JP2020154008A - レンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基線長を広い範囲で変更することが可能なレンズ装置を提供する。【解決手段】レンズ装置（１２０）は、第一光学系（２００Ｒ）と、第一光学系と並列に配置された第二光学系（２００Ｌ）とを有し、第一光学系および第二光学系はそれぞれ、物体側から像側へ順に、第一光軸（ＯＡ１）、第二光軸（ＯＡ２）、および、第三光軸（ＯＡ３）を有し、第一光学系および第二光学系のそれぞれが第三光軸に平行な軸の周りに回転することで、第一光学系および第二光学系のそれぞれの第一光軸の間隔（Ｌ１）は第三光軸の間隔（Ｌ３）よりも大きく変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、立体撮影用のレンズ装置に関する。

従来、２組の光学系を並列に配置して一つの撮像素子に二つの像を結像させるレンズ装置が知られている。このようなレンズ装置では、基線長によって右眼と左眼に視差を有する像が投影されるため、鑑賞者は立体感を得ることができる。基線長が長いほど、鑑賞者は立体感を強く感じる。基線長を変更するには、右の光学系と左の光学系との間隔を変化させる必要がある。しかし、一つの撮像素子の上に二つの光学系の像を並べて結像させる場合、撮像素子の受光範囲を超えて像を離すことはできず、また、二つの像が重なるほど近付けることもできない。

そこで特許文献１には、右眼と左眼の光学系の絞りを各々の光軸に対して偏らせて絞ることによって、撮像素子上に並んだ二つの像の位置を動かすことなく基線長を変更することが可能な立体撮像光学系が開示されている。

特開２０１２−１１３２８１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された立体撮像光学系は、絞りを開放させた状態で基線長を変更することができない。また、この立体撮像光学系において基線長を変更可能な範囲は、絞りの開放径の範囲内に限定される。

そこで本発明は、基線長を広い範囲で変更することが可能なレンズ装置および撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのレンズ装置は、第一光学系と、前記第一光学系と並列に配置された第二光学系とを有し、前記第一光学系および前記第二光学系はそれぞれ、物体側から像側へ順に、第一光軸、第二光軸、および、第三光軸を有し、前記第一光学系および前記第二光学系のそれぞれが前記第三光軸に平行な軸の周りに回転することで、前記第一光学系および前記第二光学系のそれぞれの前記第一光軸の第一間隔は前記第三光軸の間隔よりも大きく変化する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記レンズ装置と、撮像素子を保持するカメラ本体とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、基線長を広い範囲で変更することが可能なレンズ装置および撮像装置を提供することができる。

本実施形態における撮像装置の概略図である。 本実施形態におけるレンズ装置の俯瞰図である。 本実施形態におけるレンズ装置の断面図である。 本実施形態における基線長が長い状態のレンズ装置の説明図である。 本実施形態における基線長が短い状態のレンズ装置の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態における撮像装置について説明する。図１は、撮像装置１００の概略図である。撮像装置１００は、立体像の撮影が可能である。撮像装置１００は、カメラ本体１１０とレンズ装置１２０とを有する。レンズ装置１２０は、カメラ本体１１０に着脱可能な交換レンズである。ただし本発明は、これに限定されるものではなく、カメラ本体１１０とレンズ装置１２０とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。

レンズ装置１２０は、右眼光学系（第一光学系）２００Ｒ、左眼光学系（第二光学系）２００Ｌ、および、システム制御部（レンズシステム制御部）１２１を有する。カメラ本体１１０は、撮像素子１１１、Ａ／Ｄ変換器１１２、画像処理部１１３、表示部１１４、操作部１１５、記憶部１１６、システム制御部（カメラシステム制御部）１１７、検出部（検出手段）１１８を有する。なお検出部１１８は、レンズ装置１２０に設けてもよい。カメラ本体１１０にレンズ装置１２０を装着すると、カメラ本体１１０のシステム制御部１１７とレンズ装置１２０のシステム制御部１２１とが電気的に接続される。

被写体の像は、右眼光学系２００Ｒを介して結像される右眼像（第一像）と、左眼光学系２００Ｌを介して結像される左眼像（第二像）とが並んで撮像素子１１１に結像される。撮像素子１１１は、結像された被写体の像（光信号）をアナログ電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１１２は、撮像素子１１１から出力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号（画像信号）に変換する。画像処理部１１３は、Ａ／Ｄ変換器１１２から出力されたデジタル電気信号（画像信号）に対して種々の画像処理を行う。

