JPH08307904A - 立体撮影用光学系 - Google Patents

立体撮影用光学系

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JPH08307904A
JPH08307904A JP7109624A JP10962495A JPH08307904A JP H08307904 A JPH08307904 A JP H08307904A JP 7109624 A JP7109624 A JP 7109624A JP 10962495 A JP10962495 A JP 10962495A JP H08307904 A JPH08307904 A JP H08307904A
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JP
Japan
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optical system
image
objective lenses
stereoscopic
primary
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JP7109624A
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Hirobumi Tsuchida
博文 槌田
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 立体撮影を行うための、より単純で小型に構
成された立体撮影用光学系を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明の立体撮影用光学系は、右側用対物レ
ンズ１及び右側用シャッタ３からなる右像撮影用光学系
１０と、左側用対物レンズ２及び左側用シャッタ４から
なる左像撮影用光学系１１とが、所定の基線長だけ離さ
れて配置され、夫々から出射される光束が、右像撮影用
光学系１０と左像撮影用光学系１１との光軸が交差する
位置に配置されたハーフミラーを含む結合用光学系５を
介して、撮像素子６へ到達するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、立体撮影用の光学系に
関するものであり、更に、変倍を必要とする立体撮影に
も好適な光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は、従来の立体撮影用光学系の構成
を示す概念図である。同図に示すように、従来の立体撮
影用光学系は、夫々独立に構成された光学系、即ち、右
側用対物レンズ５２及び右側用撮像素子５４からなる右
像撮影用光学系５０と左側用対物レンズ５３及び左側用
撮像素子５５からなる左像撮影用光学系５１とが、所定
の基線長だけ離されて配置されている。このように、従
来では、同様に構成された光学系が２組必要となってい
るのが一般的である。又、この他の従来例としては、前
記と同様の像撮影用光学系を１つ用いて、一定の時間を
おいて基線長分だけ離れた２箇所で撮影を行うようにし
たものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
２組の像撮影用光学系を用いる立体撮影用光学系では、
レンズ系，撮像素子共に２組ずつ必要となるため、製造
コストが増大し、光学系自体もその大型化を免れない。
更に、像撮影用光学系において観察像の変倍が可能にな
るように構成しようとすると、複雑に構成された大型の
変倍光学系が２組も必要となり、光学系全体がより高コ
ストで、大きなものとなってしまう。又、１組像撮影用
光学系を用いる場合には、１枚の立体映像を撮影するだ
けでも相当の時間を要するうえ、右像と左像の写真に大
きな時間差が生じてしまうという問題もある。
【０００４】そこで、本発明は、上記のような従来技術
の問題点に鑑み、立体撮影を行うための、より単純で小
型に構成された立体撮影用光学系を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による立体撮影用光学系は、以下に示すよう
な特徴を備えている。
【０００６】その第１の特徴は、左右２つの対物レンズ
と、左右２つのシャッタと、左右２つの像を結合するた
めのハーフミラーとを備え、前記左右２つの対物レンズ
による第１次結像位置を略一致させると共に、前記左右
２つの対物レンズによる像を前記左右２つのシャッタに
より時間的に分割し得るように構成し、且つ、前記左右
の対物レンズの第１次結像面以後の光軸上に前記像の観
察倍率を変えるための変倍式光学系を配置するようにし
たことである。
