JP2000092518A

JP2000092518A - 立体カメラ装置

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Publication number: JP2000092518A
Application number: JP10253906A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sudo; 藤肇須
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-31
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: JP3492921B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型軽量化が可能で、部品の交換も容易であ
り、保守性に優れた立体カメラ装置を提供する。【解決手段】本発明の立体カメラ装置は、カメラ筐体
１１と、その前面に取り付けられる屈折機構１２とを備
える。カメラ筐体１１内には、結像光学系１３と、撮像
素子１４と、制御素子１５とが設けられる。また、屈折
機構１２は、屈折素子１６と、カメラ（結像光学系１
３）の光軸に対する屈折素子１６の傾斜角度を変更する
屈折角変更機構１７とを有する。屈折角変更機構１７
は、屈折素子１６の傾斜角度を180度単位で周期的に変
更し、その変更に同期して被写体光を撮像する。これに
より、複数のカメラを設けなくても、異なる複数の入射
光軸からの被写体光を撮像して立体画像を生成でき、小
型軽量化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察対象を複数の
方向から撮影して立体画像を生成する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の立体カメラ装置の原理を説
明する図である。従来の立体カメラ装置は、観察対象５
１を二方向から複数のテレビカメラ５２，５３等で撮影
し、各テレビカメラ５２，５３等で撮影された画像５
４，５５を映像表示装置に呈示し、呈示された画像を観
察者の両眼５６，５７にそれぞれ別々に投じて立体虚像
５８を生成する両眼視差方式を採用するのが一般であ
る。

【０００３】理想的な立体画像を得るには、左右眼用の
二つの画像が以下の３つの条件を満たすのが望ましい。左右眼用の二つの画像に上下方向の位置ずれがない。左右眼用の二つの画像の水平方向に適正な視差を設定
する。左右眼用の二つの画像のサイズが略同一である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際には、
二つの画像の光軸が為す角度（輻輳角）が適正でない場
合には、図８に示すように立体像にならずに二重像とし
て観察されたり、図９に示すように両画像の光路長の差
やズームレンズの個体差等により両画像のサイズが等し
くならず、立体融合しなかったり、図１０に示すように
２台のカメラの設置誤差や各カメラに装着されるレンズ
のフォーカスズーム走査時の光軸ずれに起因する垂直方
向のずれにより立体像が得られない等の不具合が起こる
おそれがあった。

【０００５】これらの不具合を解消するには、レンズの
取り付け位置の精度を向上させたり、レンズ自体の特性
を均一化するか、あるいは、レンズの取り付け位置やレ
ンズの状態を調整する機構が必要となり、装置が大型化
するとともに、製造コストも高くなるという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、小型軽量化が可能で、部品の
交換も容易であり、保守性に優れた立体カメラ装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明は、異なる複数の入射光軸から
入射された被写体光をそれぞれ撮像して立体画像を生成
する立体カメラ装置において、被写体光を屈折させる屈
折光学系と、前記屈折光学系で屈折された被写体光を撮
像面に結像させる結像光学系と、前記撮像面に配置され
る撮像装置と、前記結像光学系の光軸に対する前記屈折
光学系の傾斜角度を変更する屈折角変更機構と、を備
え、前記屈折角変更機構による前記屈折光学系の傾斜角
度の調整タイミングと、前記撮像装置による撮像タイミ
ングとを同期させるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る立体カメラ装
置について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【０００９】（第１の実施形態）図１は本発明に係る立
体カメラ装置の第１の実施形態の断面構造を示す図、図
２は図１の立体カメラ装置の原理を説明する図である。
まず、図２を用いて本実施形態の原理を説明する。図２
に示すように、観察対象１からの被写体光は、屈折光学
系として作用する屈折率ｎの透明平板２に入射される。
この透明平板２が入射光軸Ｌ１に対して角度θだけ傾い
ているとすれば、透明平板２に入射した被写体光は角度
φで屈折した後、入射光軸Ｌ１と略平行な出射光軸Ｌ２
に沿って出射する。入射光軸Ｌ１と出射光軸Ｌ２は距離
ｄだけ離れており、観察対象１は距離ｄだけシフトされ
て図２の点線位置（符号３）で観察される。

