JP3206420B2 - カメラ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被写体の観察を行
うテレビカメラ装置に係り、特に微小な被写体を観察す
る顕微鏡カメラ装置に関する。
うテレビカメラ装置に係り、特に微小な被写体を観察す
る顕微鏡カメラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、微小な物体を観察するために、光
学式顕微鏡や拡大光学系を備えた顕微鏡カメラが多く用
いられている。これらの光学式顕微鏡や顕微鏡カメラ
は、倍率が大きくなるほど被写体深度が浅くなるため、
近年研究が盛んになってきているマイクロマシンにおけ
る、微小で、且つ立体的な部品の組立や観察は困難であ
った。
学式顕微鏡や拡大光学系を備えた顕微鏡カメラが多く用
いられている。これらの光学式顕微鏡や顕微鏡カメラ
は、倍率が大きくなるほど被写体深度が浅くなるため、
近年研究が盛んになってきているマイクロマシンにおけ
る、微小で、且つ立体的な部品の組立や観察は困難であ
った。
【０００３】この光学式顕微鏡の被写体深度を拡大する
手法としては、例えば、特開平２−１９２２７６号公報
に記載されるような、顕微鏡の対物レンズを高さ方向に
走査しながら得られる画像をメモリに蓄積し、画像処理
によって像を再構築する手法が提案されている。
手法としては、例えば、特開平２−１９２２７６号公報
に記載されるような、顕微鏡の対物レンズを高さ方向に
走査しながら得られる画像をメモリに蓄積し、画像処理
によって像を再構築する手法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した特開
平２−１９２２７６号公報に記載される方法では、対物
レンズを大きな移動距離で移動させる構造や画像蓄積及
び画像処理を行なう装置が必要となり、また、処理時間
も長くなってしまうという問題がある。
平２−１９２２７６号公報に記載される方法では、対物
レンズを大きな移動距離で移動させる構造や画像蓄積及
び画像処理を行なう装置が必要となり、また、処理時間
も長くなってしまうという問題がある。
【０００５】また、その他の長被写体深度顕微鏡観察の
手法として、電子顕微鏡やレーザ顕微鏡等が実用化され
ている。しかしながら、電子顕微鏡は、真空チャンバ内
での観察が前提となるため、組立作業等への利用は困難
である。また、レーザ顕微鏡は大気中でも高解像度の長
被写体深度画像を得ることが可能である反面、レーザビ
ームの走査など高度で複雑な機構を必要とするといった
問題がある。
手法として、電子顕微鏡やレーザ顕微鏡等が実用化され
ている。しかしながら、電子顕微鏡は、真空チャンバ内
での観察が前提となるため、組立作業等への利用は困難
である。また、レーザ顕微鏡は大気中でも高解像度の長
被写体深度画像を得ることが可能である反面、レーザビ
ームの走査など高度で複雑な機構を必要とするといった
問題がある。
【０００６】そこで本発明は、対物レンズの物体側の焦
点面の高速振動により生じる残像現象を利用し、被写体
深度を大幅に拡大したカメラ装置を提供することを目的
とする。
点面の高速振動により生じる残像現象を利用し、被写体
深度を大幅に拡大したカメラ装置を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、（請求項１）被写体を結像する光学系の光
路上に、透明弾性膜を対向させた内部に透明液体を封入
して、レンズ形状を形成した可変焦点集光手段を構成
し、外部から透明液体に視覚的に残像現象が生じる周波
数以上の周期的な圧力変化を与え、透明弾性膜の球面の
曲率を変化させて得た、焦点距離を変化させた複数の画
像に基づく、コントラストの高い部分の画像を取り出す
カメラ装置を提供する。
するために、（請求項１）被写体を結像する光学系の光
路上に、透明弾性膜を対向させた内部に透明液体を封入
して、レンズ形状を形成した可変焦点集光手段を構成
し、外部から透明液体に視覚的に残像現象が生じる周波
数以上の周期的な圧力変化を与え、透明弾性膜の球面の
曲率を変化させて得た、焦点距離を変化させた複数の画
像に基づく、コントラストの高い部分の画像を取り出す
カメラ装置を提供する。
【０００８】従って、光学系（対物レンズ）の焦点距離
を変化させることによりコントラストの高い部分だけを
残像として取り出した、物体の全ての位置に焦点があっ
た像をリアルタイムに観察することができる。
を変化させることによりコントラストの高い部分だけを
残像として取り出した、物体の全ての位置に焦点があっ
た像をリアルタイムに観察することができる。
【０００９】（請求項２）透明液体が封入された容器で
対向する位置に、予め設定された膜厚分布によって所望
