JPH03119890A - 立体視視覚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は観察現場等の立体視視覚情況を遠隔操作空間
内の観察者に呈示するための立体視視覚＠置に関するも
のである。

［従来の技術］ 深海や宇宙空間での作業のように、人間が直接現場に行
って作業するのが困難であったり、原子炉内の作業のよ
うに人間が行うのに危険が伴う情況がいろいろと考えら
れる。このような作業を実現する技術として、人間の行
けない現場（観察空間）に人間の上肢にかわって作業を
行うマニピュレータを送り込み、現場から離れた安全な
地点く操作空間）から人間が、それを操作する作業を行
うテレオペレーションが研究されて来ている。

この方法では、人間の指令に従って自由自在に運動でき
るマニピュレータのｌｌ構の開発とともに、遠隔地点の
観察空間の情況を人間に自然に見せる視覚情報、特に立
体視視覚情報のフィードバックが重要である。

従来この立体視視覚情報をフィードバックするために考
えられている立体視視覚装置は、一対のテレビカメラ等
を持つ撮像装置を観察空間に配置し、一方、右眼用デイ
スプレー及び左眼用デイスプレーを持つ画像呈示装置を
操作空間に配置し、右眼用テレビカメラで画像した画像
を右眼用デイスプレーを通して観察者の右眼に呈示し、
また、左眼用テレビカメラで撮像した画像を左眼用デイ
スプレーを通して左眼に呈示するものである。

ところで第４図に示すように、右眼用及び左眼用テレビ
カメラ１１１．１１２を使用した場合に、立体視画像が
［１できるのは両テレビカメラの視野が重なる線１２３
．１２４の内側である重複視野Ａ内にｌ１ｌＩＩｌ対象
物が位置する場合に限られる。

このことから広範囲の観察を可能とするために重複視野
を広げることが望まれる。

［発明が解決しようとする課題］ この重複視野を広げるためには、広角レンズを使用する
ことも考えられるが、必ずしも重複視野を十分に広げる
ことができない。このことから、両テレビカメラ１１１
．１１２を符号１１１′１１２′で示すように斜めに設
置し線１２３′１２４′の内側である重複視野を広げる
ことも行なわれている。

しかしながら、斜めに設置したテレビカメラによる画像
を観察者に呈示した場合は、観察者は中心線に平行に配
設したテレビカメラによる撮像を観察した場合に較べて
距離感が正確に把握できないことが実験の結果用らかに
なっている。このようなことから、テレビカメラを中心
線に平行に配置したままで、重複視野を広げることがで
きる技術の開発が望まれている。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、一対の撮像装置を中心線に平行に配置したままで、
両線像装置のΦ複視野を広げることができ、従って広範
囲にわたって、立体視視覚情報を観察者に呈示すること
ができる立体視視覚装置を提供することを目的とするも
のである。

［ｖＲ題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の立体視視覚装置は、第
１の中心線に対して線対称に配置された一対の撮像光学
系を有する撮像装置と第２の中心線に対して線対称に配
置された一対の画像呈示光学系を有し前記撮像装置のＲ
像に基づく画像を呈示する画像呈示装置とを有し、前記
ＩＩＩ像光学系は光学素子と撮像面を有しかつ前記撮像
面は前記第１の中心線に直角な方向に変位可能であり、
前記画像呈示光学系は画像呈示素子と光学素子とを有し
かつ前記画像呈示素子は出射光の位置を前記第２の中心
線に直角な方向に変位可能であることを特徴としている
。

［作用］ 外界の情況すなわち対象物は撮像￥ｆｉ！￥の一対の撮
像光学系によって撮像される。一対の撮像光学系のうち
一方のｗａ像光学系の画像は一方の画像呈示光学系によ
って観察者の右眼に呈示され、他方のＩｌｌ＊ｌｌ系の
画像は他方の画像呈示光学系によ観察することができる
。

一対の撮像光学系の視野を広げる場合には撮像光学系の
撮像面を中心線に直角な方向に変位させる。このとき、
画像呈示光学系の出射光の位置を画像呈示素子も中心線
に直角な方向に変位させる。

