JP2004004869A

JP2004004869A - ステレオ撮影用光学系及びそれを用いたステレオカメラ

Info

Publication number: JP2004004869A
Application number: JP2003154709A
Authority: JP
Inventors: Hajime Morokuma; 諸隈　肇; Hirobumi Tsuchida; 槌田　博文; Katsuhiro Takada; 高田　勝啓
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: JP3834016B2

Abstract

【目的】横長で且つその方向に画角の大きいステレオ画像を効率よく写し込むことのできるステレオ撮影用光学系及びそれを用いたステレオカメラを提供すること。
【構成】隔壁３はフイルム画枠２を上下に分割し、縦横寸法がａ×ｂの二つのフイルム面を形成している。視差を有する被写体像の二つの光束のうち右方の光束は、反射鏡１１，凸レンズ９，反射鏡４を経て上半分のフイルム面を露光し、左方の光束は、反射鏡１２，凸レンズ１０，反射鏡５を経て下半分のフイルム面を露光するように構成されている。フイルム画枠２と共に隔壁３が９０度回転された場合には、隔壁３によって反射鏡４，５も９０度回転され、縦横寸法がｂ×ａの二つの縦長な左右のフイルム面にステレオ画像が得られる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体に対して視差のある二つの画像を、通常撮影における一つのフイルム画枠を二分して写し込むことを可能にしたステレオ撮影用光学系及びそれを用いたステレオカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、同一被写体に対して視差のある二つの画像を左右又は上下に並べてステレオ写真を観察する方法が知られている。また、このような二つの画像を同時に撮影するカメラも知られているが、それらは、通常撮影におけるフイルム画枠が一般には横長であることから、二つの画像を左右に並べて撮影するようにしているのが普通である。例えば、一般に多く使用されているフイルム画枠の縦横寸法は、２４ｍｍ×３６ｍｍであるが、これを略２４ｍｍ×１８ｍｍの左右二つに分割して撮影するようにしている。
【０００３】
一方、近年において、パノラマ写真と称する従来より横長な画面サイズの写真を撮影できるカメラが販売されている。これらのカメラは、上記したような２４ｍｍ×３６ｍｍサイズのフイルム画枠内において、その上下方向における中央部に略１２ｍｍ×３６ｍｍサイズの画面を写し込むようにしたものである。そして、このパノラマ写真のアスペクト比は従来の写真のアスペクト比に比べて臨場感が得られるというメリットがあり、特に風景写真や多人数の記念写真などに多く使用されている。
【０００４】
そこで、更に臨場感を高める手段としてパノラマ写真のステレオ写真化が考えられる。しかし、略１２ｍｍ×３６ｍｍサイズの画面を横に並べて（即ち、通常のサイズの写真の二枚分のフイルムを用いて）撮影できるようにすると、カメラが大型化してしまい好ましくなく、またフイルムの上下に撮影しない部分が多く出るため、極めて不経済である。また、上記のように略２４ｍｍ×１８ｍｍの左右二つに分割して撮影するようにしたステレオカメラでは、横長のパノラマ写真の撮影ができない。
【０００５】
更に、パノラマ写真やステレオ写真のように臨場感を高める写真を撮影するためには、広い範囲を撮影できる広画角な撮影レンズを使用することが望ましい。また、ステレオ写真の場合には、人間の両目の間隔程度の視差を設けることが必要になるため、像を写し込む左右の二つのフイルム画面の間隔に比べて、二つの撮影レンズの間隔を広げなければならず、そのために反射鏡やプリズム等を用いた反射光学系を採用するのが一般的である。このような状況から、パノラマ写真用のステレオカメラを製作しようとすると、どうしても大型化せざるを得ず、現在のところ、大型化せず且つフイルムを経済的に撮影できるカメラは知られていない。
【０００６】
