JP2791092B2 - 立体カメラ装置 - Google Patents

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テレビ（TV）装置
に係り、撮影手段のレンズ系のズーム操作時や焦点調節
時に生じる左右眼用映像のズームを補償できる立体カメ
ラ装置に関する。

（従来の技術） 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
TVカメラで撮影した２重映像を１画面上に呈示し、適当
な手段で、オペレータの左右眼に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。適正な立体像をオペレータに
適用する為には、画面上の上記２重映像は、水平方向の
みに適正量離れている事が望ましいが、前述の方式のTV
カメラは、上記レンズ系の光軸と上記撮像素子との相対
関係を各々のTVカメラについて一致させた後、今度はこ
の２台のTVカメラの相対関係を厳密に調整して行ってい
る。従来はこのような厳密な調整により適正な立体像を
得るようにしてある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のTVカメラは、適正な立体像を得
るための２台のTVカメラの調整は初期設定を施すのみで
なく、使用中も必要に応じて随時行わなければならな
い。特にレンズの焦点調整やズーム値変更の為にレンズ
を動かすと、上記２台のTVカメラのレンズ系光軸が各々
独立に移動する場合があり、この時には、水平方向のみ
に適当量離れる様な上記２重映像の提供を実現できない
事がある。

外力等が上記TVカメラに印加されて初期設定が狂った
場合においても、上述した２重映像の提供は難しい。

従来の立体カメラ構成では、上記の光軸調整は初期設
定を重視して施され、使用中に光軸ズレが生じる時には
再度設定し直すか、或いは光軸ズレの生じない範囲での
使用を余儀なくされており、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。

上述の如く、既存の立体TVカメラ及びレンズ系におい
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
変な連続使用は必ずしも容易ではなかった。

そこで本発明の目的は、上述の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、２台の撮影装置と、
この撮影装置の一方に取り付けられたピッチ方向の回転
機構、及び上記２台の撮影装置の間隔を調整する機構、
更にこれらの撮影装置をヨー方向に回転させる機構、上
記撮影装置に取り付けられたレンズの焦点距離（即ちズ
ーム値）および上記撮影装置と観察対象までの距離に応
じて上述の各々の機構を制御する手段とで構成される。

（作用） TVカメラを遠隔地作業の観察手段に用いる場合、オペ
レータはレンズのズーム操作やTVカメラ事態のパン・チ
ルト操作を適宜行う事により所望の映像を得る。観察手
段として２台のTVカメラで構成される立体TVカメラを使
用する場合、上述の操作を行う度に生じ易い、上記２台
のTVカメラの相対的な光軸ズレを防止する必要がある。
この光軸はTVカメラのズーム値にかかわらず、少なくと
も垂直方向にはずれない事が望ましい。これは本発明に
関わる両眼視差方式の立体テレビ装置における必要条件
である。

課題を解決するための手段の内、上記２台のTVカメラ
の一方に取り付けられたピッチ方向の回転機構は、上述
した２台のTVカメラの相対的な光軸を調整して、垂直方
向の相対ズレを解消する為に用いられる。片方のTVカメ
ラの光軸を基準にして他方のTVカメラの光軸を調整する
為、上述の様に映像の相対的な垂直ズレは生じないので
ある。しかして調整の方法によってはこれら２つの光軸
が同時かつ同方向に移動する場合がある。観察者による
立体映像感得の可否は、主として上記２光軸の相対的な
ズレが支配的である為、この様な同時的な移動は立体映
像感得の可否にはほとんど影響しない。

TVカメラに固定焦点レンズを使用する場合や、ズーム
レンズを使用する時でもこのズーム比が比較的小さい場
合においては、上述したピッチ方向の調整内容に従うこ
とにより良好な立体映像が感得できる。しかし、ズーム
比を大きく変化して使用する時には、上述した課題の解
決するための手段の内、２台のTVカメラ間隔を変更する
手段やTVカメラをヨー方向に回転する手段を用いて、観
察対象を見込む角度を調整する。好適には或るズーム値
で提供される映像と同じサイズとなるまで、人間がその
観察対象に近付いた時に、この人間がこの観察対象を見
込む角度と同一に調整する事が望ましい。具体的には、
ズーム値を望遠側に設定する程TVカメラ間隔を拡げ、観
察対象にTVカメラが近付く程TVカメラを内側ヨー方向に
回転させる。

上述までの過程は立体映像の観察者が手動で行っても
良いが、ズーム値および観察対象までの距離を基にして
自動的に制御する事も可能である。この時、上記立体映
像が呈示されるモニタサイズと、このモニタと前記観察
者の距離が自動制御時の要因として考慮されている事は
言うまでもない。

