JP3332091B2 - 立体カメラ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、両眼視差を利用する立
体カメラ装置に係り、撮影手段のレンズ系のズーム操作
時やフォーカス調節時、或いは上記撮影手段の構成要素
の個体差によって生じる左右眼用映像のズレを補償でき
る立体カメラ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】遠隔地に設置された作業機械を操作する
際の視覚情報を得る上で、ＴＶカメラ等を用いたいわゆ
る立体カメラ装置は有用な手段である。

【０００３】立体テレビ装置等にあっては両眼視差方式
が一般的であり、この方式はオペレータが観察したい対
象を僅かに視差を変えて撮影し、適当な映像呈示手段を
通して各々の映像をオペレータの左右眼に個別に提供す
る。オペレータが適正な立体映像を観察できるために
は、左右両眼への映像の倍率が等しいことに加え、左右
眼用映像は左右の水平方向のみに適正量離れ、垂直方向
には相対差が無い事が望ましい。このため従来の両眼視
差方式に用いられるＴＶカメラにあっては、所望の特性
を有するレンズや撮像部などを選別した後、厳密な調整
を施すことにより適正な映像を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、民生製
品から所望の特性を有する構成要素を得るためには同じ
製品を予め多数用意しておき選別する必要がある。ま
た、ＴＶカメラを用いて撮影する際には初期調整だけで
なく、ズーム操作やフォーカス調整などの可動部を操作
する毎に頻繁に行なわなければならないことが多い。

【０００５】従って立体カメラの使用者は、外力など何
等かの要因で左右眼用映像に過度な垂直方向ズレが生じ
る場合には作業を中断して再度調整をし直すか、或いは
垂直方向ズレの生じない範囲での使用を余儀なくされて
いた。このため、上記方式の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。

【０００６】特に立体カメラの有用性の高い極限環境に
おいては外的要因によって垂直方向のズレが生じる可能
性が高く、また、一度ズレが生じてしまうと再調整等が
非常に困難であった。

【０００７】そこで本発明の目的は、ズーム操作やフォ
ーカス調整、或いは予期しない原因で左右眼用映像の垂
直方向ズレが生じた場合においても復旧のための調整が
容易であり、かつ所望特性を揃えるために予め多数のサ
ンプルを用意する必要のない立体カメラ装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、並設された複数のカメラによって対象
物を異なる方向から撮影して前記カメラのそれぞれの撮
像面へ結像する立体カメラ装置において、前記対象物か
らの物体光を前記カメラのレンズに導く１対の光反射手
段と、一方の光反射手段を仰角方向に、他方の光反射手
段を方位角方向に駆動する駆動機構と、前記物体光の前
記撮像面への結像位置を調整するために前記駆動機構を
制御する駆動機構制御手段とを備えたことを特徴とする
立体カメラ装置を提供する。

【０００９】さらに、本発明では、並設された複数のカ
メラによって対象物を異なる方向から撮影して前記カメ
ラのそれぞれの撮像面へ結像する立体カメラ装置におい
て、前記カメラの少なくとも一台のカメラの撮像面を、
この撮像面上において垂直な方向または水平な方向のう
ち少なくとも一方の方向へ移動させる撮像面駆動手段を
備え、この撮像面駆動手段は、互いに平行に配置された
ガイドプレートと、このガイドプレートの軸方向に沿っ
て伸縮する移動用圧電素子と、この移動用圧電素子の前
後に対称に配置された前記ガイドプレートに対し垂直方
向に伸縮してガイドプレートをクランプする少なくとも
２つのクランプ用圧電素子と、これらクランプ用圧電素
子と前記ガイドプレートを圧着させる圧着手段とで構成
されていることを特徴とする立体カメラ装置を提供す
る。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】ＴＶカメラ等の立体カメラ装置を遠隔作業の観
察手段として用いる場合に、オペレータは立体カメラ装
置のレンズのズーム操作や立体カメラ装置の撮影方向調
整操作を雲台のパン・チルト操作を適宜行い、所望の映
像を得る。より臨場感のある映像を必要とする場合に
は、僅かに異なる視差で観察対象物を撮影しオペレータ
の左右眼に立体映像を提供できる立体カメラ装置が使用
される。適正な立体映像を観察するためには、上述のパ
ン・チルト操作を行う度に生じ易い左右眼用映像の相対
的な垂直方向ズレを防止する必要がある。