他方、近年においては、１本のフイルム装填中に、切換操作によって、通常撮影とパノラマ撮影の何れか一方を選択できることについての要望が強くなっているように、ステレオ写真の撮影の場合にも横長画面の撮影と縦長画面の撮影とを選択して行えるようにすること、もしくはステレオ撮影と通常撮影とを選択して行えるようにすることについての要望も十分想定できるが、そのような要望に対応できるようなカメラも出現していない。
【０００７】
尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】
実開昭５３−１１２４２６号公報（第１頁、第１図）
【特許文献２】
実公昭４８−２４２６０号公報（第２，３頁、図面）
【特許文献３】
特開平５−１１３７３号公報（第２，３頁、図１−６）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、横長で且つその方向に画角の大きいステレオ画像をフイルムに効率よく写し込むことが可能な小型のステレオ撮影用光学系及びそれを用いたステレオカメラを提供することである。本発明のもう一つの目的は、横長の画像のみでなく、切換操作によって、縦長のステレオ画像、或いは斜めのステレオ画像を得ることのできるステレオ撮影用光学系及びそれを用いたステレオカメラを提供することである。本発明の他の目的は、ステレオ撮影用レンズと通常撮影用レンズとを交換することが可能であり、切換操作によってステレオ撮影と通常撮影とを選択できるようにしたステレオ撮影用光学系及びそれを用いたステレオカメラを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のステレオ撮影用光学系は、左右二つの入射光軸にそれぞれ対応させて設けられており且つそれぞれが前記入射光軸側から順に互いに略平行となるようにして第１反射面と第２反射面とを有している二組の反射光学系と、前記各反射光学系の第１反射面と第２反射面との間にそれぞれ配置されている全体として正のパワーを持つ凸レンズ系と、前記各反射光学系の第１反射面への入射光軸上にそれぞれ配置されている全体として負のパワーを持つ凹レンズ系と、を備えており、前記凸レンズ系と前記凹レンズ系は、共に球面レンズを有していて、前記二組の反射光学系は、それぞれの出射側光軸が二つの画像の各中心を通り前記凸レンズ系を通る光軸が水平線に対して所定の角度傾けられるように前記二つの画像の境界線の中心を通る垂線の回りに所望の角度傾けて配置されている。
【００１０】
また、本発明のステレオカメラは、請求項１に記載のステレオ撮影用光学系と、フイルム画枠と、前記フイルム画枠を上下に分割し二つのフイルム面を形成するフイルム面分割手段と、を備えており、前記二組の反射光学系は、それぞれの出射側光軸が前記二つのフイルム面の各中心を通るように前記二つのフイルム面の境界線の中心を通る垂線の回りに所望の角度傾けて配置されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施例を図１乃至図６を用いて説明する。図１は横長のステレオ画像を写し込むようにした場合における主に光学系の構成を示す本実施例の説明図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。図２は図１に示した光学系の一部とフイルムとの関係を示すための説明図である。図３は図１の状態から縦長のステレオ画像を写し込むようにした場合を示す説明図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。図４は反射鏡の取り付け構造を示す説明図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。図５は反射鏡のホルダー示す図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。図６は図４（ａ）の一部拡大図である。
【００１２】
