JPH08111874A

JPH08111874A - ３次元カメラ

Info

Publication number: JPH08111874A
Application number: JP6247463A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ishibashi; 賢司石橋; Yasumasa Sugihara; 康正杉原; Yasushi Tanijiri; 靖谷尻
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】左右のカメラで視差を有する左右像を撮影す
る３次元カメラにおいて、輻輳設定とピント設定を連動
させて、鮮鋭で自然な立体像を再現する左右像撮影を可
能にする。【構成】左右撮影レンズ１０２L、１０２Rの相互間隔
を変化させて輻輳設定を行い、左右カメラ１０１L、１
０１Rそれぞれの撮影レンズ１０２L、１０２Rと受光の
ためのＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rの距離を変化さ
せてピント設定を行うとともに、左右カメラを設置する
台板１３１に所定形状のカム溝１１０L、１１０Rを形成
し、これに係合するピン１０９L、１０９Rを左右カメラ
に設けて、撮影レンズ相互間距離の変化と撮影レンズと
ＣＣＤセンサー間の距離変化を連動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は左右１対のカメラにより
立体映像を撮影する３次元カメラに関するものであり、
より詳しくは３次元カメラの輻輳設定とピント調節に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より左右２台のカメラで被写体を撮
影し視差のある左右像を供する３次元カメラが知られて
いる。これらの３次元カメラでは、被写体を左右両方の
カメラで捉えるために左右光軸の交点上に被写体が位置
するように輻輳調節を行うとともに、鮮明な撮影を行う
ために左右カメラのピント調節を行う必要がある。

【０００３】たとえば、特開昭62-122493号では、２台
のカメラを被写体に対して輻輳設定し、設定した輻輳か
らそれぞれのカメラの焦点位置を計算して焦点調節を行
う技術が開示されている。また、特公昭62-20734号で
は、被写体に対して焦点調節を行い、設定した焦点位置
に応じて輻輳を設定する技術が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、輻輳から焦点
位置を計算する方法では複雑な計算が必要であり、焦点
位置に基づいて輻輳を設定する方法では焦点調節におけ
る誤差が輻輳設定に反映されて輻輳にも誤差が生じると
いう問題点がある。また、上述のいずれの技術において
も輻輳設定と焦点調節とは独立に制御されており、構成
が複雑であった。

【０００５】本発明の目的は、簡単な構成で、精度よく
３次元カメラの輻輳設定とピント設定を行うことにあ
る。

【０００６】

【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、撮影対象からの光を結像光学系によっ
て撮像素子に結像させるカメラを左右１対有する３次元
カメラにおいて、左右結像光学系の相互間隔を変化させ
ることで輻輳設定を行い、左右の結像光学系と撮像素子
の距離を変化させることでピント設定を行うとともに、
左右結像光学系と撮像素子の距離変化を左右結像光学系
の相互間隔の変化に連動させることにより、輻輳設定と
ピント設定を連動させる構成とする。

【０００７】また、左右結像光学系の相互間隔を変化さ
せて、左右の撮像素子に結像する撮影対象領域を変える
左右１対の輻輳設定手段と、撮像素子に結像する像が鮮
鋭になるように左右それぞれの結像光学系と撮像素子の
距離を変化させる左右１対のピント設定手段と、左右そ
れぞれの輻輳設定手段とピント設定手段を連動させて、
輻輳設定とピント設定を連動させる左右１対の連動手段
と、輻輳設定手段とピント設定手段に駆動力を与える駆
動手段と、撮像素子に結像する左右像に基づいて撮影対
象までの距離を検出し、検出した距離に応じて駆動手段
を制御する制御手段とを有する構成とする。

【０００８】さらに、上記構成において、左右輻輳設定
手段による左右結像光学系の相互間隔の変化、および左
右ピント設定手段による結像光学系と撮像素子の距離の
変化を左右対称に行う。

【０００９】

【作用】撮影対象からの光を結像光学系によって撮像素
子に結像させるカメラを左右１対有する３次元カメラに
おいて、左右結像光学系の相互間隔を変化させることで
輻輳設定を行い、左右の結像光学系と撮像素子の距離を
変化させることでピント設定を行うとともに、左右結像
光学系と撮像素子の距離変化を左右結像光学系の相互間
隔の変化に連動させることにより、輻輳設定とピント設
定を連動させた構成では、左右のカメラに対して輻輳の
設定とピントの設定がなされ、しかも輻輳とピントとに
矛盾が生じないように設定される。

【００１０】また、左右結像光学系の相互間隔を変化さ
せて、左右の撮像素子に結像する撮影対象領域を変える
左右１対の輻輳設定手段と、撮像素子に結像する像が鮮
鋭になるように左右それぞれの結像光学系と撮像素子の
距離を変化させる左右１対のピント設定手段と、左右そ
れぞれの輻輳設定手段とピント設定手段を連動させて、
輻輳設定とピント設定を連動させる左右１対の連動手段
と、輻輳設定手段とピント設定手段に駆動力を与える駆
動手段と、撮像素子に結像する左右像に基づいて撮影対
象までの距離を検出し、検出した距離に応じて駆動手段
を制御する制御手段とを有する構成の３次元カメラで
は、左右のカメラは輻輳とピントが矛盾なく設定され、
しかも、観察対象までの距離に応じて自動的に設定が変
更される。

【００１１】さらに、上記構成において、左右輻輳設定
手段による左右結像光学系の相互間隔の変化、および左
右ピント設定手段による結像光学系と撮像素子の距離の
変化を左右対称に行うことにより、主たる撮影対象を常
に左右撮像素子それぞれの中央に撮影することができ
る。