【００１０】ここで、透明平板２の入射光軸Ｌ１（より
詳しくは、結像光学系１３の光軸）に対する透明平板２
の傾斜角度θを変更することにより、入射光軸Ｌ１と出
射光軸Ｌ２との距離ｄ、すなわち、観察対象１のシフト
量を変更することができる。したがって、一定周期で角
度θを変更すれば、それぞれの角度θごとに別々の場所
で観察対象１を観察でき、これらの観察画像を合成する
ことにより立体画像を得ることができる。

【００１１】次に、図１に示す本実施形態の立体カメラ
装置の構成および動作を説明する。図１の立体カメラ装
置は、カメラ筐体１１と、その前面に取り付けられる屈
折機構１２とを備える。カメラ筐体１１内には、レンズ
等からなる結像光学系１３と、ＣＣＤ等からなる撮像素
子１４と、制御素子１５とが設けられる。また、屈折機
構１２は、屈折素子１６と、カメラ（結像光学系１３）
の光軸に対する屈折素子１６の傾斜角度を変更する屈折
角変更機構１７とを有する。

【００１２】屈折角変更機構１７は、屈折素子１６の傾
斜角度を180度単位で変更する。具体的には、屈折角変
更機構１７は、屈折素子１６を図１の実線位置と点線位
置とに交互に切り替える。

【００１３】屈折素子１６が図１の実線位置にある場
合、実線で示した入射光軸Ｌ11に沿って入射した光が結
像光学系１３に導かれる。一方、屈折素子１６が図１の
点線位置にある場合、一点鎖線で示した入射光軸Ｌ12に
沿って入射した光が結像光学系１３に導かれる。

【００１４】図１の例では、入射光軸Ｌ11，Ｌ12間の距
離をＤ（＝２ｄ）としている。このように、屈折素子１
６の傾斜角度により入射光軸が変化し、これはすなわ
ち、２台のカメラを各入射光軸Ｌ11，Ｌ12上に配置した
のと等価であり、これら入射光軸Ｌ11，Ｌ12に対応する
各画像を合成することにより、左右眼用の立体画像を得
ることができる。

【００１５】なお、結像光学系１３の位置は固定である
ため、屈折素子１６の傾斜角度を変えても、屈折素子１
６から撮像素子１４に至る出射光軸Ｌ13の位置が変化し
ないのが望ましい。ただし、それほど精度を要求しない
場合には、屈折素子１６の角度変更に応じて出射光軸Ｌ
13が多少変動してもよい。

【００１６】図１の装置を用いて立体画像を得るために
は、入射光軸Ｌ11，Ｌ12のそれぞれで得られた画像をテ
レビモニタ等に映し、これら画像をそれぞれ別々に、シ
ャッタ眼鏡等の既知の観察手段に呈示する必要がある。
例えば、図１の場合、屈折角変更機構１７が屈折素子１
６の角度を180度単位で切り替えるのに同期して、入射
光軸Ｌ11，Ｌ12のそれぞれに対応する画像を取り込む機
構が必要となる。このような画像取り込み機構の具体的
な実現手段は問わない。

【００１７】このように、第１の実施形態は、結像光学
系１３の光軸に対する屈折素子１６の傾斜角度を周期的
に変更し、その変更に同期して被写体光を撮像するよう
にしたため、カメラを２台設けなくても、立体画像を生
成することができ、装置の小型軽量化が図れる。

【００１８】（第２の実施形態）図３は本発明に係る立
体カメラ装置の第２の実施形態の斜視図である。図３の
立体カメラ装置は、カメラ筐体２０の中心軸から外れた
位置に配設されるカメラレンズ２１と、カメラレンズ２
１の前方（観察対象側）に配設される計６枚の屈折素子
２２と、カメラ筐体２０の中心軸付近に形成される作業
孔２３と、照明部材２４とを有する。屈折素子２２は二
枚一組になっており、各組ごとに屈折素子２２の光軸に
対する傾斜角度は異なっている。カメラレンズ２１の後
方には、図１と同様の結像光学系（図３では不図示）が
設けられる。