先ず、この実施例の構成を説明する。図２において、フイルム収納部１にはアパーチャー１ａが形成されている。このフイルム収納部１内にはロールフイルムが収納されており、通常撮影において一画像用として決められている縦幅が２×ａ，横幅がｂのフイルム画枠２は、フイルム枠としてのアパーチャー１ａによって規制されている。そして、図示を省略しているが、実際にはフォーカルプレンシャッタが、このアパーチャー１ａに対応させてフイルム収納部１に取り付けられている。隔壁３は無反射処理が施されており、フイルム画枠２を上下に２分割し、縦幅がａ，横幅がｂの二つのフイルム面２ａ，２ｂが得られるようにして、フイルム収納部１に取り付けられており、その先端部３ａはＶ字状に形成されている。
【００１３】
反射鏡４，５はカメラ本体と一体のホルダー６に回転可能に取り付けられている。その取り付け構造を図４乃至図６を用いて説明する。反射鏡４，５の背面に設けられた軸４ａ，５ａは、ホルダー６の腕６ａ，６ｂに形成されている孔６ｃ，６ｄに回転可能に嵌合している。この嵌合は、図示していない止め輪等の周知の手段によって抜け止めがなされ、反射鏡４，５の反射面は各々同一平面上で回転できるようになっている。反射鏡４と反射鏡５との間には図４（ｂ）に示すように一定の間隙が設けられ、そこに隔壁３の先端部３ａが挿入されるようになっている。従って、隔壁３がフイルム収納部１と共に回転された場合には、それによって反射鏡４，５が回転する。バネ７，８は反射鏡４，５の姿勢を安定に保つために設けたものであって、軸４ａ，５ａに対する付勢方向はどちらでもよい。
【００１４】
一組の反射光学系である反射鏡１１と反射鏡４とは、被写体（右側の被写体像）からの光が反射鏡１１に入射した後該反射鏡１１の反射面で反射し、次に反射鏡４に入射した後該反射鏡４の反射面で反射され、上側のフイルム面２ａに結像されるように入射側から順次光学的に配置されている。このとき反射鏡４の反射面と反射鏡１１の反射面とは、フイルム面２ａに像を結ぶことができる程度の略平行であることがよい。また、もう一組の反射光学系である反射鏡１２と反射鏡５についても、反射鏡１１と反射鏡４の場合と同様に被写体（左側の被写体像）からの光が下側のフイルム面２ｂに結像されるように入射側から順次光学的に配置されている。
【００１５】
凸レンズ９は反射鏡１１と反射鏡４との間に配置され、右側からの被写体像が反射鏡４を介して上側のフイルム面２ａに結像させるためのものである。従って、凸レンズ９は反射鏡１１からの射出光の光軸に沿って配置される。また、凸レンズ１０は、凸レンズ９と同様に、反射鏡１２と反射鏡５との間に配置される。尚、本実施例においては反射光学系に反射鏡を用いているが、反射鏡に代えてプリズムその他反射光学素子を用いるようにしても差し支えない。また、本実施例の場合、凸レンズ９，１０をそれぞれ単レンズで示しているが、それらを複数枚のレンズで構成できることは言うまでもない。更に、反射鏡１１と凸レンズ９とを反射鏡１１と凸レンズ９との作用を合わせ持つ凸面を有するプリズムとすることもできる。
【００１６】
また、図１（ａ）に示されているように、入射側の左右の光軸１３，１４の間隔Ｓは、人間の眼幅を基準にし、被写体の大きさや距離を考慮して所定の値に選ばれている。光軸１３，１４上の物体をそれぞれフイルム面２ａ，２ｂの中心に結像させるようにさるために、図１（ｂ）に示すように、凸レンズ９，１０を通る光軸１５，１６が水平線Ｈに対して所定の角度θだけ傾けられている。この角度θは、ｔａｎθ＝ａ／Ｓの式から算出される。このようにして、凸レンズ９，１０をそれぞれ二つの反射鏡４，１１及び５，１２の間に配置したことにより、横方向に広い画角の被写体をフイルムに写し込むことが可能になる。
【００１７】
このような構成のステレオカメラにおいては、図１及び図２に示された状態で撮影すると、視差を有する被写体像の光束が、左右に設けられた各反射光学系にそれぞれ入射し、各反射光学系内にある二つの反射面によって反射され、一方の光束は隔壁３によって分割されたフイルム画枠２の上半分のフイルム面２ａを露光し、他方の光束は下半分のフイルム面２ｂを露光する。従って、そのままプリントすれば、視差のある二つの画像を上下に並べたステレオ写真を得ることができる。勿論、プリントするに際し二つの画像を左右に並べてプリントしても構わない。フイルム画枠２の縦横寸法が、２４ｍｍ×３６ｍｍの場合には、略１２ｍｍ×３６ｍｍの二つの画像を得ることになり、略パノラマサイズのステレオ写真を得たことになる。