【００１２】

【実施例】図２３に３次元カメラとＨＭＤ（ヘッドマウ
ンテッドディスプレイ）を組み合わせて成る立体視シス
テムの概要を示す。３次元カメラ１は左右２つのカメラ
を有し、被写体Ｏの近傍に設置される。ＨＭＤ２は左右
の眼にそれぞれ虚像を投影する左右の虚像投影装置を内
蔵しており、３次元カメラ１の左カメラで捉えた被写体
像を左眼に、右カメラで捉えた被写体像を右眼にそれぞ
れ虚像投影することにより、ＨＭＤ２を装着した観察者
に立体映像ＳＶを提供する。ＨＭＤ２は３次元カメラ１
の近くに配置する必要はなく、ＨＭＤ装着者は撮影現場
から離れた場所で像観察を行うことができる。３はコン
トローラで、３次元カメラ１とＨＭＤ２を制御する。コ
ントローラ３はＨＭＤ装着者が操作できるようにＨＭＤ
の近くに配置される。

【００１３】３次元カメラ１で観察対象物の左右像を捉
えてこれらの左右像をＨＭＤ２で表示して自然な立体感
を有する立体像を再現するためには、次のような人間の
視覚の特徴を３次元カメラ１およびＨＭＤ２に備える必
要がある。

【００１４】すなわち、人間の視覚は、左右の眼の間隔
とそれぞれの眼球の水晶体の屈折力調節によって遠近感
と立体感を認識する。左右の眼が離れているため対象物
を観察する際に左右の網膜に結像する像にはいわゆる視
差が生じる。この視差により物体の相対的な遠近感が知
覚される。また、対象物観察に際し両眼の視軸は対象物
を向き、いわゆる輻輳が設定される。両視軸のなす角す
なわち輻輳角は対象物が近いほど大きく遠いほど小さく
なり、無限遠では両視軸は平行になる。

【００１５】また、対象物を網膜上に鮮明に結像させる
ために、対象物までの距離に応じて水晶体の屈折力を変
化させてピント調節すなわち視度調節がなされる。視度
調節に要する眼の緊張は、対象物が近距離にあるほど大
きく遠距離にあるほど小さい。この緊張度から対象物ま
での距離がある程度認識される。

【００１６】左右像の撮影を行う３次元カメラは、対象
物に対して正しく輻輳設定でき、かつ、像を鮮明に撮影
するために正しくピント設定されなければならない。３
次元カメラの輻輳設定について図２４を参照して説明す
る。図２４においてＡ１、Ｂ１、Ｃ１は、３次元カメラ
の左カメラ１０１L、右カメラ１０１Rの輻輳が一定で、
３次元カメラから観察対象物Ｏまでの距離が異なった状
態を示している。各状態における左カメラ１０１Lと右
カメラ１０１Rが捉えた像はそれぞれＡ２、Ｂ２、Ｃ２
に示したようになる。

【００１７】左右カメラ１０１L、１０１Rの光軸が対象
物Ｏ上で交差し輻輳が適切に設定されたＢ１の状態で
は、左右像はＢ２に示すように左右の画枠ＦL、ＦRそれ
ぞれの中央に位置する。立体視に際してこれらの左右像
が融像するように観察したとき、Ｂ３のように左右の画
枠ＦL、ＦRも一致する。したがって、画枠内の背景を含
めて左右で一致した像が得られ、自然な立体感が再現さ
れることになる。

【００１８】これに対し、輻輳が大きすぎるＡ１の状態
では、Ａ２に示すように左右像はそれぞれ左右の画枠Ｆ
L、ＦRの中央よりも外側に撮影される。逆に、輻輳が小
さすぎるＣ１の状態で撮影すると、左右像はＣ２のよう
に画枠中央よりも内側に位置することになる。Ａ２やＣ
２の左右像を立体融像させると、Ａ３やＣ３に示したよ
うに左右の画枠ＦL、ＦRに不一致が生じる。左右画枠の
不一致は観察者に違和感をもたらすが、輻輳のずれが大
きくなるにつれて違和感も増大し、ついには像を立体視
することができなくなる。一方、輻輳設定が適切でない
とき画枠ＦL、ＦRを一致させて観察すると、Ａ２やＣ２
から明らかなように対象物の像が左右で一致せず、やは
り立体視することは困難である。

【００１９】このように、自然な立体像の観察が可能な
左右像を撮影するためには、３次元カメラの輻輳は観察
対象物までの距離（以下被写体距離という）に応じて適
切に設定される必要がある。左右カメラの間隔が一定で
ある場合、輻輳は被写体距離に応じて一義的に定まる。
また、輻輳設定に対応してピント設定も一義的に定ま
る。

【００２０】３次元カメラの輻輳とピントを適切に設定
して撮影した左右像を、ＨＭＤによって自然な立体像と
して観察するためには、ＨＭＤも輻輳と視度設定を適切
に行う必要がある。

【００２１】ＨＭＤ２は虚像投影装置として表示装置と
凸レンズからなる接眼レンズをそれぞれ左右１対備えて
おり、表示装置に表示された像を接眼レンズを介して観
察者の眼に導く。図２１に表示装置の映像を接眼レンズ
を介して観察する状態を模式的に示す。表示装置２０２
が接眼レンズ２０３とその前側焦点位置の中間に位置す
るように接眼レンズ２０３を設定すると、図２１に示し
たように、表示装置２０２の映像光は表示装置２０２よ
りも遠方の面ＰＶから発せられたように知覚され、面Ｐ
Ｖ上に虚像が得られる。この虚像面ＰＶの位置は、接眼
レンズ２０３を固定しておき表示装置２０２を前後に移
動させること、または、表示装置２０２を固定しておき
接眼レンズ２０３を前後に移動させることにより前後に
移動する。観察者の眼Ｅは虚像面ＰＶまでの距離に応じ
てピントが合うように視度調節される。

