立体画像撮像装置
【課題】立体画像撮像装置により仮想的に形成される瞳の間隔を変化させることなく、輻輳位置を調整できるようにする。
【解決手段】被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系を備える。また、複数の独立した光学系により、対物光学系１０の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系２０を備える。さらに、複数の結像光学系２０により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子２０２を備える。その上で、結像光学系２０および／または撮像素子２０２の配置位置に対する対物光学系１０の相対的な配置位置または、対物光学系１０の配置位置に対する、結像光学系２０および／または撮像素子２０２の相対的な配置位置を変化させることにより輻輳位置を調整する。
【解決手段】被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系を備える。また、複数の独立した光学系により、対物光学系１０の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系２０を備える。さらに、複数の結像光学系２０により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子２０２を備える。その上で、結像光学系２０および／または撮像素子２０２の配置位置に対する対物光学系１０の相対的な配置位置または、対物光学系１０の配置位置に対する、結像光学系２０および／または撮像素子２０２の相対的な配置位置を変化させることにより輻輳位置を調整する。
【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、立体画像撮影時のフォーカス調整技術に関する。
【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。立体画像の撮像方法としては、ハーフミラーを使用して撮影を行うビームスプリッタ方式（ハーフミラー方式）や、物理的に並べて設置した２台の撮像装置で撮影を行うサイドバイサイド方式（並立２眼式）等の方法が知られている。これらの方式では、撮像装置をリグ（Ｒｉｇ）と称される架台に搭載して撮影を行うため、撮像装置の装着の自由度が高くなる。例えば、立体映像を撮影する２つのレンズのレンズ間距離（基線長；以下、ＩＡＤ:InterAxial Distanceと称する）や、輻輳（Convergence）や、画角などを高い自由度で選ぶことができる。
【０００３】
ところが、自由度が高い一方、立体画像撮像装置をリグに搭載するために、撮影毎の設定および調整に非常な労力と時間を要するという問題点があった。また、特にビームスプリッタ方式のリグは大変に大掛かりな装置となり、フィールドでの撮影や取材用途には適さないといった問題もある。
【０００４】
こういった問題を解決するために、サイドバイサイド方式で撮影を行う２台の２Ｄ映像撮影用カメラを一つの筐体に作り込んだ、いわゆる一体型の２眼３Ｄカメラを構成することも行われている。このように構成された一体型２眼３Ｄカメラは、組み立てる必要が無くアライメントの調整（左右のカメラの光軸調整）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。
【０００５】
しかしながら、このような一体型２眼３Ｄカメラは、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、２眼のそれぞれの光学系やイメージャがお互いに物理的に干渉するため、ＩＡＤを、光学系やイメージャの配置位置により定まる一定の距離より短くすることができない。このため、例えば被写体に非常に近接して撮影を行うようなケースにおいては、被写体に輻輳を合わせることで視差量をゼロに調整しても、被写体の後方にある背景画像の視差量が過大となるため、人が快適に３Ｄ映像を視聴できるときの視差の範囲を超えてしまう。
【０００６】
被写体と立体撮像装置との距離が非常に近接するケースとしては、例えば人物のインタビュー撮影や、スポーツ中継におけるバックヤードでの撮影時等が考えられる。このような場合、被写体と撮像装置との距離は１〜２ｍ程度となり、輻輳点も１〜２ｍの距離に合わせることになる。このような場合の、人が快適に３Ｄ映像を視聴できる範囲内に視差を収めるのに最も有用なＩＡＤは、１０ｍｍ〜４０ｍｍであると言われている。しかし、現状の一体型２眼３Ｄカメラでは、そのような短いＩＡＤを、画質や機能を保ったまま、すなわちレンズの径やイメージャのサイズを小さくすることなく実現することは困難な状況にある。
【０００７】
前述したビームスプリッタ方式で撮影を行う場合は、２台の撮像装置が互いに物理的に干渉しないため、ＩＡＤを非常に短くすることも可能となる。ところが、上述したように、撮影毎の設定および調整に非常な労力と時間を要するという問題があり、人物のインタビュー撮影や、スポーツ中継におけるバックヤードでの撮影に適さないという問題は依然として残る。
【０００８】
例えば特許文献１には、カメラのフォーカス点が２眼の輻輳点に合致した状態のまま輻輳点を任意の位置に調整可能な立体画像撮影装置が記載されている。このような装置を使用すれば、ＩＡＤを人の眼幅と同じ広さとして撮影をすることも可能となり、近接での撮影を行う場合にも、自然な立体感を得られる映像を撮影することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１で開示された内容を解析すると、対物光学系を具備したことにより、結像光学系の瞳に対応する仮想的な瞳が、結像光学系の瞳より被写体側（物体側）に形成されると考えられる。仮想的な瞳とは、被写体から出射される光線のうち、対物光学系を通過して結像光学系のレンズ中心を通過するすべての光線が通過する点である。すなわち、結像光学系の撮像素子に形成される映像は、その仮想的な瞳を瞳として撮影された映像と等価な映像となる。（以下、この仮想的な瞳のことを「実効瞳」と称する）したがって、２つの実効瞳間の距離が、この立体画像撮像装置の実質的なＩＡＤ（以下、実効ＩＡＤと称する）であると言える。
【００１１】
実効ＩＡＤは、対物光学系の焦点距離や、対物光学系の後側主点から結像光学系の前側主点までの距離等のパラメータの値によって変化する。そして、実効ＩＡＤが大きく変化した場合には、立体画像撮像装置によって取得される視差画像における視差量も大きく変化することになる。特許文献１には、像の立体感を調整する手法が記載されているが、そもそも実効ＩＡＤという概念自体についての記載がない。よって、実効ＩＡＤを大きく変化させないように輻輳点の形成位置の調整を行う手法も記載されていない。このため、特許文献１に記載の手法で輻輳位置の調整を行った場合には、その調整に伴って実効ＩＡＤが大きく変化してしまう可能性もあり得る。すなわち、視聴中に像の立体感が大きく変化するような、視聴者に負荷を与えるような立体画像が撮影されてしまう可能性がある。
【００１２】
本開示はかかる点に鑑みてなされたものであり、立体画像撮像装置により形成される仮想的な瞳の間隔を殆ど変化させることなく、輻輳点の形成位置を調整できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本開示の立体画像撮像装置は、被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系を備える。また、複数の独立した光学系により、対物光学系の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系を備える。さらに、複数の結像光学系に対応して設けられ、複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子を備える。その上で、結像光学系および／または撮像素子の配置位置に対する対物光学系の相対的な配置位置または、対物光学系の配置位置に対する、結像光学系および／または撮像素子の相対的な配置位置を変化させることにより輻輳点の形成位置を調整する。輻輳点は、複数の結像光学系の各光軸が交差する位置または、複数の結像光学系の前側主点と撮像素子の中心とを結ぶ線同士が交差する位置に形成される。この輻輳点の形成位置の調整は、対物光学系の後側主点から結像光学系の前側主点までの間の対物光学系の光軸方向の距離における、対物光学系の焦点距離と、対物光学系の焦点から結像光学系の前側主点までの対物光学系の光軸方向における距離との比率が略一定となるように行う。
【００１４】
このように構成および制御することで、輻輳点の形成位置を変化させた場合にも、仮想的な瞳の間隔を定めるパラメータである、対物光学系の後側主点と結像光学系の前側主点までの距離に対する、対物光学系の焦点距離の比率は変化しなくなる。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、仮想的な瞳の間隔を殆ど変化させずに輻輳位置の調整を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の立体画像撮像装置の概要を示す概略図である。
【図２】本開示の立体画像撮像装置により形成される実効瞳および実効ＩＡＤについて説明する説明図である。
【図３】本開示の一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構成例を示す概略図であり、（ａ）は対物光学系を撮像部に近い位置に配置した例を示し、（ｂ）は、（ａ）に示した位置から撮像部から離れる方向に、対物光学系を移動させた例を示す。
【図５】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）は可変焦点光学素子の曲率半径を大きくした例を示し、（ｂ）は、可変焦点光学素子の曲率半径を（ａ）に示したものより小さく変化させた例を示す。
【図６】本開示の第３の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、（ａ）は、空間像の一番後ろ側に輻輳点が形成されるような位置に撮像部を配置した例を示し、（ｂ）は、撮像部を（ａ）に示した位置より前方に移動させた例を示す。
【図７】本開示の第４の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、（ａ）は、空間像の一番前側に輻輳点が形成されるような角度に撮像部を配置した例を示し、（ｂ）は、撮像部を、（ａ）に示した角度より対物光学系の光軸から乖離する方向に傾けた例を示す。
【図８】本開示の第５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、撮像素子の配置における結像光学系の光軸からのシフト量を少なくした場合の例を示し、（ｂ）は、結像光学系の光軸からのシフト量を（ａ）に示した量よりも大きくした場合の例を示す。
【図９】本開示の第６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）は輻輳角可変レンズを結像光学系の光軸から離れた位置にシフトさせた例を示し、（ｂ）は、輻輳角可変レンズを（ａ）に示した位置より対物光学系の光軸側にシフトさせた例を示し、（ｃ）は、撮像素子を、結像光学系から離れる方向に（ａ）および（ｂ）に示した位置から移動させた例を示す。
【図１０】本開示の変形例による、対物光学系の光軸以外の軸上に輻輳点を設定する場合の立体画像撮像装置の構成例を示す概略図である。
【図１１】本開示の変形例による、対物光学系の光軸以外の軸上に輻輳点を設定する場合の立体画像撮像装置の構成例を示す概略図である。
【図１２】本開示の変形例による、撮像部を複数設けた場合の立体画像撮像装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．立体画像撮像装置の構成例
２．立体画像撮像装置により形成される実効瞳について
３．実効ＩＡＤを殆ど変化させずに輻輳位置および／またはフォーカス位置を調整する手法について
４．第１の実施の形態（対物光学系をその光軸方向に移動することで輻輳位置の調整を行う例）
５．第２の実施の形態（対物光学系のレンズに可変焦点光学素子を使用し、その焦点距離可変機能を用いて輻輳位置の調整を行う例）
６．第３の実施の形態（撮像部全体を移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）
７．第４の実施の形態（撮像部の姿勢を制御することにより輻輳位置の調整を行う例）
８．第５の実施の形態（結像光学系のレンズ位置に対して撮像素子の位置をシフトさせて配置した上で、撮像素子の位置のみを移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）
９．第６の実施の形態（輻輳角を可変できるレンズを使用して輻輳点の調整を行い、撮像素子の位置を移動させることでフォーカス位置の調整を行う構成の例）
１０．第１〜第６の実施の形態の変形例
【００１８】
＜１．立体画像撮像装置の構成例＞
図１に、本開示の立体画像撮像装置１の構成例を示す。まず、図１に示す立体画像撮像装置１を参照して、以下に説明する第１〜第４の実施の形態に共通する立体画像撮像装置１の基本的な構成について説明する。図１に示す立体画像撮像装置１は、対物光学系１０と、２つの撮像部２Ｒと２Ｌとを備える。対物光学系１０は、図示しない被写体Ｓを実像として結像する機能を有する。撮像部２Ｒと２Ｌは、対物光学系１０の異なる位置から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させ、結像した画像を画像信号に変換する。撮像部２Ｒは、結像光学系２０Ｒと撮像素子２０２Ｒとを有し、撮像部２Ｌは、結像光学系２０Ｌと撮像素子２０２Ｌとを有する。
【００１９】
なお、図１に示す例では説明をわかり易くするために、対物光学系１０を、焦点距離ｆの薄肉レンズであるものとしている。実際の対物光学系１０は、多数枚・多群のレンズやフィルタ、絞り、レンズ駆動機構などから構成されているものとする。さらに、これらの機構に加えて、ズーム機能や焦点調節機能、その他の機能があってもよい。結像光学系２０Ｒ，２０Ｌも、実際は多数枚・多群のレンズやフィルタや絞り、またモータなどのレンズ駆動機構などから構成されており、ズーム機能や焦点調節機能やその他の機能があってもよい。
【００２０】
図１に示す構成では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒおよび結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが同一平面上に存在するように、対物光学系１０と結像光学系２０Ｒ，２０Ｌとを配置している。撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとは、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが、対物光学系の光軸Ａｘ１上で交差するように配置している。また、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとは、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を挟んで対称な位置に配置されている。
【００２１】
そして、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが空間像Ｓ′上で交差する点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２の輻輳点ｃとなる。図１に示した例では、対物光学系１０の焦点Ｆから距離δだけずれた位置に輻輳点ｃが設定されている。撮像部２Ｒ（２Ｌ）における結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）と撮像素子２０２Ｒ（２０２Ｌ）との位置関係は、輻輳点ｃの位置に最適な結像が得られるような位置に予め調整されているものとする。なお、以下の説明において、撮像部内のそれぞれの構成について、左（Ｌ）と右（Ｒ）における配置または動作が同一の場合等、左右を特に区別して説明する必要がない場合には、単に撮像部２、結像光学系２０、撮像素子２０２、結像光学系２０の前側主点ｓ、光軸Ａｘ２のように表記して説明する。
【００２２】
また、立体画像撮像装置１は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）のレンズを駆動するモータ２１０Ｒ（２１０Ｌ）と、撮像素子２０２Ｒ（２０２Ｌ）の位置を移動させる撮像素子位置制御部２１１Ｒ（２１１Ｌ）を備える。また、撮像部２Ｒ（２Ｌ）の姿勢を可変させるカメラ姿勢制御部２１２Ｒ（２１２Ｌ）を備える。さらに、レンズ駆動用のモータ２１０Ｒと２１０Ｌや撮像素子位置制御部２１１Ｒと２１１Ｌ、カメラ姿勢制御部２１２Ｒと２１２Ｌに対して制御信号を供給する制御部５を備える。なお、立体画像撮像装置１がこれらの各部をすべて備えるように構成してもよいが、後述する実施の形態に応じて最小限の構成のみを備えるようにしてもよい。
【００２３】
このように構成した立体画像撮像装置１によれば、無限遠に在る被写体Ｓの像は対物光学系１０の後ろ側の焦点位置Ｆに結像し、有限距離にある被写体Ｓの像は、その対物光学系１０からの距離に応じて焦点Ｆより後方（撮像素子２０２Ｒ，２０２Ｌ側）に結像する。なお、説明の便宜上、対物光学系１０と結像光学系２０Ｒおよび２０Ｌによって実像が形成される場合を例に挙げているが、これに限定されるものではない。
【００２４】
＜２．立体画像撮像装置１によって形成される実効瞳について＞
次に、立体画像撮像装置１によって形成される実効瞳について、図２を参照して説明する。図２は、被写体Ｓから放射される光線のうちの、結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズの主点を通過する光線の辿る経路を示す光路図である。図２では、これらの光線を、被写体Ｓの異なる３つの位置から放射される３本の光線で代表して示している。結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲを通過する光線は破線で示してあり、結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬを通過する光線は実線で示してある。
【００２５】
被写体Ｓから放射された光線は、対物光学系１０を通過すると、対物光学系１０と結像光学系２０Ｒ，２０Ｌとの間で結像する。結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズを視点にして眺めると、あたかもその位置に物体があるように見えるため、この位置にできる像は空間像Ｓ′と称される。この空間像Ｓ′の形成位置を通過した光線は、２つの結像光学系２０Ｒ，２０Ｌに導かれて撮像素子２０２Ｒおよび撮像素子２０２Ｌの撮像面（図示略）上に結像し、それぞれが視差画像となる。
【００２６】
また、被写体Ｓから放射された光線は、もし結像光学系２０Ｒ，２０Ｌの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、結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズ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。結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズの中心から放射された光線は、空間像Ｓ′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′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。
【００２７】
つまり、この一点は、結像光学系２０Ｒ，２０Ｌ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、結像光学系２０Ｒの撮像素子２０２Ｒの撮像面および、に結像光学系２０Ｌの撮像素子２０２Ｌの撮像面結像される映像は、この「一点」を実質的な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（実効瞳ＥＰ）であると考えられる。したがって、左右の結像光学系２０Ｒと２０Ｌによって形成される各実効瞳ＥＰ間の距離は、立体画像撮像装置１における実質的なＩＡＤ（以下、実効ＩＡＤｅｄと称する）であると言える。