【００１８】
上記の構成において、反射鏡４，５を回転させないようにしたカメラも本発明に属するが、本実施例においては反射鏡４，５を回転させ、更に別のサイズのステレオ写真をも得ることを可能にしている。即ち、図１の状態からフイルム収納部１及び隔壁３をカメラ本体に対して９０度回転させ、反射鏡４，５をそれぞれの軸４ａ，５ａ上で９０度回転させた状態が図３に示されている。この場合においては当然のことながら、反射鏡１１，１２の回転に連動させて、凸レンズの位置を移動させている。
【００１９】
尚、上記の構成説明においては、フイルム収納部１と隔壁３を一体的に構成し、両者を一緒に回転させる場合で説明したが、フイルム収納部１を回転させるようにすると、カメラの全体設計が面倒になるため、フイルム枠としてのアパーチャー１ａの前面に別のフイルム枠を配置し、それと隔壁３とを一緒に回転させるようにしてもよい。勿論、反射鏡４，５の回転に連動させて、フイルム収納部１やフイルム枠とは関係なしに隔壁３のみを回転させるようにしてもよい。それらの場合には、いずれも上記の場合とは画面サイズの異なる縦長のステレオ写真を得ることができる。
【００２０】
次に、上記のような実施例のステレオカメラに対し、優れたレンズ構成を適用した場合の実施例を第２実施例として説明する。この第２実施例については、図７及び図８を参照しながら説明するが、全体のカメラ構成は殆ど第１実施例と共通であるため、重複する部分についてはその説明を省略する。図７は図１（ａ）に対応する第２実施例の説明図であり、図８は第２実施例の光学系を示す図である。
【００２１】
ところで、所謂ライカ判（フイルムの画枠サイズが２４ｍｍ×３６ｍｍ）の場合を例に挙げて述べると、図７において各凸レンズ９，１０からフイルム面（２）までの距離を２８ミリより小さくした場合に、フイルム周辺へ行く光の傾きが大きくなりすぎて、反射鏡４，５を挿入することができなくなる。また、仮に挿入できたとしても非常に挿入しづらいし、反射鏡４，５がフイルム面に近すぎてしまい、反射鏡４，５の傷や汚れがフイルムに写ってしまう可能性がある。従って、凸レンズ９，１０からフイルム面までの距離は、出来るだけ大きくすることが望ましい。
【００２２】
しかしながら、上記の距離を大きくすることは、即ち焦点距離を大きくすることであり、それだけ画角の大きさに制限を受けることになる。そこで、図７に示した実施例においては、画角を広げるために反射鏡１１，１２の前に凹レンズ１７，１８を配置している。この場合、凸レンズ９，１０の焦点距離が、第１実施例で示したものと異なることは言うまでもない。また、本実施例の場合、凸レンズ９，１０と凹レンズ１７，１８をそれぞれ単レンズで示しているが、それらを複数枚のレンズで構成できることは言うまでもない。
【００２３】
そこで、次に本実施例におけるレンズ構成の二つの数値例を示す。

但し、ｒ_１，ｒ_２，・・・・は各レンズ又はミラー面の曲率半径を、ｄ_１，ｄ_２，・・・・は各レンズの肉厚又は間隔を、ｎ_１，ｎ_２，・・・・は各レンズのｄ線の屈折率を、ν_１，ν_２，・・・・は各レンズのアッベ数を、それぞれ示している。
【００２４】
上記の第１数値例は、図８に示された構成の光学系についてのものである。実際にはこれと対称的なもう一組の光学系と組み合わせて用いられる。凹レンズと凸レンズは、共にプラスチック製の球面レンズを用いており、安価であり、且つｆ＝３５ｍｍ、画角２ω＝６６．７°という広画角なレンズ系が得られる。非球面レンズを採用したり、複数枚の組み合わせレンズを採用することによって、更に高性能化がはかれることは言うまでもない。
【００２５】
上記の第２数値例は、第１数値例の場合と同じ構成の光学系についてのものでありながら、各レンズのパワーを強めることによって、それほど大型化させることなく、ｆ＝２４ｍｍ、画角２ω＝１０４．６°という更に広画角なレンズ系が得られる。
【００２６】
上記の第１数値例と第２数値例における各々のバックフォーカスは、４５．０ｍｍと４０．０ｍｍであり、所謂一眼レフカメラ等の交換レンズとして用いることが十分に可能である。従って、通常撮影とステレオ撮影とを切り換えて撮影できるようにすることが可能である。