これによって、撮像光学系における対象物からの入射光
の方向と、観察者の眼球における画像呈示光学系からの
入射光の方向とが一致し、観察者は撮像光学系がｍ像し
た画像と均等の画像を観察することができる。

【実施例１ 第１図において、１は立体視視覚装置であり、立体視視
覚装置１は撮像装置２と画像呈示装置３とを有している
。

ＩＩ像装置２は現場である観察空間４にあって例えばマ
ニピュレータやロボットに取付けられていて、観察空間
４の対象物５を撮像するものである。

画像呈示装置３は観察空間４とは遠隔している操作空間
６にあって、撮像装置２で撮像した対象物５の画像に基
づく画像、プなわら、未処理の画像または画像処理した
画像をｖＡ察看者７呈示するものである。

撮像装置２は第２図に示すように、一対の撮像光学系、
すなわち左眼用撮像光学系１１と右眼用Ｖａ＠光学系１
２とを有している。それぞれの撮像光学系１１．１２は
中心線１３に関して線対称にかつほぼ観察者の眼距１１
［Ｗｎだけ隔てて配置されており、かつ、それぞれ光学
索子１４及び画像素子１５とを光の入射方向に配置して
備えている。

この実施例では光学素子１４としてレンズを使用し、ま
た撮像素子１５としてＣＯＤを使用している。

両線像光学系１１．１２の撮像索子１４は中心線１３に
直角な方向に変位可能である。一方、画像呈示装置３は
一対の画像呈示光学系、すなわち左眼用画像呈示光学系
１６及び右眼用画像呈示光学系１７とを有している。

それぞれの画像呈示光学系１６．１７は中心線１８に関
して線対称にかつほぼ観察者の眼間距岨Ｗｎだけ隔てて
配置されており、かつそれぞれ画像呈示素子２１及び光
学素子２２を光の出射方向に配置して協えている。

この実施例では画像素子２１としてＣＲＴを使用し、光
学素子２２としてレンズを使用している。

両画像呈示光学系１６．１７の画像呈示素子２１は中心
線１８に直角な方向に変位可能である。

中心線１３と中心線１８とは平行である必要はない。

左眼用画像呈示光学系１６は左眼用撮像光学系１１がｍ
像した画像に基づく画像を？示し、右眼用画像呈示光学
系１７は右眼用撮像光学系１２が搬像した画像に基づく
画像とを呈示するように回路が構成されている。

このように構成された立体視視覚装置１における観察空
間４の観察は次のようになされる。

対象物５ａが撮像装置２の両組像光学系１１゜１２の視
野内にあるとき、すなわち線２３．２４の内側に対象物
５ａがあるとき、対象物５ａは両線像光学系１１．１２
で撮像される。このとき対象物５ａからの光は光学系１
４を通して撮ＷＩ素子１５の撮像面上に画像２５ａ、２
５ｂが結像する。

左眼用撮像光学系１１で撮像された画像はそのまま、ま
たは画像処理されて左眼用画像呈示光学系１６の画像呈
示素子２１に伝達され、また、右眼用撮像光学系１２で
撮像された画像はそのまま、または画像処理されて右眼
用画像呈示光学系１７の画像？水素子２１に伝達され、
それぞれ映し出される。

それぞれの画像呈示素子２１に呈示された画像２６ａ、
２６ｂからの光は光学索子２２を通して観察者７の眼球
２７ａ、２７ｂの網膜上に画像２８ａ、２８ｂとして結
像する。観察者は画像２８ａ、２８ｂを脳活動によって
合成して対象物５ａの立体視の画像を観察することがで
きる。

実際は、人間の眼球は対象物体を網膜の中心窩に捉える
ように輻幀運動を起こし、その輻幀角情報から距離感覚
をうるわけであるが、ここでは説明のため眼球運動を明
示していない。しかし、眼球運動が生じる場合でも、本
装置の効果は全く変らない。