【００２８】
実効ＩＡＤｅｄは、下記の式１で表現される。
実効ＩＡＤｅｄ＝ｆ／（Ｌ−ｆ）×ｄ …（式１）
上記式１において、“ｆ”は対物光学系１０の焦点距離であり、“Ｌ”は対物光学系１０の後側主点ｒと、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲおよび結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬまでの、対物光学系１０の光軸Ａｘ１方向における距離である。なお、図２で示したように、対物光学系１０のレンズを薄肉レンズとして理想化した場合は前側主点と後側主点の区別はなく、前側主点と後側主点は一致する。“ｄ”は、結像光学系２０Ｒと結像光学系２０Ｌの配置位置により定まる物理的なＩＡＤ（以下、ＩＡＤｄと称する）である。
【００２９】
例えば、対物光学系１０の焦点距離ｆが７０ｍｍであり、距離Ｌが３７０ｍｍであるとする。また、結像光学系２０Ｒと結像光学系２０Ｌとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を対称軸として距離ｄ＝６０ｍｍだけ離して配置したものとする（ＩＡＤｄ＝６０ｍｍ）。この場合、実効ＩＡＤｅｄは、上記式１により１４ｍｍと算出される。つまり、本開示の立体画像撮像装置１によれば、実効ＩＡＤｅｄが、物理的なＩＡＤｄ（６０ｍｍ）に比べてｆ／（Ｌ−ｆ）倍だけ短く（１４ｍｍ）なる。
【００３０】
したがって、対物光学系１０の焦点距離ｆと距離Ｌとを、以下の式２を満たす値に設定すれば、結像光学系２０Ｒと２０Ｌの配置位置により求まる物理的なＩＡＤｄよりも、実効ＩＡＤｅｄを短くすることができる。なお、以下の式では、対物光学系１０のレンズとして凸レンズを使用しており、その焦点距離ｆが正（ｆ＞０）であることを前提としている。
ｆ／（Ｌ−ｆ）≦１ …（式２）
【００３１】
＜３．実効ＩＡＤを変化させずに輻輳位置（および／またはフォーカス位置）を調整する手法について＞
図１に戻って、立体画像撮像装置１による輻輳点の形成位置（以下、輻輳位置とも称する）の調整方法について説明する。ここでは、実効ＩＡＤを変化させずに輻輳位置（および／またはフォーカス位置）の調整を行う手法の概要を説明し、輻輳位置調整方法の具体的な例については、第１〜第６の実施の形態として後述する。
【００３２】
図１において、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬとの間の距離（物理的なＩＡＤ）を距離ｄとし、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）から対物光学系１０の光軸Ａｘ１に下ろした垂線の、光軸Ａｘ１との交点を交点ｘとしてある。また、対物光学系１０の焦点Ｆと交点ｘとの間の距離は、距離Ａとしてある。
【００３３】
また、対物光学系１０の焦点Ｆと結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）のレンズの前側主点ｓＲ（ｓＬ）とを結ぶ線を実線で示してあり、この線と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角をθとしている。結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の光軸Ａｘ２Ｒ（Ａｘ２Ｌ）と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角は、θ′としてある。
【００３４】
結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬの位置は、ある撮影距離にある被写体Ｓを撮影する際に最適な視差量が得られる位置に調整されているものとする。つまり、両結像光学系の主点間距離により定まる物理的なＩＡＤｄは、任意の距離に設定されているものとする。この状態で、空間像Ｓ′の任意の位置に輻輳位置を調整する場合を考える。
【００３５】
結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとがなす角度である輻輳角θ′を変化させることによって、輻輳点ｃの形成位置を変化させる場合には、以下の制御を行う。それにより、実効ＩＡＤｅｄを変化させずに輻輳位置を変更できる。つまり、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の光軸Ａｘ２Ｒ（Ａｘ２Ｌ）と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角θ′を、以下の（式３）を満たす角度に調整する。
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ）） …（式３）
【００３６】
なお、輻輳点ｃを所望の位置に調整した場合にも、その後にフォーカスの調整が行われることで、実効ＩＡＤｅｄが変化してしまうことがある。実効ＩＡＤｅｄを変化させないためには、フォーカスの調整によって、“ｔａｎθ＝ｄ／２Ａ”が変化しないような制御を行えばよい。つまり、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）から対物光学系１０の光軸Ａｘ１に下ろした垂線の長さ（ｄ／２）と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とその垂線との交点ｘから対物光学系１０の焦点Ｆまでの長さ（距離Ａ）との比が一定となるように、フォーカス調整を行えばよい。
【００３７】
例えば、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬの位置を固定としてフォーカスの調整を行えば、距離Ａや垂線ｄ／２の長さも変化することがなくなる。もしくは、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）の位置を移動させてフォーカスの調整を行う場合には、その移動を、対物光学系１０の焦点Ｆと各結像光学系２０の前側主点ｓとを結ぶ直線に沿って行うようにする。これにより、“ｔａｎθ＝ｄ／２Ａ”を一定に保つことができる。
【００３８】
なお、図３に示すように、各結像光学系２０の各光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となるように立体画像撮像装置１を構成した場合にも、同様の制御を行うことで、実効ＩＡＤｅｄ（図２参照）を変化させずに輻輳位置の調整を行うことができる。図３に示す構成は、第５の実施の形態および第６の実施の形態に共通するものである。図３に示した構成では、各結像光学系２０の主面が対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直となるように、各結像光学系２０のレンズを配置している。また、各撮像素子２０２を、その撮像面を対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直とした状態で、かつ、各結像光学系２０の各光軸Ａｘ２からシフト量ｖだけシフトした位置に配置している。このシフトは、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から離れる方向に行っている。
【００３９】
立体画像撮像装置１をこのように構成した場合には、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと撮像素子２０２Ｒの中心を通る光線と、結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬと撮像素子２０２Ｌの中心を通る光線とが交差する位置に、輻輳点ｃが形成される。したがって、輻輳角を変化させることによる輻輳位置の調整は、例えば、各撮像素子２０２のシフト量ｖを調整することによって実現可能となる。この場合は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）と撮像素子２０２Ｒ（２０２Ｌ）の中心を通る光線と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とがなす角度θ′が、上述した式３を満たすよう制御する。これにより、実効ＩＡＤｅｄを変化させることなく輻輳位置を変化させることができる。
【００４０】
図３に示す構成においても、輻輳位置の調整後にフォーカス調整が行われた場合には、図１に示した例と同様に実効ＩＡＤｅｄが変化してしまう。したがって、実効ＩＡＤｅｄを変化させないためには、以下に示すような手法でフォーカス調整を行う必要がある。
【００４１】
図３に示す構成においてフォーカス調整を行う手法としては、例えば、各撮像素子２０２を動かして、各結像光学系２０の前側主点ｓから撮像素子の撮像面までの距離である距離ｗを可変させる手法が考えられる。すなわち、各撮像素子２０２を、結像光学系２０の前側主点ｓと撮像素子２０２の中心を通る線上で移動させることにより、フォーカスの位置が変化する。このとき、各撮像素子２０２の移動を、各結像光学系２０の前側主点ｓの位置を固定した状態で行えば、上述した“ｔａｎθ＝ｄ／２Ａ”が変化することがなくなる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄを変化させることなくフォーカス調整を行うことができる。
【００４２】
各撮像素子２０２のシフト量ｖの調整による輻輳位置の調整と、距離ｗの調整によるフォーカス調整を同時に行う場合には、シフト量ｖ／距離ｗの比率を守った上で調整を行う必要がある。具体的には、まず、輻輳点ｃの形成位置により定まる、対物光学系１０の焦点Ｆから輻輳点ｃまでの距離δに基づいて、距離ｗとシフト量ｖを算出する。そして、これらの距離ｗとシフト量ｖにより定まる位置に、各撮像素子２０２を移動させる。距離ｗは、以下の式４により算出することができる。
１／ｗ＝１／ｆｒ−１／（Ａ−δ）… （式４）
上記式４において、“ｆｒ”は各結像光学系２０の焦点距離を示す。なお、上記式４では、（Ａ−δ）＞ｆｒであることを前提としている。距離δは、輻輳点ｃを形成したい空間像Ｓ′上の位置を決めることにより定まる。また、距離δと、あらかじめ定められている距離Ａと距離ｄ／２を上述した式３に代入することにより、各結像光学系２０の主点ｓと撮像素子２０２の中心とを通る直線と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角θ′が求まる。そして、式４により算出される距離ｗに角θ′を乗算することで、シフト量ｖが求められる。このようにして求められた距離ｗとシフト量ｖにより定まる位置に各撮像素子２０２を移動させることで、実効ＩＡＤｅｄを変化させることなく、フォーカス位置と輻輳位置とを同時に変えることができる。
【００４３】
図１と図３に示した構成のいずれにおいても、フォーカス調整を行う際には、結像光学系２０Ｒにおける距離Ａと結像光学系２０Ｌにおける距離Ａとが常に同じ値となるように、結像光学系２０Ｒと結像光学系２０Ｌとの調整を連動して行うようにする。ここでいう（すなわち、各結像光学系２０における）フォーカス調整とは、物体面（フォーカス面）を有限距離の範囲内で移動させる調整を指す。すなわち、対物光学系１０を含んだトータル（全体）の光学系ではなく、結像光学系２０（および／または撮像素子２０２）で行える範囲の調整を指す。これは、以下で説明する各実施の形態にも共通するものとする。
【００４４】
次に、本開示の立体画像撮像装置１による輻輳位置調整方法について説明する。輻輳位置の調整方法としては、大きく２つの方法が考えられる。一つは、所定の位置に設定された輻輳点に対して、空間像Ｓ′の形成位置の方を移動させることにより、結果として空間像Ｓ′に対する輻輳点の相対的な位置を変化させる方法である。もう一つは、輻輳角を可変させることにより、輻輳位置を変化させる方法である。前者の手法の実現手段を第１〜第３の実施の形態として説明し、後者の手法の実現手段を第４〜第６の実施の形態として説明する。
＜４．第１の実施の形態（対物光学系をその光軸方向に移動することで輻輳位置の調整を行う例）＞
図４（ａ）および図４（ｂ）は、本開示の第１の実施の形態による立体画像撮像装置１−１の構成例を示す概略図である。立体画像撮像装置１−１の構成および配置は、図１に示したものと同一である。すなわち、１つの対物光学系１０と２つの撮像部２Ｒ，２Ｌで構成され、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとを、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。これらの光軸の交点は、対物光学系１０の焦点Ｆから距離δだけ離れた位置に形成されている。空間像Ｓ′においてこの交点と対応する位置に形成された像は、両眼視差ゼロの画像として左右の撮像部２Ｌと２Ｒによって取得される。つまり、この交点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２の輻輳点ｃとなる。対物光学系１０は、凹レンズと凸レンズとを含むレンズ群で構成されている。詳細については後述するが、対物光学系１０の焦点距離ｆを短くすることを目的として、このような構成をとっている。
【００４５】
なお、立体画像撮像装置１−１の配置を、図３に示したような配置としてもよい。すなわち、各結像光学系２０の各光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となるように配置してもよい。本実施の形態においては、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２または、各結像光学系２０の前側主点ｓと各撮像素子２０２の中心を結ぶ線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差するように立体画像撮像装置１−１が構成されていればよい。つまり、各撮像部２の構成等については、その形態を問わない。
【００４６】
次に、同じく図４（ａ）と図４（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−１による輻輳位置調整動作について説明する。対物光学系１０のレンズの一部または対物光学系１０全体を対物光学系１０の光軸Ａｘ１の方向に移動すると、これに伴い、空間像Ｓ′の形成位置も対物光学系１０の光軸Ａｘ１上を移動する。例えば、対物光学系１０の全体を被写体Ｓ側（物体側）に移動させる（対物光学系１０のレンズ鏡筒（図示略）を繰り出す）と、図４（ｂ）に示すように、空間像Ｓ′の形成位置も同じく物体側に移動する。各結像光学系２０および、各結像光学系２０に対応する各撮像素子２０２により構成される各撮像部２の配置に変化が無ければ、交点（輻輳点ｃ）の形成位置は変わらない。このため、この輻輳点ｃに対する空間像Ｓ′の形成位置は、被写体（物体）側に移動する。言い換えると、空間像Ｓ′の形成位置に対して、輻輳点ｃが相対的に後方（光の出射側）に移動することになる。
【００４７】
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、輻輳点ｃの形成される位置（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。なお、対物光学系１０の繰り出し量は、対物光学系１０により形成された空間像Ｓ′の奥行き方向の長さの範囲内で、空間像Ｓ′の形成位置を移動させる程度の量となる。例えば、焦点距離ｆが５０ｍｍのレンズであれば、１〜２ｍｍ程度の繰り出し量で、空間像Ｓ′を任意の位置に移動させることができる。すなわち、輻輳位置を任意の位置に調整することができる。
【００４８】
上述した第１の実施の形態による輻輳位置調整方法では、厳密に言うと、実効ＩＡＤｅｄはわずかながらも変化する。対物光学系１０を繰り出す動作によって、実効ＩＡＤｅｄを定めるパラメータの一つである「距離Ｌ」が変化するためである。「距離Ｌ」とは、前述したように、各結像光学系２０の前側主点ｓから対物光学系１０の光軸Ａｘ１に下ろした垂線と光軸Ａｘ１との交点から、対物光学系１０の焦点Ｆまでの距離である。実効ＩＡＤｅｄは、上述した式１によって算出できる。しかし、立体画像撮像装置１−１による輻輳位置調整の際に対物光学系１０のレンズを繰り出す量は１〜２ｍｍ程度であるため、実効ＩＡＤｅｄに与える影響は非常に小さいものと考えられる。
【００４９】
輻輳位置調整が実効ＩＡＤｅｄに与える影響をより小さくするには、焦点距離ｆが短くなるように対物光学系１０を構成するとよい。焦点距離ｆが短くなることで、空間像Ｓ′の奥行き方向の長さを短くすることができるため、対物光学系１０のレンズの繰り出し量をより少なくすることが可能となる。もしくは、各撮像部２における撮影距離を長くとって撮影を行うことで、繰り出し量の変化が与える距離Ｌに対する影響をより小さくすることができる。また、対物光学系１０のレンズとして、フォーカス調整によって前側主点ｓの位置が殆ど変化しないレンズを採用すれば、「距離Ｌ」を変化させずに空間像Ｓ′の形成位置を変えることができる。フォーカス調整によって前側主点ｓの位置が殆ど変化しないレンズには、インナーフォーカス方式のレンズやリアフォーカス方式のレンズ等がある。
【００５０】
上述した第１の実施の形態によれば、対物光学系１０の全体または一部のレンズを移動させる（レンズ鏡筒を繰り出す操作を行う）ことで、輻輳位置を容易に調整することができる。つまり、対物光学系１０による結像位置の調整動作を行うだけで、輻輳位置を任意の位置に調整することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、対物光学系１０の全体または一部のレンズを移動させるため、輻輳位置とフォーカス位置とが同時に可変される。これにより、撮影者が立体画像を撮影する際の設定に必要な工数を減らすことができるため、立体画像の撮影を容易に行えるようになる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、対物光学系１０の全体または一部のレンズを移動させるため、被写体Ｓと撮像部２の間の距離を変化させることなく、任意の位置に輻輳位置を調整することができる。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、実効ＩＡＤｅｄを殆ど変化させることなく、輻輳位置を調整することができる。すなわち、撮影される画像の立体感を変えることなく、輻輳位置を可変させることができる。
【００５４】
また、本実施の形態の立体画像撮像装置１−１によれば、物理的なＩＡＤｄだけでなく、対物光学系１０の焦点距離ｆや各結像光学系２０の配置位置等の様々なパラメータを選ぶことによって、立体画像撮像装置の実質的なＩＡＤを選ぶことができる。さらに、対物光学系１０の焦点距離ｆと距離Ｌとを、上述した式２を満たす値に設定すれば、結像光学系２０Ｒと２０Ｌの配置位置により求まる物理的なＩＡＤｄよりも、実効ＩＡＤｅｄを短くすることができる。
【００５５】
＜５．第２の実施の形態（対物光学系のレンズに可変焦点光学素子を使用し、その焦点距離可変機能を用いて輻輳位置の調整を行う例）＞
本開示の第２の実施の形態による立体画像撮像装置１−２について、図５（ａ）と図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）と図５（ｂ）において、図１や図４と対応する箇所には同一の符号を付してあり、詳細な説明は省略する。立体画像撮像装置１−２では、対物光学系１０−１を、１枚の凸レンズ１０−１ａと可変焦点光学素子１０−１ｂとで構成している。可変焦点光学素子１０−１ｂとしては、例えば、流す電気の電圧によって光の屈折率を変えることができる液体レンズ等を用いることができる。
【００５６】
撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとは、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。すなわち、２つの光軸Ａｘ２が交差してできる交点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２における輻輳点ｃとなる。なお、立体画像撮像装置１−２においても、撮像部２Ｒと２Ｌの配置は図５（ａ）および（ｂ）に示した例に限定されるものではない。図３に示した配置のように、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になるように配置してもよい。つまり、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２または、各結像光学系２０の前側主点ｓと各撮像素子２０２の中心を結ぶ線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差するように各撮像部２が配置されていればよい。
