JP5543762B2 - カメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、視差を有する複数の視点から被写体を撮影することによって立体視画像を得るカメラシステムに関する。

視差を有する複数の異なる視点から同一の被写体を撮影することによって、立体視可能な静止画像又は立体視可能な動画像（以下では、単に立体視画像と称する）を撮影する技術が知られている。立体視画像は、ステレオ画像、３Ｄ画像、又は立体画像等とも称される。

立体視画像を撮影する方法としては、例えば特開平１１−２７７０２号公報に開示されているように、２つの撮影用レンズを備えたカメラを用いて撮影する方法や、例えば特開２００６−３３３９５号公報に開示されているように、２台のカメラを離して配置し撮影する方法等が知られている。

特開平１１−２７７０２号公報 特開２００６−３３３９５号公報

なお、人が立体感（奥行き感）を感じられる視差（視差量）を有する立体視画像を撮影するためには、カメラと被写体と間の距離（被写体距離）に応じて基線長及び輻輳角を変化させなければならない。例えば風景や建築物等の撮影のように被写体距離が長い場合には、基線長を長くすることによって、異なる視点の画像間の視差を大きくしなければならない。

また反対に、例えば接写のように被写体距離が短い場合には、基線長を短くしなければならない。これは、基線長に比して被写体距離が短い場合、異なる視点の画像間の視差が大きくなりすぎてしまい、立体視できなくなってしまうからである。また、被写体距離が短い場合には、異なる視点の画像中に同一の被写体が収まるように輻輳角も変更しなければならない。

例えば、特開平１１−２７７０２号公報に開示されているカメラでは、基線長及び輻輳角が固定されているため、撮影時にこれらの情報を得ることは容易である。しかしながら、被写体距離に応じて基線長及び輻輳角を変化させることができないため、多様な被写体について立体視画像を撮影することができない。

また、特開２００６−３３３９５号公報に開示されているような、２台のカメラを離して配置し撮影する方法では、被写体距離に応じて基線長及び輻輳角を適切な値に変化させることができる。しかしながら、２台の分離して配置されたカメラ同士を、立体視画像が得られるように正確に配置することは困難である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被写体距離の変化及び撮像レンズの変化に応じて基線長を適切な値とすることができ、立体視画像を容易に撮影可能なカメラシステムを提供することを目的とする。

本発明のカメラシステムは、被写体の光学像を結像する第１の撮影レンズ、及び前記第１の撮影レンズの結像位置に配置された第１の撮像素子を有し前記被写体の画像を生成する第１撮像部を具備する第１カメラと、前記第１カメラに結合部を介して着脱自在であって、前記被写体の光学像を結像する第２の撮影レンズ、前記第２の撮影レンズの結像位置に配置され受光面の大きさが前記第１の撮像素子とは異なる第２の撮像素子を有し前記被写体の画像を生成する第２撮像部、及び前記第１の撮影レンズの光軸と前記第２の撮影レンズの光軸とのなす角度を調整する機構を具備する第２カメラと、前記角度を検出する検出部と、を具備し、前記第２の撮影レンズの像面から節点までの節点距離、前記角度及び前記第１カメラまたは前記第２カメラの記録している位置情報に基づいて、前記第１の撮影レンズの節点と前記第２の撮影レンズの節点の相対位置を算出する算出部を有することを特徴とする。

本発明によれば被写体距離の変化及び撮像レンズの変化に応じて基線長を適切な値とすることができ、立体視画像を容易に撮影可能なカメラシステムを提供することができる。

カメラシステムの前面側を示す斜視図である。 カメラシステムの背面側を示す斜視図である。 第１カメラの構成を説明する図である。 第２カメラの構成を説明する図である。 被写体とカメラシステム１の配置を示す上視図である。 被写体とカメラシステム１の配置を示す上視図である。 人間が両眼視した場合の被写体距離と視差角の関係を示す図である。 被写体距離３ｍの場合の視差量を各被写体距離での像界側での視差量を節点距離で換算した図である。 カメラシステム１の撮像素子間隔と視差量の関係を示す図である。 第１カメラの動作を説明するフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

本実施形態のカメラシステム１は、立体視可能な静止画像及び立体視可能な動画像の少なくとも一方（以下、単に立体視画像と称する）を撮影可能な装置である。カメラシステム１は、視差を有する複数の異なる視点から同一の被写体を撮影するための２つのカメラを具備して構成されている。

本実施形態では図１に示すように、カメラシステム１は、詳しくは後述する結合部を介して離合可能な第１カメラ１０及び第２カメラ３００を具備して構成されている。また、詳しくは後述するが、第１カメラ１０及び第２カメラ３００は、通信部によって通信可能に構成されている。

結合部は、第１カメラ１０及び第２カメラ３００を機械的に結合するためのものである。また、図１及び図２に示すように、結合部は、第１カメラ１０及び第２カメラ３００の間に、中間部材４００を配設した状態で第１カメラ１０及び第２カメラ３００を機械的に結合することもできる。図１は、中間部材４００を介して第１カメラ１０及び第２カメラ３００を機械的に結合した状態を示している。

まず、第１カメラ１０の構成について説明する。図３に示すように、第１カメラ１０は、撮像素子である電荷結合素子（以下、ＣＣＤと称する）１１７を保持するボディユニット１００と、ＣＣＤ１１７の受光面（画素領域）上に被写体像を結像する撮影レンズ２０２を保持するレンズユニット２００と、を具備して構成されている。レンズユニット２００は、ボディユニット１００の前面に設けられた図示しないレンズマウントを介して着脱自在である。

なお、ＣＣＤ１１７は、受光面に入射される光に応じた電気信号を所定のタイミングで出力する、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサと称される形態の撮像素子であってもよい。

