JP3806198B2 - カメラ及びステレオカメラシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ及びステレオカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体画像作成に用いられる公知のカメラは基本的には通常のカメラと変わらず、対物レンズ系及び中間レンズ系を有する。前記対物レンズ系は、ターゲット被写体から発せられた光を受光し、前記中間光学（レンズ）系は、光ビームを後続のイメージング装置に対する適切な形状に成形する。上記イメージング装置は、ピクセル信号を生成するものであって、電子イメージング装置によって形成される。
【０００３】
公知のステレオカメラシステムは、２つ以上の異なる角度の画像を使用する。同時に２つ以上の異なる角度の画像を得るため、所要の画像数に依存して２つ以上のカメラを使用しなければならない。立体画像を撮像するとき、各カメラは、他方のカメラの各々と特別な輻輳（コンバーゼンスｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）角度を成す。以降の説明ではカメラの数が２つの場合が選ばれている。この場合、唯一の輻輳角度はターゲット被写体にフォーカシング（焦点合わせ）される２つのカメラの成す角度である。更に、輻輳角度は観測者の観測（視点）位置に関連する。例えばターゲット（対象物、物体）が動くと、２つのカメラは、輻輳角度を適切な領域内に納めなければならないという条件下で、動いているターゲットにフォーカシングされなければならない。このことは、次のような条件下で各カメラを相互に独立にモータによって動かし、回転させなければならないことを意味する。即ち、カメラ相互間の輻輳角度及び距離、並びにカメラとターゲット被写体との間の距離を適切な値に保持しなければならないという条件である。そうでないとディスプレイの際に立体効果が生じない。それ故、モータとそれぞれのコントロールシステムを有する大きな機械的システムが必要とされ、これによってカメラシステムは大型で、且つ、重量の大きいものになる。更に、輻輳角度を迅速に変化させるのは容易でない、それというのは、カメラとターゲットとの間の距離が変わるからである。
【０００４】
ＦＲ２６９９２９６には、２つの単一のカメラを使用した立体画像生成のためのカメラシステムが示されている。ここでは、カメラの距離及びその輻輳角度をターゲット被写体の距離に依存して自動的に変化させることができる。公知のシステムでは各カメラを、全体として、輻輳角度を変化させるため支持アーム上でモータによって動かし、回転させる。
【０００５】
更に下記の論文に示されているステレオカメラシステムでは、角度可変のプリズムがターゲット被写体と２つのカメラ各々との間の光路中に設けられている。
【０００６】
“Ａ Ｓｕｔｄｙ ｏｆ ａｎ Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｃｏｐｉｃ Ｃａｍｅｒａ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｒｉｓｍｓ”； Ｏｋｉｍｕｒａ （ｏｆ ＮＴＴ Ｈｕｍａｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）ｅｔ ａｌ， Ｄ−３６９，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １９９４ ＩＥＩＣＥ Ｓｐｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ），ｐａｇｅ ７−１０２。
【０００７】
角度可変プリズムは電気光学的励起偏向装置として構成されている。そのような装置は、例えば下記の論文に記載されている。
【０００８】
“Ａ Ｐｌａｎａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ−Ｐｒｉｓｍ Ｓｗｉｔｃｈ”，ｆｒｏｍ Ｉ. Ｐ．Ｋａｍｉｎｏｗ ｅｔ ａｌ．; ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ａｕｇｕｓｔ １９７５、及び“Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｆｌｅｃｉｏｎ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”，Ｊ．Ｐ．Ｓｈｅｒｉｄａｎ ｅｔ ａｌ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．４５， Ｎｏ １２， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９７４。