の球面若しくは、非球面のレンズ状の形状に変形する透
明弾性膜を接合させ、前記透明液体の圧力の制御により
透明弾性膜の曲率を変化させて、焦点距離を変える可変
焦点レンズを単数又は複数用いて構成する対物レンズ
と、透明液体に圧力を加えるためのポンプ手段と、結像
された画像を電気信号に変換する撮像手段と、撮像手段
からの電気信号を画像として表示する表示手段で構成さ
れるカメラ装置を提供する。
対向する位置に、予め設定された膜厚分布によって所望
の球面若しくは、非球面のレンズ状の形状に変形する透
明弾性膜を接合させ、前記透明液体の圧力の制御により
透明弾性膜の曲率を変化させて、焦点距離を変える可変
焦点レンズを単数又は複数用いて構成する対物レンズ
と、透明液体に圧力を加えるためのポンプ手段と、結像
された画像を電気信号に変換する撮像手段と、撮像手段
からの電気信号を画像として表示する表示手段で構成さ
れるカメラ装置を提供する。
【００１０】従って、前記可変焦点レンズの被写体側の
焦点位置を周期的に変化させることにより、対物レンズ
の被写体深度が拡大される。（請求項３）前記ポンプ手
段が具備する圧力変化制御手段は、可変焦点レンズの透
明液体へ視覚的に残像現象を与える速度以上の周期的な
圧力変化を与える。
焦点位置を周期的に変化させることにより、対物レンズ
の被写体深度が拡大される。（請求項３）前記ポンプ手
段が具備する圧力変化制御手段は、可変焦点レンズの透
明液体へ視覚的に残像現象を与える速度以上の周期的な
圧力変化を与える。
【００１１】従って、対物レンズの被写体側の焦点面を
人間の視覚が残像現象を生じる周波数（約６０Ｈｚ）よ
り速く振動させて、焦点があった部分だけが残像として
重なり合わされ、観察者は全体として全ての位置に焦点
が合った像を捕らえることができる。
人間の視覚が残像現象を生じる周波数（約６０Ｈｚ）よ
り速く振動させて、焦点があった部分だけが残像として
重なり合わされ、観察者は全体として全ての位置に焦点
が合った像を捕らえることができる。
【００１２】（請求項４）前記可変焦点レンズは、所定
の膜厚分布を持たせた１枚の透明弾性膜と、レンズ形状
又は平面上の透明部を持つ１枚の加圧用弾性膜との間に
透明液体を封入し、液体の圧力を制御して、１枚の透明
弾性膜の曲率を変化させて、焦点距離を変える可変焦点
レンズと、前記加圧用弾性膜を押し引きすることによ
り、前記透明液体に加える圧力を制御するアクチュエー
タを有するカメラ装置を提供する。
の膜厚分布を持たせた１枚の透明弾性膜と、レンズ形状
又は平面上の透明部を持つ１枚の加圧用弾性膜との間に
透明液体を封入し、液体の圧力を制御して、１枚の透明
弾性膜の曲率を変化させて、焦点距離を変える可変焦点
レンズと、前記加圧用弾性膜を押し引きすることによ
り、前記透明液体に加える圧力を制御するアクチュエー
タを有するカメラ装置を提供する。
【００１３】従って、この焦点可変レンズは、圧電素子
などの高速応答が可能なアクチュエータを用いて、封入
された透明液体の圧力を制御することにより、焦点面の
位置を高速且つ大範囲で変化させることができる。
などの高速応答が可能なアクチュエータを用いて、封入
された透明液体の圧力を制御することにより、焦点面の
位置を高速且つ大範囲で変化させることができる。
【００１４】（請求項５）前記対物レンズの被写体側の
焦点位置を、撮像素子が１画素分の映像信号を読み出す
周期よりも短い周期で変化させることにより、撮像素子
に生じる残像効果によって被写体深度が拡大されるカメ
ラ装置を提供する。
焦点位置を、撮像素子が１画素分の映像信号を読み出す
周期よりも短い周期で変化させることにより、撮像素子
に生じる残像効果によって被写体深度が拡大されるカメ
ラ装置を提供する。
【００１５】従って、対物レンズの被写体側の焦点面を
撮像素子が１画素分の映像信号を読出す周期によりも短
い周期で振動させることにより、撮像素子に残像現象が
生じ、被写体のそれぞれの位置に焦点があった映像が重
ね合わされて撮影される。この撮影された映像をテレビ
モニタで表示させると、被写体に焦点があった部分と、
合っていない部分とのコントラストの差により、観察者
は、被写体全体に焦点があった像を得ることができる。
撮像素子が１画素分の映像信号を読出す周期によりも短
い周期で振動させることにより、撮像素子に残像現象が
生じ、被写体のそれぞれの位置に焦点があった映像が重
ね合わされて撮影される。この撮影された映像をテレビ
モニタで表示させると、被写体に焦点があった部分と、
合っていない部分とのコントラストの差により、観察者
は、被写体全体に焦点があった像を得ることができる。
【００１６】（請求項６）２台以上のカメラ装置を視差
角を持たせて配置して構成する立体カメラ手段と、前記
立体カメラ手段の各カメラ装置で撮影したそれぞれの画