【００１９】また、カメラ筐体２０の外周部には、カメ
ラ筐体２０の中心軸周りを回転可能な屈折角変更機構２
６が設けられ、この屈折角変更機構２６の内側部分に屈
折素子２２が支持される。このような構造により、屈折
角変更機構２６が回転すると、それに応じて屈折素子２
２も回転する。

【００２０】より詳細には、屈折角変更機構２６が所定
量回転するたびに、それぞれ異なる傾斜角度をもった屈
折素子２２がカメラレンズ２１の前方に配置される。こ
れは、図２と同様に、入射光軸Ｌ１の変更と等価であ
り、それぞれ異なる各入射光軸Ｌ１から入射された被写
体光を別々に取り込んで合成することで、立体画像を得
ることができる。

【００２１】ところで、より高画質のカラー立体画像を
得たい場合は、図３の左側に示したカラーフィルタ２７
を屈折素子して利用し、これらカラーフィルタ２７のカ
メラ光軸に対する傾斜角度を色ごとに変えればよい。図
３は、赤、緑、青の３種類のカラーフィルタ２７を２個
ずつ設けた例を示している。

【００２２】このように、色ごとにカラーフィルタ２７
の傾斜角度を変える理由は、各色の周波数によって屈折
率が異なるためであり、各カラーフィルタ２７の出射光
軸Ｌ２がほぼ一致するように、各カラーフィルタ２７の
傾斜角度を設定するのが望ましい。

【００２３】なお、図３の屈折素子２２またはカラーフ
ィルタ２７の傾斜角度を変えるだけでは、出力光軸を一
致させることができない場合は、撮像装置で観察対象１
を撮像した後、その撮像した画像に対して画像処理を行
って、屈折素子１６の傾斜角度を補正すればよい。

【００２４】なお、図３に示した作業孔は、例えば内視
鏡等を挿入するために設けられ、照明部材２４は内視鏡
等を操作するために用いられる。ただし、単に立体画像
を得る目的だけに図１の装置を用いる場合は、作業孔２
３や照明部材２４は不要である。

【００２５】また、カラーフィルタ２７を屈折素子とし
て利用する代わりに、図３に示した屈折素子１６の前方
または後方に別個に通常のカラーフィルタを設けてもよ
い。（第３の実施形態）図４は本発明に係る立体カメラ
装置の第３の実施形態の斜視図である。図４の立体カメ
ラ装置は、カメラ筐体３１と、カメラ筐体３１の先端部
に配設される回転機構固定子３２と、回転機構固定子３
２の外周側に設けられカメラ筐体３１の中心軸の周りを
回転可能な回転機構可動子３３と、回転機構可動子３３
の先端部に回転ヒンジ３４を介して取り付けられる屈折
素子３５と、屈折素子３５の傾斜角度を変更するための
リニア可動電極３６およびリニア固定電極３７とを備え
る。

【００２６】リニア可動電極３６の先端部には、弾性変
形可能な可撓ジョイント３６ａと自在ジョイント３６ｂ
とが設けられ、自在ジョイント３６ｂの一端は屈折素子
１６の回転ヒンジ３４を取り付けた側とは反対側に取り
付けられる。

【００２７】リニア可動電極３６とリニア固定電極３７
はいずれも梯子状の複数の電極片を有し、これら電極片
にそれぞれ位相の異なる電流を流して磁界を発生させ、
この磁界により各電極片に働く反発力と吸引力とによ
り、リニア可動電極３６は入力光軸に沿って移動する。
リニア可動電極３６の先端部に設けられる自在ジョイン
ト３６ｂは屈折素子３５に接続されるため、リニア可動
電極３６の移動に応じて、屈折素子３５の角度が変化す
る。