【００１５】本発明においては、対象物からの物体光を
カメラのレンズに導く光反射手段を仰角方向もしくは方
位角方向の少なくとも一方向に駆動可能とし、これを制
御することにより物体光の撮像面への結像位置を調整す
る。例えば、仰角方向の調整は、左右眼用映像の相対的
な垂直方向ズレを解消する為に用いられる。

【００１６】また、撮像面駆動手段によって、前記カメ
ラの少なくとも一台のカメラの撮像面を、この撮像面上
において垂直な方向または水平な方向のうち少なくとも
一方の方向へ移動させる。例えば、撮像面上において垂
直な方向への移動は、左右眼用映像の相対的な垂直方向
ズレを解消する為に用いられる。

【００１７】

【００１８】本発明では立体映像の呈示手段については
言及していないが、上記の制御を行う際には、モニタサ
イズや観察者とモニタ間の距離がパラメータとして考慮
されていることは言うまでもない。

【００１９】また、ズーム値、フォーカス値、または観
察対象までの距離を知る手段は、ポテンショメータや距
離計の使用など公知の手法を利用することができる。

【００２０】また、観察者の視覚特性データは各個人の
参照テーブルを作成しても良いし、統計的な人間工学デ
ータを用いても良い。

【００２１】さらに、上記の制御方式は較正テーブルの
参照と補間を併用する方式など一般的な手法を用いるこ
とができる。

【００２２】

【実施例】本発明の立体カメラ装置の実施例を図面を参
照して説明する。図１は本発明に係る立体カメラ装置の
第一の実施例の概略を示した図である。なお、特徴を強
調する為に各構成要素の形状や配置は便宜的に実際とは
違えて描いてある。

【００２３】図１において、観察対象１は立体カメラ装
置２によって撮影される。この立体カメラ装置２はパン
（α）方向動作とチルト（β）方向動作が可能な雲台４
上に設置された左眼用カメラ３１と右眼用カメラ３２と
を備えている。各々のカメラ３１、３２には左右眼用レ
ンズ５１，５２が取り付けられている。２台のカメラ３
１、３２は筐体を兼ねたカメラ接合部３３で結合されて
いる（レンズ５１、５２の周りもカメラ接合部３３で覆
われている）。これら２台のカメラ３１、３２は垂直方
向に段差をつけ、水平方向に若干の距離をおいて設置さ
れている。

【００２４】左右眼用レンズ５１、５２の直前には反射
鏡群６が設置され、観察対象１はこの反射鏡群６を経由
してレンズ５１、５２に導かれた後、カメラ３１、３２
内の撮像部に結像される。

【００２５】本実施例において反射鏡群６は機能的に２
種類の反射鏡群に分けられる。第１の反射鏡群６１は第
１の反射鏡６１１と第２の反射鏡６１２で構成され、本
実施例では両者の反射面とも鉛直面に対して直角に設置
されている。第２の反射鏡群６２も第１の反射鏡６２１
と第２の反射鏡６２２で構成され、本実施例では両者の
反射面とも鉛直面に対して直角に設置されている。