以下の説明において、撮影レンズ２０２の光軸Ｏ１に平行な軸をＺ方向とし、光軸Ｏ１に直交する平面（ＣＣＤ１１７の受光面と平行な平面）上において互いに直交する２つの方向をＸ軸及びＹ軸とする。本実施形態では一例として、ＣＣＤ１１７は矩形状の受光面を有するものとし、Ｘ軸が該受光面の長辺と平行であり、Ｙ軸が短辺と平行であるものとする。

本実施形態の第１カメラ１０では、レンズユニット２００の動作は、レンズユニット２００に配設されたレンズ制御用マイクロコンピュータ（以下、“Ｌｕｃｏｍ”と称する）２０１によって制御される。また、ボディユニット１００の動作は、ボディユニット１００に配設されたボディ制御用マイクロコンピュータ（以下、“Ｂｕｃｏｍ”と称する）１０１によって制御される。

これらＬｕｃｏｍ２０１とＢｕｃｏｍ２０１とは、ボディユニット１００にレンズユニット２００を装着した状態において通信コネクタ１０２を介して互いに通信可能に電気的に接続される。そして、Ｌｕｃｏｍ２０１はＢｕｃｏｍ２０１に従属的に協働しながら稼動するように構成されている。詳しくは後述するが、Ｂｕｃｏｍ２０１は、本発明における制御部、識別部及び算出部を構成する。

なお、レンズユニット２００は、ボディユニット１００と一体に構成される形態であってもよい。また、レンズユニット２００の動作は、Ｂｕｃｏｍ２０１のみによって制御される構成であってもよい。

レンズユニット２００は、撮影レンズ２０２と絞り２０３を備えて構成されている。本実施形態では、撮影レンズ２０２は、フォーカスレンズ２０２ａと変倍レンズ２０２ｂとによって構成されている。フォーカスレンズ２０２ａは、レンズ駆動機構２０４内に設けられた図示しないステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動される。変倍レンズ２０２ｂは、ズーム駆動機構２０６内に設けられた図示しないステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動される。また、絞り２０３は、絞り駆動機構２０５内に設けられた図示しないステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動される。

撮影レンズ２０２の合焦距離、焦点距離、及び絞り値は、図示しない位置エンコーダ等によって検出され、Ｌｕｃｏｍ２０１及び通信コネクタ１０２を介して、Ｂｕｃｏｍ２０１に入力される。

ボディユニット１００は、Ｂｕｃｏｍ２０１の他に、第１撮像部１１６、電源回路１３５、記憶部である不揮発性メモリ１２８、結合部１８０、及び通信部である通信コネクタ１８１等を具備して構成されている。第１撮像部１１６は、撮影レンズ２０２によって結像された被写体像を光電変換して第１画像を得るためのもので、撮影レンズ２０２の像側（後側）に配設されている。本実施形態では、第１撮像部１１６は、ＣＣＤ１１７と、その前側に配設された光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１８と、防塵フィルタ１１９とを具備して構成されている。

上記防塵フィルタ１１９の周縁部には、圧電素子１２０が取り付けられている。圧電素子１２０は、防塵フィルタ制御回路１２１によって、防塵フィルタ１１９を寸法や材質によって定まる所定の周波数で振動させるように構成されている。防塵フィルタ１１９が振動することによって、フィルタ表面に付着した塵埃を除去することができる。

なお、ＬＰＦ１１８及び防塵フィルタ１１９は、必要に応じて適宜に配設されるものであり、第１撮像部１１６は、撮像素子であるＣＣＤ１１７のみで構成される形態であってもよい。

第１撮像部１１６の前側には、シャッタ１０８が配設されている。また、ボディユニット１００内には、シャッタ１０８の先幕と後幕を駆動するばねをチャージするシャッターチャージ機構１１２と、これら先幕と後幕の動きを制御するシャッタ制御回路１１３が設けられている。なお、本実施形態のシャッタ１０８は、フォーカルプレーンシャッタであるが、シャッタ１０８はレンズシャッタであってもよい。

また、本実施形態における第１カメラ１０は、ＣＣＤ１１７に接続したＣＣＤインターフェース回路１２２と、液晶モニタ１２３と、記憶領域として機能するＳＤＲＡＭ１２４やＦｌａｓｈＲＯＭ１２５などを利用して画像処理する画像処理コントローラ１２６を備え、電子撮像機能とともに電子記録表示機能を提供できるように構成されている。

ここで、記録メディア１２７は、各種のメモリカードや外付けのＨＤＤ等の外部記録媒体であり、通信コネクタを介してボディユニット１００と通信可能且つ交換可能に装着される。そして、この記録メディア１２７に、第１撮像部１１６で撮影して得られた画像データが記録される。

その他の記憶領域としては、カメラ制御に必要な所定の制御パラメータを記憶する、例えばＥＥＰＲＯＭからなる記憶部である不揮発性メモリ１２８がＢｕｃｏｍ２０１からアクセス可能に設けられている。不揮発性メモリ１２８には、詳しくは後述するが、立体視画像の基線長を求めるために必要な、第１カメラ１０の形状情報等が記憶されている。

Ｂｕｃｏｍ２０１には、第１カメラ１０の動作状態を表示出力によってユーザへ告知するための動作表示用ＬＥＤ１３０と、カメラ操作ＳＷ１３１と、外部ストロボ１を駆動するストロボ制御回路１３３と、が接続されている。カメラ操作ＳＷ１３１は、例えばレリーズＳＷ、モード変更ＳＷ及びパワーＳＷなど、第１カメラ１０を操作するために必要な操作釦を含むスイッチ群である。さらに、該ボディユニット１００内には、電源としての電池１３４と、該電池１３４の電圧を、当該第１カメラ１０を構成する各回路ユニットが必要とする電圧に変換して供給する電源回路１３５が設けられ、また、外部電源から不図示のジャックを介して電流が供給されたときの電圧変化を検知する電圧検出回路（図示せず）も設けられている。