【０００７】第２の特徴は、左右２つの対物レンズと、
左右２つのシャッタと、左右２つの像を結合するための
ハーフミラーとを備え、前記左右２つの対物レンズによ
る第１次結像位置を略一致させると共に、前記左右２つ
の対物レンズによる像を前記左右２つのシャッタにより
時間的に分割し得るように構成し、且つ、前記左右２つ
の対物レンズと第１次結像面との間の光軸上に三角柱形
状及び四角柱形状のガラスブロックが組み合わされて構
成された左右合わせて４つの反射面を有する反射光学系
を配置するようにしたことである。
【０００８】第３の特徴は、左右２つの対物レンズと、
左右２つのシャッタと、左右２つの像を結合するための
ハーフミラーとを備え、前記左右２つの対物レンズによ
る第１次結像位置を略一致させると共に、前記左右２つ
の対物レンズによる像を前記左右２つのシャッタにより
時間的に分割し得るように構成し、且つ、前記２つの第
１次結像面の像のうち、１つを撮影に用い、他方をフォ
ーカスに用いるようにしたことである。
【０００９】
【作用】次に、本発明による立体撮影用光学系の作用を
説明する。
【００１０】図１は、本発明による立体撮影用光学系の
基本的な構成を示す概念図である。図のように、本発明
の光学系は、右側用対物レンズ１及び右側用シャッタ３
からなる右像撮影用光学系１０と、左側用対物レンズ２
及び左側用シャッタ４からなる左像撮影用光学系１１と
が、所定の基線長だけ離されて配置され、夫々から出射
される光束が、右像撮影用光学系１０と左像撮影用光学
系１１との光軸が交差する位置に配置されたハーフミラ
ーを含む結合用光学系５を介して、撮像素子６へ到達す
るように構成されている。従って、被写体に向かって右
側対物レンズ１へ入射した光束は、右側シャッタ３を通
過し、ハーフミラーを含む結合用光学系５を介して、撮
像素子６上に結像する。一方、被写体に向かって左側対
物レンズ２から入射した光束は、左側シャッタ４を通過
し、結像光学系５を介して、撮像素子６上に結像する。
【００１１】このとき、シャッタ３，４が同時に開いて
いる場合には、右像撮影用光学系１０によって形成され
た像（第１次像）と、左像撮影用光学系１１によって形
成された像（第１次像）とが、同じように撮像素子６上
に結像することになる。そして、左側シャッタ４を閉じ
ると、撮像素子６では右像撮影用光学系１０による像の
みが得られ、逆に、右側シャッタ３を閉じると、撮像素
子６では左像撮影用光学系１１による像のみが得られる
ことになる。このように、シャッタ３，４の開閉により
右像撮影用光学系１０により形成された像と左像撮影用
光学系１１により形成された像とを時間的に分割するこ
とが可能になる。従って、シャッタ３，４の開閉と時間
的に同期させて撮像素子６からの信号を図示しない撮像
装置へ取り込むようにすれば、時分割の立体撮影が可能
になる。尚、このとき、右像撮影用光学系１０による結
像倍率と左像撮影用光学系１１による結像倍率とが等し
くなるようにするために、対物レンズ１，２には焦点距
離がほぼ等しいレンズを使用することが望ましい。ま
た、シャッタを対物レンズよりも物体側（被写体側）に
配置しても差し支えない。
【００１２】次に、図１に示した結合用光学系５と撮像
素子６との間の光路中に変倍光学系８を配置することに
より本発明の立体撮影用光学系に変倍機能を付加した構
成例を、図２に示す。この図において、光束が左右の像
撮影光学系に入射してから第１次結像面に至るまでの構
成は図１に示した立体撮影用光学系と同様であるため、
省略する。第１次結像面以後は、第１次像７の位置に撮
像素子６を配置するのではなく、第１次像７を変倍光学
系８により結像倍率を変化させて再結像させ、その第２
次結像面に撮像素子６を配置して構成している。このと
き、変倍光学系８にズーム機能を備え、第１次像と第２
次像との結像倍率を連続的に変化させ得るようにしてお
けば、ズーム機能を備えた立体撮影用光学系を実現させ
ることができる。
【００１３】更に、図３は、図１に示した結合用光学系
５の一構成例を示す概念図である。図中、２０は右像撮
影用光学系に入射する光束を、２１は左像撮影用光学系
に入射する光束を、１２は反射ミラーを、１３は三角柱
のプリズムブロックを、１４は平行四辺形の断面を有す
る四角柱のガラスブロックを夫々示している。プリズム
ブロック１３とガラスブロック１４とは、面１５におい
て接合されており、更にこの接合面１５はハーフミラー
面となっている。又、１６，１７は第１次像を示してい
る。
【００１４】従って、光束２０は、反射ミラー１２で折
り曲げられた後、プリズムブロック１３に入射し、その
１つの面で全反射された後、ハーフミラー面１５で２つ
の光束に分割されて、夫々第１次像１６及び第１次像１
７を形成する。一方、光束２１は、ガラスブロック１４
