JP2015043085A - コンパクトな立体画の撮影方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな立体画の撮影システムを提供する。
【解決手段】第一の光学対物レンズを含む第一カメラＣ１と、第二の光学対物レンズを含む第二カメラＣ２とを備え、２つの対物レンズの光学特性が実質的に同一であり、第一の対物レンズの前方に配置され前記第一の対物レンズの光軸に関して決められた角度だけ傾いている平坦な半反射板Ｍ１を備える立体画撮影システムに関する。本立体画撮影システムは、第二の対物レンズのレベルに配置され、第二の対物レンズの光軸の主要部分が、第一の対物レンズの光軸に対して実質的に平行であるようなやり方で、第二の対物レンズの光軸に関して同じ角度だけ傾いている、平坦な反射面を含む光学要素を備える。この要素は、平坦なミラー又はリターン・プリズムであり得る。第一の対物レンズは、同一の光学的厚さの板を備える。これら２つの対物レンズは可変の焦点距離を持つことができる。
【選択図】図８

Description

本発明の分野は、立体画の撮影システムであり、とりわけ２つの写真を撮ることを必要とするカメラに関する。

幾つかの異なる視角から画像のショットを撮るためには、幾つかのカメラ及び対物レンズが必要である。立体視的表現／描出は、左の画像及び右の画像である２つの画像のみに依存し得るか、又は投射装置の前における観察者の位置に応じて、その一対のみが観察者には見える幾つかの画像のグループに依存し得る。後者のシステムは、いわゆる「マルチビュー（多視点）」３Ｄ（三次元）画像の普及を可能にする。３Ｄの投射画像の前を移動する観察者は、表わされている対象物が実際に動くかのように移動するのを見る。

「３Ｄ」視覚は、対象物に対して空間内に或る位置を与えるように、両眼により認識された画像の、脳による解釈／判読に相当する。割り当てられた位置は、観察者の両眼によって認識された複数の画像間の差異に依存する。対象物が移動している場合には、左右の２つの連続的に捉えられた画像間の対象物の変位が、距離情報として解釈／判読されないように、それらの画像は同じ瞬間に捉えられて同期しなければならない。

１つだけのセンサーを用いた立体視的な複数の光学的解法が、先行技術から知られている。とりわけ、２つの視点を再生するための、２つの入力光学部分及び１つのセンサーを備える立体視装置を記述している、独国特許出願公開第１０２００４／０５２２５３号明細書及び欧州特許出願公開第０ ９６９ ３０８号明細書が引用されるであろう。シングルヘッド（単頭）のみの光学部分を用いる解決策もまた知られている。米国特許第６ ３３５ ８３３号明細書及び特開２００８−２９２５１３号公報が、この分類区分において引用されるであろう。しかしながら、殆どの撮影システムは一対の、一般的に同一のチャンネルを備える。

このタイプの立体視システムにおいて、各々のチャンネル又はカメラは次の３つの主な部分アセンブリを備える。すなわち：

感光センサー及び関連する電子制御手段を含むセンサー・ケーシング。

その視野が可変の、一般的にはズームレンズである光学対物レンズ。このタイプの光学部分において、少なくとも３つのパラメータがモニタリングされ、それらは視野を決定する焦点距離と、鮮鋭距離を決定する焦点合わせと、検出器によって受け取られる照明を決定する開口である。

様々なパラメータの値を制御することを可能にする、電気機械装置。

次に２つのカメラが、軸間の間隔及び収束の調整を含む共通の機械的プラットフォームに取り付けられる。撮影システムの第一の実施形態において、カメラは単に隣り合って置かれ、対物レンズ同士の複数の光軸は同一の平面内にあり、光学部分は僅かに収束することが出来る。常に同じ平面内にある、それらの軸間の間隔もまた調整可能である。その瞳孔間距離は、立体視の程度を調整可能にする。この実施形態の欠点は、対物レンズの２つの光軸を隔てている距離が、必然的に光学部分及びその支持体の大きさに関連する最小値を有することである。或る撮影機器構成において、立体視的効果はそれゆえ制限される。

図１に表わされるシステムＳ_３Ｄは、この欠点を持たない。それは、互いに対して直角に配置され、カメラの対物レンズの軸に対して４５°に配置された半反射板Ｌによって隔てられた、２台のカメラＣ１及びＣ２を含む。この構成において、機械的な制約は消失し、しかしながら光度測定に関する減衰と、半反射板の厚さに起因する、経路のうちの１つにおける僅かな光路の差異とに対する犠牲を払って、光軸同士を望む距離だけ離すことが可能である。