【００２６】左眼用カメラ３１に対しては、観察対象１
からの物体光（Ａ）は反射鏡６１１に入射し反射した
後、反射鏡６１２で反射され、左眼用レンズ５１を経
て、図示されない撮像素子上に結像される。同様にして
右眼用カメラ３２に関しては物体光（Ａ）と異なる視差
を有する物体光（Ｂ）が、反射鏡６２１及び６２２と、
右眼用レンズ５２を経た後、図示されない右眼用カメラ
の撮像素子上に結像される。前述したように左右眼用の
２台のカメラ３１、３２は水平方向に離間して設置され
ており、また反射鏡群６は観察対象１を水平方向にある
視差をもって見込む様に設置されているので、左右眼用
カメラ３１、３２の図示されない撮像素子に結像される
映像もやはり水平方向に視差をもったものとなる。従っ
てこの両映像を公知の適当な手段に依り、観察者の両眼
に独立に呈示してやれば、この観察者は立体映像を感得
することができる。

【００２７】第１の反射鏡群６１を構成する２枚の反射
鏡の内、本実施例では反射鏡６１２は左眼用レンズ５１
の直前に固定的に設置され、反射鏡６１１はレンズ５１
近傍に設置された軸９１を中心に方位角（γ₁ ）方向に
回転する。この回転動作は方位角駆動機構１０１によっ
て行われる。また、第１の反射鏡群６２を構成する２枚
の反射鏡では、反射鏡６２２は右眼用レンズ５２の直前
に固定的に設置され、反射鏡６２１はレンズ５２近傍に
設置された軸９２を中心にして、仰角駆動機構１０２に
よって仰角（γ₂ ）方向に駆動される。

【００２８】レンズ５１，５２にズームレンズを使用す
る場合、ズーム操作によってレンズ光軸が変動し、観察
者に呈示される左右眼用モニタ映像の間に垂直方向の位
置ズレが生じ易い。この場合、このズレ量が過大である
と立体視が不可能となる。そこで次のようにしてこのズ
レ量を補償する。すなわち、反射鏡６２１を駆動するこ
とにより、右眼用カメラ３２の撮像素子上の結像位置を
垂直方向に移動させる。このために、反射鏡６２１を仰
角駆動機構１０２により駆動して、ズーム操作に生じた
両映像の垂直方向のズレ量だけ撮像素子への結像位置を
移動してやる。これによって、左右眼用両映像の相対的
な垂直方向ズレを解消することができ、観察者が立体感
得を消失することはない。

【００２９】上述のように左右眼映像の相対的な垂直方
向ズレが解消されれば、基本的な立体映像の感得が可能
であるが、レンズの焦点距離と観察対象までの距離の関
係や観察者の瞳孔間隔によっては、観察対象を見込む両
カメラ３１、３２の視差を調節する必要がある。この場
合には、方位角駆動機構１０１を用いて反射鏡６１１を
必要量だけ駆動してやることにより、左眼用カメラ３１
の結像位置を水平方向へ移動する。これにより、両カメ
ラ３１、３２間の等価的な視差調節が可能となり、より
観察し易い立体映像を観察者に呈示することができる。

【００３０】上述したズーム操作に伴うレンズの焦点距
離変化量やフォーカシング操作に依る焦点距離変化量は
レンズ鏡筒に設置されたポテンショメータ等で測定され
る。このポテンショメータ等で測定した焦点距離変化量
に対して駆動機構制御装置１１によって適正な補正量の
計算がなされた後、仰角および方位角駆動機構の一部を
為すモータの駆動信号として送出される。この補正量計
算は公知の様々な方式があり、立体カメラを構成する要
素部品に応じて適正な方式が採用される。

【００３１】また、本実施例では左右眼用カメラ３１、
３２で各々１枚ずつの反射鏡（６１１及び６２１）を駆
動しているが、本実施例で固定されている反射鏡（６１
２及び６２２）を併せて協調的に駆動しても良い。この
場合、前述した軸（９１及び９２）の代りに２自由度の
ジョイントを用いれば、１組の反射鏡群で仰角調整と方
位角調整との両者を実現することができる。 本実施例
の構成によれば、ズーム操作やフォーカス調整、あるい
は予期しない原因で左右眼用映像の垂直方向ズレが生じ
た場合においても復旧のための調整を、容易に行うこと
ができる。