表示部１１４は、各種の情報を表示する。表示部１１４は、例えば、電子ビューファインダや液晶パネルを用いることにより実現される。操作部１１５は、撮像装置１００に対する指示をユーザが行うためのユーザインタフェースとしての機能を有する。なお、表示部１１４がタッチパネルを有する場合、タッチパネルも操作部１１５の一つを構成する。記憶部１１６は、画像処理部１１３で画像処理が行われた画像データ等の各種のデータを記憶する。また記憶部１１６は、プログラムを記憶する。記憶部１１６は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および、ＨＤＤを用いることにより実現される。システム制御部１１７は、撮像装置１００の全体を統括制御する。システム制御部１１７は、例えば、ＣＰＵを用いることにより実現される。

次に、図２および図３を参照して、レンズ装置１２０の構成について説明する。図２は、レンズ装置１２０の俯瞰図である。図３は、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌの断面図である。ここからの説明には、右眼光学系についての記述には符号の末尾にＲを付け、左眼光学系についての記述には符号の末尾にＬを付ける。また、右眼光学系と左眼光学系の両方に共通する記述には符号の末尾にＲもＬも付けない。

レンズ装置１２０は、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌを有する。右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌはそれぞれ、被写体側（物体側）から像側へ順に、第１光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌ、第１光軸と略直交する第２光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌ、第１光軸と平行な第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを有する。また右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌはそれぞれ、各光軸に沿って、１群レンズ２１０Ｒ、２１０Ｌ、２群レンズ２２０Ｒ、２２０Ｌ、および、３群レンズ２３０Ｒ、２３０Ｌを有する。また右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌはそれぞれ、第１プリズム２１１Ｒ、２１１Ｌおよび第２プリズム２２１Ｒ、２２１Ｌを有する。第１プリズム２１１Ｒ、２１１Ｌはそれぞれ、第１光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌの光束を折り曲げて第２光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌに導く。第２プリズム２２１Ｒ、２２１Ｌはそれぞれ、第２光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌの光束を折り曲げて第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌに導く。

カメラ本体１１０の撮像素子１１１上には、右眼光学系２００Ｒにより結像する右眼イメージサークルＩＣＲと、左眼光学系２００Ｌにより結像する左眼イメージサークルＩＣＬとが並列に像を結ぶ。イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬ同士が重ならないように、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬのサイズとイメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬ同士の離間距離を設定することが好ましい。例えば撮像素子１１１の受光範囲を中央で左右に半分に分けた領域を考え、受光範囲の右領域の略中央に右眼イメージサークルＩＣＲの中心が来るように設定し、受光範囲の左領域の略中央に左眼イメージサークルＩＣＬの中心が来るように設定することが好ましい。

右眼光学系２００Ｒの第１光軸ＯＡ１Ｒと左眼光学系２００Ｌの第１光軸ＯＡ１Ｌとの間の距離を基線長Ｌ１と称する。基線長Ｌ１が長いほど、鑑賞時の立体感が増す。しかし、基線長Ｌ１が物体距離の略１／２０を超えると、立体感が強くなり過ぎることがある。このため、物体距離が近い場合、基線長Ｌ１を短くすることが好ましい。

以下、基線長Ｌ１を変更する方法について詳述する。右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌはそれぞれ、１群レンズ保持部材２１２Ｒ、２１２Ｌ、２群レンズ保持部材２２２Ｒ、２２２Ｌ、および、３群レンズ保持部材２３１Ｒ、２３１Ｌを有する。１群レンズ保持部材２１２Ｒ、２１２Ｌはそれぞれ、１群レンズ２１０Ｒ、２１０Ｌと第１プリズム２１１Ｒ、２１１Ｌとを保持する。２群レンズ保持部材２２２Ｒ、２２２Ｌはそれぞれ、２群レンズ２２０Ｒ、２２０Ｌと第２プリズム２２１Ｒ、２２１Ｌとを保持する。また２群レンズ保持部材２２２Ｒ、２２２Ｌはそれぞれ、右眼光学系２００Ｒの第一回転機構および左眼光学系２００Ｌの第二回転機構を構成する。３群レンズ保持部材２３１Ｒ、２３１Ｌはそれぞれ、３群レンズ２３０Ｒ、２３０Ｌを保持する。また右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌはそれぞれ、レンズベース１２３に固定されている。レンズベース１２３は、レンズ装置１２０をカメラ本体１１０に接続するためのレンズマウント部１２２に固定される。