特に、ゼロの瞳孔間距離を再現することができる。軸間の距離及びカメラ／対物レンズ同士の間の両眼離反運動は調整可能なままである。この機械的配置は、不幸にしてかなり大きく、その光学機械アセンブリは操作しにくい可能性があり、とりわけ携帯式システムではそうである。

本発明の目的は、後者の構成をずっと小型化し、カメラの対物レンズの光軸同士が追加的な口径食を導入することなく平行となるように、第一の半反射板に平行な第二のリターンプレート（戻し板）を導入することによって、カメラマンによる肩の上での携帯用途に適合させることである。

より正確には、本発明の主題は第一の光学対物レンズを含む第一カメラと、第二の光学対物レンズを含む第二カメラとを備えた立体画撮影システムであって、第一の対物レンズの光学特性は実質的に第二の対物レンズの光学特性と同一であり、前記立体画撮影システムは、第一の対物レンズの前方に配置され、前記第一の対物レンズの光軸に関して決められた角度だけ傾いている、平坦な半反射板を備え、前記立体画撮影システムが、第二の対物レンズのレベルに配置され、第二の対物レンズの光軸の主要部分が、第一の対物レンズの光軸に対して実質的に平行であるようなやり方で、前記第二の対物レンズの光軸に関して同じ決められた角度だけ傾いている、平坦な反射面を含む少なくとも１つの光学要素を備えることを特徴とする。

有利なことに、光学要素は第二の対物レンズの前方に配置されている、傾いた平坦な反射鏡である。

有利なことに、平坦な半反射板及び平坦な反射鏡は固定された構造でしっかりと配置され、第一カメラ及び／又は第二カメラは他のカメラに対して、並進運動調整の機械的手段を備える。

有利なことに、平坦な反射鏡は、第二カメラが第一カメラに対する並進運動調整の機械的手段を備え、平坦な反射鏡がそれと共に移動するようなやり方で、第二カメラにしっかりと取り付けられる。

有利なことに、第一の光学対物レンズは、第一の対物レンズの前方に配置され厚いガラス板を含む光学部分アセンブリを備え、光学要素は前記平坦な反射面を含むリターン・プリズムであり、前記リターン・プリズムの光学的厚さは、厚いガラス板のそれと同じである。

有利なことに、２つの光学部分アセンブリは屈折力を有する。

有利なことに、第一の対物レンズと第二の対物レンズは、収束性−発散性の光学バリエータを有するズームレンズである。

有利なことに、対物レンズの前方に位置する部分アセンブリは、観察される光景の距離に応じて焦点合わせを確実にする可動のグループを備える。

有利なことに、通常の使用位置において、第一の対物レンズの光軸と第二の対物レンズの光軸は、実質的に垂直な平面内にある。

本発明は、以下に続く限定されない記述を読むことにより、そして添付図のおかげでより良く理解され、その他の利点が明らかになるであろう。

先行技術による、２台のカメラを有する構成における立体画撮影システムを表わす。 本発明による立体画撮影システムの、ミラーを有する第一の構成を表わす。 本発明による立体画撮影システムの、この第一の構成の第一の変形を表わす。 本発明による立体画撮影システムの、この第一の構成の第二の変形を表わす。 本発明による、プリズムを有する第二の構成の第一対物レンズの動作原理を表わす。 プリズムを有する前記第二の構成の第二対物レンズの動作原理を表わす。 プリズムを有する前記第二の構成の第一対物レンズと第二対物レンズとの組み合わせを表わす。 立体画撮影システムの、プリズムを有する第二の構成の全体アセンブリを表わす。

第一の例のために、図２は本発明による立体画撮影システムの、ミラーを有する第一の構成を表わす。図２は基準（ｘ，ｙ，ｚ）の枠内において参照されている、端部の視図及び部分側面図を含む。これらの視図において、ミラーは光学対物レンズの前方部分を占めるように表わされている。カメラの視野の範囲を定めている光線は、この図２及びそれに続く図の側面図内の細線によって表わされている。

この図２において、立体画撮影システムは第一の光学対物レンズＯ１を含む第一カメラと、第二の光学対物レンズＯ２を含む第二カメラとを備え、第一の対物レンズの光学特性は、実質的に第二の対物レンズの光学特性と同一である。一般的に、これらの対物レンズはズームレンズである。これら２つの対物レンズの光軸は互いに平行で、ｚ軸に対して平行である。