【００３２】また、立体カメラ装置が所望特性を揃える
ようにするために、予め多数のサンプルを用意しておく
必要がなくなる。

【００３３】また、電磁的な影響を与えないで、ズーム
操作やフォーカス調整、左右眼用映像の垂直方向ズレの
復旧のための調整を行うことができるので、画像信号の
乱れも最小にとどめることができる。

【００３４】次に図２乃至図５を参照して、本発明によ
る立体カメラ装置の第二の実施例を説明する。

【００３５】図２は第二の実施例の概略を模式的に示し
た図である。本実施例の立体カメラ装置は図１に示した
第一実施例の場合と同様に雲台上に設置されるが、本実
施例では簡単の為にこの雲台の記載は省略してある。

【００３６】図１に示した第一実施例においてはレンズ
５１，５２の直前に、仰角および方位角の駆動機構を備
えた反射鏡群６を設置して立体感得の容易化を図った
が、本実施例ではレンズ５１、５２の直前に上述の様な
反射鏡群を設置せず、カメラ３１、３２内の２台の撮像
素子に駆動機構を取り付けている。これらの駆動機構の
うち左眼用カメラ３１の撮像素子１３１に取着された駆
動機構１４１（図３に詳細を記載する）は、この撮像素
子を水平（Ｈ）方向にのみ所望量だけ駆動する機能を有
する。また、右眼用カメラ３２の撮像素子１３２に取着
された駆動機構１４２は、この撮像素子を垂直（Ｖ）方
向にのみ所望量だけ駆動する機能を有する。これらの２
つの駆動機構１４１，１４２は基本的には同一の構造で
あり、取り付け方向が互いに９０度違えているだけであ
る。図２ではカメラ３１、３２の一部を切り欠いて撮像
素子１３１、１３２を示してあり、これらのカメラ内部
の他の部品の記載は省略してある。

【００３７】第一実施例において説明した様に、ズーム
操作やフォーカシング操作に伴うレンズの光軸変動によ
って左右眼用両映像間に垂直方向の位置ズレが生じた場
合には、撮像素子１３２の駆動機構１４２を駆動する事
により、左右眼用映像の相対的な垂直方向ズレを無くす
ることができる。また、両カメラ３１、３２が観察対象
を見込む視差を変更したい場合には、撮像素子１３１の
駆動機構１４１を駆動することにより、この撮像素子１
３１への水平方向の結像位置を変更し、等価的な視差調
節を実現することができる。本実施例では、各々の駆動
機構１４１、１４２は一方向のみの運動を可能とした
が、一つの駆動機構に水平および垂直の２方向の自由度
を持たせることも可能である。

【００３８】駆動機構１４１、１４２は第一実施例と同
様に、レンズ鏡筒に取着されたポテンショメータや予め
登録された操作頁の個人特性データを参照しながら、駆
動機構制御装置１５により制御される。

【００３９】これらの駆動機構１４１、１４２には様々
な実現手段があるが、図３には一例として圧電素子を用
いた方式を示す。

【００４０】図３においてこの駆動機構１４１（１４
２）は、互いに平行に配置された被クランプ体であるガ
イドプレート２０，２１と、このガイドプレート２０，
２１の間にあってガイドプレート２０，２１の軸方向に
沿って伸縮する移動用圧電素子２２と、移動用圧電素子
２２の前後に対称に配設されたガイドプレート２０，２
１に対し垂直方向に伸縮しガイドプレート２０，２１の
側壁４１，４２をクランプするクランプ用圧電素子２３
および２４と、これらクランプ用圧電素子２３，２４と
側壁４１，４２を圧着させるバネ４３，４４から主に構
成されている。移動用圧電素子２２とクランプ用圧電素
子２３，２４はそれぞれ連結ブロック２５，２６を介し
て連結され、移動体４０を構成し、さらに、連結ブロッ
ク２５には、撮像素子１３１（１３２）のベース２７を
取り付けるための取り付けネジ穴２８が、ベース２７側
とともに設けられ、ネジ２９によって固定されている。
また、ガイドプレート２１には、本構成の駆動機構１４
１（１４２）をカメラ３１（３２）に固定するためのネ
ジ穴４６および４７が、カメラ３１（３２）側とともに
設けられ、ボルト４５によって固定されている。