【００５７】
次に、同じく図５（ａ）と図５（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−２による輻輳位置調整方法について説明する。立体画像撮像装置１−２では、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率を変化させて対物光学系１０−１の焦点距離ｆを可変することにより、空間像Ｓ′の形成位置を移動させる。対物光学系１０−１の焦点距離ｆは、凸レンズ１０−１ａの焦点距離ｆ１と可変焦点光学素子１０−１ｂの焦点距離ｆ２の合成焦点距離ｆとして示される。したがって、対物光学系１０−１の焦点距離ｆは、以下の式５で表される。
焦点距離ｆ＝（ｆ１＊ｆ２）／（ｆ１＋ｆ２−ｄｓ） …（式５）
上記式において、“ｄｓ”は、凸レンズ１０−１ａの主面と可変焦点光学素子１０−１ｂの主面との間の距離を示す。
【００５８】
図５（ｂ）には、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率半径を、図５（ａ）に示した状態から小さく変化させた場合の例を示している。曲率を変化させた場合の可変焦点光学素子１０−１ｂの焦点距離をｆ２′とすると、焦点距離ｆ２′は焦点距離ｆ２よりも短くなる。凸レンズ１０−１ａとの焦点距離ｆは、上述したように、上記の式５により算出される。したがって、２つのレンズの主点間の距離ｄｓが固定であるとすると、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率半径が小さくなる（レンズが厚くなる）ことによって、対物光学系１０−１の合成焦点距離ｆも短くなる。
【００５９】
そして、対物光学系１０−１の焦点距離ｆが短くなることにより、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側に移動する。撮像部２Ｒと２Ｌの配置は固定であり、輻輳点ｃの位置も移動しないため、輻輳点ｃに対する空間像Ｓ′の相対的な位置が変化することで、輻輳点ｃの空間像Ｓ′における位置が可変する。
【００６０】
上述した第２の実施の形態の立体画像撮像装置１−２によれば、第１の実施の形態により得られる効果として説明した効果と同様の効果を得ることができる。また、立体画像撮像装置１−２では、レンズ位置を移動させて結像位置を変化するのではなく、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率を変化させて対物光学系１０−１の焦点距離ｆを変えることにより、結像位置を可変する。つまり、レンズ位置を移動させる場合と比較して、焦点距離ｆを変化させるために必要な「可変」の絶対量が、非常に少なくなる。したがって、焦点距離ｆの可変を実現するための可動部の等価質量が、第１の実施の形態に示したレンズ位置を移動させる構成に比べて、大幅に小さくなる。これにより、フォーカス制御の応答周波数を高くすることができるため、フォーカスの可変や輻輳位置の可変を非常に高速に行えるようになる。すなわち、動きの速い被写体Ｓにも、フォーカスと輻輳位置を追従させることが可能となる。
【００６１】
＜６．第３の実施の形態（撮像部全体を移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）＞
本開示の第３の実施の形態による立体画像撮像装置１−３ついて、図６（ａ）と図６（ｂ）を参照して説明する。立体画像撮像装置１−３の構成および配置は、図１や図４に示したものと同一である。すなわち、１つの対物光学系１０と２つの撮像部２Ｒ，２Ｌで構成され、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとを、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。すなわち、２つの光軸Ａｘ２が交差する交点が各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２における輻輳点ｃとなる。なお、立体画像撮像装置１−３においても、図３に示した配置のように、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になるように、各撮像部２を配置してもよい。つまり、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２または、各結像光学系２０の前側主点ｓと各撮像素子２０２の中心を結ぶ線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差するように各撮像部２が配置されていればよい。
【００６２】
次に、同じく図６（ａ）と図６（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−３による輻輳位置調整方法について説明する。本実施の形態では、各撮像部２全体を前後方向に移動させることにより空間像Ｓ′の形成位置を変化させ、輻輳点ｃの被写体（空間像Ｓ′）における位置を可変する。各撮像部２の移動は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）を通る、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に平行な線Ｌｎに沿って行うようにする。この線Ｌｎは、図６においては破線で示してある。
【００６３】
対物光学系１０は動かさずに固定とすることで、空間像Ｓ′の位置も固定となる。その状態で、上述した手法で各撮像部２を前後方向に移動させることにより、輻輳点ｃの形成位置もそれに追従して移動する。図６（ａ）は、輻輳点ｃが、空間像Ｓ′の後側（結像光学系２０側）に形成されている状態を示したものである。この状態から、各撮像部２を被写体側に移動させることにより、輻輳点ｃの形成位置も同様に被写体側に移動する。
【００６４】
上述した第３の実施の形態によれば、フォーカス調整作業とは独立して輻輳位置調整作業を行えるようになる。また、フォーカス調整作業だけでなく、物理的なＩＡＤｄの調整やズーミング調整等の他の調整とも独立して、輻輳位置の調整を行うことができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態によれば、実効ＩＡＤｅｄを変化させずに輻輳位置を調整することができる。また、第１の実施の形態により得られる効果と同様の効果として、様々なパラメータを選ぶことにより実効ＩＡＤｅｄを決定することができる効果や、実効ＩＡＤｅｄを物理的なＩＡＤｄより短くできる効果も得ることができる。
【００６６】
なお、立体画像撮像装置１−３において、各撮像部２をパンフォーカス（ディープフォーカス）カメラとして構成することで、フォーカス位置調整動作を行う必要がなくなる。このように構成することで、立体画像撮像装置１−３の構成をより簡略化することができる。また、各撮像部２をパンフォーカス（ディープフォーカス）カメラとして構成すれば、被写界深度が深い状態で撮影が行われるため、フォーカスが合っている範囲も非常に広くなる。これにより、フォーカスが合っていないボケた状態の被写体が融像されてしまうことを防げる。さらに、左右の撮像部２で取得される視差画像において、同一の被写体Ｓに対するフォーカス状態の差異が発生しないという効果も得られる。
【００６７】
＜７．第４の実施の形態（撮像部の姿勢を制御することにより輻輳位置の調整を行う例）＞
本開示の第４の実施の形態による立体画像撮像装置１−４について、図７（ａ）と図７（ｂ）を参照して説明する。立体画像撮像装置１−４の構成は、図１に示した構成と基本的に同一である。すなわち、１つの対物光学系１０と２つの撮像部２Ｒ，２Ｌで構成され、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとを、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。すなわち、２つの光軸Ａｘ２が交差した交点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２における輻輳点ｃとなる。輻輳点ｃは、対物光学系の焦点Ｆより距離δだけ離れた位置に設定されている。各結像光学系２０の前側主点ｓの位置は、対物光学系焦点Ｆから光軸Ａｘ１上を距離Ａだけ離れた位置であり、かつ、光軸Ａｘ１から垂直方向に距離ｄ／２だけ離れた位置に配置されている。
【００６８】
立体画像撮像装置１−４による輻輳位置調整は、撮像部２の姿勢を制御することにより行う。具体的には、各結像光学系２０の前側主点ｓを中心に各カメラ姿勢制御部２１２が各撮像部２を回動させることにより、輻輳位置を調整する。図７（ｂ）には、撮像部２Ｒと２Ｌの姿勢が、それぞれ図７（ａ）に示した状態よりも内側（対物光学系１０の光軸Ａｘ１側）に傾いた状態が示されている。このように各撮像部２を回動させることにより、輻輳点ｃの形成位置が、図７（ａ）に示した位置より後側に移動する。これに伴って、対物光学系１０の焦点Ｆからの輻輳点ｃまでの距離δも長くなっている。
【００６９】
空間像Ｓ′上の任意の点に輻輳位置が合うように距離δの値を調整するには、各撮像部２を回動させる角度も制御する必要がある。具体的には、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とがなす角θ′を、前述した式３（角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ）））により定まるθ′となるように、各撮像部２の回動を制御する。フォーカスを最短撮影距離に合わせる場合には距離δの値が大きくなるため、上記式に示される関係により角θ′も大きくなる。フォーカスを無限遠に合わせる場合には距離δはゼロとなるため、角θ′は最も小さな角度となる。
【００７０】
上述した第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄをまったく変化させることなく、輻輳位置の調整を行うことができる。また、各各撮像部２をパンフォーカス（ディープフォーカス）カメラとして構成すれば、各撮像部２を回動させることにより各撮像部２の姿勢を変化させる制御を行うのみで、輻輳位置を可変できるようになる。このように構成することで、輻輳位置を可変させる可動部を直動案内機構として構成した場合と比べて、可動部の駆動に必要なパワーも少なくすることができる。したがって、立体画像撮像装置１−４における消費電力量も減少させることができるため、バッテリー（図示略）の消費量も少なく抑えることができる。
【００７１】
なお、立体画像撮像装置１−４を、手ぶれ補正機能を有する撮像装置に適用してもよい。この場合には、各撮像素子２０２を物理的にシフトさせるのではなく、撮像素子２０２が画像を撮像面から読み出す読み出し範囲を電気的にシフトすることにより、輻輳位置の調整を行うことができる。
【００７２】
＜８．第５の実施の形態（結像光学系のレンズ位置に対して撮像素子の位置をシフトさせて配置した上で、撮像素子の位置のみを移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）＞
第５の実施の形態による立体画像撮像装置１−５について、図８（ａ）と図８（ｂ）とを参照して説明する。立体画像撮像装置１−５の構成および配置は、図３に示したものと同一である。つまり、一枚の理想レンズで示した対物光学系１０と、２つの撮像部２Ｒ，２Ｌとを備える構成としてあり、各結像光学系２０の配置を、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になる位置に配置している。さらに、各撮像素子２０２は、その撮像面が対物光学系１０の光軸Ａｘ１に垂直となるようにその角度が調整されている。さらに、各撮像素子２０２の中心位置が、結像光学系２０の光軸Ａｘ２からシフトさせた位置に配置されるように、各撮像素子２０２を配置している。シフトの方向は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から乖離する方向としてある。各撮像素子２０２のシフトの量ｖは、各結像光学系２０の後側主点ｓと撮像素子２０２の中心とを結ぶ直線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上の交点ｃで交差するような量に調整されている。
【００７３】
次に、同じく図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−５による輻輳位置調整動作について説明する。輻輳点位置の制御は、各結像光学系２０に対して各撮像素子２０２をシフトすることで行われる。つまり、図３を参照して説明したように、各撮像素子２０２の結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対するシフト量ｖを可変することで、輻輳点ｃの形成位置（対物光学系１０の焦点Ｆからの距離δ）を可変することができる。
【００７４】
上述した第５の実施の形態によれば、第３（第４）の実施の形態により得られる効果と同様の効果が得られる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄをまったく変化させることなく、輻輳位置の調整を行うことができる。また、本実施の形態によれば、各撮像素子２０２の位置を変化させるのみで輻輳位置を可変できるため、第３の実施の形態で示した例のように、各撮像部２全体を移動させる場合と比べて、輻輳位置を可変させるための可動部の等価質量を小さくすることができる。すなわち、可動部の駆動に必要なパワーも少なくすることができるため、立体画像撮像装置１−５における消費電力量も減少させることができる。これにより、バッテリーの消費量も少なく抑えることができる。
【００７５】
また、上述した第５の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、左右の視差画像においてそのフォーカス面が同一となるという効果が得られる。左右の視差画像においてそのフォーカス面が同一となれば、輻輳角がついた状態でも、左右の撮像部２Ｌと２Ｒの取得画像における台形歪みの発生がなくなる。したがって、台形歪みを取るための画像処理を行うことなく、良好な視差画像を得ることができる。
【００７６】
＜９．第６の実施の形態（輻輳角を可変できるレンズを使用して輻輳点の調整を行い、撮像素子の位置を移動させることでフォーカス位置の調整を行う構成の例）＞
第６の実施の形態による立体画像撮像装置１−６について、図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して説明する。立体画像撮像装置１−６は、一枚の理想レンズで示した対物光学系１０と、２つの撮像部２Ｒα，２Ｌαとを備える構成としてある。各撮像部２αは、結像光学系２０αと撮像素子２０２とで構成される。各結像光学系２０の配置は、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になる配置としている。
【００７７】
結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）は、凹レンズよりなる輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）と、２つの凸レンズとを含む構成としている。輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）は、結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対して、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から垂直方向に所定の距離だけシフトした位置に配置されている。シフトの方向は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から乖離する方向としてある。この輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）で結像光学系２０の光軸が屈曲することにより、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上の交点ｃで交差している。輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）のシフト量は、任意の値に設定できるようになっている。
【００７８】
次に、同じく図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して、立体画像撮像装置１−６による輻輳位置調整動作について説明する。各結像光学系２０の光軸Ａｘ２の屈曲量は、各輻輳角可変レンズ２０４の配置位置のシフト量に比例する。つまり、各輻輳角可変レンズ２０４の配置位置を変化させることで、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２の屈曲量、すなわち、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角度が変化する。この角度が変化することで、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとの交点に形成される輻輳点ｃの、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上での形成位置も変わる。したがって、立体画像撮像装置１−６では、輻輳角可変レンズ２０４の配置位置を変えることで、そのシフト量に応じて輻輳位置を変化させることができる。
【００７９】
図９（ａ）と図９（ｂ）は、各結像光学系２０の輻輳角可変レンズ２０４をシフトさせた場合の、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２上での輻輳角可変レンズ２０４の位置の変化を示した図である。図９（ａ）では、各輻輳角可変レンズ２０４の位置を、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２に対して、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から大きく離れた位置に配置している。このように配置したことにより、光線が凹レンズで構成される輻輳角可変レンズ２０４の下端近くを通るようになるため、光の屈折率が大きくなる。これにより、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と交差する位置が、空間像Ｓ′の後方（結像光学系２０側）となる。
【００８０】
図９（ｂ）に示すように、各輻輳角可変レンズ２０４の配置位置を、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に近づく方向（下方向）にシフトさせると、輻輳角は小さくなり、輻輳点ｃも空間像Ｓ′の前方（被写体Ｓ側）に形成されるようになる。つまり、輻輳角可変レンズ２０４の位置を対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直方向に上下にシフトさせることで、そのシフト量に応じて輻輳点ｃの形成位置を調整することができる。なお、輻輳角可変レンズ２０４のシフト量は、輻輳点ｃの形成位置が、空間像Ｓ′の形成される範囲内となるように調整するものとする。つまり、本実施の形態による立体画像撮像装置１−６によれば、輻輳点ｃの可変範囲ｖｒは、空間像Ｓ′の形成される奥行き方向の長さと同一となる。
【００８１】
また、立体画像撮像装置１−６では、各撮像素子２０２が、その撮像面が各結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対して垂直となる角度で配置されている。このため、フォーカスの調整も、各撮像素子２０２の位置を結像光学系２０の光軸Ａｘ２上で前後させる動作により実現することができる。図９（ｃ）には、各撮像素子２０２の位置を、図９（ｂ）に示した位置より後方に移動させた場合の例を示してある。このように、各撮像素子２０２の位置を後方に移動させることにより、この移動に伴って、フォーカス面ｆｐも空間像Ｓ′上を後方に移動する。
【００８２】