上述のように構成された第１カメラ１０の各部は、概略的には以下のように稼動する。まず、画像処理コントローラ１２６は、Ｂｕｃｏｍ２０１の指令に従ってＣＣＤインターフェース回路１２２を制御してＣＣＤ１１７から画像データを取り込む。この画像データは画像処理コントローラ１２６でビデオ信号に変換され、液晶モニタ１２３で出力表示される。ユーザは、この液晶モニタ１２３の表示画像をファインダ像として被写体の確認に用いるとともに、撮影した画像を表示することによって撮影画面が確認できる。

ＳＤＲＡＭ１２４は、画像データの一時的保管用メモリであり、画像データが変換される際のワークエリアなどに使用される。画像データは、ＪＰＥＧ形式等に変換された後に、記録メディア１２７に保管される。

また、本実施の形態の第１カメラ１０は、画像処理コントローラ１２６で生成される画像データの所定の領域（フォーカスエリア）のコントラスト値に基づいてフォーカスレンズ２０２ａを移動させる、いわゆるコントラスト検出方式のオートフォーカスを行う。

結合部１８０は、第１カメラ１０のボディユニット１００及び第２カメラ３００、又はボディユニット１００及び中間部材４００を、着脱可能に機械的に結合するためのものである。本実施形態では結合部１８０は、外部ストロボ装置を着脱可能な、一般にアクセサリーシュー又はホットシュー等と称される形状を有する。結合部１８０には、外部ストロボ装置とストロボ制御回路１３３とを電気的に接続するためのストロボ接点１３６が設けられている。

なお、結合部１８０の構成は本実施形態に限られるものではなく、第１カメラ１０と、第２カメラ３００又は中間部材４００とを、機械的に結合する構成であればよい。例えば、結合部１８０は、ネジ機構やバヨネット機構を用いた構成であってもよい。

結合部１８０には、第１カメラ１０と第２カメラ３００との間の通信を行うための通信部を構成する通信コネクタ１８１が配設されている。通信コネクタ１８１は、前記結合部１８０を介して第１カメラ１０と第２カメラ３００とを機械的に結合した場合に、第１カメラ１０と第２カメラ３００とを電気的に接続する構成を有する。

本実施形態では、通信コネクタ１８１は、第１カメラ１０及び第２カメラ３００間の通信用の端子以外に、第１カメラ１０から第２カメラ３００へ電力を供給するための端子も設けられている。なお、第２カメラ３００が、第１カメラ１０とは独立した電源を具備する場合には、通信コネクタ１８１は、光によって第１カメラ１０及び第２カメラ３００間の通信を行う、光通信用のコネクタであってもよい。

本実施形態の第１カメラ１０は、第１カメラ１０の動きに応じてＣＣＤ１１７をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることで、受光面上における像のブレを防止する、いわゆる手振れ補正機構と称される防振機構を具備している。

防振機構は、Ｘ軸ジャイロ１６０、Ｙ軸ジャイロ１６１、防振制御回路１６２、Ｘ軸アクチュエータ１６３、Ｙ軸アクチュエータ１６４、Ｘ枠１６５、Ｙ枠１６６、フレーム１６７、位置検出センサ１６８及びアクチュエータ駆動回路１６９を具備して構成されている。

フレーム１６７は、ボディユニット１００に固定されており、該フレーム１６７によって、Ｘ枠１６５がＸ軸方向に移動可能に支持されている。また、Ｘ枠１６５によって、ＣＣＤ１１７を保持するＹ枠１６６が、Ｙ軸方向に移動可能に支持されている。そして、Ｘ軸アクチュエータ１６３及びＹ軸アクチュエータ１６４は、Ｘ枠１６５及びＹ枠１６６をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する構成を有する。Ｘ枠１６５及びＹ枠１６６の位置制御は、Ｘ枠１６５及びＹ枠１６６の位置を検出する位置検出センサ１６８と、Ｘ軸アクチュエータ１６３及びＹ軸アクチュエータ１６４の動作を制御するアクチュエータ駆動回路１６９によって行われる。

Ｘ軸ジャイロ１６０は、第１カメラ１０のＸ軸回りの回動（ブレ）の角速度を検出し、Ｙ軸ジャイロ１６１は、第１カメラ１０のＹ軸周りの回動の角速度を検出する。防振制御回路１６２は、検出された第１カメラ１０の角速度から、手ブレ補償量を演算し、ＣＣＤ１１７をブレを補償するように変位移動させる。なお、防振機構において、ＣＣＤ１１７を移動させるアクチュエータの構成は、回転モータ、リニアモータ、超音波モータ等、特に限定されるものではない。

次に、第２カメラ３００の構成について説明する。図４に示すように、第２カメラ３００は、ＣＣＤ３１７と、ＣＣＤ３１７の受光面上に被写体像を結像する撮影レンズ３０２と、を具備して構成されている。本実施形態では、第２カメラ３００は、ＣＣＤ３１７を保持するボディ部と、撮影レンズ３０２を保持するレンズ鏡筒部とが一体に構成されている。以下の説明では、撮影レンズ３０２の光軸を光軸Ｏ２と称するものとする。

なお、第２カメラ３００は、第１カメラ１０に対して、受光面のサイズが小さいＣＣＤ３１７（撮像素子）を有している。より具体的には、ＣＣＤ３１７は、画素数はＣＣＤ１１７と同等であり、受光面の寸法はＣＣＤ１１７の１／２である。すなわち、ＣＣＤ３１７の受光面の面積（画素面積）はＣＣＤ１１７の１／４になっている。