に入射し、その１つの反射面で全反射された後、ハーフ
ミラー面１５で２つの光束に分割されて、夫々第１次像
１６及び第１次像１７を形成する。尚、ここでは、光束
２０が辿る空気光路長及び硝路長と光束２１が辿る空気
光路長及び硝路長とが夫々等しくなるように設定されて
いる。又、光束２０により形成される第１次像１６，１
７と光束２０により形成される第１次像１６，１７とが
一致するように、前記右側用対物レンズと左側用対物レ
ンズとの配置位置は調整されている。このような結合用
光学系５を用いることにより、右像撮影用光学系による
像と左像撮影用光学系による像とを同じ位置に形成させ
ることができる。
【００１５】図３に示した結合用光学系５では、第１次
像は第１次像１６，１７のように２箇所に形成される。
そして、そのうち、一方の像は撮像のために用いるのは
勿論であるが、他方は他の機能に用いることができる。
例えば、第１次像１６又は１７の結像位置に、右像と左
像との水平方向のズレを検知できるように、エリアセン
サを配置すれば、ＡＦ（オートフォーカス）などのため
のフォーカス信号を得るセンサとして利用することが可
能になる。ここに示した結合用光学系５を用いると、右
像撮影用光学系と左像撮影用光学系との基線長を長くと
ることが可能になるため、オートフォーカスを採用する
場合には、その精度を良好に維持することができ、好都
合である。
【００１６】次に、本発明の立体撮影用光学系に変倍機
能を付加する場合に、第１次結像面以後の光路中に配置
する変倍光学系の構成の概念を図４に基づき説明する。
図示したように、本発明の立体撮影用光学系において、
変倍光学系１８は第１次像１６の結像位置と撮像素子６
との間の光路中に配置される。この変倍光学系１８の例
としては、第１次像１６の側から順に、正の屈折力を有
する第１レンズ群１８ａと、正の屈折力を有する第２レ
ンズ群１８ｂと、正の屈折力を有する第３レンズ群１８
ｃとが配置されて構成されているものが考えられる。そ
して、第１レンズ群１８ａ及び第２レンズ群１８ｂを夫
々光軸ＬC に沿って移動させることにより、変倍が行わ
れる。このとき、変倍による第２次像１９の結像面のズ
レを補正するために、第１レンズ群１８ａと第２レンズ
群１８ｂとは相互の間隔を変えながら移動できるように
なっている。又、第３レンズ群１８ｃは固定としてもよ
いし、移動し得るように構成してもよい。
【００１７】変倍光学系１８は上記のように構成されて
いるため、第１次像１６を連続的のその倍率を変化させ
て、再び第２次像１９として結像させることができ、こ
の第２次像１９の位置に撮像素子６を配置することによ
り、変倍された像を図示しない撮像装置へ取り込むこと
が可能になる。又、第１次像１６の結像面近傍には、瞳
をリレーするためのフィールドレンズが配置されること
が好ましい。又、撮像素子６の手前には、必要に応じて
光学的ローパスフィルタを配置するとよい。
【００１８】更に、本発明の立体撮影用光学系におい
て、フォーカシングを行う場合には、前記右側の対物レ
ンズと左側の対物レンズとを同時に繰り出す方法が考え
られるが、この他にも、変倍光学系１８を構成するレン
ズ群のうちの１群を光軸ＬC に沿う方向に移動させるこ
とによっても可能である。又、このように、変倍光学系
１８中の１群を移動させることによってフォーカシング
を行う場合には、右像撮影用光学系及び左像撮影用光学
系の双方のフォーカシングを同時に行うことが可能にな
る。
【００１９】
【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。
【００２０】図５は本実施例による立体撮影用光学系の
構成を示す光軸に沿う断面図である。図のように、本実
施例の立体撮影用光学系は、図示しない被写体側から順
に、対物レンズ３１，フィールドレンズ３２及び変倍光
学系３３が配置されて構成されている。変倍光学系３３
は、フィールドレンズ３２側から順に、正の屈折力を有
する第１レンズ群３３ａ，正の屈折力を有する第２レン
ズ群３３ｂ及び正の屈折力を有する第３レンズ群３３が
配置されて構成される。変倍光学系３３は、第１レンズ
群３３ａ及び第２レンズ群３２ｂを夫々光軸ＬC 上に沿
って移動させて変倍を行っている。又、第２レンズ群３
３ｂと第３レンズ群３３ｃとの間には、絞り３４が配置
されている。本実施例の立体撮影用光学系では、被写体
からの光は対物レンズ３１により第１次像３５として結
像され、更に、この第１次像３５はフィールドレンズ３
２を介し、変倍光学系３３により変倍されて、第２次像
３６が形成される。
【００２１】本発明の立体撮影用光学系は、前述のよう
に、右像撮影用光学系及び左像撮影用光学系の２つの像
撮影用光学系を備えているが、この２つの像撮影用光学