上述した第６の実施の形態によれば、第３〜第５の実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄをまったく変化させることなく、輻輳位置の調整を行うことができる。また、本実施の形態によれば、輻輳角可変レンズ２０４のみを駆動させることにより輻輳位置の調整が行えるため、輻輳位置の調整に必要な可動部の等価質量を小さくすることができる。すなわち、可動部の駆動に必要なパワーも少なくすることができるため、立体画像撮像装置１−６における消費電力量も減少させることができる。これにより、バッテリーの消費量も少なく抑えることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、フォーカス調整の際に、各撮像素子２０２を同一姿勢で同一方向へ移動させる制御を行う。つまり、左右の撮像素子２０２Ｌと２０２Ｒとを一体的に移動させることが可能である。そのため、同一の部材上に撮像素子２０２Ｒと２０２Ｌとを固着して、対物光学系１０の光軸Ａｘ１及び結像光学系２０αの光軸Ａｘ２と平行に移動することが可能となる。これにより、立体画像撮像装置の機構を簡略化することができるだけでなく、左右の撮像素子２０２Ｌと２０２Ｒの撮像面を同一の面上に維持することも容易となる。したがって、経時変化等に対する信頼性の確保が容易となるという効果も得られる。
【００８４】
さらに、第２の実施の形態や第５の実施の形態と同様に、撮像素子２０２の撮像面が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対して垂直を維持するので、フォーカス面ｆｐも同様に、光軸Ａｘ１および光軸Ａｘ２に対して垂直となる。これにより、左右の視差画像のフォーカス面が同一となる。このため、輻輳がついた状態で撮影を行っていても、撮像部２Ｒαと２Ｌαによる左右の各取得画像において台形歪みが発生することが無くなる。したがって、後段での特別な画像処理を必要することなく、良好な視差画像を得ることができる。
【００８５】
＜１０．第１〜第６の実施の形態の変形例＞
なお、上述した各実施の形態では、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差させる場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。図１０に示すように、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２と結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行な軸Ａｘ３上で交差させるように立体画像撮像装置１′を構成してもよい。軸Ａｘ３は、図１０において長破線で示してある。この軸Ａｘ３は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）と対物光学系１０の光軸Ａｘとを含む平面上にあるものとする。
【００８６】
なお、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と軸Ａｘ３との間の距離であるΔは、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２と結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとの交点である輻輳点ｃを配置する位置（光軸Ａｘ１に対して垂直の方向における上下の位置）によって、その値が変化する。各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が軸Ａｘ３に平行になるように各結像光学系２０を配置した場合には、各結像光学系２０の後側主点と各撮像素子２０２の中心とを結ぶ各直線が軸Ａｘ３上で交わった点が、輻輳点ｃとなる。
【００８７】
立体画像撮像装置１′をこのように構成した場合には、上述した各実施の形態で説明した各部の配置位置や移動の調整（輻輳位置調整）を、軸Ａｘ３に対して行うようにすればよい。具体的には、対物光学系１０の焦点Ｆから軸Ａｘ３上に降ろした垂線（第２の垂線）と軸Ａｘ３とが交わる交点ｘ′（第２の交点）と、各結像光学系２０の前側主点ｓとを結ぶ線分の長さが互いに同じ値となるように、ペアとなる各結像光学系２０および／または、各撮像素子２０２を連動させてフォーカスの調整を行う。
【００８８】
また、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の光軸Ａｘ２Ｒ（Ａｘ２Ｌ）と軸Ａｘ３とのなす角度θ′を可変させてフォーカスの調整を行う場合には、角度θ′が上述した式３の式を満たすように各撮像部２の姿勢の調整または、各結像光学系２０の位置または各撮像素子２０２の位置を調整する。なお、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が軸Ａｘ３に平行になるように各結像光学系２０を配置した場合には、角度θ′は、結像光学系２０の前側主点ｓと撮像素子２０２の中心とを通る直線と、軸Ａｘ３とがなす角度として示される。
【００８９】
上記式において、“ｄ”は対をなす各結像光学系２０のレンズ間距離である。したがって、“ｄ／２”は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）から軸Ａｘ３へ下ろした垂線（第３の垂線）の長さとなる。また、“Ａ”は、第３の垂線と軸Ａｘ３とが交わる交点ｘ′′（第３の交点）と交点ｘ′とを結ぶ線分の長さである。“δ”は、輻輳点ｃと交点ｘ′とを結ぶ線分の長さである。
【００９０】
なお、図１０では、軸Ａｘ３を、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）と対物光学系１０の光軸Ａｘとを含む平面上に設けた例を挙げたが、これに限定されるものではない。つまり、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）とを含む平面と、軸Ａｘ３と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とを含む平面とが、同一とならないような位置に、軸Ａｘ３を配置してもよい。すなわち、軸Ａｘ３は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となる位置であれば、光軸Ａｘ１を中心とした３６０°のいずれの位置に配置してもよい。
【００９１】
図１１には、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）とを含む三角形で示した平面ｐ１と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と軸Ａｘ３とを含む平面ｐ２とが直交するような位置に、軸Ａｘ３を配置した例を示してある。図１１においては、撮像部２Ｒと２Ｌおよび対物光学系１０を、筒状の形状で簡略的に示している。なお、図１１に示す対物光学系１０は、凸レンズで形成されているものとする。
【００９２】
図１１では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直方向で上の方向に距離Δだけ離れた位置に、軸Ａｘ３を設定している。つまり、軸Ａｘ３上に輻輳点（交点ｃ）が形成されるように、結像光学系２０Ｒと２０Ｌとを配置している。このように配置した場合には、撮像部２Ｒに対応する実効瞳ＥｐＲおよび撮像部２Ｌに対応する実効瞳ＥｐＬは、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直方向の下方向にずれた位置に形成される。対物光学系１０の光軸Ａｘ１から距離Δ′だけ平面ｐ２上を下方向にずれた位置に形成される軸を軸Ａｘ４とすると、例えば撮像部２Ｒに対応する実効瞳ＥｐＲであれば、軸Ａｘ４から右側の方向に距離ｅｄ′だけずれた位置に形成される。図１１に示す例では、対物光学系１０に凸レンズを使用した場合を想定しているため、各実効瞳Ｅｐが形成される位置は、軸Ａｘ４を挟んで、実際の撮像部２Ｒと２Ｌの配置位置とは左右反対の位置となる。
【００９３】
また、上述した実施の形態では、撮像部２を左右の視差画像取得用に２台設けた例を挙げているが、これに限定されるものではない。３つ以上の複数の撮像部２を設ける構成に適用することも可能である。図１２は、撮像部２を８個設けた例を挙げたものである。対物光学系１０の光軸Ａｘ１上に撮像部２−１を配置してあり、撮像部２−１を挟んで左右対称の位置に、撮像部２−２と撮像部２−３とを配置している。さらに、撮像部２−２と撮像部２−３の外側（光軸Ａｘ１から離れる方向）にも、撮像部２−４と撮像部２−５を配置している。これらの各撮像部２の各結像光学系２０の前側主点ｓは、すべて同一の平面上に配置されている。すなわち、これらの前側主点ｓと輻輳点ｃとを含む平面ｐ３上に配置されている。また、撮像部２−１を挟んで上下対称の位置にも、撮像部２−６と撮像部２−７とを配置している。撮像部２−６と撮像部２−７におけるそれぞれの主点ｓは、平面３に対して垂直な角度をなす同一の平面ｐ４上に配置されているものとする。また、平面ｐ３にも平面ｐ４にも属さない位置（図面の左上の位置）にも、撮像部２−８を配置している。
【００９４】
これらの撮像部２−１〜２−８の配置（角度）は、その光軸Ａｘ２あるいは、その前側主点ｓと撮像素子２０２の中心とを結ぶ線が、交点（輻輳点ｃ）で交わるような位置に調整されている。このように配置することにより、例えば撮像部２−２に対応する実効瞳Ｅｐ−２は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から右斜め下の方向に距離ｅｄ′だけずれた位置に形成される。
【００９５】
複数の撮像部２をこのように配置した場合には、フォーカス調整を行う際は、撮像部２−２と２−３、撮像部２−４と２−５、撮像部２−６と２−７を、それぞれ対にして連動して制御させればよい。
【００９６】
また、上述した各実施の形態では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１または、軸Ａｘ３を挟んで対称の位置にある撮像部２同士をペアとして、各撮像部２内の各結像光学系２０および／または、それに対応する各撮像素子２０２を連動して制御する場合を例に挙げた。しかし、本開示を、これらを連動せずに制御する形態に適用してもよい。ただしこの場合も、上述したような、垂線ｄ／２と線分Ａの長さの比が一定となるようにフォーカス調整を行う必要がある。この制御を行うことにより、各撮像部２に対応する各実効瞳Ｅｐの形成位置が、フォーカスの調整に伴って変化してしまうことがなくなる。
【００９７】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系と、
複数の独立した光学系により、前記対物光学系の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系に対応して設けられ、前記複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子と、
前記対物光学系の後側主点から前記結像光学系の前側主点までの間の前記対物光学系の光軸方向の距離における、前記対物光学系の焦点距離と、前記対物光学系の焦点から前記結像光学系の前側主点までの前記対物光学系の光軸方向における距離との比率が略一定となるように、前記結像光学系および／または前記撮像素子の配置位置に対する前記対物光学系の相対的な配置位置または、前記前記対物光学系の配置位置に対する、前記結像光学系および／または前記撮像素子の相対的な配置位置を変化させることによって、前記複数の結像光学系の各光軸が交差する位置または、前記複数の結像光学系の前側主点と前記撮像素子の中心とを結ぶ線同士が交差する位置に形成される輻輳点の位置を調整する制御部とを備えた
立体画像撮像装置。
（２）前記対物光学系が前記被写体を前記実像として結像する場合の焦点距離の値を正とし、前記対物光学系が前記被写体を前記虚像として結像する場合の焦点距離の値を負とした場合に、前記対物光学系の焦点距離（ｆ）と、前記対物光学系の後側主点と前記結像光学系の前側主点までの水平方向における距離（Ｌ）とが、下記式を満たす値に設定される
｜ｆ／（Ｌ−ｆ）｜≦１
（１）に記載の立体画像撮像装置。
（３）前記制御部は、前記対物光学系を、当該対物光学系の光軸上を前後方向に移動させることにより、前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（４）前記対物光学系は、複数のレンズ群により構成され、
前記制御部は、前記対物光学系のレンズ群全体またはその一部の位置を調整することにより前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）〜（３）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（５）前記対物光学系のレンズの一部に、焦点距離を変更可能な可変焦点光学素子を用い、
前記制御部は、前記可変焦点光学素子の焦点距離変更機能によって前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（６）前記制御部は、前記複数の結像光学系と前記撮像素子とを含む撮像部の姿勢を、前記結像光学系の前側主点を中心に回動させることにより前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（７）前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記対物光学系の光軸へ下ろした垂線の長さをｄ／２とし、前記垂線と前記対物光学系の光軸とが交わる交点と前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをＡとし、前記各結像光学系の各光軸が前記対物光学系の光軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをδとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
（６）記載の立体画像撮像装置。
（８）前記複数の結像光学系の光軸同士が、前記対物光学系の光軸と平行な所定の位置に設けられた軸上で交わるように前記複数の結像光学系が配置され、
前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記各結像光学系の各光軸が前記軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点から前記軸に下ろした第２の垂線と前記軸との交点である第２の交点とを結ぶ線分の長さをδとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記軸へ下ろした第３の垂線の長さをｄ／２とし、前記第２の交点と前記第３の垂線と前記軸との交点である第３の交点とを結ぶ線分の長さをＡとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
（６）記載の立体画像撮像装置。
（９）前記複数の結像光学系は、その光軸が前記対物光学系の光軸と並行になるように配置され、前記複数の撮像素子は、その撮像面が前記対物光学系の光軸と垂直となる角度で、前記結像光学系の光軸から所定量シフトした位置に配置され、
前記制御部は、前記撮像素子の位置を前記結像光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（１０）前記各結像光学系のレンズの一つとして凹レンズを使用し、
前記制御部は、前記凹レンズを前記対物光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
【符号の説明】
【００９８】
１，１−１〜１−６，１′…立体画像撮像装置、２，２−１〜２−８，２Ｌ，２Ｒ…撮像部、５…制御部、１０，１０−１…対物光学系、１０−１ａ…凸レンズ，１０−１ｂ…可変焦点光学素子、２０，２０Ｌ，２０Ｒ…結像光学系、２０２，２０２Ｌ，２０２Ｒ…撮像素子、２０４，２０４Ｌ，２０４Ｒ…輻輳角可変レンズ、２０５…フォーカシングレンズ、２１０Ｌ，２１０Ｒ…モータ、２１１Ｌ，２１１Ｒ…撮像素子位置制御部、２１２Ｌ，２１２Ｒ…カメラ姿勢制御部、Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ２Ｌ，Ａｘ２Ｒ…光軸、Ａｘ３，Ａｘ４…軸、ｆ１，ｆ２，ｆ２′…焦点距離、ｐ１〜ｐ４…平面、ｘ，ｘ′，ｘ′′…交点
【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、立体画像撮影時のフォーカス調整技術に関する。
【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。立体画像の撮像方法としては、ハーフミラーを使用して撮影を行うビームスプリッタ方式（ハーフミラー方式）や、物理的に並べて設置した２台の撮像装置で撮影を行うサイドバイサイド方式（並立２眼式）等の方法が知られている。これらの方式では、撮像装置をリグ（Ｒｉｇ）と称される架台に搭載して撮影を行うため、撮像装置の装着の自由度が高くなる。例えば、立体映像を撮影する２つのレンズのレンズ間距離（基線長；以下、ＩＡＤ:InterAxial Distanceと称する）や、輻輳（Convergence）や、画角などを高い自由度で選ぶことができる。
【０００３】
ところが、自由度が高い一方、立体画像撮像装置をリグに搭載するために、撮影毎の設定および調整に非常な労力と時間を要するという問題点があった。また、特にビームスプリッタ方式のリグは大変に大掛かりな装置となり、フィールドでの撮影や取材用途には適さないといった問題もある。
【０００４】
こういった問題を解決するために、サイドバイサイド方式で撮影を行う２台の２Ｄ映像撮影用カメラを一つの筐体に作り込んだ、いわゆる一体型の２眼３Ｄカメラを構成することも行われている。このように構成された一体型２眼３Ｄカメラは、組み立てる必要が無くアライメントの調整（左右のカメラの光軸調整）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。
【０００５】
しかしながら、このような一体型２眼３Ｄカメラは、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、２眼のそれぞれの光学系やイメージャがお互いに物理的に干渉するため、ＩＡＤを、光学系やイメージャの配置位置により定まる一定の距離より短くすることができない。このため、例えば被写体に非常に近接して撮影を行うようなケースにおいては、被写体に輻輳を合わせることで視差量をゼロに調整しても、被写体の後方にある背景画像の視差量が過大となるため、人が快適に３Ｄ映像を視聴できるときの視差の範囲を超えてしまう。
【０００６】
被写体と立体撮像装置との距離が非常に近接するケースとしては、例えば人物のインタビュー撮影や、スポーツ中継におけるバックヤードでの撮影時等が考えられる。このような場合、被写体と撮像装置との距離は１〜２ｍ程度となり、輻輳点も１〜２ｍの距離に合わせることになる。このような場合の、人が快適に３Ｄ映像を視聴できる範囲内に視差を収めるのに最も有用なＩＡＤは、１０ｍｍ〜４０ｍｍであると言われている。しかし、現状の一体型２眼３Ｄカメラでは、そのような短いＩＡＤを、画質や機能を保ったまま、すなわちレンズの径やイメージャのサイズを小さくすることなく実現することは困難な状況にある。
【０００７】
前述したビームスプリッタ方式で撮影を行う場合は、２台の撮像装置が互いに物理的に干渉しないため、ＩＡＤを非常に短くすることも可能となる。ところが、上述したように、撮影毎の設定および調整に非常な労力と時間を要するという問題があり、人物のインタビュー撮影や、スポーツ中継におけるバックヤードでの撮影に適さないという問題は依然として残る。
【０００８】
例えば特許文献１には、カメラのフォーカス点が２眼の輻輳点に合致した状態のまま輻輳点を任意の位置に調整可能な立体画像撮影装置が記載されている。このような装置を使用すれば、ＩＡＤを人の眼幅と同じ広さとして撮影をすることも可能となり、近接での撮影を行う場合にも、自然な立体感を得られる映像を撮影することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１で開示された内容を解析すると、対物光学系を具備したことにより、結像光学系の瞳に対応する仮想的な瞳が、結像光学系の瞳より被写体側（物体側）に形成されると考えられる。仮想的な瞳とは、被写体から出射される光線のうち、対物光学系を通過して結像光学系のレンズ中心を通過するすべての光線が通過する点である。すなわち、結像光学系の撮像素子に形成される映像は、その仮想的な瞳を瞳として撮影された映像と等価な映像となる。（以下、この仮想的な瞳のことを「実効瞳」と称する）したがって、２つの実効瞳間の距離が、この立体画像撮像装置の実質的なＩＡＤ（以下、実効ＩＡＤと称する）であると言える。