２つの光軸の平行度は、第一の対物レンズの前方に配置され、前記第一の対物レンズの光軸に関して決められた角度だけ傾いている平坦な半反射板Ｍ１と、第二の対物レンズのレベルに配置され、第二の対物レンズの光軸に関して同じ決められた角度だけ傾いている平坦な反射鏡Ｍ２とを備える、光学装置アセンブリを用いて得られる。傾斜角度は約４５°である。半反射板及びミラーの、この配置は、２つの光路に関して同一の画像の向きを保持可能とする。それは、２つの撮影経路の間で画像の回転も反転も生じない。

従って、その立体画像を生み出すように求められる物体から生じる光線の一部は、透過により平坦な半反射板Ｍ１を直接通過し、第一の対物レンズによって焦点を合わせられる。第二の部分は半反射板Ｍ１及びミラーＭ２によって連続的に反射され、次に第二の光学対物レンズによって焦点を合わせられる。

その対物レンズＯ２を有する第二カメラは、ｘ軸に沿って決められた値だけ２つの対物レンズＯ１とＯ２の光軸間の瞳孔間距離を変更可能にする、並進運動の支持台に取り付けられる。図２、３及び４における変位は、透明な矢印で表わされている。この変位をｙ軸に沿って生じさせ得ることに注意されたい。しかし、この構成はかなり大きな容積をもたらし、そしてより不利な状況に置かれる。この瞳孔間距離の値はゼロであり得る。任意選択的に別の回転式支持台は、姿勢及び収束の観点から、別のカメラに対する１つのカメラの向きを調節できるようにする。平坦な半反射板Ｍ１とミラーＭ２とから成る組立品は、その容積とその質量を最小化するように、調整の無い固定された構造で取り付けられる。

半反射板Ｍ１及びミラーＭ２は、一方の物体と第一の対物レンズ間の距離と、物体と第二の対物レンズ間の距離とが公称位置で実質的に等しいようなやり方で配置される。ミラーＭ１及びＭ２の位置と寸法、それらを隔てている垂直距離、及び傾斜角は、ズームレンズの焦点距離及び水平の瞳孔間オフセット（偏差）がどうであろうと、大幅な口径食が導入されないように最適化される。この最適化は、当業者の一般知識の部分を形成する。図２の端部視図に見られるように、半反射板及びミラーは実質的に台形の形状を有する。

この第一の構成において、ミラーは固定され大きな寸法である。ミラーＭ２をしっかりと第二カメラに結び付けることにより、システムの大きさを低減できる。この第一の変形実施形態は図３に例証されている。この構成において、第二カメラがその並進運動の支持台に取り付けられた対物レンズＯ２と共に変位するとき、ミラーＭ２もまた変位する。ミラーＭ２の寸法はそれゆえ大幅に低減されるが、しかしそれは第二カメラの更なる機械的な複雑さに相当する代償を払うことになる。

最後に、第二の変形実施形態が図４に例示されている。この構成において、半反射板Ｍ１及びミラーＭ２は固定され、第二カメラもまた固定されている。その対物レンズＯ１を有する第一カメラは並進運動の支持台に取り付けられている。後者の構成において、これらのミラーは最小のサイズであり固定構造で取り付けられている。

以前の構造は、特に視野と瞳孔が大きな寸法である場合、相当な寸法のミラーと半反射板を必要とし得る。それゆえ、光学対物レンズの配置自体がそれに役立つ場合、第二のタイプの光学的構成を実施することが可能である。この配置において、ミラーＭ２は対物レンズＯ２の光学的組み合わせの部分を形成するリターン・プリズムに置き換えられ、対物レンズＯ１は厚いガラス板を含み、リターン・プリズムの光学的厚さは、厚いガラス板の厚さと同一である。

限定されない例のために、本光学システムのこの第二の構成が、光学ズームの場合において図５〜８に例証されている。２台のカメラの対物レンズＯ１とＯ２は、Ｌ１〜Ｌ６と称される６枚のレンズ又はレンズのグループを含む。対物レンズＯ１は厚い板Ｅを備え、対物レンズＯ２はプリズムＰを備える。対物レンズＯ１とＯ２は感光センサーＤ１及びＤ２の前方に配置されている。カメラの視野範囲を定める光線は、これら様々な図において、細線によって表わされている。