上述したズーム値を知る手段や観察対象とTVカメラ間
距離を知る手段は公知の手法を流用する事ができる。

（実施例） 第１図は本発明に係る立体カメラ装置の概略を模式的
に示した図である。特徴を強調する為に、各構成要素の
形状や配置を敢えて実際とは違えて描いてある。

観察対象１（図では便宜上近付けて描いてある）は立
体カメラ装置２で撮影される。この立体カメラ装置は機
能雲台４上に設置された右眼用TVカメラ31と左眼用TVカ
メラ32から成り立つ。上記２台のTVカメラには右左眼用
レンズ51,52が取り付けられている。

上記の左眼用TVカメラ32はゴニオメータ（ピッチ方向
の回転機構）62上に固定されピッチ方向回転７が可能で
ある。この回転は本実施例ではピッチ回転用モータ８の
駆動力によってなされる。このゴニオメータ62には図示
されないピッチ角検出器が取り付けられ、上記左眼用TV
カメラ32のピッチ回転角を電気的に読み取る事が出来
る。

上記ゴニオメータ62は左眼用TVカメラ32のヨー方向回
転テーブル92に設置され、ヨー方向102の回転を実現す
る。駆動力はモータ112にて与えられる。本図ではこの
モータ112を支持する部材や電気的な回転角検出器は図
示されていない。

右眼用TVカメラはレベル調整部材61を介して、右眼用
TVカメラのヨー方向回転テーブル91に設置され、駆動用
モータ111でヨー方向の回転を実現する。

右左TVカメラのヨー方向回転テーブル91,92はTVカメ
ラ間隔調整機構12上に設置される。この機構はモータ13
で駆動される。このTVカメラ間隔調整機構には電気的に
この間隔長を検出する、TVカメラ間隔長検出器（図示さ
れず）が取り付けられている。

第２図は第１図の実施例の構成をより具体的に示した
図である。説明を分り易くする為に構成要素毎に離して
記載してある。

３脚付きの多軸の雲台４は水平方向で回転可能なパン
機構41の上に傾き可能なチルト機構42が載せられた構成
となっている。更に前記チルト機構42の上にはTVカメラ
間隔調整機構12が設置される。このTV間隔調整機構12は
基台121の上面にレール122が取着される。このレールに
はテーブル123,124が設定され、右左眼用TVカメラ31,32
が矢張りヨー方向回転テーブル91,92を介して取付けら
れる。前記テーブル123,124には逆向きの雌ネジを切っ
た鍔が付けられ、そこに同様に逆向きに切った雄ネジ12
5が通される。この雄ネジ125の片端には歯車126が付け
られモータ13の歯車127に依って駆動力が与えられる。
上記の様に雄ネジ125は左右逆向きに切られているの
で、この回転運動に伴い前記テーブル123,124の間隔が
変化する。

上記テーブルには、前記ヨー方向回転テーブル91,92
が載る。このヨー方向回転テーブルには歯車911,921と
モータ112,122が取付けられ、このモータを駆動する事
で前記TVカメラのヨー方向回転、即ち輻輳角の調整を実
現する。

上記歯車921の上にはゴニオメータ62と歯車621および
モータ８が取付けられウオームギヤ等の歯車で上下方向
の微小角度の変更ができるようにして左眼用TVカメラ32
のピッチ調整を行う。又、歯車911の上にはレベル調整
部材61を介して右眼用TVカメラ31が取付けられる。この
レベル調整部材61は前記ゴニオメータ62とノミナルな高
さが同一になる様に設定される。

かくして、右眼用撮影装置2aは右眼用TVカメラ31、レ
ベル調整部材61、ヨーテーブル91,鍔付テーブル123等か
ら構成され、又、左眼用撮影装置2bは左眼用TVカメラ3
2、ゴニオメータ62、ヨーテーブル92、鍔付テーブル124
等から夫々構成され、これらは基台121に取付けられ３
脚により適宜移動しうるものとされている。

前記TVカメラ間隔調整機構とヨー方向回転テーブルの
組み合わせに依り、観察者には見易い映像を提供でき、
また前記ゴニオメータを駆動する事で、ズーム動作に伴
う左右眼用TVカメラの光軸ズレ変動の矯正が可能とな
る。

