JP2004312545A

JP2004312545A - 立体撮像装置

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Publication number: JP2004312545A
Application number: JP2003105541A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Murakami; 篤史村上; Akira Saito; 晶斉藤; Tamotsu Ouchi; 保大内
Original assignee: N H K TECHNICAL SERVICE KK
Current assignee: N H K TECHNICAL SERVICE KK
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: JP4293821B2

Abstract

【課題】自然な立体視の得られる立体撮像を行うにあたっては、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔は人の眼球間隔と同じでなければならないが、被写体を明るくかつ拡大して撮像するためには、口径の大きいレンズを使用せざるを得ず、従って、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔が人の眼球間隔になるように撮像装置を並列配置することは困難であった。
【解決手段】被写体からの撮像光（ａ）を、少なくとも１個のハーフミラー（１）を用いて左眼用撮像光（ｂ）と右眼用撮像光（ｃ）とに分離してそれぞれ左眼用撮像装置（５）と右眼用撮像装置（６）とに導くように構成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置とを用いて被写体を撮像し、その撮像した映像を見ることで立体視を可能にする立体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体撮像では、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔を人の裸眼視状態の眼球間隔（以下、単に眼球間隔と言う）と同じにして撮像することが自然な立体視のために必要である。もし、光軸間隔が人の眼球間隔より狭いと立体感が乏しくなり、逆に、光軸間隔が人の眼球間隔より広いと、撮像された立体映像を見るとき、被写体がミニチュアセットのように見え、臨場感を損なう映像となる。
【０００３】
また、被写体を明るくかつ拡大して撮像するためには、口径の大きなレンズを使用することが必要であるが、口径が大きいためレンズを人の眼球間隔と同じ間隔に配置することは困難であつた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上から、自然で効果的な立体撮像のためには、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔を人の眼球間隔と同じにすることに加えて、口径の大きなレンズを使用して撮像することが必要であり、従って、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔が人の眼球間隔になるように撮像装置を並列配置することは困難であった。
【０００５】
また、被写体がきわめて小さい場合、違和感のない撮像された立体映像を得るためには左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔を近づけて撮像する必要があるが、従来の立体撮像装置では、レンズや撮像装置の筐体が邪魔になり、被写体に近づいて撮像（接写）することができなかった。
しかし、この種の問題を議論した文献は見当たらない。
【０００６】
本発明の目的は、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔を、レンズ及び撮像装置の制約がある場合であっても、人の眼球間隔と同じに配置したのと同等の効果を生じ、違和感のない立体映像を撮像できるように適切に構成した立体撮像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】