系は同様の構成であるため、本実施例では、その１つを
省略して図示してある。尚、図５中の対物レンズ３１と
フィルードレンズ３２との間の光路中には、図示しない
シャッタ及び図３に示すようなハーフミラーを含む結合
光学系５が配置されていることは云うまでもない。
【００２２】以下、本実施例の立体撮影用光学系を構成
しているレンズ等光学部材の数値データを示す。 撮影光学系全系の焦点距離（ｆ）＝10 (広角) 〜18 (中
間) 〜30 (望遠) mm 画角（２ω）＝44〜14°，最大像高＝4mm ，瞳径φ＝4m
m ，
【００２３】ｒ1 ＝13.1420 ｄ1 ＝1.2000 ｎ1 ＝1.60311 ν1 ＝60.68 ｒ2 ＝7.0326 ｄ2 ＝4.8397 ｒ3 ＝10.7763 ｄ3 ＝2.6000 ｎ3 ＝1.80610 ν3 ＝40.95 ｒ4 ＝-36.7006 ｄ4 ＝2.4000 ｒ5 ＝-17.9154 ｄ5 ＝1.0000 ｎ5 ＝1.78472 ν5 ＝25.68
【００２４】ｒ6 ＝10.7597 ｄ6 ＝1.6000 ｒ7 ＝-16.6209 ｄ7 ＝1.6000 ｎ7 ＝1.60311 ν7 ＝60.68 ｒ8 ＝-11.9015 ｄ8 ＝0.2000 ｒ9 ＝51.1018 ｄ9 ＝3.0000 ｎ9 ＝1.60311 ν9 ＝60.68 ｒ10＝-11.4572 ｄ10＝22.601
【００２５】ｒ11＝83.8748 ｄ11＝5.0000 ｎ11＝1.51633 ν11＝64.15 ｒ12＝-19.3796 ｄ12＝36.353 (広角) ，23.537 (中間) ，15.295 (望
遠) ｒ13＝344.8268 ｄ13＝4.0000 ｎ13＝1.72916 ν13＝54.68 ｒ14＝-14.2095 ｄ14＝1.0000 ｎ14＝1.80518 ν14＝25.43 ｒ15＝-25.2663 ｄ15＝0.600(広角) ，7.640(中間) ，4.783(望遠)
【００２６】ｒ16＝20.6405 ｄ16＝4.0000 ｎ16＝1.72916 ν16＝54.68 ｒ17＝-29.2928 ｄ17＝1.0000 ｎ17＝1.80518 ν17＝25.43 ｒ18＝-219.9874 ｄ18＝0.800(広角) ，6.575(中間) ，17.675 (望遠) ｒ19 (絞り) ＝∞ ｄ19＝2.0000 ｒ20＝-3.7218 ｄ20＝1.0000 ｎ20＝1.71850 ν20＝33.52
【００２７】ｒ21＝-7.9292 ｄ21＝2.0000 ｎ21＝1.72916 ν21＝54.68 ｒ22＝-4.3656 (非球面)
【００２８】円錐係数及び非球面係数 第２２面 κ＝0 Ａ4 ＝0.70667 ×10-3， Ａ6 ＝0.13574 ×10-4
【００２９】尚、上記数値データにおいて、ｒ1 ，
ｒ2 ，・・・・は各レンズ面の曲率半径を、ｄ1 ，
ｄ2 ，・・・・は各レンズの肉厚又は各レンズの間隔
を、ｎ1 ，ｎ2，・・・・は各レンズの屈折率を、
ν1 ，ν2 ，・・・・は各レンズのアッベ数を、夫々示
している。又、上記非球面の形状は、光軸上の光の進行
方向をＺ軸、光軸と直交する方向をＹ軸に取り、円錐係
数をκ、非球面係数をＡ4 ，Ａ6 としたとき、次式によ
り与えられる。
【００３０】又、上記のデータは、物点２ｍｍの場合に
おけるものである。この他の物点にフォーカスするため
のフォーカシングは前記左右２つの対物レンズを繰り出
して行ってもよいし、前記変倍光学系３３を構成してい
るレンズ群の１つを光軸に沿う方向に移動させて行って
もよい。上記データは、ハーフミラーを含む結合光学系
がガラスブロックを含まない場合の例である。ガラスブ
ロックを含む場合は、ガラスブロックに相当する平板ガ
ラスで発生する収差を考慮し、それを対物レンズと合わ
せて補正してやればよく、その変更は容易である。
【００３１】又、図５に示した本実施例の立体撮影用光
学系では、絞り３４が変倍光学系３３の第３レンズ群３
３ｃの被写体側に配置されており、変倍の際には、絞り
３４と第３レンズ群３３ｃが固定される。このようにし
たことにより、絞り３４の位置を移動させる機構を省略
することができるうえ、変倍の際に絞り３４の径が一定
でもＦナンバが変化しないという利点がある。また、左
右撮影光学系の双方の明るさ調整を１つの絞りで同時に
行うことが可能である。
【００３２】更に、本実施例の立体撮影用光学系におけ
る、広角端，中間倍率，望遠端での収差曲線図を図６，
図７及び図８に夫々示す。尚、各図において、（ａ）は
球面収差図，（ｂ）は非点収差図，（ｃ）は歪曲収差
図，（ｄ）は倍率色収差図である。
【００３３】更に、本実施例の立体撮影用光学系に使用
されるシャッタは、特に図示しないが、単に機械的に光