右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌはそれぞれ、第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを中心に回転可能に構成されている。本実施形態では、３群レンズ保持部材２３１Ｒ、２３１Ｌの外周部２３１ａＲ、２３１ａＬをレンズベース１２３の第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを中心とした円周面１２３ａＲ、１２３ａＬに嵌合させる。右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌのそれぞれが第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを中心に回転すると、撮像素子１１１上のイメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬは移動せず、第１光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌの位置が移動する。したがって、右眼光学系２００Ｒと左眼光学系２００Ｌを同じ角度ずつ逆方向に回転させると、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌのそれぞれの第１光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌは、横並びの関係を保ちながら基線長Ｌ１を変更することができる。

図２に示されるように、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌの２群レンズ保持部材２２２Ｒ、２２２Ｌ同士は、２群レンズ保持部材２２２Ｒ、２２２Ｌにそれぞれ設けられた歯車（ギア）２２２ａＲ、２２２ａＬで連結されている。これにより、右眼光学系２００Ｒと左眼光学系２００Ｌとを確実に同じ角度ずつ逆方向に回転させることができる。

図４は、基線長Ｌ１が長い状態のレンズ装置１２０の説明図である。図４（Ａ）はレンズ装置１２０の被写体側から見た正面図を示し、図４（Ｂ）は第一光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌ、第二光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌ、第三光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌ、および、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬのそれぞれの位置を示す。図５は、基線長Ｌ１が短い状態のレンズ装置１２０の説明図である。図５（Ａ）はレンズ装置１２０の被写体側から見た正面図を示し、図５（Ｂ）は第一光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌ、第二光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌ、第三光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌ、および、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬのそれぞれの位置を示す。図５は、右眼光学系２００Ｒと左眼光学系２００Ｌがそれぞれ第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを中心に回転し、図４と比較して、第１光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌの間の基線長Ｌ１が短くなった状態を示している。

図４と図５とを比較すると、図４では第２光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌが水平方向に延びているのに対し、図５では第２光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌが斜めに配置されているため、図５のほうが図４よりも基線長Ｌ１が短い。また第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌが回転中心となっているため、第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌは移動せず、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬも移動しない。イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬが移動しないため、基線長Ｌ１を変更した場合でも、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬが撮像素子１１１の受光範囲よりも外側に外れる可能性や、右眼と左眼のイメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬ同士が重なる可能性はない。例えば撮像素子１１１のサイズを縦２４ｍｍ×横３６ｍｍ、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬの直径をφ１７ｍｍ、第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌ同士の離間距離を１８ｍｍ、第２光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌの長さを２１ｍｍとする。第２光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌが水平方向に延びるように右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌを配置すると、図４に示される基線長Ｌ１は６０ｍｍとなり、成人の眼幅と略等しくなる。この状態から右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌのそれぞれを、第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを中心に６０度回転させると、図５に示されるように基線長Ｌ１は約３９ｍｍまで縮まる。

本実施形態において、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌはそれぞれ第三光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを中心として回転する（回転中心は第三光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌと一致する）が、本発明はこれに限定されるものではない。右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌのそれぞれが第三光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌに平行な軸の周りに回転することで、基線長Ｌ１（第一光軸の間隔）が第三光軸の間隔Ｌ３よりも大きく変化するように構成されていればよい。すなわち、回転中心が第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌの近傍であれば、回転半径の比を考えると第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌ同士の間隔よりも、第１光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌ同士の間隔（基線長Ｌ１）のほうが大きく変化する。イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬ同士の離間距離と、撮像素子１１１の受光範囲に対する右眼と左眼それぞれの記録画素範囲の余裕量があれば、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌをそれぞれ回転させて基線長Ｌ１を変えることができる。

第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌから離れた位置に回転中心を設定した場合、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌを回転させると、撮像素子１１１上におけるイメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬの位置が移動する。その場合、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬの移動量に合わせて記録画素範囲を移動することが好ましい。または、イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬの移動量をデータとして記録し、静止画データや動画データを格納するデータファイルにイメージサークルの位置をメタデータとして付与してもよい。

第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌの位置は、右眼光学系２００Ｒおよび左眼光学系２００Ｌのそれぞれの回転軸の設計位置と回転量から演算可能である。回転量の検出部（検出手段）１１８として、例えばポテンショメータを用いることができる。システム制御部（制御手段）１１７は、第三光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌの位置に基づいて撮像素子１１１の記録画素範囲を移動させることができる。第３光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌの位置をイメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬの光量中心で代替してもよい。イメージサークルＩＣＲ、ＩＣＬの光量中心は、撮像素子１１１の輝度分布から求めることができる。