上記目的を達成するため、本発明立体撮像装置は、被写体からの撮像光を、少なくとも１個のハーフミラーを用いて左眼用撮像光と右眼用撮像光とに分離してそれぞれ左眼用撮像装置と右眼用撮像装置とに導くように構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明立体撮像装置は、被写体からの撮像光を左眼用撮像光と右眼用撮像光とに分離するために、前記１個のハーフミラーに加えて１個の全反射ミラーを具えていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明立体撮像装置は、前記ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する前記左眼用撮像装置または前記右眼用撮像装置が、有効映像面の短辺の側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明立体撮像装置は、前記ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する前記左眼用撮像装置または前記右眼用撮像装置が、有効映像面の長辺の側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明立体撮像装置は、被写体からの撮像光を左眼用撮像光と右眼用撮像光とに分離するに際しては、左眼用撮像光と右眼用撮像光の各光軸間の間隔と輻輳角を調整するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明立体撮像装置の第１の実施形態を示している。
本実施形態は、被写体からの撮像光を左眼用撮像装置と右眼用撮像装置に導くために、１個のハーフミラーと１個の全反射ミラーとを用いて構成したものである。
また、本実施形態（第１の実施形態）では、ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する左眼用撮像装置または右眼用撮像装置は、有効映像面の短辺の側に配置されている。
【００１３】
なお、図１（ａ）は本実施形態による立体撮像装置を上方から見下ろし、また、図１（ｂ）は本実施形態による立体撮像装置を後ろ側から見たときの各構成要素の配置を示している。ただし、図１（ｂ）ではハーフミラーと全反射ミラーは省略して示していない。
図１（ａ），（ｂ）において、１はハーフミラー、２は全反射ミラー、３左眼用撮像装置のレンズ、４は右眼用撮像装置のレンズ、５は左眼用撮像装置、および６は右眼用撮像装置である。
【００１４】
動作につき説明する。
図１（ａ）において、破線にて示す被写体からの撮像光ａはハーフミラー１に入射され、撮像光ｂとｃに分離され、分離された撮像光ｂは左眼用撮像装置のレンズ３に入射される。また、分離された撮像光ｃは、全反射ミラー２で全反射され右眼用撮像装置のレンズ４に入射される。
【００１５】
左眼用撮像装置のレンズ３に入射された撮像光ｂは同レンズにより左眼用撮像装置５の固体撮像素子等の撮像面に結像され、光電変換される。同様に、右眼用撮像装置のレンズ４に入射された撮像光ｃは同レンズにより左眼用撮像装置６の固体撮像素子等の撮像面に結像され、光電変換される。
【００１６】
なお、立体撮像して得られた映像の立体感は、被写体中の主たる対象物の立体感のほか、その対象物の周囲や前後にある物体の立体感のバランスで成り立っている。立体映像の撮像に際しては、画面の構成、演出表現により映像としての立体感、自然感を調整するために輻輳角を微妙に調整して立体効果を作りだしている。このため、輻輳角が調整できるということは、以下に説明する光軸間隔の調整とともに立体撮像装置に必要な機能である。
【００１７】
図１（ａ）において、被写体からの撮像光ａは１つの破線で示され、左眼用と右眼用の撮像光が完全に重なっているように見えるが、実際には、図２に示すように、左眼用と右眼用の撮像光の各光軸は輻輳角θを挟んで対象物の一点からそれぞれ発生している。輻輳角θの調整は、本実施形態（第１の実施形態）の場合、図示のように、全反射ミラー２の傾きを微小角度変化させて行う。
【００１８】
立体テレビ番組の制作に際し、従来のように、２台のテレビカメラを近接配置して制作するものとすると、口径の大きいレンズや撮像装置の筐体が邪魔をして（上方から見下ろした図である、図１（ａ）参照）、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔が人の眼球間隔になるように２台のテレビカメラを配置することは困難である。
【００１９】
これに対し、本発明では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ハーフミラー１で被写体からの撮像光ａを２つに分離し、分離した一方の撮像光を左眼用撮像装置のレンズ３に入射させ、また、分離した他方の撮像光を全反射ミラー２で全反射させて右眼用撮像装置のレンズ４に入射させるようにしたことにより、左眼用撮像装置５と右眼用撮像装置６に導かれる撮像光の間隔（撮像装置５，６を並列配置したときの光軸間隔と等価であるので、以下では、これも光軸間隔と言う）を人の眼球間隔にすることが可能になる。