次に対象物５ｂは線２３．２４の内側の視野内に存在し
ないので、両躍像光学系１１．１２で画像することがで
きない。

そこで、まず、対象物５ｂを両ＷｆＩ像光学系１１゜１
２の視野内に入れる操作が必要である。この場合には、
両組像光学系１１．１２の両Ｉａ＠素了１５を互いに離
れる方向に中心線１３に直角な方向に変位させて位置１
５′に位置させる。この場合には位置１５′における両
線像素子１５の視野の重複部分は線３１．３２の内側と
なり、両線像素子１５の視野の重複部分は広がり、対象
物５ｂをこの視野の重複部分に入れることができ、両派
像素子１５で搬像できることとなり、従って画像呈示装
置３の左眼用及び右眼用の両画像呈示光学系１６．１７
で対象物５ｂの画像を呈示することができる。

但し、このとき、両画像呈示光学系１６．１７の両画像
呈示素子２１を互いに近づく方向に中心線１８に直角な
方向に変位させて位置２１′に位置させる。これによっ
て対象物５ｂの画像は観察者７の網膜上に画像３１ａ、
３１ｂとして結像し撮像光学系における対象物５ｂから
の入射光の方向と観察者の眼球２７ａ、２７ｂにおける
画像呈示光学系１６．１７からの入射の方向が一致し、
これによって、ｗＡ察者は撮像光学系が撮像した画像を
撮像した方向から観察することができる。

学素子２２に達する。第３図に示す実施例では左眼用及
び右眼用の両画像呈示光学系の合計２枚の平面１１１３
３を連結して一体としたものが示されている。

このような構成においては平面鏡３３を中心線１８に平
行に移動させることによって光路を中心線１８に直角な
方向に変位させることができる。

［他の実施例］ 第３図はこの発明の他の実施例を示している。

この第３図に示す他の実施例は画像呈示光学系１６．１
７からの光路を変位させる場合に、画像呈示素子２１の
位置は固定にしたまま光路だけを変位させるための構造
を示したものである。

すなわち、画像を呈示装置３において、画像呈示素子２
１と光学素子２２とは相対変位不可に配置し、画像呈示
素子２１から光学素子２２までの光路中に平行２枚ｔＡ
３２．３３を配置したものである。画像呈示素子素子２
１から入射した光は平面１３２で反射し、更に平面鏡３
３で反射して光［発明の効果］ このように、この発明では、両１ｌｉｉ像装置を互いに
斜めに配置することなしに、互いに平行にしたまま１Ｉ
ｉｉ像装置の視野を広げることができる。従って、観察
者は遠近いずれの場所における対象物についても距離感
を正確に把握し得る立体視画像を観察することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は立体視視覚装置を示す構成説明図、第２図はＩ
Ｉ像装置及び画像呈示装置を示す構成説明図、第３図は
他の実施例に係わる画像呈示装置を示す構成説明図、及
び第４図は従来の撮像装置及び画像呈示装置を示す構成
説明図である。 １・・・立体視視覚装置、　　２・・・撮像装置、３・
・・画像呈示装置、　　４・・・観察空間、５・・・対
象物（５ａ、５ｂ）、　　６・・・操作空間、７・・・
観察者、　　１１・・・左眼用Ｖａ像光学系、１２・・
・右眼用層像光学系、　　１３・・・中心線、１４・・
・光学素子、　　１５・・・撮像素子、１５′・・・位
置、　　１６・・・左眼用画像呈示光学系、１７・・・
右眼用画像呈示光学系、　　１８・・・中心線、２１・
・・画像呈示素子、　　２１′・・・位置、２２・・・
光学素子、　　２３・・・線、　　２４・・・線、２５
−・・画像（２５ａ、２５ｂ）、 ２６ａ、２６ｂ−・・画像、　２７ａ、２７ｂ−・・眼
球、２８ａ、２８ｂ・・・画像、　３１ａ、３１ｂ−・
・画像第３図 ８ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の中心線に対して線対称に配置された一対の撮像光
   学系を有する撮像装置と第２の中心線に対して線対称に
   配置された一対の画像呈示光学系を有し前記撮像装置の
   撮像に基づく画像を呈示する画像呈示装置とを有し、前
   記撮像光学系は光学素子と撮像面を有しかつ前記撮像面
   は前記第１の中心線に直角な方向に変位可能であり、前
   記画像呈示光学系は画像呈示素子と光学素子とを有しか
   つ前記画像呈示素子は出射光の位置を前記第２の中心線
   に直角な方向に変位可能であることを特徴とする立体視
   視覚装置