【００４１】この様な構造の本実施例の動作原理を図４
および図５を用いて説明する。ここで図４は本実施例の
駆動機構の断面を上面から見た動作原理の模式図であ
る。また、図５は移動用圧電素子２２およびクランプ用
圧電素子２３，２４に印加される電圧の経時変化を示す
グラフであり、上段はクランプ用圧電素子２３，２４に
印加される電圧波形を、下段は移動用圧電素子２２に印
加される電圧波形を示す。図５において移動用圧電素子
２２に印加される電圧７２およびクランプ用圧電素子２
３，２４に印加される電圧７０および７１がそれぞれａ
点である時に駆動機構が図４の（１）の状態にあるとす
る。次に電圧がｂ点まで変化すると、図４の（２）のよ
うにクランプ用圧電素子２３，２４の先端点も印加電圧
に応じて変化する。ここで、クランプ用圧電素子２３の
先端点は図面上方に、クランプ用圧電素子２４の先端点
は図面下面に振動軌跡をとる。そして、最後に電圧がａ
点と同じｃ点に戻ると移動用圧電素子２２およびクラン
プ用圧電素子２３，２４は、再び図４の（１）の状態に
戻り、一連の動作が終了する。この一連の動作を繰り返
すことにより、クランプ用圧電素子２３，２４の先端が
描く軌跡は回転方向が同じで位相が１８０度異なる楕円
運動７３および７４となる。この時、ガイドプレート２
０，２１はバネによってクランプ用圧電素子２３，２４
に圧着されるが、ガイドプレート２０の慣性によって、
それぞれに係わるクランプ用圧電素子２３，２４の楕円
運動ｂ→ｃおよびａ→ｂの状態にある時のみ接触するこ
とから、一方向の推進力だけが伝達される。つまり、ク
ランプ用圧電素子２３，２４とガイドプレート２０，２
１との双方の摩擦力により、移動体は図３に示した矢印
の正方向の向きに駆動する。今度は、移動用圧電素子２
２の印加電圧７２を前記と位相が１８０度異なるタイミ
ングで電圧７５を印加すれば、図４の楕円軌跡７３，７
４は共に正反対に描かれ、結果的に移動体は図３に示し
た矢印の負方向の向きに駆動する。なお、クランプ用圧
電素子２３，２４の印加電圧の振幅７６は、ガイドプレ
ート２０，２１間に働く圧着力との関係から最適量を選
ぶことができ、移動用圧電素子２２の印加電圧の振幅７
７は、移動体の移動速度を決定する。また、本駆動機構
は本来摩擦駆動であるため、電源をオフにした状態で
は、バネの圧着力による摩擦力で移動体が固定されるの
で、新たにブレーキ機構を必要としない。

【００４２】本実施例の構成によれば、ズーム操作やフ
ォーカス調整、或いは予期しない原因で左右眼用映像の
垂直方向ズレが生じた場合においても復旧のための調整
を容易に行うことができる。

【００４３】また、立体カメラ装置が所望特性を揃える
ようにするために、予め多数のサンプルを用意しておく
必要がなくなる。

【００４４】また、構造が極めて簡単でかつ小形軽量で
あり、高い駆動分解能を有する駆動機構を提供すること
ができる。

【００４５】また、電磁的な影響を与えないで、ズーム
操作やフォーカス調整、左右眼用映像の垂直方向ズレの
復旧のための調整を行うことができるので、画像信号の
乱れも最小にとどめることができる。