【００２０】
また、図１（ａ）に示すように、一方のレンズと撮像装置（この場合、右眼用撮像装置のレンズ４と右眼用撮像装置６）を矢印方向に微小長移動させることにより、左眼用撮像装置５と右眼用撮像装置６の光軸間隔が人の眼球間隔より広い間隔から狭い間隔まで変化して、巨人のような眼球間隔の広い撮像条件から虫のように眼球間隔の狭い視点まで立体視効果を可変設定することができ、その結果、人が被写体を見るのと同様の自然な立体映像（光軸間隔が人の眼球間隔に等しいとき）から疑似的な視点（光軸間隔を人の眼球間隔からあえて変えたとき）までの立体撮像が可能となり、立体映像の制作範囲を飛躍的に拡大することができる。
【００２１】
なお、図１（ａ）に示す例では、左眼用撮像装置５と右眼用撮像装置６の光軸間隔を変化させることにより立体視効果を可変設定したが、これは、他の方法、例えば、ハーフミラー１の設置位置を変えても（このとき、全反射ミラー２の設置位置も変えることは言うまでもない）同様に立体視効果を変えることができる。
【００２２】
図３（ａ），（ｂ）は、本発明立体撮像装置の第２の実施形態を示している。
本実施形態（第２の実施形態）は、第１の実施形態が１個のハーフミラーと１個の全反射ミラーを用いて被写体からの撮像光を左眼用撮像装置と右眼用撮像装置に導いていたのに対し、１個のハーフミラーのみで被写体からの撮像光を左眼用撮像装置と右眼用撮像装置に導くようにした実施形態である。
【００２３】
また、本実施形態では、１個のハーフミラーで被写体からの撮像光を分離してそのまま左眼用撮像装置と右眼用撮像装置に導くようにするため、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置は各光軸の方向を互いに直交させた配置となっている。
また、本実施形態でも、ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する左眼用撮像装置または右眼用撮像装置は、第１の実施形態と同様、有効映像面の短辺の側に配置されている。
【００２４】
なお、図３（ａ）は本実施形態による立体撮像装置を上方から見下ろし、また、図３（ｂ）は本実施形態による立体撮像装置を後ろ側から見たときの各構成要素の配置を示している。ここでも、図３（ｂ）ではハーフミラーは省略して示していない。
また、図３（ａ），（ｂ）においても、図１（ａ），（ｂ）におけると同じ構成要素には同一の符号を付して示している。
【００２５】
動作につき説明する。
図３（ａ）において、破線にて示す被写体からの撮像光ａはハーフミラー１に入射され、撮像光ｂとｃに分離され、分離された撮像光ｂは左眼用撮像装置のレンズ３に入射される。また、分離された撮像光ｃは右眼用撮像装置のレンズ４に入射される。
【００２６】
左眼用撮像装置のレンズ３に入射された撮像光ｂは同レンズにより左眼用撮像装置５の固体撮像素子等の撮像面に結像され、光電変換される。同様に、右眼用撮像装置のレンズ４に入射された撮像光ｃは同レンズにより左眼用撮像装置６の固体撮像素子等の撮像面に結像され、光電変換される。
なお、本実施形態において輻輳角を調整するには、ハーフミラー１の傾きを微小角度変化させて行う。
【００２７】
左眼用撮像装置６の固体撮像素子等の撮像面に結像された光像は、ハーフミラー１によって反射された光像であるため、被写体の左右が反転している。このため、通常のテレビ走査と異なって、右から左方向への水平走査を行って電気信号を読み出す。
また、別の方法として、左右反転した映像信号が出力された後、一旦フレームメモリに記憶させ読み出し順序を変えるなど、回路処理で左右反転しない映像信号を得るようにしてもよい。
【００２８】
本実施形態においても、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔を人の眼球間隔にすることが可能である。
また、図３（ａ）に示すように、一方のレンズと撮像装置（この場合、右眼用撮像装置のレンズ４と右眼用撮像装置６）を矢印方向に微小長移動させることにより、左眼用撮像装置５と右眼用撮像装置６の光軸間隔が人の眼球間隔より広い間隔から狭い間隔まで変化し、その結果、人が被写体を見るのと同様な自然な立体映像（光軸間隔が人の眼球間隔に等しいとき）から疑似的な視点（光軸間隔を人の眼球間隔からあえて変えたとき）までの立体撮像が可能となり、立体映像の制作範囲を飛躍的に拡大することができる。
なお、図３（ａ）に示す例では、右眼用撮像装置のレンズ４と右眼用撮像装置６を矢印方向に微小長移動させることにより立体視効果を可変設定したが、これは、他の方法、例えば、ハーフミラー１の設置位置を変えても同様に立体視効果を変えることができる。
【００２９】