線を遮断するものであってもよいし、又、例えばＮＨＫ
技研Ｒ＆Ｄ，Ｎｏ．２６（１９９３年９月発行）の５５
〜６５頁に記載されているような液晶シャッタでもよ
い。尚、後者の液晶シャッタに関しては、応答速度も早
く、ビデオレート（６０Ｈｚ）での切替えも可能である
ため、好ましい。
【００３４】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、比較的
簡単な構成で立体撮影を行うための光学系を構成するこ
とができる。又、変倍光学系を付加することにより、立
体撮影用光学系全体にズーム機能を備えることも可能に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の立体撮影用光学系の構成を示す概念図
である。
【図２】本発明の立体撮影用光学系に変倍機能を付加さ
せる場合の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の立体撮影用光学系に備えられる結合光
学系の構成を説明するための図である。
【図４】本発明の立体撮影用光学系に備えられる変倍光
学系の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の立体撮影用光学系の一実施例を示す図
である。
【図６】図５に示した立体撮影用光学系の広角端での収
差曲線図であり、（ａ）は球面収差図，（ｂ）は非点収
差図，（ｃ）は歪曲収差図，（ｄ）は倍率の色収差図で
ある。
【図７】図５に示した立体撮影用光学系の中間倍率での
収差曲線図であり、（ａ）は球面収差図，（ｂ）は非点
収差図，（ｃ）は歪曲収差図，（ｄ）は倍率の色収差図
である。
【図８】図５に示した立体撮影用光学系の望遠端での収
差曲線図であり、（ａ）は球面収差図，（ｂ）は非点収
差図，（ｃ）は歪曲収差図，（ｄ）は倍率の色収差図で
ある。
【図９】従来の立体撮影用光学系の構成を説明するため
の概念図である。
【符号の説明】
１ 右側用対物レンズ ２ 左側用対物レンズ ３ 右側用シャッタ ４ 左側用シャッタ ５ ハーフミラーを含む結合光学系 ６ 撮像素子 １０ 右像撮影用光学系 ２０ 左像撮影用光学系 ７，１６，１７，３５ １次像 ８，１８，３３ 変倍光学系 １２ 反射ミラー １３ プリズムブロック １４ ガラスブロック １５ ハーフミラー面 １９，３６ ２次像 ２０，２１ 光束 １８ａ，３３ａ 第１レンズ群 １８ｂ，３３ｂ 第２レンズ群 １８ｃ，３３ｃ 第３レンズ群 ３１ 対物レンズ ３２ フィールドレンズ ３４ 絞り ＬC 光軸

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 左右２つの対物レンズと、左右２つのシ
    ャッタと、左右２つの像を結合するためのハーフミラー
    とを備え、前記左右２つの対物レンズによる第１次結像
    位置を略一致させると共に、前記左右２つの対物レンズ
    による像を前記左右２つのシャッタにより時間的に分割
    し得るように構成し、且つ、前記左右の対物レンズの第
    １次結像面以後の光軸上に前記像の観察倍率を変えるた
    めの変倍光学系を配置するようにしたことを特徴とする
    立体撮影用光学系。
  2. 【請求項２】 左右２つの対物レンズと、左右２つのシ
    ャッタと、左右２つの像を結合するためのハーフミラー
    とを備え、前記左右２つの対物レンズによる第１次結像
    位置を略一致させると共に、前記左右２つの対物レンズ
    による像を前記左右２つのシャッタにより時間的に分割
    し得るように構成し、且つ、前記左右２つの対物レンズ
    と第１次結像面との間の光軸上に三角柱形状及び四角柱
    形状のガラスブロックが組み合わされて構成された左右
    合わせて４つの反射面を有する反射光学系を配置するよ
    うにしたことを特徴とする立体撮影用光学系。
  3. 【請求項３】 左右２つの対物レンズと、左右２つのシ
    ャッタと、左右２つの像を結合するためのハーフミラー
    とを備え、前記左右２つの対物レンズによる第１次結像
    位置を略一致させると共に、前記左右２つの対物レンズ
    による像を前記左右２つのシャッタにより時間的に分割
    し得るように構成し、且つ、前記２つの第１次結像面の
    像のうち、１つを撮影に用い、他方をフォーカスに用い
    るようにしたことを特徴とする立体撮影用光学系。
JP7109624A 1995-05-08 1995-05-08 立体撮影用光学系 Withdrawn JPH08307904A (ja)

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