上記の右左眼用TVカメラ31,32から入出力される各種
信号141,142にはビデオ信号、レンズズーム値、レンズ
フォーカシング程度、アイリス値などが含まれており、
撮影条件制御装置15に接続されている。また、この撮影
条件制御装置15には上述した、各々の駆動モータへの信
号線、回転角度および間隔長検出器からの信号も接続さ
れている。この撮影条件制御装置に集められる情報を基
に上述各種機構が駆動され、上記TVカメラのズーム値と
観察対象までの距離に応じて、観察者が最も立体感得し
易くなる様に、これらのTVカメラの間隔と輻輳角が設定
される。またレンズを駆動する事によって生じる、撮影
像の垂直方向のズレも、上記撮影条件制御装置に集まる
情報を画像的に処理して補正される。又、TVカメラと観
察対象までの距離は別途に測長器を設定して設置するよ
うにしても良いが、ここでは２台のTVカメラの画像情報
を基に演算される。

要するに、固定焦点レンズ又はズーム比の小さいレン
ズ使用の場合は、観察者は雲台４のパンチルト操作時に
制御装置15により自動的に又は、ペンダント16により手
動にて右眼用撮影装置2aを基準に、左眼用撮影装置2bに
ピッチ方向の調整を与える事により垂直ズレを防止し適
正な立体像を得ることができる。又、ズーム比の大きい
場合はヨー調整により、更に観察対象までの距離を変え
る場合はカメラ間隔調整により適正な立体像を得ること
ができる。

本図では、２台のTVカメラの両者がヨー方向に回転さ
れる様に描かれているが、片方のみでも構わない。又、
TVカメラ間隔の調整は一方のTVカメラのみを駆動しても
良いし、両者によって行っても良い。

更に、本図においては撮影装置のみを記載してある。
このTVカメラで撮影した映像信号を処理し、モニタ等を
通じて観察者に呈示する手段は公知の手法を適用するこ
とが出来る。

上記のTVカメラでは左眼用TVカメラのピッチ調整を行
っているが、右眼用TVカメラで行っても良い。

撮影条件の設定は上述した様に自動的に制御しても良
いが、上記撮影条件制御装置に接続されているペンダン
ト16で手動的に調整することも可能である。

また前述の如く、観察対象とTVカメラの間隔がほとん
ど変化しない場合や、ズームレンズでない場合において
は上述した撮影条件の変更を行う必要はない。従って上
記ゴニオメータ62以外の一切の装置を用意することはな
い。

更に上記機能雲台４には、実施例の様にパン・チルト
等の回転機構を付加してもよいし又、付加しなくともよ
い事は言うまでもない。

第３図は本発明に係る第二の実施例を示す図である。

本図では観察対象１を撮影する装置２の内、左眼用TV
カメラ32はピッチ方向回転用ゴニオメータ62を介して基
台17上に取り付けられている。また右眼用TVカメラ31
は、２本の直動機構181,182、及びこの直動機構181,182
の各テーブル部191,192に関してヨー方向に回転自在な
軸受201,202を介して、上記基台17上に設置される。こ
の直動機構181,182には各々、駆動用モータ221,222と図
示されない位置検出器が取り付けられている。同様に上
記ゴニオメータ62にも駆動用モータ８と図示されない角
度検出器が設置されている。

第４図は第２図の実施例の構成をより具体的に分解し
て示した図である。雲台４のパン機構41とチルト機構42
は第２図と同一である。本図では上記チルト機構の上に
基台17が設置され、更にこの上にゴニオメータ62に付随
する歯車621とモータ８、及び２組の直動機構181,182が
取付けられる。上記ゴニオメータ62には左眼用TVカメラ
32が取着され、第２図と同様にズーム動作時の光軸（垂
直方向）ズレを矯正するのに使用される。又、右眼用TV
カメラ31は前記２組の直動機構181,182の上に、直動機
構テーブル191,192及び回転軸受201,202を介して取付け
られる。上記直動機構181,182の片端には歯車211,212と
モータ221,222が設置され、これ等を協同的に駆動する
事でTVカメラの間隔と輻輳角を決定する。直動機構テー
ブル部191にはスライド機構193が取着され、右眼用TVカ
メラに輻輳角が付けられる際に生じる、このTVカメラの
前記直動機構の直交する方向の長さ変動を吸収する。

かくして右眼用撮影装置2aは右眼用TVカメラ31、２組
の直動機構181,182などから構成され、又、左眼用撮影
装置2bは左眼用TVカメラ32、ゴニオメータ62などから構
成され、これら２台の撮影装置2a,2bは基台17に取付け
られ、適宜移動しうるものである。

上記TVカメラに取着されたレンズ51,52のズーム値や
フォーカシング程度、或いはアイリスなどの情報はTVカ
メラのビデオ信号と共に各種信号線141,142を通じて撮
影条件制御装置15に送られる。上述の駆動用モータと位
置・角度検出器に関する各種信号線もこの撮影条件制御
装置15に接続されている。