【００２２】図２２に左右の表示装置２０２L、２０２R
の像を両眼ＥL、ＥRで観察している状態を示す。左眼用
表示装置２０２L、接眼レンズ２０３Lと、右眼用表示装
置２０２R、接眼レンズ２０３Lをそれぞれ内側に傾ける
ことにより、図中ＯＰで示す位置に像が存在するように
知覚される。図中βが輻輳角である。この輻輳角が撮影
時の３次元カメラの輻輳角と一致していないと被写体距
離が正しく再現されず、自然な立体感は得られない。

【００２３】例えば、図２５の状況を考える。図中Ａは
３次元カメラにより第１の観察対象物Ｏ１を撮影してい
る状態を表しており、対象物Ｏ１よりも遠方に第２の対
象物Ｏ２が存在する。左カメラ１０１Lと右カメラ１０
１Rの光軸は実線で示したように第１の対象物Ｏ１上で
輻輳角θで交差している。こうして撮影した左右像を輻
輳を無限距離に設定したＨＭＤで像観察する状態をＢに
示す。第１の対象物Ｏ１の左右像は、図２４のＢ２と同
様にそれぞれ左右表示装置の中央に位置し、ＨＭＤの左
右の光軸２０６L、２０６Rは平行になっている。このと
き第２の対象物Ｏ２の左右像は光軸２０６L、２０６Rよ
り外側に表示される。この状態で対象物Ｏ２の像を立体
視するためには、左右の眼球ＥL、ＥRの視軸ＥＸL、Ｅ
ＸRはそれぞれ外側を向かなければならない。通常の人
間にとって両眼の視軸を同時に外側に向けるということ
は極めて困難であり、観察者は像を立体視することはで
きない。

【００２４】撮影時の３次元カメラと同じく輻輳角をθ
に設定したＨＭＤで観察する状態をＣに示す。この場
合、第２の対象物Ｏ２の左右像に対する観察者の左右の
視軸ＥＸL、ＥＸRは内側を向き、輻輳が適切に再現され
て、第１の対象物Ｏ１とともに第２の対象物Ｏ２が立体
像ＳＶとして正しく観察される。この状態では、被写体
距離が正しく再現され、自然な遠近感が得られる。

【００２５】このように、ＨＭＤは３次元カメラの輻輳
と一致して輻輳設定する必要がある。この輻輳設定に加
えて、前記虚像面ＰＶまでの距離を眼から左右視軸の交
点までの距離に一致するように設定し、左右の虚像を視
軸の交点に位置させると、より自然な立体像を再現する
ことができる。以下眼から虚像面までの距離の設定をＨ
ＭＤの視度設定というが、これは、次に述べる近視、遠
視を補正するための視度の調節とは異なるものである。

【００２６】人間の眼は通常、至近距離から無限遠まで
の観察対象物を鮮明に観察することができるが、近視や
遠視においては水晶体の屈折力調節機能が低下し、遠距
離または近距離の対象物に対してピント調節ができなく
なっている。ＨＭＤにおけるその補正の方法を図２６を
参照して説明する。図中Ａは正視眼の結像の様子を示し
た例であり、表示装置２０２は接眼レンズ２０３の前側
焦点位置にある。映像光は接眼レンズ２０３を透過して
平行光となり、無限遠からの光としてし眼Ｅに入射す
る。正視眼ではこの平行光に対して屈折力調節が適切に
なされ、網膜上に結像する。

【００２７】表示装置２０２と接眼レンズ２０３をこれ
と同じ状態に設定したときの近視眼での像観察の状態を
Ｂに示す。近視眼では平行光あるいは平行に近い光に対
して屈折力調節ができず、映像光は網膜の前方で交差す
る。このため網膜上に鮮明な像を結ばない。この場合、
Ｃに示したように、接眼レンズ２０３を眼から少し遠ざ
けると映像光は網膜上で交差する。この補正により鮮明
な像観察が可能になる。遠視の場合は逆に、映像光は網
膜の後方で交差するため、接眼レンズを眼に近づけるこ
とで映像光が網膜上で交差するように補正する。

【００２８】この補正に必要な接眼レンズ２０３の移動
距離ΔＭＤは近視、遠視の度合いによって異なり、同じ
観察者であっても左右の眼に差がある。このため、ＨＭ
Ｄは左右独立に視度補正ができることが望ましい。接眼
レンズ２０３の位置を不変とし表示装置２０２を前また
は後に移動させることで視度補正することもできる。

【００２９】図２３に示した本実施例の立体視システム
においては、３次元カメラ１とＨＭＤ２は上記のような
人間の視覚の特徴を考慮して構成されており、３次元カ
メラ１は輻輳とピントの設定が可変であり、ＨＭＤ２も
輻輳と視度の設定が可変であるとともに視度補正を行う
ことができる。さらに、ＨＭＤ２を装着した観察者の頭
部の動きをＨＭＤ２で検出し、３次元カメラ１の方位を
ＨＭＤ２の方位に追随して設定して観察者が注目しよう
としている観察対象物を撮影する。また、３次元カメラ
１で捉えた左右像に基づいて被写体距離を検出し、その
被写体距離に応じて、３次元カメラ１の輻輳とピントの
設定およびＨＭＤ２の輻輳と視度の設定を行う。

【００３０】このように、本実施例の立体視システム
は、撮影のための３次元カメラと表示のためのＨＭＤの
動作を連動させることにより、観察者が希望する被写体
をリアルタイムで捉え、しかも鮮明で臨場感ある立体映
像を提供するものである。

【００３１】図１〜図８を参照して３次元カメラについ
て説明する。図１に示すように、台板１３１上に２台の
カメラ１０１L、１０１Rが設置されている。左カメラ１
０１Lは撮影レンズ１０２L、ＣＣＤ（チャージカプルド
デバイス）センサー１０３L、鏡筒１０４L、およびレン
ズ保持鏡筒１０５Lを有する。ＣＣＤセンサー１０３Lは
撮影レンズ１０２Lを透過た光を受けて電気信号に変換
するもので、撮影レンズ１０２Lの光軸１０６Lに対し垂
直で、その中心を光軸１０６Lが通るように設置されて
いる。ＣＣＤセンサー１０３Lは鏡筒１０４Lに固定保持
されており、撮影レンズ１０２Lはレンズ保持鏡筒１０
５Lに固定保持されている。

