説明する。
【００４８】
図１０は、本発明の実施例５（数値実施例５）の立体映像撮影装置における広角端、物体距離無限遠に合焦しているときの光学断面図である。本実施例の立体撮影用光学系は、基本的に実施例４と同様な構成を有する。ただし、実施例４においては、偏光ビームスプリッター２０４及びプリズム３０３Ｒ、３０３Ｌへの光軸入射角度は４５°であるのに対し、本実施例５においては、左右眼の基線長を短縮するために、偏光ビームスプリッター４０５及びプリズム４０３Ｒ、４０３Ｌへの光軸入射角度は５２°である点で、本実施例は実施例４と異なる。本実施例においては、実施例４のプリズム３０３Ｒ、３０３Ｌ及び偏光ビームスプリッター２０５に代えて、プリズム４０３Ｒ、４０３Ｌ及び偏光ビームスプリッター４０５を有し、光軸入射角度は５２°を実現している。他の構成については、実施例１乃至４と同様であるので説明は省略する。
【００４９】
図１１（Ａ）は、数値実施例５の広角端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。図１１（Ｂ）は、数値実施例５の望遠端における物体距離３．０ｍに合焦しているときの縦収差図である。球面収差は０．４ｍｍ、非点収差は０．４ｍｍ、歪曲は５％、倍率色収差は、０．０５ｍｍのスケールで描かれている。
実施例５に対応する数値実施例５は、条件式（１）〜（３）を満足している。また、更に好ましい数値範囲の条件式（１ａ）（２ａ）および（３ａ）についても満足しており、広角端半画角３４．５°、変倍比４倍、望遠端Ｆナンバー２．８を達成している。
【００５０】
（数値実施例５）
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 11636.568 1.80 1.88300 40.8 49.27
2 38.273 10.91 43.38
3 -65.755 1.50 1.83481 42.7 43.27
4 -1884.793 0.15 44.25
5 82.355 5.53 1.92286 18.9 45.43
6 -477.686 3.00 45.24
7 ∞ 7.00 1.51633 64.1 44.19
8 ∞ 3.00 42.82
9 ∞ 60.00 1.83481 42.7 41.92
10 ∞ 3.00 32.26
11 132.422 3.32 1.60311 60.6 31.09
12* -531.400 3.00 30.48
13 ∞ 40.00 1.83481 42.7 28.94
14 ∞ 3.00 29.11
15 343.593 1.20 2.00330 28.3 29.39
16 57.266 4.73 1.49700 81.5 29.39
17 -94.441 0.15 29.70
18 320.636 3.07 1.59240 68.3 29.89
19 -84.873 0.15 29.95
20 31.496 3.43 1.69680 55.5 29.18
21 70.898 (可変) 28.52
22 78.869 0.70 2.00330 28.3 13.88
23 17.703 2.34 13.26
24 -28.524 0.70 1.81600 46.6 13.28
25 95.138 4.64 13.70
26 53.288 4.33 1.80518 25.4 16.71
27 -25.852 0.27 17.08
28 -23.431 0.70 1.77250 49.6 17.05
29 -238.501 (可変) 17.46
30 -35.516 0.70 1.72916 54.7 17.91
31 225.645 2.50 1.80809 22.8 18.69
32 -140.549 (可変) 19.40
33(絞り) ∞ 1.70 20.41
34 52.499 4.84 1.58913 61.1 21.98
35 -43.136 0.15 22.34
36 99.064 0.70 1.83481 42.7 22.23
37 19.598 5.42 1.50137 56.4 21.78
38 -112.286 4.87 22.00
39 32.056 5.35 1.51633 64.1 22.83
40 -38.827 0.70 1.88300 40.8 22.54
41 194.530 0.40 22.47
42 21.854 3.43 1.58913 61.1 22.63
43 52.624 16.96 22.05
44 21.154 0.70 1.90366 31.3 15.38
45 13.946 4.34 14.77
46 29.975 2.70 1.50127 56.5 15.62
47 -79.348 5.00 15.61
48 ∞ 33.00 1.60859 46.4 40.00
49 ∞ 13.20 1.51680 64.2 40.00
50 ∞ 40.00
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 2.07727e+005 A 4= 2.06905e-006 A 6=-2.27067e-009 A 8= 2.27155e-012 A10=-1.30652e-015 A12= 8.21057e-020
第12面
K = 3.51086e+002 A 4= 6.87077e-007 A 6=-7.51880e-010 A 8= 4.94899e-012 A10=-2.21454e-014 A12= 4.20792e-017
各種データ
ズーム比 4.00
焦点距離 8.00 16.00 24.00 28.00 32.00
Fナンバー 2.80 2.79 2.80 2.80 2.80
画角 34.51 18.97 12.91 11.11 9.75
像高 5.50 5.50 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 314.08 314.08 314.08 314.08 314.08
BF 5.01 5.01 5.01 5.01 5.01
d21 1.44 16.69 23.11 25.16 26.76
d29 27.96 9.12 3.47 2.62 2.49
d32 1.40 5.00 4.22 3.03 1.55
d50 5.01 5.01 5.01 5.01 5.01
入射瞳位置 35.34 41.31 45.92 47.90 49.69
射出瞳位置 -104.28 -104.28 -104.28 -104.28 -104.28
前側主点位置 42.76 54.96 64.65 68.72 72.32
後側主点位置 -2.99 -10.99 -18.99 -22.99 -26.99
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 20.60 157.94 44.93 31.19