像を復元し、人間の視覚に立体像として再生する表示手
段とからなる立体視カメラ装置を提供する。
角を持たせて配置して構成する立体カメラ手段と、前記
立体カメラ手段の各カメラ装置で撮影したそれぞれの画
像を復元し、人間の視覚に立体像として再生する表示手
段とからなる立体視カメラ装置を提供する。
【００１７】従って、この立体カメラ装置により、観察
者は、右側のカメラ装置から得られる画像を右目で観察
し、左側のカメラ装置から得られる画像を左目で観察す
ることになり、被写体の全ての位置に焦点があった立体
画像を見ることが可能となる。
者は、右側のカメラ装置から得られる画像を右目で観察
し、左側のカメラ装置から得られる画像を左目で観察す
ることになり、被写体の全ての位置に焦点があった立体
画像を見ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図１は、本発明による第１の
実施形態としてのカメラ装置の構成例を示す図である。
施形態を詳細に説明する。図１は、本発明による第１の
実施形態としてのカメラ装置の構成例を示す図である。
【００１９】このカメラ装置は、大別すると、可変焦点
レンズ部１、後述する前記可変焦点レンズ部１の透明弾
性膜１１ａ，１１ｂを駆動するアクチュエータ部２、レ
ンズ系により結像された画像を光電変換するＣＣＤカメ
ラ３、光電変換されたビデオ信号を画像として表示する
テレビモニタ４、及びＣＣＤカメラ３とテレビモニタ４
を接続するビデオ信号ケーブル５とから構成されてい
る。
レンズ部１、後述する前記可変焦点レンズ部１の透明弾
性膜１１ａ，１１ｂを駆動するアクチュエータ部２、レ
ンズ系により結像された画像を光電変換するＣＣＤカメ
ラ３、光電変換されたビデオ信号を画像として表示する
テレビモニタ４、及びＣＣＤカメラ３とテレビモニタ４
を接続するビデオ信号ケーブル５とから構成されてい
る。
【００２０】図２，図３に示すように、対物レンズとな
る可変焦点レンズ部１は、アクチュエータ部２と重ね合
わせられており、その構成として透明弾性膜１１ａ，１
１ｂ、容器内部に封入された透明動作液１３、加圧用弾
性膜１４、及び容器１５とからなる。
る可変焦点レンズ部１は、アクチュエータ部２と重ね合
わせられており、その構成として透明弾性膜１１ａ，１
１ｂ、容器内部に封入された透明動作液１３、加圧用弾
性膜１４、及び容器１５とからなる。
【００２１】前記容器１５は、底を有する円筒形状で、
その底の中心部には開口部が設けられ、この開口部を塞
ぐように透明弾性膜１１ｂが取り付けれられる。また上
面側には、該容器１５の縁には、ドーナツ状の弾性膜１
４ａとその中心部の穴を塞ぐ透明弾性膜１１ａから成る
加圧用弾性膜１４が底と平行するように、Ｏリングやシ
ール材により固定されて取り付けられている。
その底の中心部には開口部が設けられ、この開口部を塞
ぐように透明弾性膜１１ｂが取り付けれられる。また上
面側には、該容器１５の縁には、ドーナツ状の弾性膜１
４ａとその中心部の穴を塞ぐ透明弾性膜１１ａから成る
加圧用弾性膜１４が底と平行するように、Ｏリングやシ
ール材により固定されて取り付けられている。
【００２２】この構成で、透明弾性膜１１ａと透明弾性
膜１１ｂとは平行に対向するように配置されており、各
透明弾性膜１１ａ，１１ｂは、弾性膜１４ａ及び容器１
５に、接着や接合などの方法により固定して密封し、そ
の内部に封入された透明動作液１３が漏れないように設
けられている。尚、本実施形態では、透明弾性膜１１
ａ，１１ｂの合計２枚用いて、可変焦点レンズを形成し
ているが、前記弾性膜１４ａの中央部は、図４に示すよ
うに、平行平板状又は、固定レンズ形状から成る透明板
１４ｂを用いることも可能である。尚、図４及び図７に
示す構成において、透明弾性膜１１ａと透明板１４ｂが
逆に配置されていても同様な効果が得られる。
膜１１ｂとは平行に対向するように配置されており、各
透明弾性膜１１ａ，１１ｂは、弾性膜１４ａ及び容器１
５に、接着や接合などの方法により固定して密封し、そ
の内部に封入された透明動作液１３が漏れないように設
けられている。尚、本実施形態では、透明弾性膜１１
ａ，１１ｂの合計２枚用いて、可変焦点レンズを形成し
ているが、前記弾性膜１４ａの中央部は、図４に示すよ
うに、平行平板状又は、固定レンズ形状から成る透明板
１４ｂを用いることも可能である。尚、図４及び図７に
示す構成において、透明弾性膜１１ａと透明板１４ｂが
逆に配置されていても同様な効果が得られる。
【００２３】本実施形態では、前記透明弾性膜１１ａ，
１１ｂは、図５に示すように膜厚分布が加工されてい
る。この膜厚分布については、本出願人が提案する特願
平６−２４７８２０号に記載される手法により設計され
ており、個々での説明は省略する。この膜厚分布を施す
ことにより、透明動作液１３から圧力を受けた場合に変