【００３２】レンズ保持鏡筒１０５Lは撮影レンズ１０
２Lの光軸１０６Lに沿って移動可能なように鏡筒１０４
Lに装入されており、至近距離から無限遠までの被写体
に対してピント設定可能になっている。図１は無限遠被
写体に対してピントを合わせた状態を示しており、ＣＣ
Ｄセンサー１０３Lから撮影レンズ１０２Lまでの距離Ｌ
₀はレンズ保持鏡筒１０５Lの移動可能範囲内でほぼ最短
になっている。

【００３３】ＣＣＤセンサー１０３Lの受光面中央の下
方に位置する鏡筒１０４L外面にはピン１０７Lが設けら
れており、台板１３１にはピン１０７Lの径よりも僅か
に大径の孔１０８Lが形成されている。鏡筒１０４Lはピ
ン１０７Lを孔１０８Lに挿入して台板１３１に保持さ
れ、かつピン１０７Lを軸として回転可能に配設されて
いる。レンズ保持鏡筒１０５Lの外面下方にもピン１０
９Lが設けられており、ピン１０９Lは台板１３１に形成
されたカム溝１１０Lに係合している。左カメラ１０１L
の回転に応じてピン１０９Lはカム溝１１０Lに沿って移
動し、レンズ保持鏡筒１０５Lは光軸１０６Lに沿って移
動する。したがって、カメラ１０１Lの回転に応じて撮
影レンズ１０２Lの繰り出し量も変化する。

【００３４】右カメラ１０１Rも左カメラ１０１Lと同様
に、撮影レンズ１０２R、ＣＣＤセンサー１０３R、鏡筒
１０４R、レンズ保持鏡筒１０５R、鏡筒１０４Rに設け
られたピン１０７Rおよびレンズ保持鏡筒１０５Rに設け
られたピン１０９Rを有しており、台板１３１には孔１
０８Rとカム溝１１０Rが形成されている。右カメラ１０
１Rはピン１０７Rとピン１０９Rがそれぞれ孔１０８Rと
カム溝１１０Rと係合しており、ピン１０７Rを軸として
台板１３１に対して回転する。３次元カメラ１は、ピン
１０７Lとピン１０７Rとの距離、すなわち左右ＣＣＤセ
ンサー１０３L、１０３Rの受光面の中心間距離が基線長
となる。左右のカメラ１０１L、１０１Rの光軸１０６
L、１０６Rは図１においては平行であるが、被写体距離
が短くなるとそれに応じて、左右のカメラ１０１L、１
０１Rはそれぞれ内側に向かって回転し、光軸１０６L、
１０６Rは交差する。

【００３５】近距離に位置する被写体を撮影する際の左
右カメラ１０１L、１０１Rの状態を図２に示す。左右の
カメラ１０１L、１０１Rは光軸１０６L、１０６Rの交点
上に被写体が位置するように内側を向いている。左右の
光軸１０６L、１０６Rがなす角が３次元カメラ１の輻輳
角となる。

【００３６】左右カメラ１０１L、１０１Rのピン１０９
L、１０９Rはカム溝１１０L、１１０Rと係合しているた
めレンズ保持鏡筒１０５L、１０５Rはカメラ１０１L、
１０１Rの向きに応じた位置に設定される。無限遠被写
体に対するＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rと撮影レン
ズ１０２L、１０２Rとの距離はＬ₀であったが、近距離
被写体ではレンズ１０２L、１０２Rが繰り出され、セン
サー１０３L、１０３Rとレンズ１０２L、１０２Rの距離
はＬ₁になる。すなわちピント位置にＬ₁−Ｌ₀の差が生
じる。本３次元カメラ１においては、被写体距離に応じ
て常時適切なピント合わせがなされるように、カム溝１
１０L、１１０Rは左右カメラ１０１L、１０１Rの回転角
度と撮影レンズ１０２L、１０２Rの繰り出し量を考慮し
て形成されている。

【００３７】回転軸となるピン１０７L、１０７Rは前述
のようにＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rの受光面中央
の下方に設けられているので、左右センサー１０３L、
１０３Rの中心間距離、すなわち基線長は常時一定であ
り、無限遠被写体撮影時も近距離被写体撮影時も変化し
ない。

【００３８】左右カメラ１０１L、１０１Rの輻輳設定機
構を図３に示す。この図において左右カメラ１０１L、
１０１Rは図１同様に無限遠被写体を撮影している状態
である。左カメラ１０１Lのピン１０７Lには一部に歯を
有するギア１１１Lが固定装着されており、右カメラ１
０１Rのピン１０７Rにも一部に歯を有するギア１１１R
が固定装着されている。ギア１１１Lとギア１１１Rは噛
み合っており、ギア１１１Lの回転により左カメラ１０
１Lはピン１０７Lを中心として回転し、右カメラ１０１
Rはピン１０７Rを中心として左カメラ１０１Lと逆方向
に同じ角度回転する。ギア１１１Lは後述する図外のス
テップモータ１３２に連結されたギア１３３とも噛み合
っている。ステップモータ１３２の回転はギア１３３、
１１１Lを介して左カメラ１０１Lに、さらにギア１１１
Rを介して右カメラ１０１Rに伝えられ、左右カメラ１０
１L、１０１Rは同時に反対方向に同じ角度回転する。

【００３９】ギア１１１Lと台板１３１との間には付勢
バネ１１２Lが設けられており、ギア１１１Lを反時計回
り方向に付勢する。ギア１１１Rと台板１３１との間に
も付勢バネ１１２Rが設けられていて、ギア１１１Rは時
計回り方向に付勢される。付勢バネ１１２L、１１２Rに
よってギア１１１L、１１１R間のガタは一方向に寄せら
れるため、回転方向にかかわらず左右カメラ１０１L、
１０１Rの方向設定に誤差は生じない。