【００２８】また、回転機構可動子３３がカメラ筐体３
１の中心軸の周りを回転すると、それに応じて屈折素子
１６も中心軸の周りを回転するため、例えば回転機構可
動子３３を180度単位で回転するようにすれば、図１と
同様に、２種類の入射光軸Ｌ11，Ｌ12からの画像を得る
ことができ、これら画像を取り込むことで、立体画像を
生成できる。

【００２９】このように、第３の実施形態は、回転機構
可動子３３の回転に応じて入射光軸をシフトさせること
ができるため、複数のカメラを設けなくても左右眼用の
画像を得ることができる。また、リニア可動電極３６の
移動により屈折素子１６の角度を任意に可変できるた
め、観察対象１の距離に応じて入射光軸Ｌ11，Ｌ12のシ
フト量を変更できる。

【００３０】なお、図４の装置は、回転機構可動子３３
とリニア可動電極３６の双方を有するが、十分な可動範
囲を確保できるのであれば、回転機構可動子３３を省略
してリニア可動電極３６のみを設けてもよい。また、リ
ニア可動電極３６だけで十分な可動範囲を確保できない
場合に、回転ヒンジ３４の代わりに新たなリニア機構を
設けて屈折素子１６の両端を支持し、新たに設けたリニ
ア機構とリニア可動電極３６とを差動的に駆動して、屈
折素子１６の傾きを変更してもよい。

【００３１】（第４の実施形態）第４の実施形態は、カ
メラ筐体の中心軸と略直交する方向を軸として屈折素子
を回転させる機構を設けたことを特徴とする。

【００３２】図５は本発明に係る立体カメラ装置の第４
の実施形態の斜視図である。図５の立体カメラ装置は、
カメラ筐体４１の前方（観察対象側）に配設される屈折
素子４２と、屈折素子４２をカメラの中心軸に略直交す
る方向に回転または揺動させる回転／揺動アクチュエー
タ４３とを備える。回転／揺動アクチュエータ４３を駆
動することにより、図１と同様に、異なる複数の入射光
軸Ｌ11，Ｌ12からの被写体光を撮像することができ、こ
れらの撮像結果を合成することにより、立体画像を得る
ことができる。また、回転／揺動アクチュエータ４３に
より屈折素子１６を回転または揺動させることにより、
観察対象１の距離やサイズに応じて適正な視差を確保す
ることができる。

【００３３】（第５の実施形態）第５の実施形態は、基
本的な構造は第４の実施形態と同様であるが、屈折素子
やカメラレンズをカメラ筐体の中心軸から外れた位置に
設けたことを特徴とする。

【００３４】図６は本発明に係る立体カメラ装置の第５
の実施形態の斜視図である。図６の立体カメラ装置内に
は、図５と同様の構造の屈折素子４２、回転／揺動アク
チュエータ４３、およびカメラレンズ４４がカメラの中
心軸と外れた位置に設けられる。また、図６の装置内に
は、内視鏡等を挿入するための複数の作業孔２３と照明
装置２４が設けられる。

【００３５】このように、作業孔２３と照明装置２４を
設けることにより、単に立体画像を得るだけでなく、内
視鏡としても利用可能となる。

【００３６】なお、図６に示す作業孔２３や照明装置２
４は図１、図４、図５に示す立体カメラ装置内に設けて
もよい。また、作業孔の数にも特に制限はない。

【００３７】上述した各実施形態で用いられる屈折素子
１６は、必ずしも平板状でなくてもよい。すなわち、観
察対象１からの被写体光を屈折させて撮像素子１４に導
くことができれば、屈折素子１６の具体的な形状は問わ
ない。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、被写体光を屈折させて結像光学系に導く屈折光学
系の光軸に対する傾斜角度を変更可能にしたため、複数
のカメラ装置を設けなくても、複数の入射光軸からの被
写体光を撮像することができる。したがって、従来に比
べて小型軽量化でき、消費電力も少ない立体カメラ装置
を得ることができる。また、本発明によれば、撮像装置
だけでなく、結像光学系も１組で済むため、複数のカメ
ラを用いて立体画像を得る場合に困難であった、ズーム
やフォーカス制御の際の左右眼画像の光軸ずれや倍率変
動も抑制することができる。これにより、保守性が向上
し、部品を交換した後の調整も容易になる。また、屈折
素子の角度を変える機構を設けることにより、観察対象
の距離やサイズに応じて左右眼画像の視差量を容易に変
更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る立体カメラ装置の第１の実施形態
の断面構造を示す図。