そして、ＣＣＤ１１７及びＣＣＤ３１７で撮影される画角が一致するように、撮影レンズ２０２及び撮影レンズ３０２の焦点距離が定められている。すなわち、撮影レンズ３０２の焦点距離は、撮影レンズ２０２の焦点距離の１／２である。

なお、本実施形態では、レンズユニット２００が交換可能であることから、撮影レンズ３０２は、レンズユニット２００の交換に伴う焦点距離の変化に対応可能な、焦点距離の可変範囲を有することが好ましい。たとえば、所定の撮影レンズ２０２の焦点距離が広角端でｆＷ１［ｍｍ］、望遠端でｆＴ１［ｍｍ］の間で変更可能である場合には、撮影レンズ３０２の焦点距離の可変範囲は、広角端がｆＷ１／２［ｍｍ］よりも短く、望遠端がｆＴ１／２［ｍｍ］よりも長いことが好ましい。

第２カメラ３００のレンズ鏡筒部は、前述した第１カメラ１０と同様に、制御部であるＬｕｃｏｍ３０１、撮影レンズ３０２及び絞り３０３を備えて構成されている。撮影レンズ３０２は、フォーカスレンズ３０２ａと変倍レンズ３０２ｂとによって構成されている。フォーカスレンズ３０２ａは、レンズ駆動機構３０４内に設けられた図示しないステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動される。変倍レンズ３０２ｂは、ズーム駆動機構３０６内に設けられた図示しないステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動される。また、絞り３０３は、絞り駆動機構３０５内に設けられた図示しないステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動される。

また、本実施形態の第２カメラ３００は、第１カメラ１０と異なり、いわゆるレンズシャッタ形式のシャッタ３０８を備えている。すなわち、シャッタ３０８は、レンズ鏡筒部に配設されている。シャッタ３０８は、バネで付勢された遮光羽根を、プランジャにより駆動する一般的な形式で、第１カメラ１０が有するシャッターチャージ機構１１２は不用である。なお、シャッタ３０８は、第１カメラ１０と同様に、フォーカルプレーンシャッタ形式であってもよい。

撮影レンズ３０２の合焦距離、焦点距離、及び絞り値は、図示しない位置エンコーダ等によって検出され、Ｌｕｃｏｍ３０１を介して、Ｂｕｃｏｍ３２１に入力される。

第２カメラ３００のボディ部は、前述した第１カメラ１０と同様に、制御部であるＢｕｃｏｍ３２１、第２撮像部３１６、電源回路３３５、記憶部である不揮発性メモリ３２８、結合部３８０、通信部である通信コネクタ３８１、及び輻輳角検出機構３５３、等を具備して構成されている。

第２撮像部３１６は、撮影レンズ３０２によって結像された被写体像を光電変換して第２画像を得るためのもので、撮影レンズ３０２の像側（後側）に配設されている。本実施形態では、第２撮像部３１６は、ＣＣＤ３１７と、その前側に配設された光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１８とを具備して構成されている。なお、ＬＰＦ３１８は、必要に応じて適宜に配設されるものであり、第２撮像部３１６は、撮像素子であるＣＣＤ３１７のみで構成される形態であってもよい。

また、本実施形態における第２カメラ３００は、ＣＣＤ１１７に接続したＣＣＤインターフェース回路３２２と、記憶領域として機能するＳＤＲＡＭ３２４、ＦｌａｓｈＲＯＭ３２５などを利用して画像処理する画像処理コントローラ３２６を備え、電子撮像機能を提供できるように構成されている。第２撮像部３１６で撮影して得られた画像データは、後述する通信コネクタ３８１を介して、第１カメラ１０へ送られる。

また、第２カメラ３００には、カメラ制御に必要な所定の制御パラメータを記憶する、例えばＥＥＰＲＯＭからなる記憶部である不揮発性メモリ３２８がＢｕｃｏｍ３２１からアクセス可能に設けられている。不揮発性メモリ３２８には、詳しくは後述するが、立体視画像の基線長及び輻輳角を求めるために必要な、第２カメラ３００の形状情報等が記憶されている。

また、第２カメラ３００には、後述する通信コネクタ３８１を介して第１カメラ１０から供給された電力を当該第２カメラ３００を構成する各回路ユニットへ分配する電源回路１３５が配設されている。

なお、第２カメラ３００は、第１カメラ１０が有するような表示機能、操作機能を具備していない。本実施形態ではこれらの機能は通信コネクタ３８１を介した通信によって、第１カメラ１０側で実現される。すなわち、第２カメラ３００と第１カメラ１０とを結合した状態での第２カメラ３００の操作は、第１カメラ１０に備えられたカメラ操作ＳＷ１３１及び液晶モニタ１２３等を使用して行われる。

また、本実施形態では、第２カメラ３００は電池及び記録メディアを具備していないが、第２カメラ３００は、第１カメラ１０とは独立してこれらを具備する構成であってもよい。また逆に、Ｂｕｃｏｍ３２１、Ｌｕｃｏｍ３０１及び画像処理コントローラ３２６等の、第１カメラ１０が有する回路と機能が重複する構成は、第１カメラ１０側に集約して、第２カメラ３００に配設しない構成であってもよい。

結合部３８０は、第１カメラ１０に設けられた結合部１８０と機械的に結合する構成を有する。具体的には、アクセサリーシューに係合して、第１カメラ１０と第２カメラ３００とを機械的に結合する形状を有する。

結合部３８０には、第１カメラ１０と第２カメラ３００との間の通信を行うための通信部を構成する通信コネクタ３８１が配設されている。通信コネクタ３８１は、第１カメラ１０に設けられた通信コネクタ１８１と係合し、第１カメラ１０と第２カメラ３００とを電気的に接続する構成を有する。第１カメラ１０と第２カメラ３００とが電気的に接続されることによって、第１カメラ１０及び第２カメラ３００間の通信、及び第１カメラ１０から第２カメラ３００への電力の供給が可能となる。