このように本実施形態において、レンズ装置１２０は、第一光学系（右眼光学系２００Ｒ）、および、第一光学系と並列に配置された第二光学系（左眼光学系２００Ｌ）を有する。第一光学系および第二光学系はそれぞれ、物体側から像側へ順に、第一光軸ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌ、第二光軸ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌ、および、第三光軸ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌを有する。第一光学系および第二光学系のそれぞれが第三光軸に平行な軸の周りに回転することで、第一光学系および第二光学系のそれぞれの第一光軸の間隔（基線長Ｌ１）は第三光軸の間隔Ｌ３よりも大きく変化する。

好ましくは、第一光学系および第二光学系はそれぞれ、入射光束を２回折り曲げる光学系である。また好ましくは、第二光軸は、第一光軸と直交している。また好ましくは、第三光軸は、第一光軸と平行である。また好ましくは、第一光学系および第二光学系はそれぞれ、第三光軸の周りに回転することで、第一光軸の間隔を変更する。また好ましくは、第一光学系の第一回転量と第二光学系の第二回転量は、互いに逆方向において同角度である。

好ましくは、レンズ装置は、第一光学系の第一回転機構（２群レンズ保持部材２２２Ｒ）、第二光学系の第二回転機構（２群レンズ保持部材２２２Ｌ）、および、第一回転機構と第二回転機構とを連結する歯車（２２２ａＲ、２２２ａＬ）を有する。また好ましくは、レンズ装置は、第一光学系および第二光学系により視差のある二つの像を結像可能な立体撮影用のレンズ装置である。

好ましくは、撮像素子１１１は、第一光学系により形成される第一像および第二光学系により形成される第二像を並列に結像する一つの撮像素子である。また好ましくは、撮像装置１００は、第三光軸の位置を検出する検出手段（検出部１１８）、および、第三光軸の位置に基づいて撮像素子の記録画素範囲を移動させる制御手段（システム制御部１１７）を有する。

本実施形態によれば、基線長を広い範囲で変更することが可能なレンズ装置および撮像装置を提供することができる。

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。

１２０ レンズ装置
２００Ｒ 右眼光学系（第一光学系）
２００Ｌ 左眼光学系（第二光学系）
ＯＡ１Ｒ、ＯＡ１Ｌ 第一光軸
ＯＡ２Ｒ、ＯＡ２Ｌ 第二光軸
ＯＡ３Ｒ、ＯＡ３Ｌ 第三光軸
Ｌ１ 基線長（第一光軸の間隔）
Ｌ３ 第三光軸の間隔

Claims (12)

1. 第一光学系と、
   前記第一光学系と並列に配置された第二光学系と、を有し、
   前記第一光学系および前記第二光学系はそれぞれ、物体側から像側へ順に、第一光軸、第二光軸、および、第三光軸を有し、
   前記第一光学系および前記第二光学系のそれぞれが前記第三光軸に平行な軸の周りに回転することで、前記第一光学系および前記第二光学系のそれぞれの前記第一光軸の間隔は前記第三光軸の間隔よりも大きく変化することを特徴とするレンズ装置。
2. 前記第一光学系および前記第二光学系はそれぞれ、入射光束を２回折り曲げる光学系であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記第二光軸は、前記第一光軸と直交していることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記第三光軸は、前記第一光軸と平行であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 前記第一光学系および前記第二光学系はそれぞれ、前記第三光軸の周りに回転することで、前記第一光軸の前記間隔を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 前記第一光学系の第一回転量と前記第二光学系の第二回転量は、互いに逆方向において同角度であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 前記第一光学系の第一回転機構と、
   前記第二光学系の第二回転機構と、
   前記第一回転機構と前記第二回転機構とを連結する歯車と、を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記レンズ装置は、前記第一光学系および前記第二光学系により視差のある二つの像を結像可能な立体撮影用のレンズ装置であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレンズ装置と、
   撮像素子を保持するカメラ本体と、を有することを特徴とする撮像装置。
10. 前記撮像素子は、前記第一光学系により形成される第一像および前記第二光学系により形成される第二像を並列に結像する一つの撮像素子であることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記レンズ装置は、前記カメラ本体に着脱可能であることを特徴とする請求項９または１０に記載の撮像装置。
12. 前記第三光軸の位置を検出する検出手段と、
    前記第三光軸の前記位置に基づいて前記撮像素子の記録画素範囲を移動させる制御手段と、を更に有することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。