JPH02260892A - 立体カメラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、両眼視差を利用する立体カメラ装置に係り、
撮影手段のレンズ系のズーム操作時にも左右眼用映像の
ズレが生じない立体カメラ装置に関する。

（従来の技術） 例えば、遠隔地に設置された作業機械を操作する際の視
覚情報として、いわゆる立体テレビ装置が有用な手段と
なっている。

上記立体テレビ装置にあっては、オペレータが観察した
い対象を、撮影方向を少しだけ変えた２台の左右眼用Ｔ
Ｖカメラで撤彰した２重映像を１画面上に？示し、適当
な手段でオペレータの左右眼に左右の映像を個別に提供
する手段がある。ＴＶカメラは一般的に個々の撮像素子
に個々のレンズ系が取付けられている。

ところで、適正な立体像をオペレータに提供する為には
、画面上の上記２重映像は、水平方向（基準面内）のみ
に適当開離れている事が望ましいが、そのためには前述
の方式のＴＶカメラでは、レンズ系の光軸と搬像素子と
の相対関係を各々のＴＶカメラについて一致させた模、
今度はこの２台のＴＶカメラの相対関係を厳密に調整す
る必要がある。このような調整方法では、ＴＶカメラを
固定した状態で使用する際には問題はないが、ズームレ
ンズを用いて撮像画角を変更する時には、各々のレンズ
駆動に伴い基準面以外でも光軸ズレが生じ、水平方向の
みにズした映像をオペレータに提供する事は難しかった
。又、この様にズーム値を大きく変えて立体像を観察す
る時には、上記２台のＴＶカメラの間隔や輻峻角の変更
が必要であるが、上述の様な構成法であると、ＴＶカメ
ラ自体の移動を余儀なくされる為、この時にもオペレー
タに呈示される映像は垂直方向にずれることになる。

ＴＶカメラでモニタしながら、作業を行う際には多くの
場合、作業状況に応じて適宜ＴＶカメラのズーム値を変
更する事が要求されるが、従来の立体カメラ構成では、
上述した光軸ズレに起因する理由から良好な立体映像が
得られず、立体カメラは必ずしも有効に利用されている
とは言い難かった。

一方、スチルカメラでは２つの対物レンズで撮影した映
像を、１画面を左右２領域に分けたフィルム面に結像さ
せる方法が知られている。この方法をそのままＴＶカメ
ラに適用すると、１つの撮像素子を２分割して使用する
必要があり、それだけ撮影映像の分解能が低下してしま
うものとなる。

大型の撮像素子を使用すれば良いが、これは規格外であ
る為、製造上からも利用上からも容易な手段ではない。

又、断続的に使用される場合が多いスチルカメラに対し
、ＴＶカメラでは連続的な使用が多いが、上記の方法で
はズーム操作に伴うカメラ（或いはレンズ）の間隔調整
や輻較角調整を連続的に行う配慮が必ずしもなされてお
らず、そのまま適用する事は困難であった。

更に従来の立体テレビ装置にあっては左右眼に各１組、
合計２組の撮像素子を使用する為、この２組の撮像素子
についてそれぞれ画質、絞り、焦点調整等に気を使う必
要があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、既存の立体ＴＶカメラ装置においては、光
軸の調整やズーム値変動に伴う各種パラメタ調整を比較
的頻繁に行う事態が生じる場合が多く、臨機応変な連続
使用は容易ではなかった。

そこで本発明の目的は、光軸ズレを生じる事なく、ズー
ム値変動操作及びこれに伴なう、各種パラメタ調整が容
易である立体カメラ装置を提供する事にある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明に係る立体カメラ装置は、同一観察対象からの左
右２方向の光を撮映して立体映像を提供する立体カメラ
装置であって、前記左右２方向からの光を互いに異った
方向に偏光する一対の偏光手段と、これら偏光手段から
の光を同一光軸にする光路合成手段と、この光路合成手
段からの光を偏光切替によって交互に透過させる偏光切
替手段と、この透過光をｍ像素子上に結像させる共通光
学手段とを備えたことを特徴とする。