【００２７】
また、上記の二つの数値例は、負・正の所謂レトロフォーカスタイプのレンズ構成として広角化と長いバックフォーカスを達成しているが、同様の構成で短いバックフォーカスのレンズ系が得られることは言うまでもなく、その場合にはステレオ写真専用のカメラ用レンズとして、或いはコンパクトカメラ等レンズ固定式カメラのフロントコンバータ等の補助レンズとしてステレオ写真の撮影に用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、横長で且つその方向に画角の大きいステレオ画像をフイルムに効率よく写し込むことが可能な小型のステレオ撮影用光学系及びステレオカメラを得ることができる。また、横長の画像のみでなく、切換操作によって、縦長のステレオ画像、或いは斜めのステレオ画像をも写し込むことが可能なステレオ撮影用光学系及びステレオカメラを得ることができる。更に、ステレオ撮影用レンズと通常撮影用レンズとを交換することが可能であり、切換操作によってステレオ撮影と通常撮影とを選択できるようにしたステレオ撮影用光学系及びステレオカメラを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横長のステレオ画像を写し込むようにした場合における主に光学系の構成を示す第１実施例の説明図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。
【図２】図１に示した光学系の一部とフイルムとの関係を示すための説明図である。
【図３】図１の状態から縦長のステレオ画像を写し込むようにした場合を示す説明図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。
【図４】反射鏡の取り付け構造を示す説明図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。
【図５】反射鏡のホルダー示す図であり、図（ａ）は平面状態を、図（ｂ）は図（ａ）の下面から視た状態を示している。
【図６】図４（ａ）の一部拡大図である。
【図７】第１実施例の図１（ａ）に対応する第２実施例の説明図である。
【図８】第２実施例の光学系を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　　フイルム収納部
１ａ　　　　　　　　　　　　アパーチャー
２　　　　　　　　　　　　　フイルム画枠
３　　　　　　　　　　　　　隔壁
３ａ　　　　　　　　　　　　先端部
４，５，１１，１２　　　　　反射鏡
４ａ，５ａ　　　　　　　　　軸
６　　　　　　　　　　　　　ホルダー
６ａ，６ｂ　　　　　　　　　腕
６ｃ，６ｄ　　　　　　　　　孔
７，８　　　　　　　　　　　バネ
９，１０　　　　　　　　　　凸レンズ
１３，１４，１５，１６　　　光軸
１７，１８　　　　　　　　　凹レンズ

Claims

左右二つの入射光軸にそれぞれ対応させて設けられており且つそれぞれが前記入射光軸側から順に互いに略平行となるようにして第１反射面と第２反射面とを有している二組の反射光学系と、前記各反射光学系の第１反射面と第２反射面との間にそれぞれ配置されている全体として正のパワーを持つ凸レンズ系と、前記各反射光学系の第１反射面への入射光軸上にそれぞれ配置されている全体として負のパワーを持つ凹レンズ系と、を備えており、前記凸レンズ系と前記凹レンズ系は、共に球面レンズを有していて、前記二組の反射光学系は、それぞれの出射側光軸が二つの画像の各中心を通り前記凸レンズ系を通る光軸が水平線に対して所定の角度傾けられるように前記二つの画像の境界線の中心を通る垂線の回りに所望の角度傾けて配置されていることを特徴とするステレオ撮影用光学系。
請求項１に記載のステレオ撮影用光学系と、フイルム画枠と、前記フイルム画枠を上下に分割し二つのフイルム面を形成するフイルム面分割手段と、を備えており、前記二組の反射光学系は、それぞれの出射側光軸が前記二つのフイルム面の各中心を通るように前記二つのフイルム面の境界線の中心を通る垂線の回りに所望の角度傾けて配置されていることを特徴とするステレオカメラ。