【００４６】なお、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ことは言うまでもな
い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同一観察対象を水平方向に視差を持った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、ズームレンズ操作時やフォーカス調整時に生じ易
い、左右眼用映像間の相対的な垂直方向ズレを速やかに
補正する事ができる。

【００４８】また、高倍率レンズで近距離の対象の立体
映像を観察する場合に要求される左右眼用両映像の視差
調整や、個人差による視差調整を容易に行うことができ
るので、観察者に常に良好な立体映像を提供することが
できる。

【００４９】また、左右眼用両映像の垂直方向ズレ補正
や視差調整を構成要素の比較的少ない機構で実現するこ
とができるので、立体カメラ装置全体のサイズを小形化
することができ、また制御機構を簡素化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による立体カメラ装置の第一実施例の概
略を示す斜視図。

【図２】本発明による立体カメラ装置の第二実施例の概
略を示す斜視図。

【図３】図２における撮像素子駆動機構を詳細に示す斜
視図。

【図４】図３における撮像素子駆動機構の動作原理を示
す模式図。

【図５】図３および図４に示した圧電素子に印加される
電圧波形の経時変化を示す図。

【符号の説明】

１ 観察対象物 ２ 立体カメラ装置 ４ 雲台 ６ 反射鏡群 １１ 駆動機構制御装置 １５ 駆動機構制御装置 ２０ ガイドプレート ２１ ガイドプレート ２２ 移動用圧電素子 ２３ クランプ用圧電素子 ２４ クランプ用圧電素子 ２５ 連結ブロック ２６ 連結ブロック ２７ 撮像素子取り付けベース ３１ 右眼用カメラ ３２ 左眼用カメラ ３３ カメラ接合部 ５１ 右眼用レンズ ５２ 左眼用レンズ ６１ 反射鏡群 ６２ 反射鏡群 ９１ 方位角回転軸 ９２ 仰角回転軸 １０１ 方位角駆動機構 １０２ 仰角駆動機構 １３１ 右眼カメラ撮像素子 １３２ 左眼カメラ撮像素子 １４１ 右眼カメラ撮像素子用駆動機構 １４２ 左眼カメラ撮像素子用駆動機構 ６１１ 反射鏡 ６１２ 反射鏡 ６２１ 反射鏡 ６２２ 反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−260890（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153987（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−119890（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253830（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−210884（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】並設された複数のカメラによって対象物を
   異なる方向から撮影して前記カメラのそれぞれの撮像面
   へ結像する立体カメラ装置において、 前記対象物からの物体光を前記カメラのレンズに導く１
   対の光反射手段と、 一方の光反射手段を仰角方向に、他方の光反射手段を方
   位角方向に駆動する駆動機構と、 前記物体光の前記撮像面への結像位置を調整するために
   前記駆動機構を制御する駆動機構制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする立体カメラ装置。
2. 【請求項２】並設された複数のカメラによって対象物を
   異なる方向から撮影して前記カメラのそれぞれの撮像面
   へ結像する立体カメラ装置において、 前記カメラの少なくとも一台のカメラの撮像面を、この
   撮像面上において垂直な方向または水平な方向のうち少
   なくとも一方の方向へ移動させる撮像面駆動手段を備
   え、 この撮像面駆動手段は、互いに平行に配置されたガイド
   プレートと、このガイドプレートの軸方向に沿って伸縮
   する移動用圧電素子と、この移動用圧電素子の前後に対
   称に配置された前記ガイドプレートに対し垂直方向に伸
   縮してガイドプレートをクランプする少なくとも２つの
   クランプ用圧電素子と、これらクランプ用圧電素子と前
   記ガイドプレートを圧着させる圧着手段とで構成されて
   いることを特徴とする立体カメラ装置。