各々のズームレンズＯ１及びＯ２は、レンズＬ１とＬ２のグループを含む、前方に位置する第一のアセンブリ、レンズＬ５とＬ６のグループを含む、ズームレンズの後方に位置する第二の固定されたアセンブリ、及び可動のグループＬ３とＬ４を含むバリエータと呼ばれる第三のアセンブリを備える。この例において、バリエータは収束性−発散性タイプである。光学的グループＬ３及びＬ４が一定の法則に従って、一緒により近くに置かれるとき、ズームレンズの視野及びそれゆえ焦点距離はズーム比を定義する決められた割合で変化し、焦点合わせが不変のままであるようなやり方で配列される。図５は焦点距離の、この変化を表わす。この図において、それぞれのグループの位置と、視野における誘起された変化が、３連続の山形マークにより表わされている。

前方に位置するアセンブリは、有限の距離に焦点を合わせることができ、ズームレンズの選ばれた焦点距離の値がどうであれ、この焦点合わせを保持できるように、それらの光軸にそって可動である複数のレンズを有利にも備える。

板ＥとプリズムＰは同じ入力面と、同じ光学的厚さを有し、同じ材料で作られている。それらは従って光学的に同一である。図６に見られるように、プリズムＰは以前の構成のミラーＭ２と同じ機能を有する反射面Ｓを備える。１つの変形において、この面Ｓは全体的な内部反射の規則に従って動作できる。

立体視システムにおける２つの対物レンズＯ１とＯ２の取付けは、図７に表わされている。以前の構成にあるように、２つの対物レンズは半反射板Ｍ１によって隔てられている。この半反射板Ｍ１と反射面Ｓの傾斜は同一である。

対物レンズＯ１とＯ２を備える２台のカメラＣ１とＣ２の最終取付けは図８に表わされている。２台のカメラは、様々な調整、とりわけ収束の調整を含む共通プラットフォームＰ_ｃに頭部と尾部で取り付けられている。全体のアセンブリは立体視システムＳ_３Ｄを形成する。

この技術的解決策は、その光学的配置が僅かに異なる２つの対物レンズを用いた制約を伴う、よりコンパクトな立体視システムを生み出す。

Ｃ１ カメラ
Ｃ２ カメラ
Ｓ_３Ｄ 立体視システム
Ｍ１ 半反射板
Ｏ１ 第一の光学対物レンズ
Ｍ２ ミラー
Ｏ２ 第二の光学対物レンズ
Ｌ１ レンズ
Ｌ２ レンズ
Ｌ３ レンズ
Ｌ４ レンズ
Ｌ５ レンズ
Ｌ６ レンズ
Ｅ 厚いガラス板
Ｃ カメラ
Ｐ プリズム
Ｓ 反射面
Ｐ_ｃ 共通プラットフォーム

Claims (5)

1. 第一の光学対物レンズ（Ｏ１）を含む第一カメラ（Ｃ１）と、第二の光学対物レンズ（Ｏ２）を含む第二カメラ（Ｃ２）とを備えた立体画撮影システムであって、前記第一の対物レンズの光学特性は実質的に前記第二の対物レンズの光学特性と同一であり、前記立体画撮影システムは、前記第一の対物レンズの前方に配置され、前記第一の対物レンズの光軸に関して決められた角度だけ傾いている、平坦な半反射板（Ｍ１）を備え、前記第一の光学対物レンズが、前記第一の対物レンズの前方に配置され厚いガラス板（Ｅ）を含む光学部分組立品（Ｌ１，Ｌ２）を備え、そして前記第二の対物レンズが、平坦な反射面を含むリターン・プリズム（Ｐ）によって前記厚板が置き換えられた、前記第一の対物レンズに等しい光学部分組立品（Ｌ１，Ｌ２）を備え、前記リターン・プリズムの光学的厚さが、前記厚いガラス板の光学的厚さと同じであり、前記平坦な反射面は、第二の対物レンズの光軸の主要部分が、前記第一の対物レンズの前記光軸に対して実質的に平行であるようなやり方で、前記第二の対物レンズの前記光軸に関して実質的に同じ決められた角度だけ傾いていることを特徴とする。
2. 前記２つの光学部分組立品が屈折力を持つことを特徴とする、請求項１に記載の立体画撮影システム。
3. 前記第一の光学対物レンズ及び前記第二の光学対物レンズが、収束性―発散性の光学バリエータ（Ｌ３，Ｌ４）を有するズームレンズであることを特徴とする、請求項１に記載の立体画撮影システム。
4. 前記対物レンズの前方に位置する前記部分組立品が、観察される光景の距離に応じて焦点合わせを確実にする可動のグループを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体画撮影システム。
5. 通常の使用位置において、前記第一の光学対物レンズの前記光軸と、前記第二の光学対物レンズの前記光軸とが実質的に垂直な平面内にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の立体画撮影システム。

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