【００１１】
実効ＩＡＤは、対物光学系の焦点距離や、対物光学系の後側主点から結像光学系の前側主点までの距離等のパラメータの値によって変化する。そして、実効ＩＡＤが大きく変化した場合には、立体画像撮像装置によって取得される視差画像における視差量も大きく変化することになる。特許文献１には、像の立体感を調整する手法が記載されているが、そもそも実効ＩＡＤという概念自体についての記載がない。よって、実効ＩＡＤを大きく変化させないように輻輳点の形成位置の調整を行う手法も記載されていない。このため、特許文献１に記載の手法で輻輳位置の調整を行った場合には、その調整に伴って実効ＩＡＤが大きく変化してしまう可能性もあり得る。すなわち、視聴中に像の立体感が大きく変化するような、視聴者に負荷を与えるような立体画像が撮影されてしまう可能性がある。
【００１２】
本開示はかかる点に鑑みてなされたものであり、立体画像撮像装置により形成される仮想的な瞳の間隔を殆ど変化させることなく、輻輳点の形成位置を調整できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本開示の立体画像撮像装置は、被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系を備える。また、複数の独立した光学系により、対物光学系の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系を備える。さらに、複数の結像光学系に対応して設けられ、複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子を備える。その上で、結像光学系および／または撮像素子の配置位置に対する対物光学系の相対的な配置位置または、対物光学系の配置位置に対する、結像光学系および／または撮像素子の相対的な配置位置を変化させることにより輻輳点の形成位置を調整する。輻輳点は、複数の結像光学系の各光軸が交差する位置または、複数の結像光学系の前側主点と撮像素子の中心とを結ぶ線同士が交差する位置に形成される。この輻輳点の形成位置の調整は、対物光学系の後側主点から結像光学系の前側主点までの間の対物光学系の光軸方向の距離における、対物光学系の焦点距離と、対物光学系の焦点から結像光学系の前側主点までの対物光学系の光軸方向における距離との比率が略一定となるように行う。
【００１４】
このように構成および制御することで、輻輳点の形成位置を変化させた場合にも、仮想的な瞳の間隔を定めるパラメータである、対物光学系の後側主点と結像光学系の前側主点までの距離に対する、対物光学系の焦点距離の比率は変化しなくなる。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、仮想的な瞳の間隔を殆ど変化させずに輻輳位置の調整を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の立体画像撮像装置の概要を示す概略図である。
【図２】本開示の立体画像撮像装置により形成される実効瞳および実効ＩＡＤについて説明する説明図である。
【図３】本開示の一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構成例を示す概略図であり、（ａ）は対物光学系を撮像部に近い位置に配置した例を示し、（ｂ）は、（ａ）に示した位置から撮像部から離れる方向に、対物光学系を移動させた例を示す。
【図５】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）は可変焦点光学素子の曲率半径を大きくした例を示し、（ｂ）は、可変焦点光学素子の曲率半径を（ａ）に示したものより小さく変化させた例を示す。
【図６】本開示の第３の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、（ａ）は、空間像の一番後ろ側に輻輳点が形成されるような位置に撮像部を配置した例を示し、（ｂ）は、撮像部を（ａ）に示した位置より前方に移動させた例を示す。
【図７】本開示の第４の実施の形態による立体画像撮像装置の構成例を示す概略図であり、（ａ）は、空間像の一番前側に輻輳点が形成されるような角度に撮像部を配置した例を示し、（ｂ）は、撮像部を、（ａ）に示した角度より対物光学系の光軸から乖離する方向に傾けた例を示す。
【図８】本開示の第５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、撮像素子の配置における結像光学系の光軸からのシフト量を少なくした場合の例を示し、（ｂ）は、結像光学系の光軸からのシフト量を（ａ）に示した量よりも大きくした場合の例を示す。
【図９】本開示の第６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）は輻輳角可変レンズを結像光学系の光軸から離れた位置にシフトさせた例を示し、（ｂ）は、輻輳角可変レンズを（ａ）に示した位置より対物光学系の光軸側にシフトさせた例を示し、（ｃ）は、撮像素子を、結像光学系から離れる方向に（ａ）および（ｂ）に示した位置から移動させた例を示す。
【図１０】本開示の変形例による、対物光学系の光軸以外の軸上に輻輳点を設定する場合の立体画像撮像装置の構成例を示す概略図である。
【図１１】本開示の変形例による、対物光学系の光軸以外の軸上に輻輳点を設定する場合の立体画像撮像装置の構成例を示す概略図である。
【図１２】本開示の変形例による、撮像部を複数設けた場合の立体画像撮像装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．立体画像撮像装置の構成例
２．立体画像撮像装置により形成される実効瞳について
３．実効ＩＡＤを殆ど変化させずに輻輳位置および／またはフォーカス位置を調整する手法について
４．第１の実施の形態（対物光学系をその光軸方向に移動することで輻輳位置の調整を行う例）
５．第２の実施の形態（対物光学系のレンズに可変焦点光学素子を使用し、その焦点距離可変機能を用いて輻輳位置の調整を行う例）
６．第３の実施の形態（撮像部全体を移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）
７．第４の実施の形態（撮像部の姿勢を制御することにより輻輳位置の調整を行う例）
８．第５の実施の形態（結像光学系のレンズ位置に対して撮像素子の位置をシフトさせて配置した上で、撮像素子の位置のみを移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）
９．第６の実施の形態（輻輳角を可変できるレンズを使用して輻輳点の調整を行い、撮像素子の位置を移動させることでフォーカス位置の調整を行う構成の例）
１０．第１〜第６の実施の形態の変形例
【００１８】
＜１．立体画像撮像装置の構成例＞
図１に、本開示の立体画像撮像装置１の構成例を示す。まず、図１に示す立体画像撮像装置１を参照して、以下に説明する第１〜第４の実施の形態に共通する立体画像撮像装置１の基本的な構成について説明する。図１に示す立体画像撮像装置１は、対物光学系１０と、２つの撮像部２Ｒと２Ｌとを備える。対物光学系１０は、図示しない被写体Ｓを実像として結像する機能を有する。撮像部２Ｒと２Ｌは、対物光学系１０の異なる位置から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させ、結像した画像を画像信号に変換する。撮像部２Ｒは、結像光学系２０Ｒと撮像素子２０２Ｒとを有し、撮像部２Ｌは、結像光学系２０Ｌと撮像素子２０２Ｌとを有する。
【００１９】
なお、図１に示す例では説明をわかり易くするために、対物光学系１０を、焦点距離ｆの薄肉レンズであるものとしている。実際の対物光学系１０は、多数枚・多群のレンズやフィルタ、絞り、レンズ駆動機構などから構成されているものとする。さらに、これらの機構に加えて、ズーム機能や焦点調節機能、その他の機能があってもよい。結像光学系２０Ｒ，２０Ｌも、実際は多数枚・多群のレンズやフィルタや絞り、またモータなどのレンズ駆動機構などから構成されており、ズーム機能や焦点調節機能やその他の機能があってもよい。
【００２０】
図１に示す構成では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒおよび結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが同一平面上に存在するように、対物光学系１０と結像光学系２０Ｒ，２０Ｌとを配置している。撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとは、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが、対物光学系の光軸Ａｘ１上で交差するように配置している。また、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとは、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を挟んで対称な位置に配置されている。
【００２１】
そして、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが空間像Ｓ′上で交差する点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２の輻輳点ｃとなる。図１に示した例では、対物光学系１０の焦点Ｆから距離δだけずれた位置に輻輳点ｃが設定されている。撮像部２Ｒ（２Ｌ）における結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）と撮像素子２０２Ｒ（２０２Ｌ）との位置関係は、輻輳点ｃの位置に最適な結像が得られるような位置に予め調整されているものとする。なお、以下の説明において、撮像部内のそれぞれの構成について、左（Ｌ）と右（Ｒ）における配置または動作が同一の場合等、左右を特に区別して説明する必要がない場合には、単に撮像部２、結像光学系２０、撮像素子２０２、結像光学系２０の前側主点ｓ、光軸Ａｘ２のように表記して説明する。
【００２２】
また、立体画像撮像装置１は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）のレンズを駆動するモータ２１０Ｒ（２１０Ｌ）と、撮像素子２０２Ｒ（２０２Ｌ）の位置を移動させる撮像素子位置制御部２１１Ｒ（２１１Ｌ）を備える。また、撮像部２Ｒ（２Ｌ）の姿勢を可変させるカメラ姿勢制御部２１２Ｒ（２１２Ｌ）を備える。さらに、レンズ駆動用のモータ２１０Ｒと２１０Ｌや撮像素子位置制御部２１１Ｒと２１１Ｌ、カメラ姿勢制御部２１２Ｒと２１２Ｌに対して制御信号を供給する制御部５を備える。なお、立体画像撮像装置１がこれらの各部をすべて備えるように構成してもよいが、後述する実施の形態に応じて最小限の構成のみを備えるようにしてもよい。
【００２３】
このように構成した立体画像撮像装置１によれば、無限遠に在る被写体Ｓの像は対物光学系１０の後ろ側の焦点位置Ｆに結像し、有限距離にある被写体Ｓの像は、その対物光学系１０からの距離に応じて焦点Ｆより後方（撮像素子２０２Ｒ，２０２Ｌ側）に結像する。なお、説明の便宜上、対物光学系１０と結像光学系２０Ｒおよび２０Ｌによって実像が形成される場合を例に挙げているが、これに限定されるものではない。
【００２４】
＜２．立体画像撮像装置１によって形成される実効瞳について＞
次に、立体画像撮像装置１によって形成される実効瞳について、図２を参照して説明する。図２は、被写体Ｓから放射される光線のうちの、結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズの主点を通過する光線の辿る経路を示す光路図である。図２では、これらの光線を、被写体Ｓの異なる３つの位置から放射される３本の光線で代表して示している。結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲを通過する光線は破線で示してあり、結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬを通過する光線は実線で示してある。
【００２５】
被写体Ｓから放射された光線は、対物光学系１０を通過すると、対物光学系１０と結像光学系２０Ｒ，２０Ｌとの間で結像する。結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズを視点にして眺めると、あたかもその位置に物体があるように見えるため、この位置にできる像は空間像Ｓ′と称される。この空間像Ｓ′の形成位置を通過した光線は、２つの結像光学系２０Ｒ，２０Ｌに導かれて撮像素子２０２Ｒおよび撮像素子２０２Ｌの撮像面（図示略）上に結像し、それぞれが視差画像となる。
【００２６】
また、被写体Ｓから放射された光線は、もし結像光学系２０Ｒ，２０Ｌの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、結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズ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。結像光学系２０Ｒ，２０Ｌのレンズの中心から放射された光線は、空間像Ｓ′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′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。
【００２７】
つまり、この一点は、結像光学系２０Ｒ，２０Ｌ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、結像光学系２０Ｒの撮像素子２０２Ｒの撮像面および、に結像光学系２０Ｌの撮像素子２０２Ｌの撮像面結像される映像は、この「一点」を実質的な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（実効瞳ＥＰ）であると考えられる。したがって、左右の結像光学系２０Ｒと２０Ｌによって形成される各実効瞳ＥＰ間の距離は、立体画像撮像装置１における実質的なＩＡＤ（以下、実効ＩＡＤｅｄと称する）であると言える。
【００２８】
実効ＩＡＤｅｄは、下記の式１で表現される。
実効ＩＡＤｅｄ＝ｆ／（Ｌ−ｆ）×ｄ …（式１）
上記式１において、“ｆ”は対物光学系１０の焦点距離であり、“Ｌ”は対物光学系１０の後側主点ｒと、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲおよび結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬまでの、対物光学系１０の光軸Ａｘ１方向における距離である。なお、図２で示したように、対物光学系１０のレンズを薄肉レンズとして理想化した場合は前側主点と後側主点の区別はなく、前側主点と後側主点は一致する。“ｄ”は、結像光学系２０Ｒと結像光学系２０Ｌの配置位置により定まる物理的なＩＡＤ（以下、ＩＡＤｄと称する）である。
【００２９】
例えば、対物光学系１０の焦点距離ｆが７０ｍｍであり、距離Ｌが３７０ｍｍであるとする。また、結像光学系２０Ｒと結像光学系２０Ｌとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１を対称軸として距離ｄ＝６０ｍｍだけ離して配置したものとする（ＩＡＤｄ＝６０ｍｍ）。この場合、実効ＩＡＤｅｄは、上記式１により１４ｍｍと算出される。つまり、本開示の立体画像撮像装置１によれば、実効ＩＡＤｅｄが、物理的なＩＡＤｄ（６０ｍｍ）に比べてｆ／（Ｌ−ｆ）倍だけ短く（１４ｍｍ）なる。
【００３０】
したがって、対物光学系１０の焦点距離ｆと距離Ｌとを、以下の式２を満たす値に設定すれば、結像光学系２０Ｒと２０Ｌの配置位置により求まる物理的なＩＡＤｄよりも、実効ＩＡＤｅｄを短くすることができる。なお、以下の式では、対物光学系１０のレンズとして凸レンズを使用しており、その焦点距離ｆが正（ｆ＞０）であることを前提としている。
ｆ／（Ｌ−ｆ）≦１ …（式２）
【００３１】
＜３．実効ＩＡＤを変化させずに輻輳位置（および／またはフォーカス位置）を調整する手法について＞
図１に戻って、立体画像撮像装置１による輻輳点の形成位置（以下、輻輳位置とも称する）の調整方法について説明する。ここでは、実効ＩＡＤを変化させずに輻輳位置（および／またはフォーカス位置）の調整を行う手法の概要を説明し、輻輳位置調整方法の具体的な例については、第１〜第６の実施の形態として後述する。
【００３２】
図１において、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬとの間の距離（物理的なＩＡＤ）を距離ｄとし、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）から対物光学系１０の光軸Ａｘ１に下ろした垂線の、光軸Ａｘ１との交点を交点ｘとしてある。また、対物光学系１０の焦点Ｆと交点ｘとの間の距離は、距離Ａとしてある。
【００３３】
また、対物光学系１０の焦点Ｆと結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）のレンズの前側主点ｓＲ（ｓＬ）とを結ぶ線を実線で示してあり、この線と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角をθとしている。結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の光軸Ａｘ２Ｒ（Ａｘ２Ｌ）と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角は、θ′としてある。
【００３４】
結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬの位置は、ある撮影距離にある被写体Ｓを撮影する際に最適な視差量が得られる位置に調整されているものとする。つまり、両結像光学系の主点間距離により定まる物理的なＩＡＤｄは、任意の距離に設定されているものとする。この状態で、空間像Ｓ′の任意の位置に輻輳位置を調整する場合を考える。
【００３５】
結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとがなす角度である輻輳角θ′を変化させることによって、輻輳点ｃの形成位置を変化させる場合には、以下の制御を行う。それにより、実効ＩＡＤｅｄを変化させずに輻輳位置を変更できる。つまり、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の光軸Ａｘ２Ｒ（Ａｘ２Ｌ）と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角θ′を、以下の（式３）を満たす角度に調整する。
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ）） …（式３）
【００３６】
なお、輻輳点ｃを所望の位置に調整した場合にも、その後にフォーカスの調整が行われることで、実効ＩＡＤｅｄが変化してしまうことがある。実効ＩＡＤｅｄを変化させないためには、フォーカスの調整によって、“ｔａｎθ＝ｄ／２Ａ”が変化しないような制御を行えばよい。つまり、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）から対物光学系１０の光軸Ａｘ１に下ろした垂線の長さ（ｄ／２）と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とその垂線との交点ｘから対物光学系１０の焦点Ｆまでの長さ（距離Ａ）との比が一定となるように、フォーカス調整を行えばよい。
【００３７】