形する曲面が光学素子として有用である球面若しくは、
非球面となり、可変焦点レンズの光学特性を向上させて
いる。
１１ｂは、図５に示すように膜厚分布が加工されてい
る。この膜厚分布については、本出願人が提案する特願
平６−２４７８２０号に記載される手法により設計され
ており、個々での説明は省略する。この膜厚分布を施す
ことにより、透明動作液１３から圧力を受けた場合に変
形する曲面が光学素子として有用である球面若しくは、
非球面となり、可変焦点レンズの光学特性を向上させて
いる。
【００２４】そして前記可変焦点レンズ部１の焦点距離
を、高速で往復運動させるため、図３に示すように、ア
クチュエータ部２を加圧用の弾性膜１４ａに重ねるよう
に外側に配置し、アクチュエータ部２のアクチュエータ
２１によって、弾性膜１４ａを押す構造となっている。
を、高速で往復運動させるため、図３に示すように、ア
クチュエータ部２を加圧用の弾性膜１４ａに重ねるよう
に外側に配置し、アクチュエータ部２のアクチュエータ
２１によって、弾性膜１４ａを押す構造となっている。
【００２５】前記アクチュエータ２１は、図６（ａ）に
示すように、薄い金属板の様な弾性板と圧電素子を接合
した圧電ユニモルフ素子２１ａと、圧電ユニモルフ素子
２１ａの中心部に固定した出力軸２１ｂから成る力積層
型圧電ユニモルフアクチュエータとで構成される。
示すように、薄い金属板の様な弾性板と圧電素子を接合
した圧電ユニモルフ素子２１ａと、圧電ユニモルフ素子
２１ａの中心部に固定した出力軸２１ｂから成る力積層
型圧電ユニモルフアクチュエータとで構成される。
【００２６】この圧電ユニモルフ素子２１ａは、図１に
示す発振器とアンプから構成されるアクチュエータ駆動
装置２２から電圧を印加することにより中心部が、図６
（ｂ）に示すように変位する。この時の圧電ユニモルフ
素子２１ａの発生する力は、中心部に固定された出力軸
２１ｂに集中して、アクチュエータ２１全体として必要
な変位量と発生力を得られるようになっている。尚、ア
クチュエータ部２は、図３に示すように可変焦点レンズ
部１の片側に接続され、また、出力軸２１ｂは、図３に
示すように加圧用弾性膜１４に接着等の手法で締結して
ある。
示す発振器とアンプから構成されるアクチュエータ駆動
装置２２から電圧を印加することにより中心部が、図６
（ｂ）に示すように変位する。この時の圧電ユニモルフ
素子２１ａの発生する力は、中心部に固定された出力軸
２１ｂに集中して、アクチュエータ２１全体として必要
な変位量と発生力を得られるようになっている。尚、ア
クチュエータ部２は、図３に示すように可変焦点レンズ
部１の片側に接続され、また、出力軸２１ｂは、図３に
示すように加圧用弾性膜１４に接着等の手法で締結して
ある。
【００２７】本実施形態では、前記アクチュエータ２１
にかかる負荷を軽減するため、アクチュエータ２１をア
クチュエータケース２３内に複数、配置している。尚、
このアクチュエータは、可変焦点レンズが必要とする発
生力と変位量を生じるものであればよく、前記圧電ユニ
モルフ素子に限定されるものではない。
にかかる負荷を軽減するため、アクチュエータ２１をア
クチュエータケース２３内に複数、配置している。尚、
このアクチュエータは、可変焦点レンズが必要とする発
生力と変位量を生じるものであればよく、前記圧電ユニ
モルフ素子に限定されるものではない。
【００２８】また、アクチュエータ部２は、図７に示す
ように可変焦点レンズ部１と一体化して構成することも
可能である。つまり、図７に示すように、加圧用弾性膜
の弾性膜１４ａ上に圧電素子１６を接合して圧電ユニモ
ルフ構造に形成する。この構造に電圧を印加することに
より、圧電素子１６の変位により加圧用弾性膜１４が湾
曲して透明動作液１３を加圧することができる。
ように可変焦点レンズ部１と一体化して構成することも
可能である。つまり、図７に示すように、加圧用弾性膜
の弾性膜１４ａ上に圧電素子１６を接合して圧電ユニモ
ルフ構造に形成する。この構造に電圧を印加することに
より、圧電素子１６の変位により加圧用弾性膜１４が湾
曲して透明動作液１３を加圧することができる。
【００２９】そして図１に示すように、可変焦点レンズ
部１の後段には、図１に示すようにＣＣＤカメラ３を配
置し、レンズ系で結像される画像を撮像する。このＣＣ
Ｄカメラ３は、ＣＣＤ素子３１、ＣＣＤ素子駆動部３
２、前記可変焦点レンズ部１の光学特性を補助する単数
又は複数の固定レンズ３３、及び鏡筒３４から構成され
る。本実施形態におけるＣＣＤカメラ３は、レンズ系と
なる可変焦点レンズ部１及び固定レンズ３３によってＣ
ＣＤ素子３１上に結像される画像をＮＴＳＣなどのビデ
オ信号に変換する。このＣＣＤカメラ３は、通常のビデ
オカメラに用いられるものが使用可能であり、また、Ｃ