第一の実施例でも述べた様に、上記撮影条件制御装置
15に集められた各種情報を基に、観察者が適正な立体映
像を観察できる様に、この撮影条件制御装置15は接続さ
れた各モータを駆動して、上記TVカメラの各々の撮影方
向を適正化する。レンズの焦点調整やズーム値変更に伴
う各々のレンズの光軸ズレの内、垂直方向の成分に関し
ては、上記ゴニオメータ62を駆動して補正される。従っ
て、レンズがどの様なズーム値に設定されても、観察者
の立体感得が消失する事はない。

また本実施例に示した上記２本の直動機構181,182を
同量駆動することにより、上記右眼用TVカメラ31を左眼
用TVカメラ32から近付けたり或いは遠ざけたりすること
が可能である。更に上記２本の直動機構181,182の駆動
量を異なえれば上記右眼用TVカメラをヨー方向に回転で
きる為、これら２台のカメラが上記観察対象を見込む角
度が変更される。したがって、レンズのズーム値やTVカ
メラと観察対象までの距離が変わっても、観察者には疲
労の少ない立体映像を提供できる。

本実施例にあっては、左眼用TVカメラ32はヨー方向の
回転がなく、右眼用TVカメラ31のみが当該方向の回転を
行うが、一般的な焦点距離のレンズを使用する場合、左
右眼用TVカメラの当該方向回転に関する対称性は問題に
ならない。

本実施例にあっては左眼用TVカメラによってピッチ方
向の調整を行い、右眼用カメラによって左右眼用TVカメ
ラの間隔及び輻輳角調整を行っているが、これら２台の
TVカメラに付与された機能を逆に設置して使用しても全
く同様の効果が得られる。

又、第一の実施例と同様に本実施例においても、撮影
条件の設定は上記撮影条件制御装置15によって自動的に
なされる様に描かれているが、ペンダント16で手動的に
調整する事も可能であり、上記基台17には実施例のよう
にパン・チルト等の回転機構を付加してもよいし、又、
付加しないものとする事も出来る。

更に、ズーム比があまり大きくない時や、観察対象と
TVカメラ間隔が大きく変わらない時においては、適宜、
本実施例に記載した機能を除去して使用しても良い。本
事柄は第一の実施例に置いても適合する内容である。

［発明の効果］ 以上述べた様に本発明によれば、同一観察対象を２方
向から撮影して観察者に立体映像を提供する立体テレビ
装置において、基台上に２台の撮影装置を設け、一方の
撮影装置にピッチ方向の回転機構を具備するようにした
ので撮影手段である立体カメラのレンズ系の焦点調節や
ズーム値調節の際に生じ易い、撮影映像の垂直方向の相
対的な位置ズレを速いかに補正する事が出来る。又、観
察対象とTVカメラとの間隔の違いやレンズのズーム値の
違いに応じてTVカメラの撮影姿勢の調節も可能である。
従って、観察者には立体感の消失する事の無い、常に良
好な立体映像を提供する事が可能である。

更に本発明はTVカメラだけでなくスチールカメラにも
適用可能である事は言うまでも無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る立体カメラ装置の第一の実施例を
示した斜視図、第２図は第１図の分解斜視図、第３図は
他の実施例を示した斜視図、第４図は第３図の分解斜視
図である。 １……観察対象、２……立体カメラ装置 31,32……右左眼用TVカメラ ４……雲台、51,52……右左眼用レンズ 61……レベル調整部材 62……ゴニオメータ、７……ピッチ方向 ８……ピッチ回転用モータ 91,92……ヨー方向回転テーブル 101,102……ヨー方向 111,112……駆動用モータ 12……TVカメラ間隔調整機構 13……モータ 141,142……TVカメラからの各種信号線 15……撮影条件制御装置 16……手動指令用ペンダント 121,17……基台、181,182……直動機構 191,192……直動機構テーブル部 201,202……回転軸受

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一観察対象を２つの異なる方向から撮影
   し、適当な手段により観察者に立体映像を提供する立体
   カメラ装置において、基台上に２台の撮影装置を設け一
   方の撮影装置にはピッチ方向の回転機構が具備されてい
   ることを特徴とする立体カメラ装置。
2. 【請求項２】撮影装置間の間隔を伸縮する機構が具備さ
   れていることを特徴とする請求項（１）に記載の立体カ
   メラ装置。
3. 【請求項３】上記２台の撮影装置の一方あるいは両方に
   ヨー方向の回転機構が具備されている事を特徴とする請
   求項（１）又は（２）に記載の立体カメラ装置。
4. 【請求項４】撮影装置のズーム値および観察対象までの
   距離に応じて、撮影装置に具備された機能が調整される
   撮影条件制御装置を具備する事を特徴とする請求項
   （１）、（２）又は（３）に記載の立体カメラ装置。