例えば、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬの位置を固定としてフォーカスの調整を行えば、距離Ａや垂線ｄ／２の長さも変化することがなくなる。もしくは、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）の位置を移動させてフォーカスの調整を行う場合には、その移動を、対物光学系１０の焦点Ｆと各結像光学系２０の前側主点ｓとを結ぶ直線に沿って行うようにする。これにより、“ｔａｎθ＝ｄ／２Ａ”を一定に保つことができる。
【００３８】
なお、図３に示すように、各結像光学系２０の各光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となるように立体画像撮像装置１を構成した場合にも、同様の制御を行うことで、実効ＩＡＤｅｄ（図２参照）を変化させずに輻輳位置の調整を行うことができる。図３に示す構成は、第５の実施の形態および第６の実施の形態に共通するものである。図３に示した構成では、各結像光学系２０の主面が対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直となるように、各結像光学系２０のレンズを配置している。また、各撮像素子２０２を、その撮像面を対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直とした状態で、かつ、各結像光学系２０の各光軸Ａｘ２からシフト量ｖだけシフトした位置に配置している。このシフトは、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から離れる方向に行っている。
【００３９】
立体画像撮像装置１をこのように構成した場合には、結像光学系２０Ｒの前側主点ｓＲと撮像素子２０２Ｒの中心を通る光線と、結像光学系２０Ｌの前側主点ｓＬと撮像素子２０２Ｌの中心を通る光線とが交差する位置に、輻輳点ｃが形成される。したがって、輻輳角を変化させることによる輻輳位置の調整は、例えば、各撮像素子２０２のシフト量ｖを調整することによって実現可能となる。この場合は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）と撮像素子２０２Ｒ（２０２Ｌ）の中心を通る光線と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とがなす角度θ′が、上述した式３を満たすよう制御する。これにより、実効ＩＡＤｅｄを変化させることなく輻輳位置を変化させることができる。
【００４０】
図３に示す構成においても、輻輳位置の調整後にフォーカス調整が行われた場合には、図１に示した例と同様に実効ＩＡＤｅｄが変化してしまう。したがって、実効ＩＡＤｅｄを変化させないためには、以下に示すような手法でフォーカス調整を行う必要がある。
【００４１】
図３に示す構成においてフォーカス調整を行う手法としては、例えば、各撮像素子２０２を動かして、各結像光学系２０の前側主点ｓから撮像素子の撮像面までの距離である距離ｗを可変させる手法が考えられる。すなわち、各撮像素子２０２を、結像光学系２０の前側主点ｓと撮像素子２０２の中心を通る線上で移動させることにより、フォーカスの位置が変化する。このとき、各撮像素子２０２の移動を、各結像光学系２０の前側主点ｓの位置を固定した状態で行えば、上述した“ｔａｎθ＝ｄ／２Ａ”が変化することがなくなる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄを変化させることなくフォーカス調整を行うことができる。
【００４２】
各撮像素子２０２のシフト量ｖの調整による輻輳位置の調整と、距離ｗの調整によるフォーカス調整を同時に行う場合には、シフト量ｖ／距離ｗの比率を守った上で調整を行う必要がある。具体的には、まず、輻輳点ｃの形成位置により定まる、対物光学系１０の焦点Ｆから輻輳点ｃまでの距離δに基づいて、距離ｗとシフト量ｖを算出する。そして、これらの距離ｗとシフト量ｖにより定まる位置に、各撮像素子２０２を移動させる。距離ｗは、以下の式４により算出することができる。
１／ｗ＝１／ｆｒ−１／（Ａ−δ）… （式４）
上記式４において、“ｆｒ”は各結像光学系２０の焦点距離を示す。なお、上記式４では、（Ａ−δ）＞ｆｒであることを前提としている。距離δは、輻輳点ｃを形成したい空間像Ｓ′上の位置を決めることにより定まる。また、距離δと、あらかじめ定められている距離Ａと距離ｄ／２を上述した式３に代入することにより、各結像光学系２０の主点ｓと撮像素子２０２の中心とを通る直線と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角θ′が求まる。そして、式４により算出される距離ｗに角θ′を乗算することで、シフト量ｖが求められる。このようにして求められた距離ｗとシフト量ｖにより定まる位置に各撮像素子２０２を移動させることで、実効ＩＡＤｅｄを変化させることなく、フォーカス位置と輻輳位置とを同時に変えることができる。
【００４３】
図１と図３に示した構成のいずれにおいても、フォーカス調整を行う際には、結像光学系２０Ｒにおける距離Ａと結像光学系２０Ｌにおける距離Ａとが常に同じ値となるように、結像光学系２０Ｒと結像光学系２０Ｌとの調整を連動して行うようにする。ここでいう（すなわち、各結像光学系２０における）フォーカス調整とは、物体面（フォーカス面）を有限距離の範囲内で移動させる調整を指す。すなわち、対物光学系１０を含んだトータル（全体）の光学系ではなく、結像光学系２０（および／または撮像素子２０２）で行える範囲の調整を指す。これは、以下で説明する各実施の形態にも共通するものとする。
【００４４】
次に、本開示の立体画像撮像装置１による輻輳位置調整方法について説明する。輻輳位置の調整方法としては、大きく２つの方法が考えられる。一つは、所定の位置に設定された輻輳点に対して、空間像Ｓ′の形成位置の方を移動させることにより、結果として空間像Ｓ′に対する輻輳点の相対的な位置を変化させる方法である。もう一つは、輻輳角を可変させることにより、輻輳位置を変化させる方法である。前者の手法の実現手段を第１〜第３の実施の形態として説明し、後者の手法の実現手段を第４〜第６の実施の形態として説明する。
＜４．第１の実施の形態（対物光学系をその光軸方向に移動することで輻輳位置の調整を行う例）＞
図４（ａ）および図４（ｂ）は、本開示の第１の実施の形態による立体画像撮像装置１−１の構成例を示す概略図である。立体画像撮像装置１−１の構成および配置は、図１に示したものと同一である。すなわち、１つの対物光学系１０と２つの撮像部２Ｒ，２Ｌで構成され、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとを、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。これらの光軸の交点は、対物光学系１０の焦点Ｆから距離δだけ離れた位置に形成されている。空間像Ｓ′においてこの交点と対応する位置に形成された像は、両眼視差ゼロの画像として左右の撮像部２Ｌと２Ｒによって取得される。つまり、この交点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２の輻輳点ｃとなる。対物光学系１０は、凹レンズと凸レンズとを含むレンズ群で構成されている。詳細については後述するが、対物光学系１０の焦点距離ｆを短くすることを目的として、このような構成をとっている。
【００４５】
なお、立体画像撮像装置１−１の配置を、図３に示したような配置としてもよい。すなわち、各結像光学系２０の各光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となるように配置してもよい。本実施の形態においては、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２または、各結像光学系２０の前側主点ｓと各撮像素子２０２の中心を結ぶ線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差するように立体画像撮像装置１−１が構成されていればよい。つまり、各撮像部２の構成等については、その形態を問わない。
【００４６】
次に、同じく図４（ａ）と図４（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−１による輻輳位置調整動作について説明する。対物光学系１０のレンズの一部または対物光学系１０全体を対物光学系１０の光軸Ａｘ１の方向に移動すると、これに伴い、空間像Ｓ′の形成位置も対物光学系１０の光軸Ａｘ１上を移動する。例えば、対物光学系１０の全体を被写体Ｓ側（物体側）に移動させる（対物光学系１０のレンズ鏡筒（図示略）を繰り出す）と、図４（ｂ）に示すように、空間像Ｓ′の形成位置も同じく物体側に移動する。各結像光学系２０および、各結像光学系２０に対応する各撮像素子２０２により構成される各撮像部２の配置に変化が無ければ、交点（輻輳点ｃ）の形成位置は変わらない。このため、この輻輳点ｃに対する空間像Ｓ′の形成位置は、被写体（物体）側に移動する。言い換えると、空間像Ｓ′の形成位置に対して、輻輳点ｃが相対的に後方（光の出射側）に移動することになる。
【００４７】
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、輻輳点ｃの形成される位置（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。なお、対物光学系１０の繰り出し量は、対物光学系１０により形成された空間像Ｓ′の奥行き方向の長さの範囲内で、空間像Ｓ′の形成位置を移動させる程度の量となる。例えば、焦点距離ｆが５０ｍｍのレンズであれば、１〜２ｍｍ程度の繰り出し量で、空間像Ｓ′を任意の位置に移動させることができる。すなわち、輻輳位置を任意の位置に調整することができる。
【００４８】
上述した第１の実施の形態による輻輳位置調整方法では、厳密に言うと、実効ＩＡＤｅｄはわずかながらも変化する。対物光学系１０を繰り出す動作によって、実効ＩＡＤｅｄを定めるパラメータの一つである「距離Ｌ」が変化するためである。「距離Ｌ」とは、前述したように、各結像光学系２０の前側主点ｓから対物光学系１０の光軸Ａｘ１に下ろした垂線と光軸Ａｘ１との交点から、対物光学系１０の焦点Ｆまでの距離である。実効ＩＡＤｅｄは、上述した式１によって算出できる。しかし、立体画像撮像装置１−１による輻輳位置調整の際に対物光学系１０のレンズを繰り出す量は１〜２ｍｍ程度であるため、実効ＩＡＤｅｄに与える影響は非常に小さいものと考えられる。
【００４９】
輻輳位置調整が実効ＩＡＤｅｄに与える影響をより小さくするには、焦点距離ｆが短くなるように対物光学系１０を構成するとよい。焦点距離ｆが短くなることで、空間像Ｓ′の奥行き方向の長さを短くすることができるため、対物光学系１０のレンズの繰り出し量をより少なくすることが可能となる。もしくは、各撮像部２における撮影距離を長くとって撮影を行うことで、繰り出し量の変化が与える距離Ｌに対する影響をより小さくすることができる。また、対物光学系１０のレンズとして、フォーカス調整によって前側主点ｓの位置が殆ど変化しないレンズを採用すれば、「距離Ｌ」を変化させずに空間像Ｓ′の形成位置を変えることができる。フォーカス調整によって前側主点ｓの位置が殆ど変化しないレンズには、インナーフォーカス方式のレンズやリアフォーカス方式のレンズ等がある。
【００５０】
上述した第１の実施の形態によれば、対物光学系１０の全体または一部のレンズを移動させる（レンズ鏡筒を繰り出す操作を行う）ことで、輻輳位置を容易に調整することができる。つまり、対物光学系１０による結像位置の調整動作を行うだけで、輻輳位置を任意の位置に調整することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、対物光学系１０の全体または一部のレンズを移動させるため、輻輳位置とフォーカス位置とが同時に可変される。これにより、撮影者が立体画像を撮影する際の設定に必要な工数を減らすことができるため、立体画像の撮影を容易に行えるようになる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、対物光学系１０の全体または一部のレンズを移動させるため、被写体Ｓと撮像部２の間の距離を変化させることなく、任意の位置に輻輳位置を調整することができる。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、実効ＩＡＤｅｄを殆ど変化させることなく、輻輳位置を調整することができる。すなわち、撮影される画像の立体感を変えることなく、輻輳位置を可変させることができる。
【００５４】
また、本実施の形態の立体画像撮像装置１−１によれば、物理的なＩＡＤｄだけでなく、対物光学系１０の焦点距離ｆや各結像光学系２０の配置位置等の様々なパラメータを選ぶことによって、立体画像撮像装置の実質的なＩＡＤを選ぶことができる。さらに、対物光学系１０の焦点距離ｆと距離Ｌとを、上述した式２を満たす値に設定すれば、結像光学系２０Ｒと２０Ｌの配置位置により求まる物理的なＩＡＤｄよりも、実効ＩＡＤｅｄを短くすることができる。
【００５５】
＜５．第２の実施の形態（対物光学系のレンズに可変焦点光学素子を使用し、その焦点距離可変機能を用いて輻輳位置の調整を行う例）＞
本開示の第２の実施の形態による立体画像撮像装置１−２について、図５（ａ）と図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）と図５（ｂ）において、図１や図４と対応する箇所には同一の符号を付してあり、詳細な説明は省略する。立体画像撮像装置１−２では、対物光学系１０−１を、１枚の凸レンズ１０−１ａと可変焦点光学素子１０−１ｂとで構成している。可変焦点光学素子１０−１ｂとしては、例えば、流す電気の電圧によって光の屈折率を変えることができる液体レンズ等を用いることができる。
【００５６】
撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとは、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。すなわち、２つの光軸Ａｘ２が交差してできる交点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２における輻輳点ｃとなる。なお、立体画像撮像装置１−２においても、撮像部２Ｒと２Ｌの配置は図５（ａ）および（ｂ）に示した例に限定されるものではない。図３に示した配置のように、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になるように配置してもよい。つまり、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２または、各結像光学系２０の前側主点ｓと各撮像素子２０２の中心を結ぶ線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差するように各撮像部２が配置されていればよい。
【００５７】
次に、同じく図５（ａ）と図５（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−２による輻輳位置調整方法について説明する。立体画像撮像装置１−２では、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率を変化させて対物光学系１０−１の焦点距離ｆを可変することにより、空間像Ｓ′の形成位置を移動させる。対物光学系１０−１の焦点距離ｆは、凸レンズ１０−１ａの焦点距離ｆ１と可変焦点光学素子１０−１ｂの焦点距離ｆ２の合成焦点距離ｆとして示される。したがって、対物光学系１０−１の焦点距離ｆは、以下の式５で表される。
焦点距離ｆ＝（ｆ１＊ｆ２）／（ｆ１＋ｆ２−ｄｓ） …（式５）
上記式において、“ｄｓ”は、凸レンズ１０−１ａの主面と可変焦点光学素子１０−１ｂの主面との間の距離を示す。
【００５８】
図５（ｂ）には、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率半径を、図５（ａ）に示した状態から小さく変化させた場合の例を示している。曲率を変化させた場合の可変焦点光学素子１０−１ｂの焦点距離をｆ２′とすると、焦点距離ｆ２′は焦点距離ｆ２よりも短くなる。凸レンズ１０−１ａとの焦点距離ｆは、上述したように、上記の式５により算出される。したがって、２つのレンズの主点間の距離ｄｓが固定であるとすると、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率半径が小さくなる（レンズが厚くなる）ことによって、対物光学系１０−１の合成焦点距離ｆも短くなる。
【００５９】
そして、対物光学系１０−１の焦点距離ｆが短くなることにより、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側に移動する。撮像部２Ｒと２Ｌの配置は固定であり、輻輳点ｃの位置も移動しないため、輻輳点ｃに対する空間像Ｓ′の相対的な位置が変化することで、輻輳点ｃの空間像Ｓ′における位置が可変する。
【００６０】
上述した第２の実施の形態の立体画像撮像装置１−２によれば、第１の実施の形態により得られる効果として説明した効果と同様の効果を得ることができる。また、立体画像撮像装置１−２では、レンズ位置を移動させて結像位置を変化するのではなく、可変焦点光学素子１０−１ｂの曲率を変化させて対物光学系１０−１の焦点距離ｆを変えることにより、結像位置を可変する。つまり、レンズ位置を移動させる場合と比較して、焦点距離ｆを変化させるために必要な「可変」の絶対量が、非常に少なくなる。したがって、焦点距離ｆの可変を実現するための可動部の等価質量が、第１の実施の形態に示したレンズ位置を移動させる構成に比べて、大幅に小さくなる。これにより、フォーカス制御の応答周波数を高くすることができるため、フォーカスの可変や輻輳位置の可変を非常に高速に行えるようになる。すなわち、動きの速い被写体Ｓにも、フォーカスと輻輳位置を追従させることが可能となる。
【００６１】
＜６．第３の実施の形態（撮像部全体を移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）＞
本開示の第３の実施の形態による立体画像撮像装置１−３ついて、図６（ａ）と図６（ｂ）を参照して説明する。立体画像撮像装置１−３の構成および配置は、図１や図４に示したものと同一である。すなわち、１つの対物光学系１０と２つの撮像部２Ｒ，２Ｌで構成され、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとを、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。すなわち、２つの光軸Ａｘ２が交差する交点が各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２における輻輳点ｃとなる。なお、立体画像撮像装置１−３においても、図３に示した配置のように、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になるように、各撮像部２を配置してもよい。つまり、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２または、各結像光学系２０の前側主点ｓと各撮像素子２０２の中心を結ぶ線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差するように各撮像部２が配置されていればよい。
【００６２】
次に、同じく図６（ａ）と図６（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−３による輻輳位置調整方法について説明する。本実施の形態では、各撮像部２全体を前後方向に移動させることにより空間像Ｓ′の形成位置を変化させ、輻輳点ｃの被写体（空間像Ｓ′）における位置を可変する。各撮像部２の移動は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）を通る、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に平行な線Ｌｎに沿って行うようにする。この線Ｌｎは、図６においては破線で示してある。
【００６３】
対物光学系１０は動かさずに固定とすることで、空間像Ｓ′の位置も固定となる。その状態で、上述した手法で各撮像部２を前後方向に移動させることにより、輻輳点ｃの形成位置もそれに追従して移動する。図６（ａ）は、輻輳点ｃが、空間像Ｓ′の後側（結像光学系２０側）に形成されている状態を示したものである。この状態から、各撮像部２を被写体側に移動させることにより、輻輳点ｃの形成位置も同様に被写体側に移動する。