【００４０】台板１３１には電気スイッチ１３４が備え
られ、ギア１１１Lに設けられた偏心ピン１３５との接
離によって開閉する。スイッチ１３４は左カメラ１０１
Lが無限遠距離の被写体を撮影する方向を向いた時に閉
じ、それ以外の時には開いた状態となるものである。そ
の開閉位置の調節は、スイッチ１３４の両端子が開いた
状態で左右カメラ１０１L、１０１Rを光軸１０６L、１
０６Rが平行になるように設定しておき、偏心ピン１３
５に押されたスイッチ１３４の一端子が他端子に接触す
るように偏心ピン１３５を回転させることで厳密になさ
れる。このスイッチ１３４の閉成信号は、左右カメラ１
０１L、１０１Rの回転の基準位置を示す信号として利用
される。

【００４１】また、ギア１１１Lの回転範囲を規制する
ために、ギア１１１Lには切欠部１３６が形成されてお
り、台板１３１上面には切欠部１３６に対応する位置に
ピン１３７が設けられている。これにより、誤って輻輳
が設定され左右カメラ１０１L、１０１Rが接触して損傷
するという不都合が防止される。

【００４２】近距離被写体に対して輻輳設定がなされて
いる状態を図４に示す。光軸１０６L、１０６Rの延長線
上の交点に被写体が存在するように、左右のカメラ１０
１L、１０１Rがステップモータ１３２によってギア１３
３、１１１L、１１１Rを介して左右対称に回転される。
前述のように、輻輳設定に伴いピント位置設定も自動的
になされる。このときスイッチ１３４は開いている。

【００４３】３次元カメラ１の各機構部の連結を図５に
示す。ギア１３３はステップモータ１３２に連結されて
おり、ギア１１１Lと噛み合う。左カメラ１０１Lとギア
１１１Lの回転軸となるピン１０７Lは、台板１３１に形
成された孔１０８Lに係合する。台板１３１には右カメ
ラ１０１Rとギア１１１Rの回転軸であるピン１０７Rに
係合する孔１０８Rも形成されているが、本図には示し
ていない。左カメラ１０１Lのレンズ保持鏡筒１０５L下
部に設けられたピン１０９Lはカム溝１１０Lに挿入さ
れ、右カメラ１０１Rのピン１０９Rはカム溝１１０Rに
挿入される。

【００４４】ステップモータ１３２の回転はギア１３
３、１１１L、１１１Rを経て左右のカメラ１０１L、１
０１Rに伝えられ、左右のカメラ１０１L、１０１Rが回
転し輻輳設定がなされる。左右カメラ１０１L、１０１R
の回転にともない左右のピン１０９L、１０９Rはそれぞ
れカム溝１１０L、１１０Rに沿って動き、撮影レンズ１
０２L、１０２Rの繰り出し調節が行われる。したがっ
て、輻輳設定に連動してピント設定も行われることにな
る。

【００４５】ギア１１１Lと１１１Rのガタは付勢バネ１
１２L、１１２Rによって一方向に寄せられ、左右カメラ
１０１L、１０１Rの回転範囲は台板１３１に形成された
ピン１３７とギア１１１Lの切欠部１３６によって規制
される。また、スイッチ１３４により左右カメラ１０１
L、１０１Rが無限遠を向いているか否か、すなわち左右
の光軸１０６L、１０６Rが平行であるか否かが判定され
る。

【００４６】上記のように構成された３次元カメラ１で
は、左右のカメラ１０１L、１０１Rの光軸１０６L、１
０６Rの延長線上の交点に被写体が位置するようにステ
ップモータ１３２を回転させることにより、輻輳設定が
行われる。左右のカメラ１０１L、１０１Rはピン１０９
L、１０９Rがカム溝１１０L、１１０Rと係合しているた
め、輻輳設定に連動して繰り出し量も調節されてピント
設定が自動的になされる。また、左右カメラ１０１L、
１０１Rの基線長は一定に固定されているため、常に正
しい距離感を再現し得る左右像の撮影を行うことが可能
である。

【００４７】図６に３次元カメラ１の外観を示す。３次
元カメラ１は固定台板１３８を有しており、この固定台
板１３８を水平な場所に設置して、あるいは三脚等によ
り水平に設定して使用する。固定台板１３８上には水平
方向左右にそれぞれ１８０゜回転可能な回転台板１３９
が設置されている。左右カメラ１０１L、１０１Rおよび
台板１３１はカメラケース１４０に収納されて回転台板
１３９に設置される。

【００４８】カメラケース１４０は回転軸１４１を左右
両側に有しており、回転台板１３９には回転軸１４１を
支持するための一対の回転軸支持アーム１４２が設けら
れている。カメラケース１４０は回転軸１４１を回転台
板１３９に平行にしてかつ回転自在に回転支持アーム１
４２に支持される。これによりカメラケース１４０は回
転台板１３９上に保持されるとともに、垂直方向に回転
可能になっている。回転軸１４１は左右ＣＣＤセンサー
１０３L、１０３Rの受光面の中心を結ぶ直線と平行で、
かつ回転台板１３９の回転の中心軸と直交するように設
定されている。また、左右カメラ１０１L、１０１RはＣ
ＣＤセンサー１０３L、１０３Rの受光面の中心が回転台
板１３９の回転中心から等距離になるように設置されて
いる。

【００４９】左右のカメラ１０１L、１０１Rの動きを制
御するための信号や、左右カメラ１０１L、１０１Rから
の映像信号等は信号ケーブル１４３を介して入出力され
る。カメラケース１４０には水銀スイッチから成る水平
センサー１４４が備えられており、３次元カメラ１の水
平を検出する。水平センサー１４４はカメラが水平に設
定された時に、すなわち回転軸１４１に関しての垂直方
向の回転がなされていない時に閉成される。図６中のΔ
ＢＣは、左右のＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rの受光
面の中心間距離を示しており、前述の３次元カメラの基
線長である。