（作用） 本発明に係る立体カメラ装置では、観察対象からの左右
２方向からの光は各偏光手段を通過し、互いの偏光方向
が異なるように偏光される。

上記の偏光手段を通過した光は光路合成手段に導かれ、
同一光軸になる様に合成される。上記光路合成手段を通
過した左右両眼で観察した像に相当する２組の光は偏光
切替手段を通過した後、ＴＶカメラ等の撮像素子に導か
れる。上記偏光切替手段は、偏光状態が変わる。例えば
、上記光路合成手段からの光の内、縦偏光成分のみを°
通過させる状態と、横偏光成分のみを通過させる状態と
になる。この切替えタイミングを上記ＴＶカメラのフィ
ールドレートに同期させれば、フィールド毎に異なる視
差で見込んだ観察対象の映像が撮影される事になる。こ
の映像をモニタ等に映し出し、公知の適当な手段で、左
右眼用映像を観察者の左右眼に対応する様に投じてやれ
ば、観察者は立体感を有する映像を観察することができ
る。

前述した光軸ズレの主たる原因はレンズ調整に伴うもの
である。本発明に係る立体カメラ装置では、共通光学手
段でズーム操作や焦点調整などを行っても、左右眼用の
映像が相対的にずれる事は無い。勿論このレンズ操作に
より、左右眼用映画が同時に動く事はあるが、先述のご
とくこれらの映像の相対的な位置関係はそのまま保持さ
れる。

（実施例） 第１図は本発明に係る立体カメラ装置の第１実７１Ｉｊ
例を模式的に示した図である。

立体ＴＶカメラ２で離間した位置にある観察対象１（図
では便宜上近付けて描いである）を観察する時、この対
象の映像からの光はこの立体ＴＶカメラの左右入射孔に
それぞれ取付けられた左右の対物光学手段としての対物
レンズ３１．３２に少しだけ異なった角度で入射する。

これらの入射光が従う光軸を４１．４２とする。

左眼映像光軸４１は偏光手段である縦偏光板６１を通過
した後、ビームスプリッタ７をそのまま直進する。

一方右眼映像光軸４２は光路変更手段である反射プリズ
ム５で反射した後、偏光手段である横偏光板６２を通過
し、上記ビームスプリッタ７に至り内部で反射する。こ
のビームスプリッタ７は光路合成手段として用いられ、
左眼映像光軸４１と右眼映像光軸４２はここを通過後、
左右眼共用映像光軸８の方向になる。

前記ビームスプリッタ７の後段には、液晶素材などで構
成された偏光切替手段９が設置される。

この偏光切替手段９は切替制御装置１０で切替えタイミ
ングが制御される。この制御は偏光切替手段９に対する
電圧印加の有無の形で為される。例えばこの偏光切替手
段９が、電圧印加時に縦偏光状態となり、電圧が印加さ
れない時には横偏光状態となる性質を有している。この
場合、上記縦偏光板６１を通過した後の左眼映像光軸４
１は上記偏光切替手段９に電圧が印加されている時のみ
、この偏光切替手段９を通過し、上記横偏光板６２を通
過した右眼映像光軸４２は前記偏光切替手段９を通過し
ない。また逆に、この偏光切替手段９に電圧が印加され
ない時には、左眼映像光軸４１は上記偏光切替手段９を
通過する事はなく、右眼映像光軸４２のみがこの偏光切
替手段９を通過する。

上記偏光切替手段９の後段には共通光学手段としてのレ
ンズ系１１が設けられ、このレンズ系１１はさらに後段
に設置された撮像系１２内のＲ像素子上に、上記左眼映
像光軸４１或いは右眼映像光軸４２に従う光を結像させ
る。上記切替制御装置１０が撮像系１２のフィールド周
波数に同期して、偏光切替手段９に電圧を印加する場合
、この搬像系には左眼映像光軸４１或いは右眼映像光軸
４２に従う光が交互に結像することになる。こ、のｌｌ
Ｉｌ光像ＮＴＳＣ信号に準拠する時には、１／６０秒毎
に左右眼用映像が結像する。