【００６４】
上述した第３の実施の形態によれば、フォーカス調整作業とは独立して輻輳位置調整作業を行えるようになる。また、フォーカス調整作業だけでなく、物理的なＩＡＤｄの調整やズーミング調整等の他の調整とも独立して、輻輳位置の調整を行うことができる。
【００６５】
さらに、本実施の形態によれば、実効ＩＡＤｅｄを変化させずに輻輳位置を調整することができる。また、第１の実施の形態により得られる効果と同様の効果として、様々なパラメータを選ぶことにより実効ＩＡＤｅｄを決定することができる効果や、実効ＩＡＤｅｄを物理的なＩＡＤｄより短くできる効果も得ることができる。
【００６６】
なお、立体画像撮像装置１−３において、各撮像部２をパンフォーカス（ディープフォーカス）カメラとして構成することで、フォーカス位置調整動作を行う必要がなくなる。このように構成することで、立体画像撮像装置１−３の構成をより簡略化することができる。また、各撮像部２をパンフォーカス（ディープフォーカス）カメラとして構成すれば、被写界深度が深い状態で撮影が行われるため、フォーカスが合っている範囲も非常に広くなる。これにより、フォーカスが合っていないボケた状態の被写体が融像されてしまうことを防げる。さらに、左右の撮像部２で取得される視差画像において、同一の被写体Ｓに対するフォーカス状態の差異が発生しないという効果も得られる。
【００６７】
＜７．第４の実施の形態（撮像部の姿勢を制御することにより輻輳位置の調整を行う例）＞
本開示の第４の実施の形態による立体画像撮像装置１−４について、図７（ａ）と図７（ｂ）を参照して説明する。立体画像撮像装置１−４の構成は、図１に示した構成と基本的に同一である。すなわち、１つの対物光学系１０と２つの撮像部２Ｒ，２Ｌで構成され、撮像部２Ｒと撮像部２Ｌとを、互いの光軸Ａｘ２Ｒと光軸Ａｘ２Ｌとが対物光学系の光軸Ａｘ１上の空間像Ｓ′の形成位置上で交差するような位置に配置している。すなわち、２つの光軸Ａｘ２が交差した交点が、各結像光学系２０と対応する撮像素子２０２を含む撮像部２における輻輳点ｃとなる。輻輳点ｃは、対物光学系の焦点Ｆより距離δだけ離れた位置に設定されている。各結像光学系２０の前側主点ｓの位置は、対物光学系焦点Ｆから光軸Ａｘ１上を距離Ａだけ離れた位置であり、かつ、光軸Ａｘ１から垂直方向に距離ｄ／２だけ離れた位置に配置されている。
【００６８】
立体画像撮像装置１−４による輻輳位置調整は、撮像部２の姿勢を制御することにより行う。具体的には、各結像光学系２０の前側主点ｓを中心に各カメラ姿勢制御部２１２が各撮像部２を回動させることにより、輻輳位置を調整する。図７（ｂ）には、撮像部２Ｒと２Ｌの姿勢が、それぞれ図７（ａ）に示した状態よりも内側（対物光学系１０の光軸Ａｘ１側）に傾いた状態が示されている。このように各撮像部２を回動させることにより、輻輳点ｃの形成位置が、図７（ａ）に示した位置より後側に移動する。これに伴って、対物光学系１０の焦点Ｆからの輻輳点ｃまでの距離δも長くなっている。
【００６９】
空間像Ｓ′上の任意の点に輻輳位置が合うように距離δの値を調整するには、各撮像部２を回動させる角度も制御する必要がある。具体的には、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とがなす角θ′を、前述した式３（角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ）））により定まるθ′となるように、各撮像部２の回動を制御する。フォーカスを最短撮影距離に合わせる場合には距離δの値が大きくなるため、上記式に示される関係により角θ′も大きくなる。フォーカスを無限遠に合わせる場合には距離δはゼロとなるため、角θ′は最も小さな角度となる。
【００７０】
上述した第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄをまったく変化させることなく、輻輳位置の調整を行うことができる。また、各各撮像部２をパンフォーカス（ディープフォーカス）カメラとして構成すれば、各撮像部２を回動させることにより各撮像部２の姿勢を変化させる制御を行うのみで、輻輳位置を可変できるようになる。このように構成することで、輻輳位置を可変させる可動部を直動案内機構として構成した場合と比べて、可動部の駆動に必要なパワーも少なくすることができる。したがって、立体画像撮像装置１−４における消費電力量も減少させることができるため、バッテリー（図示略）の消費量も少なく抑えることができる。
【００７１】
なお、立体画像撮像装置１−４を、手ぶれ補正機能を有する撮像装置に適用してもよい。この場合には、各撮像素子２０２を物理的にシフトさせるのではなく、撮像素子２０２が画像を撮像面から読み出す読み出し範囲を電気的にシフトすることにより、輻輳位置の調整を行うことができる。
【００７２】
＜８．第５の実施の形態（結像光学系のレンズ位置に対して撮像素子の位置をシフトさせて配置した上で、撮像素子の位置のみを移動させることにより輻輳位置の調整を行う例）＞
第５の実施の形態による立体画像撮像装置１−５について、図８（ａ）と図８（ｂ）とを参照して説明する。立体画像撮像装置１−５の構成および配置は、図３に示したものと同一である。つまり、一枚の理想レンズで示した対物光学系１０と、２つの撮像部２Ｒ，２Ｌとを備える構成としてあり、各結像光学系２０の配置を、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になる位置に配置している。さらに、各撮像素子２０２は、その撮像面が対物光学系１０の光軸Ａｘ１に垂直となるようにその角度が調整されている。さらに、各撮像素子２０２の中心位置が、結像光学系２０の光軸Ａｘ２からシフトさせた位置に配置されるように、各撮像素子２０２を配置している。シフトの方向は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から乖離する方向としてある。各撮像素子２０２のシフトの量ｖは、各結像光学系２０の後側主点ｓと撮像素子２０２の中心とを結ぶ直線が、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上の交点ｃで交差するような量に調整されている。
【００７３】
次に、同じく図８（ａ）および図８（ｂ）を参照して、立体画像撮像装置１−５による輻輳位置調整動作について説明する。輻輳点位置の制御は、各結像光学系２０に対して各撮像素子２０２をシフトすることで行われる。つまり、図３を参照して説明したように、各撮像素子２０２の結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対するシフト量ｖを可変することで、輻輳点ｃの形成位置（対物光学系１０の焦点Ｆからの距離δ）を可変することができる。
【００７４】
上述した第５の実施の形態によれば、第３（第４）の実施の形態により得られる効果と同様の効果が得られる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄをまったく変化させることなく、輻輳位置の調整を行うことができる。また、本実施の形態によれば、各撮像素子２０２の位置を変化させるのみで輻輳位置を可変できるため、第３の実施の形態で示した例のように、各撮像部２全体を移動させる場合と比べて、輻輳位置を可変させるための可動部の等価質量を小さくすることができる。すなわち、可動部の駆動に必要なパワーも少なくすることができるため、立体画像撮像装置１−５における消費電力量も減少させることができる。これにより、バッテリーの消費量も少なく抑えることができる。
【００７５】
また、上述した第５の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、左右の視差画像においてそのフォーカス面が同一となるという効果が得られる。左右の視差画像においてそのフォーカス面が同一となれば、輻輳角がついた状態でも、左右の撮像部２Ｌと２Ｒの取得画像における台形歪みの発生がなくなる。したがって、台形歪みを取るための画像処理を行うことなく、良好な視差画像を得ることができる。
【００７６】
＜９．第６の実施の形態（輻輳角を可変できるレンズを使用して輻輳点の調整を行い、撮像素子の位置を移動させることでフォーカス位置の調整を行う構成の例）＞
第６の実施の形態による立体画像撮像装置１−６について、図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して説明する。立体画像撮像装置１−６は、一枚の理想レンズで示した対物光学系１０と、２つの撮像部２Ｒα，２Ｌαとを備える構成としてある。各撮像部２αは、結像光学系２０αと撮像素子２０２とで構成される。各結像光学系２０の配置は、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行になる配置としている。
【００７７】
結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）は、凹レンズよりなる輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）と、２つの凸レンズとを含む構成としている。輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）は、結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対して、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から垂直方向に所定の距離だけシフトした位置に配置されている。シフトの方向は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から乖離する方向としてある。この輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）で結像光学系２０の光軸が屈曲することにより、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとが、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上の交点ｃで交差している。輻輳角可変レンズ２０４Ｒ（２０４Ｌ）のシフト量は、任意の値に設定できるようになっている。
【００７８】
次に、同じく図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して、立体画像撮像装置１−６による輻輳位置調整動作について説明する。各結像光学系２０の光軸Ａｘ２の屈曲量は、各輻輳角可変レンズ２０４の配置位置のシフト量に比例する。つまり、各輻輳角可変レンズ２０４の配置位置を変化させることで、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２の屈曲量、すなわち、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とのなす角度が変化する。この角度が変化することで、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとの交点に形成される輻輳点ｃの、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上での形成位置も変わる。したがって、立体画像撮像装置１−６では、輻輳角可変レンズ２０４の配置位置を変えることで、そのシフト量に応じて輻輳位置を変化させることができる。
【００７９】
図９（ａ）と図９（ｂ）は、各結像光学系２０の輻輳角可変レンズ２０４をシフトさせた場合の、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２上での輻輳角可変レンズ２０４の位置の変化を示した図である。図９（ａ）では、各輻輳角可変レンズ２０４の位置を、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２に対して、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から大きく離れた位置に配置している。このように配置したことにより、光線が凹レンズで構成される輻輳角可変レンズ２０４の下端近くを通るようになるため、光の屈折率が大きくなる。これにより、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と交差する位置が、空間像Ｓ′の後方（結像光学系２０側）となる。
【００８０】
図９（ｂ）に示すように、各輻輳角可変レンズ２０４の配置位置を、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に近づく方向（下方向）にシフトさせると、輻輳角は小さくなり、輻輳点ｃも空間像Ｓ′の前方（被写体Ｓ側）に形成されるようになる。つまり、輻輳角可変レンズ２０４の位置を対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直方向に上下にシフトさせることで、そのシフト量に応じて輻輳点ｃの形成位置を調整することができる。なお、輻輳角可変レンズ２０４のシフト量は、輻輳点ｃの形成位置が、空間像Ｓ′の形成される範囲内となるように調整するものとする。つまり、本実施の形態による立体画像撮像装置１−６によれば、輻輳点ｃの可変範囲ｖｒは、空間像Ｓ′の形成される奥行き方向の長さと同一となる。
【００８１】
また、立体画像撮像装置１−６では、各撮像素子２０２が、その撮像面が各結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対して垂直となる角度で配置されている。このため、フォーカスの調整も、各撮像素子２０２の位置を結像光学系２０の光軸Ａｘ２上で前後させる動作により実現することができる。図９（ｃ）には、各撮像素子２０２の位置を、図９（ｂ）に示した位置より後方に移動させた場合の例を示してある。このように、各撮像素子２０２の位置を後方に移動させることにより、この移動に伴って、フォーカス面ｆｐも空間像Ｓ′上を後方に移動する。
【００８２】
上述した第６の実施の形態によれば、第３〜第５の実施の形態により得られる効果と同様の効果を得ることができる。すなわち、実効ＩＡＤｅｄをまったく変化させることなく、輻輳位置の調整を行うことができる。また、本実施の形態によれば、輻輳角可変レンズ２０４のみを駆動させることにより輻輳位置の調整が行えるため、輻輳位置の調整に必要な可動部の等価質量を小さくすることができる。すなわち、可動部の駆動に必要なパワーも少なくすることができるため、立体画像撮像装置１−６における消費電力量も減少させることができる。これにより、バッテリーの消費量も少なく抑えることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、フォーカス調整の際に、各撮像素子２０２を同一姿勢で同一方向へ移動させる制御を行う。つまり、左右の撮像素子２０２Ｌと２０２Ｒとを一体的に移動させることが可能である。そのため、同一の部材上に撮像素子２０２Ｒと２０２Ｌとを固着して、対物光学系１０の光軸Ａｘ１及び結像光学系２０αの光軸Ａｘ２と平行に移動することが可能となる。これにより、立体画像撮像装置の機構を簡略化することができるだけでなく、左右の撮像素子２０２Ｌと２０２Ｒの撮像面を同一の面上に維持することも容易となる。したがって、経時変化等に対する信頼性の確保が容易となるという効果も得られる。
【００８４】
さらに、第２の実施の形態や第５の実施の形態と同様に、撮像素子２０２の撮像面が対物光学系１０の光軸Ａｘ１と結像光学系２０の光軸Ａｘ２に対して垂直を維持するので、フォーカス面ｆｐも同様に、光軸Ａｘ１および光軸Ａｘ２に対して垂直となる。これにより、左右の視差画像のフォーカス面が同一となる。このため、輻輳がついた状態で撮影を行っていても、撮像部２Ｒαと２Ｌαによる左右の各取得画像において台形歪みが発生することが無くなる。したがって、後段での特別な画像処理を必要することなく、良好な視差画像を得ることができる。
【００８５】
＜１０．第１〜第６の実施の形態の変形例＞
なお、上述した各実施の形態では、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２Ｒと結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１上で交差させる場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。図１０に示すように、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２と結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとを、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行な軸Ａｘ３上で交差させるように立体画像撮像装置１′を構成してもよい。軸Ａｘ３は、図１０において長破線で示してある。この軸Ａｘ３は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）と対物光学系１０の光軸Ａｘとを含む平面上にあるものとする。
【００８６】
なお、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と軸Ａｘ３との間の距離であるΔは、結像光学系２０Ｒの光軸Ａｘ２と結像光学系２０Ｌの光軸Ａｘ２Ｌとの交点である輻輳点ｃを配置する位置（光軸Ａｘ１に対して垂直の方向における上下の位置）によって、その値が変化する。各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が軸Ａｘ３に平行になるように各結像光学系２０を配置した場合には、各結像光学系２０の後側主点と各撮像素子２０２の中心とを結ぶ各直線が軸Ａｘ３上で交わった点が、輻輳点ｃとなる。
【００８７】
立体画像撮像装置１′をこのように構成した場合には、上述した各実施の形態で説明した各部の配置位置や移動の調整（輻輳位置調整）を、軸Ａｘ３に対して行うようにすればよい。具体的には、対物光学系１０の焦点Ｆから軸Ａｘ３上に降ろした垂線（第２の垂線）と軸Ａｘ３とが交わる交点ｘ′（第２の交点）と、各結像光学系２０の前側主点ｓとを結ぶ線分の長さが互いに同じ値となるように、ペアとなる各結像光学系２０および／または、各撮像素子２０２を連動させてフォーカスの調整を行う。
【００８８】
また、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の光軸Ａｘ２Ｒ（Ａｘ２Ｌ）と軸Ａｘ３とのなす角度θ′を可変させてフォーカスの調整を行う場合には、角度θ′が上述した式３の式を満たすように各撮像部２の姿勢の調整または、各結像光学系２０の位置または各撮像素子２０２の位置を調整する。なお、各結像光学系２０の光軸Ａｘ２が軸Ａｘ３に平行になるように各結像光学系２０を配置した場合には、角度θ′は、結像光学系２０の前側主点ｓと撮像素子２０２の中心とを通る直線と、軸Ａｘ３とがなす角度として示される。
【００８９】
上記式において、“ｄ”は対をなす各結像光学系２０のレンズ間距離である。したがって、“ｄ／２”は、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）から軸Ａｘ３へ下ろした垂線（第３の垂線）の長さとなる。また、“Ａ”は、第３の垂線と軸Ａｘ３とが交わる交点ｘ′′（第３の交点）と交点ｘ′とを結ぶ線分の長さである。“δ”は、輻輳点ｃと交点ｘ′とを結ぶ線分の長さである。
【００９０】
なお、図１０では、軸Ａｘ３を、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）と対物光学系１０の光軸Ａｘとを含む平面上に設けた例を挙げたが、これに限定されるものではない。つまり、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）とを含む平面と、軸Ａｘ３と対物光学系１０の光軸Ａｘ１とを含む平面とが、同一とならないような位置に、軸Ａｘ３を配置してもよい。すなわち、軸Ａｘ３は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と平行となる位置であれば、光軸Ａｘ１を中心とした３６０°のいずれの位置に配置してもよい。
【００９１】