【００５０】図７に３次元カメラの側面図を一部透視し
て示す。カメラケース１４０の回転軸１４１の端部には
ギア１４５が設けられている。ギア１４５は回転支持ア
ーム１４２内でステップモータ１４６に結合されたギア
１４７に噛み合っており、ステップモータ１４６の回転
は回転軸１４１に伝えられてカメラケース１４０を垂直
方向に回転させる。左右のカメラ１０１L、１０１R、台
板１３１およびギア１１１L、１１１Rは透視図示してあ
る。左右カメラ１０１L、１０１Rの後方にはＣＣＤセン
サー１０３L、１０３Rのドライバー回路１１３L、１１
３Rが配設されており、それぞれフレキシブル基板１１
４L、１１４RによってＣＣＤセンサー１０３L、１０３R
と接続されている。

【００５１】図８に３次元カメラ１の水平方向の方位設
定機構を示す。固定台板１３８にはステップモータ１４
８が設置されており、ステップモータ１４８にはギア１
４９が結合されている。一方、回転台板１３９の中心に
は回転軸１５０が設けられ、この回転軸１５０にはギア
１５１が結合されている。ギア１４９とギア１５１は噛
み合っており、ステップモータ１４８の回転により回転
台板１３９は固定台板１３８に対して回転する。

【００５２】ギア１５１の表面には小さな導電パターン
１５２が形成されており、固定台板１３８には導電パタ
ーン１５２と接触し得るように電気スイッチ１５３が備
えられている。スイッチ１５３は両端子が導電パターン
１５２に同時に接触することにより導通する。導電パタ
ーン１５２は回転台板１３９が固定台板１３８に対して
所定の方向を向いたときにスイッチ１５３を導通させる
ように配設されており、３次元カメラ１の基準方位検知
に用いられる。回転台板１３９はスイッチ１５３が閉じ
る位置から左右両方向に１８０゜回転する。

【００５３】図７に示したように、３次元カメラ１を固
定台板１３８を水平にして設置したとき、回転台板１３
９の回転中心はＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rの受光
面からΔＸＣ後方に位置し、カメラケース１４０の垂直
方向の回転中心はＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rの受
光面の中心からΔＹＣ下方に位置する。

【００５４】上記のように構成された３次元カメラ１
は、人間の頭部の回転と同様の回転運動をすることがで
きる。すなわち、人間の頭部は図２９に示したように、
垂直方向には、左右の中心で頚部後部に位置する点ＲＰ
を通り紙面に垂直な軸ＲＶを中心として回転する。この
回転軸ＲＶの位置は眼球Ｅの網膜位置よりΔＸＨ後方で
ΔＹＨ下方になる。水平方向には点ＲＰを通る軸ＲＨを
中心として回転する。

【００５５】垂直方向に頭部を回転して像観察を行う様
子を図３１に示す。観察対象物Ｏは観察者の顔面近くで
水平な視軸ＥＸより下方に位置している（Ａ）。この対
象物Ｏを観察するために、頭部は頚部後部の点ＲＰを中
心として下向きに回転する（Ｂ）。これが人間の自然な
動作であり、このとき視軸ＥＸは水平とαの角をなし、
眼球Ｅと対象物Ｏとの距離はＤｂとなる。眼球Ｅを中心
として頭部を下向きに回転して対象物Ｏを観察すると
（Ｃ）、そのときの視軸ＥＸは水平とβの角をなし、眼
球Ｅと対象物Ｏとの距離はＤｃとなる。また、頭部を動
かさず眼球Ｅを下向きに回転させて対象物Ｏを観察して
も、対象物Ｏと眼Ｅの位置関係はＣの動作と同じにな
り、視線は水平とβの角をなし、眼球Ｅと対象物Ｏとの
距離はＤｃである。

【００５６】ここでβはαよりも大きく、ＤｃはＤｂよ
りも大きくなる。眼球Ｅを中心として頭部を回転させる
Ｃの動作は極めて非現実的であり、頭部を動かさず眼球
Ｅのみを動かす動作は可能ではあるが意識的に行う不自
然な動作である。αとβ、ＤｂとＤｃの差は、観察者と
観察対象物との距離が大きい場合には小さいが、距離が
小さくなるにつれて顕著になってくる。

【００５７】したがって、３次元カメラにおいても回転
軸の設定位置は自然な像撮影を行うために重要である。
図７に示したように、３次元カメラの水平方向の回転中
心はＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rの受光面からΔＸ
Ｃ後方に位置し、垂直方向の回転中心はＣＣＤセンサー
１０３L、１０３Rの受光面の中心からΔＹＣ下方に位置
している。これは、上記の人間の頭部の両眼と回転軸Δ
ＸＨ、ΔＹＨの関係と同一であり、図３１のＢに示した
人間の自然な動作を再現するものである。

【００５８】図３０に示す両眼の間隔ΔＢＨは、人間の
視覚による距離認識の基礎となるものであり、３次元カ
メラにおいては基線長ΔＢＣに対応する。立体像を自然
に撮影するためには、３次元カメラの垂直方向および水
平方向の回転の中心位置の適切な設定に加え、基線長Δ
ＢＣもＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rの受光面から回
転中心までの距離を考慮して正しく設定する必要があ
る。本実施例においては３次元カメラと人間の頭部の回
転に相似な関係をもたせてあり、自然な立体像が撮影さ
れ、ＨＭＤでの映像にさらに臨場感がもたらされる。具
体的には、前述のΔＸＣとΔＸＨ、ΔＹＣとΔＹＨ、お
よびΔＢＣとΔＢＨとの比が一定に設定されており、３
次元カメラは人間の頭部と相似になっている。