左右いずれの映像であっても、通過するレンズ系１１は
同一であるので、このレンズ系を焦点調節やズーム値偏
光の為に駆動しても、先の左眼映像光軸４１と右眼映像
光軸４２とが相対的にズレを生じる事はない。

上記ｉｌｌｌ光像２でｍ像された映像は次の様に立体映
像として観察者１７によって観察される。

撮像系１２の出力信号は映像１１Ｊｉｌｌｌ装置１３に
よってフィールド周波数が２倍に上げられる。上記ＮＴ
ＳＣ準拠の出力信号のままでは片眼当りの周波数が６０
Ｈｚであり、両眼では３０Ｈ２にしかならない為、観察
者はチラッキの残る立体映像しか観察出来ない。フィー
ルド周波数が２倍（即ち１２０１−（ｚ）になれば両眼
当りのフィールド周波数が６０Ｈｚとなり、観察者１７
はチラッキを感じる事が無い。

上記映像制御装置１３の映像出力信号はフィールド周波
数が２倍であるＴＶモニタ（以下、倍速モニタ１４）に
映し出される。この倍速モニタ画面に１／１２０秒毎に
交互に映し出される映像に互いに向きの異なる偏光を掛
けて観察者１７に提供する。観察者１７は偏光眼１ｔ１
６（左右眼で偏光の向きが互いに異なる）を着け、倍速
モニタ１４に映し出される映像の内、左眼用映像は左眼
のみに、右眼用映像は右眼のみに導く様に設定すれば、
観察者１７は立体感を伴った映像を観察出来る。

又、ＩＩ素子とレンズ系１１から成るＴＶカメラ等の撮
像装置は１台のみで済む、レンズのズーム比がそれ程大
きくない時には機械的な可動部分は上記のレンズ系１１
のみである。更に、液晶素材などで構成され電子的に駆
動される上記偏光切替手段９も１組だけであるので、メ
ンテナンス性および信頼性の向上が期待できる。

上記レンズ系のズーム比が比較的大きい場合には、上述
した光路変更手段５．７の間隔や輻峻角を変更する手段
を付加すれば良い。

そこで本実施例では次のような輻峻角設定機構を設けた
。即ち、反射プリズムは半月状に切った歯車２０２上に
設置され、筐体１９に取着されたモータ２２２の歯車２
１２を介して矢印のような揺動回転力が与えられる。こ
の回転中心を上記反射１１５の中点に一致させれば、反
射鏡５からビームスプリッタ７に至る光軸を変える事な
く、外界からの映像光軸４１の入射角度を変えて輻峻角
の設定が可能となる。歯車２０２は半月状に切っである
が他の形状でも構わない。この機構を設けたことにより
、前記レンズ計１１のズーム値を変更する際の観察し易
さの調整が可能となる。この時観察対象１からレンズ系
１１に至る光路長は、左眼映像光軸４１に関するものと
右眼映像光軸４２に関するものとの間に差があるが、こ
れらの光路長が、レンズ系１１と撮像系１２内の穎゛像
素子との距離よりも十分大きい場合には、上述の差は問
題にならない。

なお、観察者１７が映像を観察する為の装置構成（１３
〜１６）は本図に記載したちの以外でも、上記撮像系１
２の出力信号を処理出来る構成であれば、本発明に係る
立体カメラ装置に何の問題無く適用する事が可能である
。

また、本図（及び以降に記載する図）において、左眼映
像光軸・４１はビームスプリッタ７内を直進する様に、
右眼映像光軸４２はこのビームスプリッタ及び前段の反
射プリズム５で反射する様に描かれているが、左右逆の
関係としても同様の効果が得られる。更に偏光の向きの
縦・横の別、或いは直線偏光・円偏光の別も本図（及び
以降に記載する図）に限るもので無く、互いに分離可能
な偏光特性を有すれば何を使用しても良い。加えて、左
右眼用の映像情報が分離可能であれば、偏光以外の手段
を適用することも均等である。