また、本実施形態では、第１カメラ１０の光軸Ｏ１と、第２カメラ３００の光軸Ｏ２とがなす角度、すなわち輻輳角αを変更可能に構成されている。図１及び図５に示すように、第２カメラ３００が第１カメラ１０に機械的に結合された状態において、第２カメラ３００は、ＣＣＤ３１７の画像中心位置を通りＸ軸と平行なＲ軸周りに回動可能に支持されている。

具体的には、第２カメラ３００は、結合部３８０からフォーク状に延出する一対の支持腕３８３によって、Ｒ軸周りに回動可能に支持されている。第２カメラ３００のＲ軸周りの回動は、回動軸端部に設けられたネジ３８１を締め付けることによって、任意の位置に位置決めして固定することができる。なお、第２カメラ３００は、電動モータ等のアクチュエータによってＲ軸周りに駆動される構成であってもよい。

そして、第２カメラ３００には、輻輳角αを検出する輻輳角検出機構３５３が配設されている。輻輳角検出機構３５３の構成は、第２カメラ３００のＲ軸周りの回動位置を検出可能な構成であれば特に限定されるものではないが、磁気スケールや用いたロータリーエンコーダ、光学式ロータリーエンコーダ、可変抵抗を用いたロータリーポテンショメータ等を用いることが可能である。

また第２カメラ３００は、第１カメラ１０に機械的に結合された状態において、ＣＣＤ１１７に対してＣＣＤ３１７がＹ軸方向に所定の距離Ｄだけ離間するように、支持腕３８３によって支持されている。

具体的には、図５に示すように、第２カメラ３００及び第１カメラ１０の撮像素子であるＣＣＤ３１７及びＣＣＤ１１７の画像中心位置（撮影レンズの光軸と受光面の交点）Ｃ１及びＣ２が、Ｘ軸座標及びＺ軸座標は一致し、かつＹ軸方向のみに所定の距離Ｄだけ離間するように、第２カメラ３００は第１カメラ１０に対して固定される。以下、このＣＣＤ３１７及びＣＣＤ１１７の画像中心位置の間隔（図５中のＣ１及びＣ２間の距離）を、中心位置間隔Ｄと称するものとする。

ここで、中間部材４００は、一端に、第１カメラ１０に設けられた結合部１８０と機械的に結合可能な結合部４０１が設けられており、他端に、第２カメラ３００の結合部３８０と機械的に結合可能な結合部４０３が設けられた部材である。すなわち、中間部材４００の一端は、第２カメラ３００の結合部３８０と同等の形状であり、中間部材４００の他端は、第１カメラ１０の結合部１８０と同等の形状である。これにより、中間部材４００を間に配設した状態で、第１カメラ１０及び第２カメラ３００を機械的に結合することができる。

また、中間部材４００の結合部４０１には、第１カメラ１０の通信コネクタ１８１と係合する通信コネクタ４０２が設けられており、結合部４０３には、第２カメラ３００の通信コネクタ３８１と係合する通信コネクタ４０４が設けられている。そして、中間部材４００の通信コネクタ４０２及び４０４は、電気的に接続されている。これにより、中間部材４００を間に配設した状態で、第１カメラ１０及び第２カメラ３００を機械的に結合した場合において、第１カメラ１０及び第２カメラ３００を電気的に接続することができる。

以上のように、中間部材４００は、第１カメラ１０と第２カメラ３００との間に配設されることによって両者間の距離を変更する、いわゆるスペーサとしての役割を有する。

また、中間部材４００には、例えばＥＥＰＲＯＭからなる記憶部である不揮発性メモリ４０５が配設されている。不揮発性メモリ４０５は、中間部材４００が第１カメラ１０に機械的に結合された状態において、第１カメラ１０のＢｕｃｏｍ２０１との間で通信可能なように設けられている。不揮発性メモリ４０５には、詳しくは後述するが、中間部材４００の形状情報が記憶されている。また、Ｂｕｃｏｍ２０１は、不揮発性メモリ４０５と通信可能である場合に、第１カメラ１０の結合部１８０に中間部材４００が結合されていると認識する。

これは、間に中間部材４００を配設した場合にも同様である。すなわち、間に中間部材４００を配して第１カメラ１０及び第２カメラ３００を機械的に結合した場合には、中間部材４００の大きさだけ、中心位置間隔Ｄの値が大きくなる。

そして、第１カメラ１０の不揮発性メモリ１２８には、結合部１８０とＣＣＤ１１７の画像中心位置Ｃ１とのＹ方向間隔Ｄ１が記憶されている。また、第２カメラ３００の不揮発性メモリ３２８には、結合部３８０とＣＣＤ３１７の画像中心位置Ｃ２とのＹ方向間隔Ｄ２が記憶されている。また、中間部材４００の不揮発性メモリ４０５には、結合部４０１と結合部４０３のＹ方向間隔Ｄ３が記憶されている。

本実施形態では、Ｂｕｃｏｍ２０１が通信部を介して、Ｄ１、Ｄ２及びＤ３の値を取得し、これらの値に基づいて、ＣＣＤ３１７及びＣＣＤ１１７の中心位置間隔Ｄを算出する。例えば、中間部材４００を介さずに第１カメラ１０及び第２カメラ３００が機械的に結合されている場合には、Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２で求められる。また例えば、中間部材４００を介して第１カメラ１０及び第２カメラ３００が機械的に結合されている場合には、Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３で求められる。