【００５９】図２７に３次元カメラの第２の構成を示
す。台板１９１に左右のカメラ１７１L、１７１Rが対称
に設置されている。左カメラ１７１LのＣＣＤセンサー
１７３Lは台板に１９１対して垂直に固定設置されてい
る。ＣＣＤセンサー１７３Lの前方にはレンズ保持鏡筒
１７５L内に固定設置された左撮影レンズ１７２Lが配設
される。レンズ保持鏡筒１７５Lの外面下方には１対の
ピン１７７L、１７８Lが設けられており、台板１９１に
形成されているカム溝１７９L、１８０Lにそれぞれ係合
してしている。さらに、レンズ保持鏡筒１７５Lにはピ
ン１８１Lを介してアーム１８２Lが設けられている。ア
ーム１８２Lはピン１８１Lを中心として回転可能であ
る。

【００６０】右カメラ１７１Rも左カメラ１７１Lと同様
に構成されており、左右のＣＣＤセンサー１７３L、１
７３Rは受光面が同一平面上に位置するように配置され
ている。左右ＣＣＤセンサー１７３L、１７３Rの中間に
はステップモータ１９２が台板１９１に固定設置され、
軸支持枠１９３に支持された回転軸１９４に結合されて
いる。回転軸１９４に接してその軸方向に移動可能な移
動子１９５が設けられている。回転軸１９４外周にはお
ねじが切られ、移動子１９５にはこれに噛み合うめねじ
が切られており、ステップモータ１９２の回転によって
移動子１９５が回転軸１９４に沿って前後に移動する。
移動子１９５には前方に延びるアーム１９６が固定され
ており、アーム１９６の前端は左右のレンズ保持鏡筒１
７５L、１７５Rに接続されたアーム１８２L、１８２Rの
端部とピン１９７を介して接続される。左右のアーム１
８２L、１８２Rはピン１９７を中心にアーム１９６に対
して回転する。この構成により、ステップモータ１９２
の回転は移動子１９５、アーム１９６、１８２L、１８
２Rを介して左右のレンズ保持鏡筒１７５L、１７５Rに
伝えられる。

【００６１】図２７では左右のカメラ１７１L、１７１R
は無限遠に輻輳が設定されている状態であり、光軸１７
６L、１７６Rは平行になっている。ステップモータ１９
２の回転により左右レンズ保持鏡筒１７５L、１７５Rが
駆動され、近距離被写体に輻輳が設定された状態を図２
８に示す。このときも左右撮影レンズ１７２L、１７２R
の光軸１７６L、１７６Rは平行に保たれている。左ＣＣ
Ｄセンサー１７３Lの受光面中心と左レンズ１７２Lの中
心を結ぶ線１８３Lと、右ＣＣＤセンサー１７３Rの受光
面中心と右レンズ１７２Rの中心を結ぶ線１８３Rとの交
点上に被写体が位置する。

【００６２】撮影レンズ１７２L、１７２RからＣＣＤセ
ンサー１７３L、１７３R受光面までの距離は、無限遠被
写体に輻輳設定した場合はＬ₀であったが、近距離被写
体に輻輳設定するとＬ₁となり、長くなっている。この
距離調節を適切に行うことにより、被写体距離に応じた
正しいピント設定がなされる。台板１９１のカム溝１７
９L、１８０L、１７９R、１８０Rは、輻輳の変化に応じ
て適切にピント設定がされるように形状を設定されてい
る。さらに、左右の光軸１７６L、１７６Rが常時平行に
保たれるように、カム溝１７９L、１８０L、１７９R、
１８０Rは形成されている。

【００６３】本立体視システムにおける被写体距離の検
出について説明する。図１９は３次元カメラから一定距
離にある被写体に対して、輻輳が大きく（Ａ）、適正に
（Ｂ）、および小さく（Ｃ）設定されている状態と、各
状態において左右のＣＣＤセンサー１０３L、１０３Rが
捉えた映像を示している。左右カメラ１０１L、１０１R
が被写体に向けられ、輻輳が適正に設定されている場合
（Ｂ）には、被写体は左ＣＣＤセンサー１０３Lにおい
ても右ＣＣＤセンサー１０３Rにおいても左右中央に結
像している。このときの左右の被写体像の距離Ｐ₀は、
本実施例の３次元カメラのように左右のカメラ１０１
L、１０１RがそれぞれのＣＣＤセンサー１０３L、１０
３Rの受光面の中心を中心として回転する場合は、カメ
ラから被写体までの距離にかかわらずカメラ固有の一定
の値になる。この左右像の間隔Ｐ₀を基準像間隔とい
う。輻輳角が大き過ぎる場合（Ａ）には被写体像は受光
面の中央より外側に寄り、輻輳角が小さ過ぎる場合
（Ｃ）には被写体像は中央より内側に寄る。この左右被
写体像の距離Ｐとその時に設定されている３次元カメラ
の輻輳から被写体距離を求めることができる。

【００６４】左右被写体像の間隔Ｐは次のようにして検
出する。いま左右のＣＣＤセンサー１０３L、１０３R受
光面の縦方向の中央部に横長で矩形の測距エリアＭＡ
L、ＭＡRを考える。図１９のＡの左右の測距エリアＭＡ
L、ＭＡRを拡大して図２０に示す。各測距エリアには画
素が横方向にｎ個、縦方向にｍ個含まれているとし、左
測距エリアＭＡLの各画素に含まれるデータをＸL(i,
j)、右測距エリアＭＡRの各画素に含まれるデータをＸR
(i,j)で表す（i=1,n、j=1,m）。まず、左右測距エリア
ＭＡL、ＭＡRの画素データを縦方向に加算して、それぞ
れ横方向の１次元データ列ＹL(i)、ＹR(i)に変換する。