【図２】図１の立体カメラ装置の原理を説明する図。

【図３】本発明に係る立体カメラ装置の第２の実施形態
の斜視図。

【図４】本発明に係る立体カメラ装置の第３の実施形態
の斜視図。

【図５】本発明に係る立体カメラ装置の第４の実施形態
の斜視図。

【図６】本発明に係る立体カメラ装置の第５の実施形態
の斜視図。

【図７】従来の立体カメラ装置の原理を説明する図。

【図８】二つの画像が立体像にならずに二重像として観
察される例を示す図。

【図９】二つの画像が立体融合しなかった例を示す図。

【図１０】垂直ずれにより立体像が得られなかった例を
示す図。

【符号の説明】

１観察対象２透明平板１１カメラ筐体１２屈折機構１３結像光学系１４撮像素子１５制御素子１６屈折素子１７屈折角変更機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる複数の入射光軸から入射された被写
体光をそれぞれ撮像して立体画像を生成する立体カメラ
装置において、被写体光を屈折させる屈折光学系と、前記屈折光学系で屈折された被写体光を撮像面に結像さ
せる結像光学系と、前記撮像面に配置される撮像装置と、前記結像光学系の光軸に対する前記屈折光学系の傾斜角
度を変更する屈折角変更機構と、を備え、前記屈折角変更機構による前記屈折光学系の傾斜角度の
調整タイミングと、前記撮像装置による撮像タイミング
とを同期させることを特徴とする立体カメラ装置。
【請求項２】前記屈折角変更機構は、被写体光の結像位
置が変動しないように前記屈折光学系の傾斜角度を少な
くとも２通りに変更することを特徴とする請求項１に記
載の立体カメラ装置。
【請求項３】前記屈折光学系は、前記屈折角変更機構に
予め定めた傾斜角度で固定され、前記屈折角変更機構
は、前記結像光学系の光軸の周りに前記屈折光学系を回
転させることにより、前記屈折光学系の傾斜角度を変更
することを特徴とする請求項１または２に記載の立体カ
メラ装置。
【請求項４】前記屈折光学系は、前記屈折角変更機構に
それぞれ異なる傾斜角度で固定される複数の屈折光学部
材を有し、前記屈折角変更機構により前記屈折光学系を回転させた
ときに、いずれかの前記屈折光学部材で屈折された被写
体光が前記撮像装置の撮像面に結像するように、前記結
像光学系を配置したことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の立体カメラ装置。
【請求項５】傾斜角度が異なる前記屈折光学部材のそれ
ぞれは、互いに色相の異なるカラーフィルタで構成され
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立
体カメラ装置。
【請求項６】前記屈折光学系の一端側は、前記屈折角変
更機構に支持され、前記屈折光学系の他端側に、前記結像光学系の光軸に対
する前記屈折光学系の傾斜角度を変更可能な駆動機構を
設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の立体
カメラ装置。
【請求項７】前記屈折角変更機構は、前記結像光学系の
光軸に対する前記屈折光学系の傾斜角度を変更すべく、
前記結像光学系の光軸に略直交する方向の周りに前記屈
折光学系を回転または揺動させる駆動機構を有すること
を特徴とする請求項１または２に記載の立体カメラ装
置。
【請求項８】前記屈折光学系、前記結像光学系、前記撮
像装置、および前記屈折角変更機構はカメラ筐体内に収
納され、前記屈折光学系および前記屈折角変更機構は、カメラ筐
体内の中心軸から外れた場所に収納され、前記カメラ筐体内には、作業孔および照明用の孔の少な
くとも一方が設けられることを特徴とする請求項１〜７
のいずれかに記載の立体カメラ装置。