以上説明した第１、第２の実施形態はともに、ハーフミラーで反射された撮像光（第１の実施形態では、さらに全反射ミラー２を経由した撮像光）を撮像する左眼用撮像装置または右眼用撮像装置は、有効映像面の短辺の側に配置した本発明立体撮像装置の実施形態である。
【００３０】
これに対し、以下に説明する本発明立体撮像装置の第３の実施形態では、ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する左眼用撮像装置または右眼用撮像装置は、有効映像面の長辺の側に配置されているように構成されている。この構成は、特に、ハイビジョンのように横長テレビの立体像の撮像に有利な構成である。
【００３１】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明立体撮像装置の第３の実施形態を示している。
本実施形態（第３の実施形態）でも、被写体からの撮像光を左眼用撮像装置と右眼用撮像装置に導くために、１個のハーフミラーのみを用いて構成している。
また、本実施形態では、ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する左眼用撮像装置または右眼用撮像装置は、有効映像面の長辺の側に配置されている。
【００３２】
なお、図４（ａ）は本実施形態による立体撮像装置を上方から見下ろし、また、図４（ｂ）は本実施形態による立体撮像装置を側面から見たときの各構成要素の配置を示している。ただし、図４（ａ）ではハーフミラーは省略して示していない。
また、図４（ａ），（ｂ）においても、図１（ａ），（ｂ）におけると同じ構成要素には同一の符号を付して示している。
【００３３】
動作につき説明する。
図４（ａ），（ｂ）において、破線にて示す被写体からの撮像光ａ，ａ′はハーフミラー１に入射され、撮像光ａはハーフミラー１を透過して撮像光ｂとなり左眼用撮像装置のレンズ３に入射される。また、撮像光ａ′はハーフミラー１で反射され撮像光ｃとなり右眼用撮像装置のレンズ４に入射される。
【００３４】
左眼用撮像装置のレンズ３に入射された撮像光ｂは同レンズにより左眼用撮像装置５の固体撮像素子等の撮像面に結像され、光電変換される。同様に、右眼用撮像装置のレンズ４に入射された撮像光ｃは同レンズにより左眼用撮像装置６の固体撮像素子等の撮像面に結像され、光電変換される。
なお、本実施形態において輻輳角を調整するには、図４（ｂ）においてハーフミラー１を同ミラーの回転軸とみなしたとき、同ミラーを回転軸を中心に微小角回転させて行う。
【００３５】
右眼用撮像装置６の固体撮像素子等の撮像面に結像された光像は、ハーフミラー１によって反射された光像であるため、上述した第２の実施形態の場合と同様、被写体の左右が反転している。これに対しては第２の実施形態で施したのと同じ対策を施せばよい。
なお、右眼用撮像装置６の配置の仕方によっては被写体の上下が反転するが、反転しない向きの配置を選ぶことでこの問題は解決される。
【００３６】
本実施形態においても、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔を人の眼球間隔にすることが可能である。
また、図４（ａ）に示すように、左右眼のうち一方のレンズと撮像装置（この場合、右眼用撮像装置のレンズ４と右眼用撮像装置６）を矢印方向に微小長移動させることにより、左眼用撮像装置５と右眼用撮像装置６の光軸間隔が人の眼球間隔より広い間隔から狭い間隔まで変化し、その結果、人が被写体を見るのと同様な自然な立体映像（光軸間隔が人の眼球間隔に等しいとき）から疑似的な視点（光軸間隔を人の眼球間隔からあえて変えたとき）までの立体撮像が可能となり、立体映像の制作範囲を飛躍的に拡大することができる。
【００３７】
ここで、本実施形態（第３の実施形態）と第２の実施形態とを比較する。
一般に、広角撮像や被写体に接近して撮像する場合、口径の大きい固定またはズームの広角レンズを使用するが、使用する左眼用および右眼用撮像装置のレンズが互いに他方のレンズの縁を撮像していまい、見切れが発生する。
【００３８】
図５（ａ），（ｂ）は、見切れが発生しない撮像範囲を、第２の実施形態の場合と本実施形態（第３の実施形態）の場合とについてそれぞれ示している。
第２の実施形態の場合を示す図５（ａ）において、符号４は、図３（ａ）に示す右眼用撮像装置のレンズ４を示し、このレンズ４の左端に接する円に内接する矩形を限度としてしか撮像することができない。もし、これより広範囲の被写体を撮像しようとするとレンズ４の端部が撮像映像の右の部分に写し込まれて、見切れが生じてしまうからである。
【００３９】