図１１には、結像光学系２０Ｒ（２０Ｌ）の前側主点ｓＲ（ｓＬ）とを含む三角形で示した平面ｐ１と、対物光学系１０の光軸Ａｘ１と軸Ａｘ３とを含む平面ｐ２とが直交するような位置に、軸Ａｘ３を配置した例を示してある。図１１においては、撮像部２Ｒと２Ｌおよび対物光学系１０を、筒状の形状で簡略的に示している。なお、図１１に示す対物光学系１０は、凸レンズで形成されているものとする。
【００９２】
図１１では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直方向で上の方向に距離Δだけ離れた位置に、軸Ａｘ３を設定している。つまり、軸Ａｘ３上に輻輳点（交点ｃ）が形成されるように、結像光学系２０Ｒと２０Ｌとを配置している。このように配置した場合には、撮像部２Ｒに対応する実効瞳ＥｐＲおよび撮像部２Ｌに対応する実効瞳ＥｐＬは、対物光学系１０の光軸Ａｘ１に対して垂直方向の下方向にずれた位置に形成される。対物光学系１０の光軸Ａｘ１から距離Δ′だけ平面ｐ２上を下方向にずれた位置に形成される軸を軸Ａｘ４とすると、例えば撮像部２Ｒに対応する実効瞳ＥｐＲであれば、軸Ａｘ４から右側の方向に距離ｅｄ′だけずれた位置に形成される。図１１に示す例では、対物光学系１０に凸レンズを使用した場合を想定しているため、各実効瞳Ｅｐが形成される位置は、軸Ａｘ４を挟んで、実際の撮像部２Ｒと２Ｌの配置位置とは左右反対の位置となる。
【００９３】
また、上述した実施の形態では、撮像部２を左右の視差画像取得用に２台設けた例を挙げているが、これに限定されるものではない。３つ以上の複数の撮像部２を設ける構成に適用することも可能である。図１２は、撮像部２を８個設けた例を挙げたものである。対物光学系１０の光軸Ａｘ１上に撮像部２−１を配置してあり、撮像部２−１を挟んで左右対称の位置に、撮像部２−２と撮像部２−３とを配置している。さらに、撮像部２−２と撮像部２−３の外側（光軸Ａｘ１から離れる方向）にも、撮像部２−４と撮像部２−５を配置している。これらの各撮像部２の各結像光学系２０の前側主点ｓは、すべて同一の平面上に配置されている。すなわち、これらの前側主点ｓと輻輳点ｃとを含む平面ｐ３上に配置されている。また、撮像部２−１を挟んで上下対称の位置にも、撮像部２−６と撮像部２−７とを配置している。撮像部２−６と撮像部２−７におけるそれぞれの主点ｓは、平面３に対して垂直な角度をなす同一の平面ｐ４上に配置されているものとする。また、平面ｐ３にも平面ｐ４にも属さない位置（図面の左上の位置）にも、撮像部２−８を配置している。
【００９４】
これらの撮像部２−１〜２−８の配置（角度）は、その光軸Ａｘ２あるいは、その前側主点ｓと撮像素子２０２の中心とを結ぶ線が、交点（輻輳点ｃ）で交わるような位置に調整されている。このように配置することにより、例えば撮像部２−２に対応する実効瞳Ｅｐ−２は、対物光学系１０の光軸Ａｘ１から右斜め下の方向に距離ｅｄ′だけずれた位置に形成される。
【００９５】
複数の撮像部２をこのように配置した場合には、フォーカス調整を行う際は、撮像部２−２と２−３、撮像部２−４と２−５、撮像部２−６と２−７を、それぞれ対にして連動して制御させればよい。
【００９６】
また、上述した各実施の形態では、対物光学系１０の光軸Ａｘ１または、軸Ａｘ３を挟んで対称の位置にある撮像部２同士をペアとして、各撮像部２内の各結像光学系２０および／または、それに対応する各撮像素子２０２を連動して制御する場合を例に挙げた。しかし、本開示を、これらを連動せずに制御する形態に適用してもよい。ただしこの場合も、上述したような、垂線ｄ／２と線分Ａの長さの比が一定となるようにフォーカス調整を行う必要がある。この制御を行うことにより、各撮像部２に対応する各実効瞳Ｅｐの形成位置が、フォーカスの調整に伴って変化してしまうことがなくなる。
【００９７】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系と、
複数の独立した光学系により、前記対物光学系の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系に対応して設けられ、前記複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子と、
前記対物光学系の後側主点から前記結像光学系の前側主点までの間の前記対物光学系の光軸方向の距離における、前記対物光学系の焦点距離と、前記対物光学系の焦点から前記結像光学系の前側主点までの前記対物光学系の光軸方向における距離との比率が略一定となるように、前記結像光学系および／または前記撮像素子の配置位置に対する前記対物光学系の相対的な配置位置または、前記前記対物光学系の配置位置に対する、前記結像光学系および／または前記撮像素子の相対的な配置位置を変化させることによって、前記複数の結像光学系の各光軸が交差する位置または、前記複数の結像光学系の前側主点と前記撮像素子の中心とを結ぶ線同士が交差する位置に形成される輻輳点の位置を調整する制御部とを備えた
立体画像撮像装置。
（２）前記対物光学系が前記被写体を前記実像として結像する場合の焦点距離の値を正とし、前記対物光学系が前記被写体を前記虚像として結像する場合の焦点距離の値を負とした場合に、前記対物光学系の焦点距離（ｆ）と、前記対物光学系の後側主点と前記結像光学系の前側主点までの水平方向における距離（Ｌ）とが、下記式を満たす値に設定される
｜ｆ／（Ｌ−ｆ）｜≦１
（１）に記載の立体画像撮像装置。
（３）前記制御部は、前記対物光学系を、当該対物光学系の光軸上を前後方向に移動させることにより、前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（４）前記対物光学系は、複数のレンズ群により構成され、
前記制御部は、前記対物光学系のレンズ群全体またはその一部の位置を調整することにより前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）〜（３）のいずれかに記載の立体画像撮像装置。
（５）前記対物光学系のレンズの一部に、焦点距離を変更可能な可変焦点光学素子を用い、
前記制御部は、前記可変焦点光学素子の焦点距離変更機能によって前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（６）前記制御部は、前記複数の結像光学系と前記撮像素子とを含む撮像部の姿勢を、前記結像光学系の前側主点を中心に回動させることにより前記輻輳点の形成位置を調整する
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（７）前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記対物光学系の光軸へ下ろした垂線の長さをｄ／２とし、前記垂線と前記対物光学系の光軸とが交わる交点と前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをＡとし、前記各結像光学系の各光軸が前記対物光学系の光軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをδとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
（６）記載の立体画像撮像装置。
（８）前記複数の結像光学系の光軸同士が、前記対物光学系の光軸と平行な所定の位置に設けられた軸上で交わるように前記複数の結像光学系が配置され、
前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記各結像光学系の各光軸が前記軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点から前記軸に下ろした第２の垂線と前記軸との交点である第２の交点とを結ぶ線分の長さをδとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記軸へ下ろした第３の垂線の長さをｄ／２とし、前記第２の交点と前記第３の垂線と前記軸との交点である第３の交点とを結ぶ線分の長さをＡとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
（６）記載の立体画像撮像装置。
（９）前記複数の結像光学系は、その光軸が前記対物光学系の光軸と並行になるように配置され、前記複数の撮像素子は、その撮像面が前記対物光学系の光軸と垂直となる角度で、前記結像光学系の光軸から所定量シフトした位置に配置され、
前記制御部は、前記撮像素子の位置を前記結像光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
（１０）前記各結像光学系のレンズの一つとして凹レンズを使用し、
前記制御部は、前記凹レンズを前記対物光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
（１）または（２）に記載の立体画像撮像装置。
【符号の説明】
【００９８】
１，１−１〜１−６，１′…立体画像撮像装置、２，２−１〜２−８，２Ｌ，２Ｒ…撮像部、５…制御部、１０，１０−１…対物光学系、１０−１ａ…凸レンズ，１０−１ｂ…可変焦点光学素子、２０，２０Ｌ，２０Ｒ…結像光学系、２０２，２０２Ｌ，２０２Ｒ…撮像素子、２０４，２０４Ｌ，２０４Ｒ…輻輳角可変レンズ、２０５…フォーカシングレンズ、２１０Ｌ，２１０Ｒ…モータ、２１１Ｌ，２１１Ｒ…撮像素子位置制御部、２１２Ｌ，２１２Ｒ…カメラ姿勢制御部、Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ２Ｌ，Ａｘ２Ｒ…光軸、Ａｘ３，Ａｘ４…軸、ｆ１，ｆ２，ｆ２′…焦点距離、ｐ１〜ｐ４…平面、ｘ，ｘ′，ｘ′′…交点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系と、
複数の独立した光学系により、前記対物光学系の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系に対応して設けられ、前記複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子と、
前記対物光学系の後側主点から前記結像光学系の前側主点までの間の前記対物光学系の光軸方向の距離における、前記対物光学系の焦点距離と、前記対物光学系の焦点から前記結像光学系の前側主点までの前記対物光学系の光軸方向における距離との比率が略一定となるように、前記結像光学系および／または前記撮像素子の配置位置に対する前記対物光学系の相対的な配置位置または、前記前記対物光学系の配置位置に対する、前記結像光学系および／または前記撮像素子の相対的な配置位置を変化させることによって、前記複数の結像光学系の各光軸が交差する位置または、前記複数の結像光学系の前側主点と前記撮像素子の中心とを結ぶ線同士が交差する位置に形成される輻輳点の位置を調整する制御部とを備えた
立体画像撮像装置。
【請求項２】
前記対物光学系が前記被写体を前記実像として結像する場合の焦点距離の値を正とし、前記対物光学系が前記被写体を前記虚像として結像する場合の焦点距離の値を負とした場合に、前記対物光学系の焦点距離（ｆ）と、前記対物光学系の後側主点と前記結像光学系の前側主点までの水平方向における距離（Ｌ）とが、下記式を満たす値に設定される
｜ｆ／（Ｌ−ｆ）｜≦１
請求項１に記載の立体画像撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記対物光学系を、当該対物光学系の光軸上を前後方向に移動させることにより、前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項４】
前記対物光学系は、複数のレンズ群により構成され、
前記制御部は、前記対物光学系のレンズ群全体またはその一部の位置を調整することにより前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項５】
前記対物光学系のレンズの一部に、焦点距離を変更可能な可変焦点光学素子を用い、
前記制御部は、前記可変焦点光学素子の焦点距離変更機能によって前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の結像光学系と前記撮像素子とを含む撮像部の姿勢を、前記結像光学系の前側主点を中心に回動させることにより前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項２記載の立体画像撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記対物光学系の光軸へ下ろした垂線の長さをｄ／２とし、前記垂線と前記対物光学系の光軸とが交わる交点と前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをＡとし、前記各結像光学系の各光軸が前記対物光学系の光軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをδとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
請求項６記載の立体画像撮像装置。
【請求項８】
前記複数の結像光学系の光軸同士が、前記対物光学系の光軸と平行な所定の位置に設けられた軸上で交わるように前記複数の結像光学系が配置され、
前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記各結像光学系の各光軸が前記軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点から前記軸に下ろした第２の垂線と前記軸との交点である第２の交点とを結ぶ線分の長さをδとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記軸へ下ろした第３の垂線の長さをｄ／２とし、前記第２の交点と前記第３の垂線と前記軸との交点である第３の交点とを結ぶ線分の長さをＡとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
請求項６記載の立体画像撮像装置。
【請求項９】
前記複数の結像光学系は、その光軸が前記対物光学系の光軸と並行になるように配置され、前記複数の撮像素子は、その撮像面が前記対物光学系の光軸と垂直となる角度で、前記結像光学系の光軸から所定量シフトした位置に配置され、
前記制御部は、前記撮像素子の位置を前記結像光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項１０】
前記各結像光学系のレンズの一つとして凹レンズを使用し、
前記制御部は、前記凹レンズを前記対物光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項１】
被写体を実像または虚像として形成する機能を有する対物光学系と、
複数の独立した光学系により、前記対物光学系の異なる経路から出射された複数の被写体光束を視差画像としてそれぞれ改めて結像させる複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系に対応して設けられ、前記複数の結像光学系により結像された視差画像を画像信号に変換する複数の撮像素子と、
前記対物光学系の後側主点から前記結像光学系の前側主点までの間の前記対物光学系の光軸方向の距離における、前記対物光学系の焦点距離と、前記対物光学系の焦点から前記結像光学系の前側主点までの前記対物光学系の光軸方向における距離との比率が略一定となるように、前記結像光学系および／または前記撮像素子の配置位置に対する前記対物光学系の相対的な配置位置または、前記前記対物光学系の配置位置に対する、前記結像光学系および／または前記撮像素子の相対的な配置位置を変化させることによって、前記複数の結像光学系の各光軸が交差する位置または、前記複数の結像光学系の前側主点と前記撮像素子の中心とを結ぶ線同士が交差する位置に形成される輻輳点の位置を調整する制御部とを備えた
立体画像撮像装置。
【請求項２】
前記対物光学系が前記被写体を前記実像として結像する場合の焦点距離の値を正とし、前記対物光学系が前記被写体を前記虚像として結像する場合の焦点距離の値を負とした場合に、前記対物光学系の焦点距離（ｆ）と、前記対物光学系の後側主点と前記結像光学系の前側主点までの水平方向における距離（Ｌ）とが、下記式を満たす値に設定される
｜ｆ／（Ｌ−ｆ）｜≦１
請求項１に記載の立体画像撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記対物光学系を、当該対物光学系の光軸上を前後方向に移動させることにより、前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項４】
前記対物光学系は、複数のレンズ群により構成され、
前記制御部は、前記対物光学系のレンズ群全体またはその一部の位置を調整することにより前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項３に記載の立体画像撮像装置。
【請求項５】
前記対物光学系のレンズの一部に、焦点距離を変更可能な可変焦点光学素子を用い、
前記制御部は、前記可変焦点光学素子の焦点距離変更機能によって前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の結像光学系と前記撮像素子とを含む撮像部の姿勢を、前記結像光学系の前側主点を中心に回動させることにより前記輻輳点の形成位置を調整する
請求項２記載の立体画像撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記対物光学系の光軸へ下ろした垂線の長さをｄ／２とし、前記垂線と前記対物光学系の光軸とが交わる交点と前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをＡとし、前記各結像光学系の各光軸が前記対物光学系の光軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点とを結ぶ線分の長さをδとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
請求項６記載の立体画像撮像装置。
【請求項８】
前記複数の結像光学系の光軸同士が、前記対物光学系の光軸と平行な所定の位置に設けられた軸上で交わるように前記複数の結像光学系が配置され、
前記制御部は、前記複数の結像光学系のレンズ間距離をｄとし、前記各結像光学系の各光軸が前記軸上で交わった点に形成される輻輳点と、前記対物光学系の焦点から前記軸に下ろした第２の垂線と前記軸との交点である第２の交点とを結ぶ線分の長さをδとし、前記複数の結像光学系の各前側主点から前記軸へ下ろした第３の垂線の長さをｄ／２とし、前記第２の交点と前記第３の垂線と前記軸との交点である第３の交点とを結ぶ線分の長さをＡとした場合に、前記撮像部の回動を、前記各結像光学系の各光軸と前記対物光学系の光軸とのなす角度である角θ′が以下の式を満たすように制御する
角θ′＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／２（Ａ−δ））
請求項６記載の立体画像撮像装置。
【請求項９】
前記複数の結像光学系は、その光軸が前記対物光学系の光軸と並行になるように配置され、前記複数の撮像素子は、その撮像面が前記対物光学系の光軸と垂直となる角度で、前記結像光学系の光軸から所定量シフトした位置に配置され、
前記制御部は、前記撮像素子の位置を前記結像光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【請求項１０】
前記各結像光学系のレンズの一つとして凹レンズを使用し、
前記制御部は、前記凹レンズを前記対物光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記輻輳点の形成位置の調整を行う
請求項２に記載の立体画像撮像装置。
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１１】
【図１２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１７７７４７（Ｐ２０１２−１７７７４７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９５５７（Ｐ２０１１−３９５５７）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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