【０００９】
公知のカメラシステムは上述の欠点を有する。即ち、カメラとターゲットとの間の距離が変化するので、輻輳角度（輻輳＝ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ：両眼が一点を見るための、両眼視線の交角）を迅速に変化させるのが容易ではない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、カメラの扱い操作が一層容易になり、システムの複雑性が低減されるように構成された、偏向が可変であるカメラ及びそのようなカメラを用いたステレオカメラシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、回転可能な対物レンズ系と、中間レンズ系と、前記対物レンズ系と中間レンズ系との間に配置された可制御光偏向装置と、前記中間レンズ系からイメージを受け取り、イメージ信号を形成するイメージング装置と、前記イメージ信号に応答して輻輳角度信号を形成し、イメージングされた被写体に応答して前記可制御光偏向装置を制御する回路とを有しており、前記イメージ信号は前記カメラと被写体との間の相対位置に依存する、ことを特徴とするカメラによって解決される。有利な実施例は従属請求項に記載されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、回転可能な対物レンズ系と、中間レンズ系と、前記対物レンズ系と中間レンズ系との間に配置された可制御光偏向装置と、前記中間レンズ系からイメージを受け取ってイメージ信号を形成するイメージング装置と、前記イメージ信号に応答して輻輳角度信号を形成し、イメージングされる被写体に応答して前記可制御光偏向装置を制御する回路とを有しており、前記イメージ信号は前記カメラと被写体との間の相対的な位置に依存する、ことを特徴とするカメラに関する。
【００１３】
カメラのこのような可制御な光偏向装置は、入射光ビームの可制御偏向を可能にする任意の装置であってよい。これは例えば角度可変のプリズム、又は角度可変のプレートのような電気光学的装置であってよい。
【００１４】
このようなカメラの１つの利点は、使用者がカメラ全体を動かしたり又は回転させたりすることなく、可動のターゲット被写体を撮像できることである。
【００１５】
さらなる実施形態ではイメージング装置は、ピクセル信号生成のための電子的イメージング装置によって形成される。対物レンズ系は回転メカニズムによって回転可能である。回転可能な対物レンズ系と制御可能な光偏向装置の組合せの利点は、輻輳角度の非常に広い領域をカバーすることができ、しかもカメラ全体を回転させる必要がないことである。その代わりに、ただ対物レンズを回転させればよいのである。従って一層小型のモータを使用することができる。
【００１６】
回転メカニズム及び可制御光偏向装置の双方を１つの共通の輻輳角度信号（ＣＡＳ）を用いて制御することができる。
【００１７】
更に本発明は、次のようなカメラシステムに関する。すなわちターゲット被写体にフォーカシング可能である少なくとも２つの上述のカメラを使用し、可制御光偏向装置を有し、２つのカメラのそれぞれと被写体との間の輻輳角度が制御されるように構成されているカメラシステムに関する。
【００１８】
カメラシステムを所要の位置にセットするため、前記カメラのうちの少なくとも１つに、手動的又は自動的制御のための運動メカニズムを設けることができる。良好な立体画像印象のために前記２つのカメラ間の距離は次のような比が維持されるように制御される。即ち
Ｒ＝Ｄ／ｄがほぼ５０に維持されるように制御される。
【００１９】
但し、
Ｄ：カメラシステムとターゲット被写体との間の距離
ｄ：カメラシステムの前記２つのカメラ間の距離
更に各カメラに、カメラの光学系を制御するための焦点（フォーカス）制御器が設けられている構成が可能である。
【００２０】
更に回転メカニズム制御器及び光偏向装置の制御器は、１つの共通の輻輳角度信号によって制御され、上記輻輳角度信号は例えば、カメラと前記ターゲット被写体との間の距離を測定する従来のセンサから供給される。
【００２１】
有利には本発明によるステレオカメラシステムの全ての制御器が距離信号に依存して制御されるように構成されている。当該の距離信号は信号変換器によって輻輳角度信号に変換される。該輻輳角度信号は、角度可変プリズム制御器及び回転メカニズム制御器に対して使用される。
【００２２】
本発明のさらなる利点及び詳細を図を参照して有利な実施例に即して説明する。