第２図は本発明に係る第２実施例を示す図である。

本例においては、左眼映像光軸４１および右眼映像光軸
４２の両者に対して、左眼映像光軸用反射プリズム５１
と右眼映像光軸用反射プリズム５２が用意されている。

左眼映像光軸４１は、左眼映像光軸用第２反射プリズム
５３で再度反射した後、ビームスプリッタ７に入射する
。以降の過程は第１図での実施例と同一である。

本図においては、第１図と異って、左眼映像光軸４１に
も半月状の歯車２０１、これと噛合う歯車２１１、これ
らを介して反射プリズム５１を矢印のように揺動回転さ
せるモータ２２１からなる輻峻角設定機構が設けられレ
ンズ系１１のズーム値変更に応じた光軸４１．４２の輻
轢角設定を行う。

本図に示した実施例では、これらの機構の有無、作動状
態の程度に関わらず、左右眼映像光軸に関する光路長を
等しく設定する事が可能である。従って、観察対象物１
からレンズ系１１までの距離とこのレンズ系１１からｍ
像光１２内の搬像素子までの距離の比は、レンズ系１１
が有する焦点距離範囲に応じて任意に設定できる為、例
えば接写状態（前者の距離が後者の距離に比して殆ど変
わらないか小さい）での観察が可能である。

本例では反射プリズム５１，５２．５３での反射は、左
眼映像光軸４１が２回、右眼映像光軸４２が１回である
が、左右逆の構成にしても同様の効果が得られる。

なお、本発明のレンズ系１１は上記のようなズームレン
ズではなく複数の断続的な焦点を有するレンズ系として
もよい。又、光路変更手段５，５１．５２．５３はプリ
ズムの他に平面反射鏡や光ファイバでもよく、対物光学
手段はレンズ系３１゜３２の他に光ファイバでもよい。

対物光学手段は省くこともできる。

本発明の装置は上記の他に例えばスチルカメラや航空写
真用カメラとしても用いられる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば同一観察対象を２方
向から撮像して観察者に立体映像を提供する立体カメラ
装置において、焦点やズーム値の調整を行うレンズ系を
共通光学手段にしたから、従来のようにレンズ系から撮
像素子までを左右２系統設けた装置に較べてそれだけ構
成要素が少なく又、機械的な可能部分も少ないから保守
性、信頼性、耐久性が著しく向上する。又、焦点調整や
ズーム値調整時にも原理的に左右眼用のｍ彰映像の相対
位置がズレることはなく、観察者に常に良好な立体映像
を提供できる。

又、左右の映像を時系列的に切替える場合は左右の光軸
上にそれぞれシャッタを配置する必要があるが、本発明
では１個の偏光切替手段によって左右の切替えが行われ
る。従って、構成要素が減少し信頼性と耐久性とが更に
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る立体カメラ装置のそれ
ぞれ第１実施例及び第２実施例のブロック図である。 １・・・観察対象 ７・・・ビームスプリッタ（光路合成手段）８・・・光
軸　　　　　　　９・・・偏光切替手段１０・・・切替
制御装置ｆｆ　　　１１・・・共通光学手段１２・・・
ａｍ系＜ｍ機素子） １７・・・観察者 ３１．３２川対物レンズ（対物光学手段）４１．４２・
・・光軸 ６１．６２・・・偏光板（偏光手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　同一観察対象からの左右２方向の光を撮映して立体映
   像を提供する立体カメラ装置であつて、前記左右２方向
   からの光を互いに異つた方向に偏光する一対の偏光手段
   と、これら偏光手段からの光を同一光軸にする光路合成
   手段と、この光路合成手段からの光を偏光切替えによっ
   て交互に透過させる偏光切替手段と、この透過光を撮像
   素子上に結像させる共通光学手段とを備えたことを特徴
   とする立体カメラ装置。