ＣＤ素子以外でも撮像管のような撮像素子でも構成する
ことが可能である。
部１の後段には、図１に示すようにＣＣＤカメラ３を配
置し、レンズ系で結像される画像を撮像する。このＣＣ
Ｄカメラ３は、ＣＣＤ素子３１、ＣＣＤ素子駆動部３
２、前記可変焦点レンズ部１の光学特性を補助する単数
又は複数の固定レンズ３３、及び鏡筒３４から構成され
る。本実施形態におけるＣＣＤカメラ３は、レンズ系と
なる可変焦点レンズ部１及び固定レンズ３３によってＣ
ＣＤ素子３１上に結像される画像をＮＴＳＣなどのビデ
オ信号に変換する。このＣＣＤカメラ３は、通常のビデ
オカメラに用いられるものが使用可能であり、また、Ｃ
ＣＤ素子以外でも撮像管のような撮像素子でも構成する
ことが可能である。
【００３０】前記ＣＣＤカメラ３から出力されるビデオ
信号は、ビデオ信号ケーブルを伝わって、テレビモニタ
４に入力される。テレビモニタ４は、ＣＣＤカメラ３で
撮影された画像を表示し、観察者が認識する。
信号は、ビデオ信号ケーブルを伝わって、テレビモニタ
４に入力される。テレビモニタ４は、ＣＣＤカメラ３で
撮影された画像を表示し、観察者が認識する。
【００３１】本実施形態におけるカメラ装置では、可変
焦点レンズ部１の焦点面１２を被写体６を包括する焦点
距離１２ａから１２ｂまでの間で、６０Ｈｚ以上の周期
で連続的に焦点面を変化させる。この時、ＣＣＤカメラ
３によって撮像され、テレビモニタ４に表示される被写
体６の画像においては、焦点があっている部分はコント
ラストが高く、焦点が合っていない部分はコントラスト
が低い。
焦点レンズ部１の焦点面１２を被写体６を包括する焦点
距離１２ａから１２ｂまでの間で、６０Ｈｚ以上の周期
で連続的に焦点面を変化させる。この時、ＣＣＤカメラ
３によって撮像され、テレビモニタ４に表示される被写
体６の画像においては、焦点があっている部分はコント
ラストが高く、焦点が合っていない部分はコントラスト
が低い。
【００３２】従って、人間の視覚における残像現象によ
り、コントラストの高い部分は、目に残ることになる。
よって、観察者は、被写体６の全ての位置に焦点があっ
た画像を見ることが可能となる。
り、コントラストの高い部分は、目に残ることになる。
よって、観察者は、被写体６の全ての位置に焦点があっ
た画像を見ることが可能となる。
【００３３】また、他の動作方法として、ＣＣＤ素子３
１の１画素に蓄積される電荷をＣＣＤ素子駆動回路３２
が読出す周期よりも短い周期で可変焦点レンズ部１の焦
点面１２を変化させることにより、ＣＣＤ素子３１は、
被写体６の全ての撮影面に少なくとも一度は、焦点があ
った像を重ね合わせて撮影することになる。よって、Ｃ
ＣＤ素子３１によって撮像された像を観察者がテレビモ
ニタ４によって観察すると、焦点が合っている部分は、
コントラストが高く、焦点があっていない部分はコント
ラストが低いため、全体として、コントラストの差によ
り焦点があった部分の全てを観察できる。
１の１画素に蓄積される電荷をＣＣＤ素子駆動回路３２
が読出す周期よりも短い周期で可変焦点レンズ部１の焦
点面１２を変化させることにより、ＣＣＤ素子３１は、
被写体６の全ての撮影面に少なくとも一度は、焦点があ
った像を重ね合わせて撮影することになる。よって、Ｃ
ＣＤ素子３１によって撮像された像を観察者がテレビモ
ニタ４によって観察すると、焦点が合っている部分は、
コントラストが高く、焦点があっていない部分はコント
ラストが低いため、全体として、コントラストの差によ
り焦点があった部分の全てを観察できる。
【００３４】次に図８には、本発明による第２の実施形
態として、立体映像を表示可能な立体カメラ装置の構成
例を示し説明する。この第２の実施形態は、前述した第
１の実施形態のカメラ装置を２台以上用いて観察者に立
体映像を表示するものである。本実施形態においては、
カメラ装置を２台用いて被写体６に対して人間の視覚の
ように視差角を持たせて左右に配置した場合を例にとっ
て説明する。前記カメラ装置２台から出力されるそれぞ
れのビデオ信号を立体表示制御装置７に入力する。この
立体表示制御装置７は、左右２台のカメラ装置から得ら
れた信号を、ビデオレートの３０Ｈｚ以上の周期で交互
にテレビモニタ４に表示する。
態として、立体映像を表示可能な立体カメラ装置の構成
例を示し説明する。この第２の実施形態は、前述した第
１の実施形態のカメラ装置を２台以上用いて観察者に立
体映像を表示するものである。本実施形態においては、
カメラ装置を２台用いて被写体６に対して人間の視覚の
ように視差角を持たせて左右に配置した場合を例にとっ
て説明する。前記カメラ装置２台から出力されるそれぞ
れのビデオ信号を立体表示制御装置７に入力する。この
立体表示制御装置７は、左右２台のカメラ装置から得ら
れた信号を、ビデオレートの３０Ｈｚ以上の周期で交互