言い換えれば、本実施形態のカメラシステム１における結合部は、第１カメラ１０及び第２カメラ３００の間での通信を可能としながら、ＣＣＤ３１７及びＣＣＤ１１７の中心位置間隔Ｄを変化させることができるように構成されている。そして、本実施形態のカメラシステム１では、ＣＣＤ３１７及びＣＣＤ１１７の中心位置間隔Ｄを算出可能な情報が記憶部に記憶されている。

以上に述べた構成を有する本実施形態のカメラシステム１では、第１カメラ１０の制御部であるＢｕｃｏｍ２０１は、撮影レンズ２０２の焦点距離及び合焦距離の情報、及び不揮発性メモリ１２８に記憶されたＤ１の値を取得する。またＢｕｃｏｍ２０１は、通信部を介して、第２カメラ３０の撮影レンズ３０２の焦点距離及び合焦距離の情報、不揮発性メモリ３２８に記憶されたＤ２の値、及び輻輳角検出機構３５３によって検出された輻輳角αの値を取得する。また、Ｂｕｃｏｍ２０１は、第１カメラ１０に中間部材４００が結合されていると判定した場合には、通信部を介して、中間部材４００の不揮発性メモリ４０５に記憶されたＤ３の値を取得する。

そして、これらの情報に基づいて、Ｂｕｃｏｍ２０１は、基線長ＢＬを算出する。図５に示すように、基線長ＢＬは、例えば、撮影レンズ３０２の象面から節点までの接点距離Ｎを用いて、ＢＬ＝Ｄ−Ｎ・ｓｉｎαの式から求められる。すなわち、ＣＣＤ３１７及びＣＣＤ１１７の中心位置間隔Ｄは、基線長ＢＬを算出するための値である。基線長ＢＬの値は、立体視画像の撮影時に利用される（詳細は後で述べる）。

ここで、第１実施形態のカメラシステム１を用いた立体視画像の撮影について、図６から図９を参照してさらに詳しく説明する。図６は、被写体とカメラシステム１の配置を示す上視図である。図７は人間が両眼視した場合の被写体距離と視差角の関係を示す図である。図８は図７で示した視差角に対応する被写体距離３ｍ（立体視画像を観察する距離を３ｍと想定）での場合の被写界での視差量を各被写体距離での像界側での視差量を節点距離５０ｍｍ（焦点距離とほぼ等しい）で換算したものである。図７での眼幅６５ｍｍ、７０ｍｍは図８での基線長ＢＬに対応している。図９はカメラシステム１の撮像素子間隔Ｄと視差量の関係を示す図である。被写体距離は３ｍに設定し、節点距離（ほぼ焦点距離と同じ）は５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍの場合が示してある。

図６に示すように、立体視画像のもととなる複数の２次元画像上では、基準の被写体点Ｏｎ、Ｏｆに対する視差角は第１カメラ１０では撮影レンズ２０２の光軸Ｏ１上に被写体点Ｏｎ、Ｏｆがあるため零度となる。一方、第２カメラ３００では被写体点Ｏｎ、Ｏｆからの光線は撮影レンズ３０３の光学上の節点をＮＷ２とすると、撮影レンズの光軸に対する角度は変化しないので、図６におけるθＷが視差角となる。撮像素子の中心点Ｃ２から節点ＮＷ２までの距離ｆＷは第２カメラ３００の撮影レンズの固有なデータであり、撮影レンズの焦点距離と被写体までの距離によって一意に決る。被写体までの距離は先に述べた自動焦点で合焦した時のフォーカスレンズ位置から求めることができる。

一方、図７には人間の目に生ずる視差角と被写体距離の関係を示してある。ここでは眼の焦点距離を１６．６８ｍｍ、眼幅を６５ｍｍと７０ｍｍ、視差を生ずる被写体は被写体距離にある被写体の１．１倍の距離にあるとして算出したものである。人間の眼福は６５ｍｍから７０ｍｍの間にあるので、上記のような被写体の距離に対して図７のような視差角を得る画像から立体視画像を生成するようにするのが最も自然な立体画像を与えることになる。

より具体的な画像として３ｍの距離に立体視画像を得るための２次元画像を表示した場合の図７の視差角に対応する被写界での視差量を節点距離５０ｍｍ（ほぼ焦点距離５０ｍｍに相当）のレンズで結像させた場合に像界側での視差量とした場合を示したのが図８である。視差量も図７と同様な双曲線的なグラフとなる。

また、図７より、主要被写体距離が遠方になった場合は視差角が小さくなり、人間の眼の判別可能な視差角は１分（視力が１．０）程度であるので、およそ３０ｍ以上の距離にある主要被写体を裸眼で見た場合にその距離の１０％程度以上主要被写体から離れた被写体の立体感は無くなることになる。

このような問題に対し、本実施形態のシステムカメラ１では、被写体が遠方にあって立体感がなくなる視差角度になる場合には、中間部材４００を使用して中心位置間隔Ｄを変更し、撮影レンズの焦点距離と撮影画面サイズを調整することによって図７の２〜３ｍ付近の視差角になるように自動的に調整する。その結果、本実施形態では、例え遠方の被写体であっても立体感のある立体視画像を撮影することができる。

図９に同じ撮像素子の撮影範囲の同じ２つのカメラで撮影した場合の撮影レンズの節点距離（被写体距離３ｍ設定としてあり、ほぼ撮影レンズの焦点距離と同じ）間隔Ｄと像面側の視差量の関係を示す。視差量を変化できるパラメータとして撮像素子の中心から撮影レンズの節点までの距離（節点距離）ｆＷを変化した場合も示してある。ここで、主要被写体より遠方にある被写体は主要被写体距離の１．１倍（１０％遠方）の距離が設定してある。Ｌｎが３ｍの時の視差角と同じ視差量を得ようとすると節点距離ｆＷ（焦点距離）、カメラの間隔Ｄを調節すれば良いことがわかる。図９に示すように節点距離ｆＷと間隔Ｄに比例して視差量は変化している。つまり、適正な視差量を得るためには節点距離ｆＷ（撮影レンズの焦点距離）のみでなくカメラの間隔Ｄ（図６では撮像素子間隔としているが直接に視差量と関係するのは節点間隔である。節点間隔は撮像素子間隔Ｄから算出することができる）を調節する必要がある。なお、節点距離ｆＷで視差量を調整すると、撮影する画像の画角が変化するが、撮像素子間隔Ｄの調整では画角が変化することはない。