第３の実施形態の場合を示す図５（ｂ）において、符号４は、図４（ｂ）に示す右眼用撮像装置のレンズ４を示し、第２の実施形態の場合と同じ口径の固定またはズームの広角レンズを使用するにしても、レンズの端部を撮像映像の上側（または、下側）に配置する限り見切れは生じない。従って、第３の実施形態の場合には、第２の実施形態の場合に比べて撮像範囲が大きくなる。
【００４０】
これは、テレビ映像の縦横比がＮＴＳＣ標準方式で３：４、ハイビジョンで９：１６いうように、縦方向の撮像範囲が横方向のそれに比べて小さいということに起因し、縦横比が小さいほどレンズ４の端部を撮像映像の上辺（構造によっては、下辺）に接近させることが可能になるため、従って、口径の大きい固定またはズームの広角レンズを使用し、被写体により接近して撮像を行うことが可能になる。
【００４１】
なお、第３の実施形態の場合、図４（ａ），（ｂ）に、被写体からの撮像光が破線ａ，ａ′で２本示されているのは、撮像光ａがハーフミラーを透過して撮像光ｂ、撮像光ａ′がハーフミラーで反射して撮像光ｃとなってそれぞれ左眼用、右眼用映像を生成するものであることを意味している。破線ａ，ａ′で示される被写体からの撮像光は、被写体上の同一点から発生している輻輳角をもった撮像光で完全な平行光線ではない。すなわち、破線ａ，ａ′の間隔が人の眼球間隔に対応しているものであることを意味している。
【００４２】
また、図５（ｂ）において、右眼用撮像装置のレンズ４が撮像映像（撮像範囲）の上辺の中央に位置しないで、若干右方にずれているのも同じ理由からである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、被写体からの撮像光を少なくとも１個のハーフミラーを用いて左眼用と右眼用の撮像光とに分離してそれぞれ左眼用撮像装置と右眼用撮像装置とに導くようにしたことにより、左眼用撮像装置と右眼用撮像装置の光軸間隔を人の眼球間隔にすることが可能になる。
【００４４】
また、本発明の第３の実施形態によれば、テレビ映像の水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて長い（ＮＴＳＣ標準方式で縦横比３：４、ハイビジョンで縦横比９：１６）ことから、レンズの見切れが出にくくなり、広角撮像が可能になる。
【００４５】
また、本発明の第３の実施形態によれば、上下方向に左、右眼用撮像装置を配置しているため、同一撮像範囲ではハーフミラーを小さくすることができ、これにより立体撮像装置の小型化が可能になる。
【００４６】
さらにまた、本発明の第３の実施形態によれば、第２の実施形態に比べ、光軸を立体撮像装置の中心に設定することができ、カメラのパン軸と撮像中心を同一にすることができる。また、同じく、第３の実施形態のものは、カメラの重量中心と光軸中心を合わせることが容易であり、これにより、カメラバランスが改善され、カメラ操作が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明立体撮像装置の第１の実施形態を示している。
【図２】本発明立体撮像装置の第１の実施形態の場合における輻輳角θの調整の仕方を示している。
【図３】本発明立体撮像装置の第２の実施形態を示している。
【図４】本発明立体撮像装置の第３の実施形態を示している。
【図５】見切れが発生しない撮像範囲を、第２の実施形態の場合と第３の実施形態の場合とについて示している。
【符号の説明】
１ハーフミラー
２全反射ミラー
３左眼用撮像装置のレンズ
４右眼用撮像装置のレンズ
５左眼用撮像装置
６右眼用撮像装置

Claims

被写体からの撮像光を、少なくとも１個のハーフミラーを用いて左眼用撮像光と右眼用撮像光とに分離してそれぞれ左眼用撮像装置と右眼用撮像装置とに導くように構成したことを特徴とする立体撮像装置。
請求項１記載の立体撮像装置において、該装置は、被写体からの撮像光を左眼用撮像光と右眼用撮像光とに分離するために、前記１個のハーフミラーに加えて１個の全反射ミラーを具えていることを特徴とする立体撮像装置。
請求項１または２記載の立体撮像装置において、前記ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する前記左眼用撮像装置または前記右眼用撮像装置は、有効映像面の短辺の側に配置されていることを特徴とする立体撮像装置。
請求項１記載の立体撮像装置において、前記ハーフミラーで反射された撮像光を撮像する前記左眼用撮像装置または前記右眼用撮像装置は、有効映像面の長辺の側に配置されていることを特徴とする立体撮像装置。
請求項１乃至４のいずれか１項記載の立体撮像装置において、被写体からの撮像光を左眼用撮像光と右眼用撮像光とに分離するに際しては、左眼用撮像光と右眼用撮像光の各光軸間の間隔と輻輳角を調整するように構成されていることを特徴とする立体撮像装置。