にテレビモニタ４に表示する。
【００３５】さらに、立体表示制御装置７は、左右どち
らのカメラ装置の映像がテレビモニタ４に表示されてい
るかを知らせる信号を眼鏡装置８に出力する。この眼鏡
装置８は、観察者の左右の眼に入るテレビモニタ４の映
像を左右２つの液晶式シャッタで制御するもので、立体
表示制御装置７から来る信号に基づき、テレビモニタ４
に表示される映像に同期して、左右の眼の液晶シャッタ
を開閉する。この様な立体カメラ装置により、観察者
は、右側のカメラ装置から得られる画像を右目で観察
し、左側のカメラ装置から得られる画像を左目で観察す
ることになり、被写体６の全ての位置に焦点があった立
体画像を見ることが可能となる。
らのカメラ装置の映像がテレビモニタ４に表示されてい
るかを知らせる信号を眼鏡装置８に出力する。この眼鏡
装置８は、観察者の左右の眼に入るテレビモニタ４の映
像を左右２つの液晶式シャッタで制御するもので、立体
表示制御装置７から来る信号に基づき、テレビモニタ４
に表示される映像に同期して、左右の眼の液晶シャッタ
を開閉する。この様な立体カメラ装置により、観察者
は、右側のカメラ装置から得られる画像を右目で観察
し、左側のカメラ装置から得られる画像を左目で観察す
ることになり、被写体６の全ての位置に焦点があった立
体画像を見ることが可能となる。
【００３６】尚、本実施形態では、立体表示制御装置７
と眼鏡装置８との間のケーブル９を用いて接続している
が、赤外線や電波を用いた無線装置によって液晶シャッ
タの開閉のタイミングを送受信することも可能である。
また、この立体表示では、２台の小型テレビモニタを眼
鏡内部に内蔵し、左右のカメラ装置からの映像をそれぞ
れのテレビモニタで表示することで観察者に立体映像を
観察可能にするヘッドマウントディスプレイを用いるこ
とも可能である。
と眼鏡装置８との間のケーブル９を用いて接続している
が、赤外線や電波を用いた無線装置によって液晶シャッ
タの開閉のタイミングを送受信することも可能である。
また、この立体表示では、２台の小型テレビモニタを眼
鏡内部に内蔵し、左右のカメラ装置からの映像をそれぞ
れのテレビモニタで表示することで観察者に立体映像を
観察可能にするヘッドマウントディスプレイを用いるこ
とも可能である。
【００３７】以上のことから本発明のカメラ装置の可変
焦点レンズは、レンズの形状を変えることによって光学
特性を大幅に変化させることが可能であり、従来のレン
ズのように焦点を合わせるためにレンズ自体の位置を移
動する必要はない。
焦点レンズは、レンズの形状を変えることによって光学
特性を大幅に変化させることが可能であり、従来のレン
ズのように焦点を合わせるためにレンズ自体の位置を移
動する必要はない。
【００３８】よって、この様に構成されるカメラ装置で
は、対物レンズの被写体側の焦点面を人間の視覚が残像
現象を生じる約６０Ｈｚより速く振動させると、被写体
に焦点があった部分は、像のコントラストが高く、残像
として視覚に残りやすく、焦点があっていない部分は、
像のコントラストが低く、残像として視覚に残りにくい
為、焦点があった部分だけが残像として重なり合わさ
れ、観察者は全体として全ての位置に焦点が合った像を
捕らえることができる。
は、対物レンズの被写体側の焦点面を人間の視覚が残像
現象を生じる約６０Ｈｚより速く振動させると、被写体
に焦点があった部分は、像のコントラストが高く、残像
として視覚に残りやすく、焦点があっていない部分は、
像のコントラストが低く、残像として視覚に残りにくい
為、焦点があった部分だけが残像として重なり合わさ
れ、観察者は全体として全ての位置に焦点が合った像を
捕らえることができる。
【００３９】また、対物レンズの被写体側の焦点面を撮
像素子が１画素分の映像信号を読出す周期によりも短い
周期で振動させることにより、撮像素子に残像現象が生
じ、被写体のそれぞれの位置に焦点があった映像が重ね
合わされて撮影される。この撮影された映像をテレビモ
ニタで表示させると、被写体に焦点があった部分と、合
っていない部分とのコントラストの差により、観察者
は、被写体全体に焦点があった像を得ることができる。
像素子が１画素分の映像信号を読出す周期によりも短い
周期で振動させることにより、撮像素子に残像現象が生
じ、被写体のそれぞれの位置に焦点があった映像が重ね
合わされて撮影される。この撮影された映像をテレビモ
ニタで表示させると、被写体に焦点があった部分と、合
っていない部分とのコントラストの差により、観察者
は、被写体全体に焦点があった像を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、特に、顕微鏡カメラの様な微小な被写体を拡大観
察するカメラ装置において、対物レンズに組み込んだ可