本実施形態では第２カメラ３００は第１カメラ１０に容易に着脱可能であり、また中間部材４００も容易に着脱可能である。このため、容易な操作で、基線長ＢＬを変更し、適切な視差量を持つ２枚の２次元画像を得ることができる。

また本実施形態では、第２カメラ３００は、それぞれ距離Ｄ２の情報を記憶しており、また、第１カメラ１０と第２カメラ３００とは通信可能である。このため、第２カメラ３００を交換した場合でも、自動的に撮像素子間隔Ｄを算出し、適正な視差量が得られる状態にカメラがあるか否かを判定することができる。

また、立体視画像では、第１カメラ１０の撮影レンズ２０３の光学倍率とＣＣＤ１１７のサイズから決る視野角と、第２カメラ３００の撮影レンズ３０３の光学倍率と撮像素子３１７のサイズから決る視野角を同じにする必要があるが、これらの情報も各カメラにカメラ固有の情報として記憶されているので、カメラシステム１が立体視画像の撮影に適正な状態にあるか否かの判定を自動で行うことができる。なお、撮影レンズの光学倍率は焦点距離の調整によって調整することができる。

上述の特徴を詳しく説明する為、Ｂｕｃｏｍ２０１が行なう制御について、図１０を参照しながら具体的な制御動作について説明する。図１０は、本実施形態の第１カメラ１０の動作をフローチャートで表わしている。これらの動作は、Ｂｕｃｏｍ２０１によって制御される。

Ｂｕｃｏｍ２０１で稼動可能なに図１０示すフローチャートに係わる制御プログラムは、カメラのボディユニット１００の電源ＳＷ（不図示）がＯＮ操作されると、その稼動を開始する。

最初に、当該第１カメラ１０を起動するための処理が実行される（ステップＳ１００）。即ち、電源回路１３５を制御して当該第１カメラ１０を構成する各回路ユニットへ電力を供給する。また、各回路の初期設定を行なう。また、第１カメラ１０に装着されているレンズユニット２００の初期化動作も行う。

また、ステップＳ１００では、被写体距離３ｍでの視差量（図７の節点距離５０ｍｍ）演算に必要な各撮影レンズの焦点距離（フォーカスレンズの繰り出し量と合わせて節点距離が演算できる）、輻輳角αが第１カメラ１０のＢｕｃｏｍ２０１に読み込まれる。

次に、ステップＳ１０１において、使用者によって立体視画像の撮影モードが選択されているかを判定する。立体視画像の撮影モードが選択されていない場合には、通常の２次元画像の撮影動作を実行する。通常の２次元画像の撮影動作は、周知のものであるため説明を省略する。

一方、立体視画像の撮影モードが選択されている場合には、ステップＳ１０２へ移行する。ステップＳ１０２では、アクセサリである第２カメラ３００及び中間部材４００の検出動作を実行する。そして、ステップＳ１０３において、立体視画像の撮影に必要である第２カメラ３００が装着されているか否かを判定する。第２カメラ３００が装着されていない場合には、ステップＳ１０４に移行し、液晶モニタ１２３等に、使用者に第２カメラ３００の装着を促す警告表示をする。

一方、第２カメラ３００が装着されている場合には、ステップＳ１０５において、被写体に応じて輻輳角αを調整する。ここでは、液晶モニタ１２３に第１カメラ１０及び第２カメラ３００によって撮影された画像を重ね合わせて表示する。使用者は、主要被写体が２つの画像に写り込むように第２カメラ３００を軸Ｒの周りに回転させ、ネジ３８１を締め付けて輻輳角αを固定する。この状態で検出された輻輳角αはＢｕｃｏｍ３０１に送られた後、送信部を介してＢｕｃｏｍ２０１に伝達される。

次に、ステップＳ１０６において、Ｂｕｃｏｍ２０１は、Ｄ１、Ｄ２及びＤ３の値と、各撮影レンズの焦点距離と合焦距離から算出される節点距離ｆＷと、輻輳角αとから被写体距離３ｍでの視差量を算出する。

そしてステップＳ１０７において、この視差量が、事前に設定された設定視差量範囲（例えば図７の節点距離５０ｍｍでの基線長５９ｍｍから７０ｍｍの範囲の視差量）にあるか否かを判定する。算出された視差量が、設定視差量範囲内に入っていれば、第１カメラ１０の第１撮像部１１６及び第２カメラ３００の第２撮像部３１６によって２次元画像を撮影する。撮影された一対の画像は、紐付けされて記録メディア１２７に記録される。

一方、ステップＳ１０７で算出された視差量が設定視差量範囲外であった場合には、ステップＳ１０８へ移行する。ステップＳ１０８では、撮影レンズの節点距離（実際に変えるの焦点距離）を変更することによって、視差量が設定視差量範囲になるかを判定する。

ステップＳ１０８の判定において、撮影レンズの節点調節によって視差量を設定視差量範囲内に設定可能であれば、ステップＳ１０９へ移行して撮影レンズの焦点距離をその値に設定し、ステップＳ１０６へ戻る。

一方、ステップＳ１０８の判定において、撮影レンズの節点調節によって視差量を設定視差量範囲内に設定することが不可能であれば、ステップＳ１１０へ移行して、撮影レンズの交換で視差量を設定視差量範囲に設定できるかを判定する。