2 22 -16.80 13.69 -0.25 -11.78
3 30 -70.30 3.20 -0.74 -2.54
4 33 31.72 103.45 15.46 -74.11
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５２】
【表１】
【符号の説明】
【００５３】
１００ 立体撮影用光学系
１０１ 前方光学系
１０２ 後方光学系
１Ｒ、１Ｌ 左右一対の第１ｆレンズ群
２Ｒ、２Ｌ 左右一対の光量制御手段
３Ｒ、３Ｌ 左右一対の光路偏向手段
４ 光路合成手段
５ 第１ｂレンズ群
６ 変倍、結像用レンズ群
２０１Ｒ、２０１Ｌ 左右一対の第１ｆレンズ群
２０２Ｒ、２０２Ｌ 左右一対のシャッター
２０３Ｒ、２０３Ｌ ミラー
２０５ 偏光ビームスプリッター
２０６ 第１ｂレンズ群
２０７ 変倍光学系
２０８ 絞り
２０９ 結像光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に１つの撮像素子に形成する立体撮影用光学系であって、該立体撮影用光学系は、物体側より順に、
一対の負の屈折力を有する第１ｆレンズ群と、一対の光路偏向手段と、２つの光路を同一の光軸上に合成させる光路合成手段とを有する前方光学系と、
変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、変倍時に移動するレンズ群と絞りを有する後方光学系と、
を有し、
該前方光学系は、該光路合成手段までの左右眼用の光路に配置された、左右の被写体像を時分割により交互に切り替える一対の光量制御手段を有し、
以下の条件を満足することを特徴とする立体撮影用光学系。
−１０．０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −１．５
０．９ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ５．０
但し、 ｆ１ｆ：該第１ｆレンズ群の焦点距離
ｆ１ｂ：該第１ｂレンズ群の焦点距離
ｆｗ：該立体撮影用光学系の広角端焦点距離
ｆｔ：該立体撮影用光学系の望遠端焦点距離
【請求項２】
前記前方光学系は、前記光路偏向手段と前記光路合成手段の間に正の屈折力を有する第２ｆレンズ群を有することを特徴とする、請求項１に記載の立体撮影用光学系。
【請求項３】
前記後方光学系は、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２ｂレンズ群と、像面補正用の第３ｂレンズ群と、絞りと、変倍中固定で正の屈折力を有する第４ｂレンズ群を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の立体撮影用光学系。
【請求項４】
前記後方光学系において、前記第２ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率をβｖｗ、前記第３ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率をβｃｗ、前記第４ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率をβｒｗとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする、請求項３に記載の立体撮影用光学系。
０．１５ ＜ βｖｗ × βｃｗ × βｒｗ ＜ ０．６０
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体撮影用光学系及び撮像装置を備えることを特徴とする立体映像撮影装置。
【請求項１】
左右眼用の２つの異なる視差を有した映像を時系列的に交互に１つの撮像素子に形成する立体撮影用光学系であって、該立体撮影用光学系は、物体側より順に、
一対の負の屈折力を有する第１ｆレンズ群と、一対の光路偏向手段と、２つの光路を同一の光軸上に合成させる光路合成手段とを有する前方光学系と、
変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、変倍時に移動するレンズ群と絞りを有する後方光学系と、
を有し、
該前方光学系は、該光路合成手段までの左右眼用の光路に配置された、左右の被写体像を時分割により交互に切り替える一対の光量制御手段を有し、
以下の条件を満足することを特徴とする立体撮影用光学系。
−１０．０ ＜ ｆ１ｆ / ｆｗ ＜ −１．５
０．９ ＜ ｆ１ｂ / ｆｔ ＜ ５．０
但し、 ｆ１ｆ：該第１ｆレンズ群の焦点距離
ｆ１ｂ：該第１ｂレンズ群の焦点距離
ｆｗ：該立体撮影用光学系の広角端焦点距離
ｆｔ：該立体撮影用光学系の望遠端焦点距離
【請求項２】
前記前方光学系は、前記光路偏向手段と前記光路合成手段の間に正の屈折力を有する第２ｆレンズ群を有することを特徴とする、請求項１に記載の立体撮影用光学系。
【請求項３】
前記後方光学系は、変倍中固定で正の屈折力を有する第１ｂレンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第２ｂレンズ群と、像面補正用の第３ｂレンズ群と、絞りと、変倍中固定で正の屈折力を有する第４ｂレンズ群を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の立体撮影用光学系。
【請求項４】
前記後方光学系において、前記第２ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率をβｖｗ、前記第３ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率をβｃｗ、前記第４ｂレンズ群の広角端、物体距離無限遠における結像倍率をβｒｗとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とする、請求項３に記載の立体撮影用光学系。
０．１５ ＜ βｖｗ × βｃｗ × βｒｗ ＜ ０．６０
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体撮影用光学系及び撮像装置を備えることを特徴とする立体映像撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１３３０１５（Ｐ２０１２−１３３０１５Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３４９２（Ｐ２０１０−２８３４９２）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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