変焦点レンズの焦点面を人間の視覚の残像現象又は撮像
素子の残像現象を生じる周期で高速に往復運動させるこ
とにより、カメラ装置の被写体深度を大幅に拡大し被写
体全ての位置に焦点があった画像をリアルタイムで観察
することができる。
れば、特に、顕微鏡カメラの様な微小な被写体を拡大観
察するカメラ装置において、対物レンズに組み込んだ可
変焦点レンズの焦点面を人間の視覚の残像現象又は撮像
素子の残像現象を生じる周期で高速に往復運動させるこ
とにより、カメラ装置の被写体深度を大幅に拡大し被写
体全ての位置に焦点があった画像をリアルタイムで観察
することができる。
【００４１】さらに、被写体深度を拡大したカメラ装置
を２台以上用いることにより、立体像の観察も可能とな
り、微小な被写体のハンドリングなどの際に、リアリテ
ィのある映像を提供することができる。
を２台以上用いることにより、立体像の観察も可能とな
り、微小な被写体のハンドリングなどの際に、リアリテ
ィのある映像を提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態のカメラ装置の構成例
を示す図である。
を示す図である。
【図２】図１に示すカメラ装置の対物レンズに組み込む
可変焦点レンズ部とアクチュエータ部からなる可変焦点
レンズの斜視断面構成を示す図である。
可変焦点レンズ部とアクチュエータ部からなる可変焦点
レンズの斜視断面構成を示す図である。
【図３】図２に示した可変焦点レンズに組み付けられた
構成例を示す図である。
構成例を示す図である。
【図４】可変焦点レンズの他の構成を示す図である。
【図５】図２に示す可変焦点レンズに用いる膜厚分布形
状を持つ透明ダイヤフラムの断面構成を示す図である。
状を持つ透明ダイヤフラムの断面構成を示す図である。
【図６】可変焦点レンズを駆動する力積層型圧電ユニモ
ルフアクチュエータの構造と動作を説明するための図で
ある。
ルフアクチュエータの構造と動作を説明するための図で
ある。
【図７】第１の実施形態の可変焦点レンズの他の構成例
を示す図である。
を示す図である。
【図８】本発明による第２の実施形態としての立体映像
を標示可能なカメラ装置の構成例を示す図である。
を標示可能なカメラ装置の構成例を示す図である。
１…可変焦点レンズ部 ２…アクチュエータ部 ３…ＣＣＤカメラ部 ４…テレビモニタ ５…ビデオ信号ケーブル ６…被写体 ７…立体標示制御装置 ８…眼鏡装置 ９…ケーブル １１…透明弾性膜 １２…焦点面 １２ａ…上側の焦点面 １２ｂ…下側の焦点面 １３…透明動作液 １４…加圧用弾性膜 １４ａ…弾性膜 １４ｂ…透明板 １５…容器 １６…圧電素子 ２１…アクチュエータ ２１ａ…圧電ユニモルフ素子 ２１ｂ…出力軸 ２２…アクチュエータ駆動装置 ２３…アクチュエータケース ３１…ＣＣＤ素子 ３２…ＣＣＤ素子駆動回路 ３３…固定レンズ ３４…鏡筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 35/08 Ｇ０３Ｂ 35/08 35/18 35/18 (56)参考文献 特開 平８−114703（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−308303（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−199078（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 19/00 - 21/36 G02B 3/14
Claims (8)
- 【請求項１】 被写体像を画像として観察するカメラ装
置において、 被写体を結像する光学系の光路上に配置され、膜厚分布
を持たせた透明弾性膜を対向させて形成された空間の内
部に透明液体が封入される可変焦点集光手段と、 前記透明液体に、視覚的に残像現象が生じる周波数以上
の周期的な圧力変化を与え、前記透明弾性膜の球面若し
くは、非球面の曲率を変化させる駆動手段と、を具備
し、 前記可変焦点集光手段の焦点距離を変化させて得られた
複数の画像に基づくコントラストの高い部分の画像を取
出すことを特徴とするカメラ装置。 - 【請求項２】 複数の透明弾性膜で区切られた容器の空
間に透明液体を封入し、前記透明液体の圧力を制御して
複数の透明弾性膜の曲率を変化させて、焦点距離を変え
る可変焦点機能付きレンズを用いることによって構成さ
れるカメラ装置において、 前記複数の透明弾性膜に予め設定された膜厚分布をそれ
ぞれ持たせ、前記透明液体の加減圧時の前記透明弾性膜
の変形形状を所望の球面若しくは、非球面に制御する可
変焦点レンズと、 前記透明液体に圧力を加えるためのポンプ手段と、 単数又は複数の前記可変焦点レンズで構成される対物レ
ンズと、 前記対物レンズによって結像される画像を電気信号に変