【００２３】
【実施例】
図４は従来技術のステレオカメラシステムを示し、ここで２つのカメラ１，２は１つのターゲット被写体３にフォーカシングされているので、左のカメラの光軸ＬＡと右のカメラ２の光軸ＲＡとは輻輳角度４を成している。
【００２４】
２つのカメラ１、２を、それぞれの回転センタ５、６を中心として独立に回転させることができる。更に、カメラを例えば次のように動かすことができる。即ちカメラ相互間の距離ｄが変化されるように及び／又はカメラシステム全体が任意の方向（１つの座標に対して矢印Ｍで示されている）で動かされるようにである。図４から明らかであるように、各カメラはその光軸に関して、全体として動かされ、回転させられる。
【００２５】
図１には、本発明によるカメラの有利な実施例が示されている。ここで対物レンズ系７はターゲット被写体３からの入射光線Ｒを捕捉する。対物レンズ系７は回転メカニズム１１によって回転させられる。上記回転メカニズム１１は制御器１２によって制御される。対物レンズ系７からの光は、角度可変のプリズム８を通過する。ここで偏向角度が制御される。このような角度可変プリズムは技術水準上公知である。光は、中間バス（レンズ）系（これはビーム形成光学系として見なされる）を通過し、イメージング装置１０に入射する。イメージング装置１０は通常、電子的イメージング装置である。角度可変プリズム８の偏向角度は制御器１３によって輻輳角度信号（ＣＡＳ）に依存して制御される。
【００２６】
有利には上記信号ＣＡＳは検出手段２０によって求められる。前記検出手段は入力信号ＩＳを前記イメージング装置１０から受け取る。信号ＩＳは、カメラ１全体の方向に関連する被写体３の位置に対する尺度量を成す。前記信号ＩＳは回転メカニズム１１及びプリズム８に対する制御パラメータにも依存するので、信号ＣＡＳの閉ループ制御が実現される。
【００２７】
勿論、被写体３の相対位置を検出する他種の検出手段も可能である。そのような手段は電磁的、光学的及び／又は音響的光線検出を行い、前記光線に対する送信手段及び受信手段を有する。
【００２８】
偏向角度が制御可能な装置８を用いることによって、カメラ全体を回転させる必要がなくなる。その代わりに対物レンズ系７を回転しさえすればよく、それによって所要のモータ（図示せず）は比較的小型のサイズのものでよい。
【００２９】
実施例は角度可変プリズム８の使用に限定されず、光ビームの光偏向を制御することができるいずれの電子的及び／又は光学的可制御装置をも使用できる。
【００３０】
図２は図１に記載されたカメラを２つ使用したステレオカメラシステムの基本的構成を示す。
【００３１】
対物レンズ系７を有する左のカメラ１はターゲット被写体３から入射光線ＬＲを捕捉する。
【００３２】
右のカメラ２は左のカメラ１に対して対称であり、光線ＲＲを受光する。さらに対物レンズ系７、角度可変プリズム８、中間バス（レンズ）系９、及びイメージング装置１０も有する。
【００３３】
２つのカメラ１、２の手段は同じ機能を果たすので、それらには同じ参照番号が付与されている。
【００３４】
図３は、ステレオカメラシステムの実施例の更に詳細な様子を示す。先行の図における機能と同じ機能を有する手段は、同じ参照番号でマーキングされている。
【００３５】
２つのカメラ１、２は図１のカメラによって形成されており、それぞれのカメラは対物レンズ系７と、角度可変プリズム８と、中間レンズ系９と、イメージング装置１０とを有する。各カメラ１、２の対物レンズ系７の回転は、制御器１２と共にそれぞれの回転メカニズム１１によって制御される。角度可変プリズム８の偏向角度は、制御器１３によって制御される。
【００３６】
２つのカメラ１、２は相互に独立に、制御器１５によって制御されるそれぞれの運動メカニズム１４によって動かされる。
【００３７】
各カメラ１、２の焦点は、各カメラ１、２に対して設けられた焦点制御器１６によって制御される。２つの焦点制御器１６は、適切に測定されるカメラとターゲット被写体３との間の距離の距離信号ＤＳによって制御される。この距離信号ＤＳは、制御器１５によって運動メカニズム１４を制御するためにも使用される。信号変換器１７によって上記距離信号ＤＳは回転及び偏向角度制御器１２、１３にとって必要な輻輳角度信号ＣＡＳに変換される。
【００３８】
この信号ＤＳを例えば、図示されていない検出手段によって求めることができる。この検出手段は入力信号を前記イメージング装置１０から、カメラオペレータからの手動入力信号等によって得る。このような入力信号は、カメラ１全体の方向に関連する被写体３の位置に対する尺度量を成す。前記入力信号は、回転メカニズム１１及びプリズム８に対する制御パラメータにも依存するので、前記入力信号及び信号ＣＡＳの閉ループ制御が実現される。