ステップＳ１１０の判定において、撮影レンズの交換で視差量を設定視差量範囲内に設定可能な場合には、ステップＳ１１１へ移行し、交換すべき焦点距離値を液晶モニタ１２３に表示して使用者に告知する。

ステップＳ１１０の判定において、撮影レンズを交換しても、視差量を設定視差量範囲内に設定できない場合は、ステップＳ１１２へ移行し、中間部材４００の装着もしくは取り外しにより、視差量を設定視差量範囲に設定できるかを判定する。

ステップＳ１１２において、中間部材４００の脱着によって視差量を設定視差量範囲内に設定可能な場合には、ステップＳ１１３へ移行し、装着すべき中間部材４００のＤ３の値、もしくは中間部材４００を取り外すべき警告を、液晶モニタ１２３に表示し、使用者に告知する。

一方、ステップＳ１１２において、中間部材４００の脱着によっても視差量を設定視差量範囲内に設定することができない場合には、ステップＳ１１４へ移行し、「３Ｄ撮影不可」等の警告表示を液晶モニタ１２３に表示し、使用者に告知する。

さらに、別アクセサリの推奨情報を表示してもよい。また、液晶モニタ１２３を立体視画像を表示可能なものとして、立体視の効果を目視で確認できるようにしてもよい。本発明では、立体視画像の撮影時に利用するアクセサリの選択や輻輳角の調整などが簡単にでき、これらの調整によって、近い被写体から遠い被写体まで、様々な条件の被写体に対応した立体視画像撮影システムを提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うカメラ及びカメラシステムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明は、上述の実施形態で説明したデジタルカメラの形態に限らず、撮影機能を備えた録音機器、携帯電話、ＰＤＡ、パーソナルコンピューター、ゲーム機、デジタルメディアプレーヤー、テレビ、ＧＰＳ、時計等の電子機器にも適用可能である。

１ カメラシステム、
１０ 第１カメラ、
１００ カメラボディ、
１０１ ボディ制御用マイクロコンピュータ（制御部、識別部、算出部）、
１１６ 第１撮像部、
１１７ ＣＣＤ、
１２８ 不揮発性メモリ（記憶部）、
１３５ 電源回路、
１８０ 結合部、
１８１ 通信コネクタ（通信部）、
２００ レンズユニット、
２０１ レンズ制御用マイクロコンピュータ、
２０２ 撮影レンズ、
３００ 第２カメラ、
３０２ 撮影レンズ、
３１６ 第２撮像部、
３１７ ＣＣＤ、
３２１ ボディ制御用マイクロコンピュータ、
３２８ 不揮発性メモリ（記憶部）、
３３５ 電源回路、
３５３ 輻輳角検出機構、
３８０ 結合部、
３８１ 通信コネクタ（通信部）、
４００ 中間部材、
４０１ 結合部、
４０２ 通信コネクタ（通信部）、
４０３ 結合部、
４０４ 通信コネクタ、
４０５ 不揮発性メモリ（記憶部）。

Claims (6)

1. 被写体の光学像を結像する第１の撮影レンズ、及び前記第１の撮影レンズの結像位置に配置された第１の撮像素子を有し前記被写体の画像を生成する第１撮像部を具備する第１カメラと、
   前記第１カメラに結合部を介して着脱自在であって、前記被写体の光学像を結像する第２の撮影レンズ、前記第２の撮影レンズの結像位置に配置され受光面の大きさが前記第１の撮像素子とは異なる第２の撮像素子を有し前記被写体の画像を生成する第２撮像部、及び前記第１の撮影レンズの光軸と前記第２の撮影レンズの光軸とのなす角度を調整する機構を具備する第２カメラと、
   前記角度を検出する検出部と、を具備し、
   前記第２の撮影レンズの像面から節点までの節点距離、前記角度及び前記第１カメラまたは前記第２カメラの記録している位置情報に基づいて、前記第１の撮影レンズの節点と前記第２の撮影レンズの節点の相対位置を算出する算出部を有するカメラシステム。
2. 前記相対位置は、前記第１カメラに記憶された前記第１撮像部の中心を基準とした前記結合部までの位置情報と、前記第２カメラに記憶された前記第２撮像部の中心を基準とした前記結合部までの位置情報と、に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
3. 前記第２カメラは中間部材を介して前記第１カメラに装着され、前記中間部材は、前記中間部材の前記第１カメラとの結合部及び前記第２カメラとの結合部間の位置情報を記録していることを特徴とする請求項２に記載のカメラシステム。
4. 前記第１の撮影レンズの合焦距離から被写体距離を算出し、
   前記相対位置及び前記被写体距離において得られる視差量が所定の範囲内であるか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載のカメラシステム。
5. 前記第１の撮影レンズ及び前記第２の撮影レンズはアクチュエータによって焦点距離が可変に構成されており、
   前記視差量が前記所定の範囲外であると判定した場合には、前記第１の撮影レンズ及び前記第２の撮影レンズの焦点距離を変更することによって前記視差量を前記所定の範囲内の値とすることが可能であるか否かを判定し、当該判定において可能であると判定した場合には、前記視差量が前記所定の範囲内に入るように前記第１の撮影レンズ及び前記第２の撮影レンズの焦点距離を変更することを特徴とする請求項４に記載のカメラシステム。
6. 前記視差量が前記所定の範囲外であると判定した場合には、前記中間部材を装着又は取り外すことによって前記視差量を前記所定の範囲内の値とすることが可能であるか否かを判定し、前記中間部材を装着又は取り外すことによって前記視差量を前記所定の範囲内の値とすることが可能であると判定した場合には、その旨を表示することを特徴とする請求項４又は５に記載のカメラシステム。

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