換する撮像手段と、 前記撮像手段からの電気信号を画像として表示する表示
手段と、を具備し、 前記可変焦点レンズの被写体側の焦点位置を周期的に変
化させることにより、対物レンズの被写体深度を拡大す
ることを特徴とするカメラ装置。 - 【請求項３】 前記ポンプ手段は、前記可変焦点レンズ
の透明液体へ、視覚的に残像現象を与える速度以上の周
期的な圧力変化を与える圧力変化制御手段をさらに具備
することを特徴とする請求項２記載のカメラ装置。 - 【請求項４】 前記可変焦点レンズ及び前記ポンプ手段
において、 所定の膜厚分布を持たせた１枚の透明弾性膜と、レンズ
形状又は平面状の透明部を持つ１枚の加圧用弾性膜との
間に透明液体を封入し、該透明液体の圧力変化により、
前記透明弾性膜の曲率を変化させ、焦点距離を変える可
変焦点レンズと、前記加圧用弾性膜を押し引きすること
により、前記透明液体に加える圧力を制御するアクチュ
エータによって構成されるポンプ手段と、 を具備することを特徴とする請求項２記載のカメラ装置 - 【請求項５】 前記対物レンズの被写体側の焦点位置
を、撮像手段が１画素分の映像信号を読み出す周期より
も短い周期で変化させることにより、撮像手段の画素に
生じる残像効果によって被写体深度を拡大することを特
徴とする請求項２及び請求項４記載のカメラ装置。 - 【請求項６】 ２台以上の請求項１乃至請求項５記載の
前記カメラ装置を視差角を持たせて配置して構成する立
体カメラ手段と、 前記立体カメラ手段の各カメラ装置で撮影したそれぞれ
の画像を復元し、人間の視覚に立体像として再生する表
示手段と、を具備することを特徴とする立体視カメラ装
置。 - 【請求項７】 前記ポンプ手段は、 薄い弾性板が接合された、少なくとも１枚の圧電素子か
らなる加圧駆動部と、 前記加圧駆動部に固定され、該加圧駆動部の変位に伴い
前記弾性膜を押し引きする軸とで構成されるアクチュエ
ータと、 前記アクチュエータに所定周期の電圧を印加する駆動制
御部とで構成されることを特徴とする請求項２及び請求
項４記載のカメラ装置 - 【請求項８】 前記ポンプ手段は、 前記弾性膜に接合する圧電素子からなる加圧駆動部と、 前記加圧駆動部に所定周期の電圧を印加する駆動制御部
とで構成されることを特徴とする請求項２及び請求項４
記載のカメラ装置
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03488396A JP3206420B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | カメラ装置 |
| DE19706274A DE19706274A1 (de) | 1996-02-22 | 1997-02-18 | Eine flexible Linse eines flüssigkeitsgefüllten Films aufweisende Abbildungsvorrichtung |
| US08/803,632 US5917657A (en) | 1996-02-22 | 1997-02-21 | Imaging device having flexible liquid-filled film lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03488396A JP3206420B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | カメラ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09230252A JPH09230252A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3206420B2 true JP3206420B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
ID=12426546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03488396A Expired - Fee Related JP3206420B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | カメラ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5917657A (ja) |
| JP (1) | JP3206420B2 (ja) |
| DE (1) | DE19706274A1 (ja) |
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