【００３９】
当然、カメラシステム１、２と被写体３との距離を検出する他の検出手段も可能である。このような手段は焦点制御に対してよく知られており、電磁的、光学的及び／又は音響的光線検出を行い、前記光線に対する送信手段及び受信手段を有する。
【００４０】
本発明の方法によって、広い領域の輻輳角度及びターゲット被写体距離の可能な値に対して、中間光学系９、即ちカメラ全体を固定して維持することができる。角度可変プリズム８の偏向角度を制御する際には、カメラ１、２の対物レンズ光学系７を回転させるだけでよい。ステレオカメラシステムは２つのカメラを使用することに限定されるものではない。使用に応じて２つ以上のカメラを用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によって、扱い操作が一層容易になりシステムの複雑性が低減されるカメラ及びステレオカメラシステムが実現されるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるカメラの基本的実施例の概略図である。
【図２】 図１のカメラを使用したステレオカメラシステムの第１実施例の概略図である。
【図３】 ステレオカメラシステムの第２実施例の概略図である。
【図４】 従来のステレオカメラシステムの概略図である。
【符号の説明】
１ カメラ
２ カメラ
３ ターゲット被写体
４ 輻輳角度
５ 回転中心
６ 回転中心
７ 対物レンズ系
８ プリズム
９ 中間レンズ系
１０ イメージング装置
１１ 回転メカニズム
１２ 制御器
１３ 制御器
１４ 運動メカニズム
１５ 制御器
１６ 制御器
１７ 信号変換器

Claims (8)

1. カメラ（１，２）であって、
   回転可能な対物レンズ系（７）と、
   中間レンズ系（９）と、
   前記対物レンズ系（７）と中間レンズ系（９）の間に配置された可制御光偏向装置（８）と、
   前記中間レンズ系（９）からイメージを受け取り、イメージ信号（ＩＳ）を形成するイメージング装置（１０）と、
   前記イメージ信号（ＩＳ）に応答して輻輳角度信号（ＣＡＳ）を形成し、イメージングされた被写体に応答して前記可制御光偏向装置（８）を制御する回路とを有しており、前記イメージ信号は前記カメラ（１ , ２）とターゲット被写体（３）との相対的な位置に依存する、
   ことを特徴とするカメラ。
2. 前記可制御光偏向装置（８）は、角度可変プリズム又は角度可変プレートのような電気光学的装置である、請求項１記載のカメラ。
3. 前記回転可能なレンズ系を回転させる回転手段（１１）が設けられており、
   前記イメージ信号（ＩＳ）に応答する回路は、前記回転手段（１１）及び前記光偏向装置（８）を制御する手段（１２ , １３）を含んでいる、請求項１記載のカメラ。
4. ステレオカメラシステムであって、
   複数のカメラを有しており、
   前記各カメラ（１ , ２）はターゲット被写体（３）にフォーカシング可能であり、
   前記カメラのうちの２つのカメラと被写体の間の輻輳角度が制御され、
   前記各カメラは、
   回転可能な対物レンズ系（７）と、
   中間レンズ系（９）と、
   前記対物レンズ系と中間レンズ系の間に配置された可制御光偏向装置（８）と、
   前記中間レンズ系からイメージを受け取り、イメージ信号（ＩＳ）を形成するイメージング装置（１０）と、
   前記イメージ信号に応答して輻輳角度信号（ＣＡＳ）を形成し、イメージングされた被写体に応答して前記可制御光偏向装置を制御する回路とを有しており、前記イメージ信号は前記カメラと前記ターゲット被写体との相対的な位置に依存する、
   ことを特徴とするステレオカメラシステム。
5. 各カメラのそれぞれの回転可能な対物レンズ系を回転させるそれぞれの回転手段が設けられており、
   前記それぞれの回転手段及び前記それぞれの偏向装置は、共通の輻輳角度信号（ＣＡＳ）に応答して制御される、請求項４記載のステレオカメラシステム。
6. 前記カメラ（１, ２）のうちの少なくとも１つに、前記カメラを他方から独立して動かす運動メカニズム（１４）が設けられている、請求項４項記載のステレオカメラシステム。
7. 各カメラ（１, ２）に、カメラ（１, ２）の光学系を制御する焦点制御器（１６）が設けられている、請求項４から６までのいずれか１項記載のステレオカメラシステム。
8. システムのすべての制御器（１２, １３, １６）が距離信号（ＤＳ）に依存して制御される、請求項４から７までのいずれか１項記載のステレオカメラシステム。

Images