【００６５】

【数１】

【００６６】

【数２】

【００６７】続いて左測距エリアＭＡLにブロックの大
きさをbnとして検出ブロックＢ1、Ｂ2、Ｂ3を設定す
る。Ｂ1 = ＹL(i) (i=k1,k1+bn-1) Ｂ2 = ＹL(i) (i=k2,k2+bn-1) Ｂ3 = ＹL(i) (i=k3,k3+bn-1)

【００６８】これらの検出ブロックＢ1、Ｂ2、Ｂ3それ
ぞれについて、右測距エリアＭＡLの１次元データ列ＹR
(i)との相関演算を行う。

【００６９】

【数３】

【００７０】

【数４】

【００７１】

【数５】

【００７２】以上の計算を行い、Ｚ1(ks)、Ｚ2(ks)、Ｚ
3(ks)について、それぞれ最小となるksを求めることに
より、Ｐが求められる。図２０では検出ブロックＢ1に
てＰが求められた状態を示している。こうして左右被写
体像の間隔Ｐが求められると、３次元カメラの基線長と
その時の左右カメラの輻輳角に基づいて３次元カメラか
ら被写体までの距離が算出される。

【００７３】なお、ここでは検出ブロック数を３として
説明したが、ブロック数は１次元データ列ＹL(i)の全要
素がいずれかのブロックに含まれるように設定する。ま
た、ブロックの大きさbnもブロック数に合わせて設定す
るが、１次元データ列ＹL(i)の要素が２つ以上のブロッ
クに属するように隣合うブロックを一部重複させてもよ
いし、データ列ＹL(i)の各要素が単一のブロックのみに
属するように設定してもよい。

【００７４】本実施例のＨＭＤの構成を図９に示す。Ｈ
ＭＤ２内部には台板２３１上に左右１対の虚像投影装置
２０１L、２０１Rが設置されている。左の虚像投影装置
２０１Lは、映像表示装置２０２L、映像表示装置２０２
Lの画像を左眼ＥLに導く凸レンズからなる接眼レンズ２
０３L、映像表示装置２０２Lを保持する表示装置保持鏡
筒２０４L、接眼レンズ２０３Lを内部に収容し保持する
レンズ保持鏡筒２０５L、レンズ保持鏡筒２０５Lを前後
可動に保持する視度補正鏡筒２０７Lを有する。映像表
示装置２０２LにはＬＣＤ（液晶表示装置）を用い、接
眼レンズ２０３Lの光軸２０６Lに対して垂直で、かつ光
軸２０６Lが表示面中央を通るように設定されている。

【００７５】表示装置保持鏡筒２０４Lの内寸は視度補
正鏡筒２０７Lの外寸よりも僅かに大きく形成されてお
り、表示装置保持鏡筒２０４Lの後部内面と視度補正鏡
筒２０７Lの前部外面とは摺接するように設定されてい
る。

【００７６】レンズ保持鏡筒２０５Lは円筒状で外周に
はおねじが形成されており、視度補正鏡筒２０７Lの内
面にはこれに噛み合うめねじが形成されている。レンズ
保持鏡筒２０５Lを光軸２０６Lのまわりに回転させるこ
とによりレンズ保持鏡筒２０５Lは接眼レンズ２０３Lと
ともに光軸２０６Lに沿って前後に移動する。これによ
り、接眼レンズ２０３Lと映像表示装置２０２Lとの距離
が変わり、観察者の個人差に応じて視度補正を行うこと
ができる。右虚像投影装置２０１Rも左虚像投影装置２
０１Lと同様に構成されており、左右の視度補正は独立
に行われる。

【００７７】視度補正鏡筒２０７L、２０７Rの外面下部
にはピン２０８L、２０８Rが設けられており、台板２３
１に形成されたカム溝２０９L、２０９Rに挿入されてい
る。また、表示装置保持鏡筒２０４L、２０４Rにも外面
下部にピン２１０L、２１０Rが形成されており、台板２
３１に形成されたカム溝２１１L、２１１Rにそれぞれ挿
入されている。左右の接眼レンズ２０３L、２０３Rの中
間にはステップモータ２３２が台板２３１に固定設置さ
れ、軸支持枠２３３に支持された回転軸２３４と結合さ
れている。回転軸２３４の外周にはおねじが切られてお
り、めねじが切られた移動子２３５と噛み合っている。
ステップモータ２３２の回転によって移動子２３５は回
転軸２３４に沿って前後に移動する。

【００７８】移動子２３５にはピン２３６が設けられ、
ピン２３６を中心として回転自在に２本のアーム２１２
L、２１２Rが取り付けられている。左表示装置保持鏡筒
２０４Lには外面下部にピン２１３Lが設けられており、
アーム２１２Lの先端部に回転自在に連結されている。
右表示装置保持鏡筒２０１Rも同様にピン２１３Rを介し
てアーム２１２Rに連結されている。アーム２１２L、２
１２Rの中間部には、それぞれピン２１５L、２１５Rが
設けられ、台板２３１に設けられたカム溝２１６L、２
１６Rにそれぞれ挿入されている。回転軸２３４の先端
近傍の台板２３１上には電気スイッチ２３７が設置され
ており、移動子２３５が回転軸２３４の先端に位置しス
イッチ２３７の一端子を押したときに閉成するように設
定されている。左右の虚像投影装置２０１L、２０１Rお
よびアーム２１２L、２１２Rは回転軸２３４に関して左
右対称に配置されている。

【００７９】図１２にステップモータ２３２近傍の斜視
図を示す。ステップモータ２３２の回転により回転軸２
３４が回転し、移動子２３５が図の左右方向すなわちＨ
ＭＤ２の前後方向に移動する。それに伴って左右のアー
ム２１２L、２１２Rも動く。図１２ではスイッチ２３７
は開いているが、移動子２３５が図の回転軸左端近傍、
ＨＭＤ２の回転軸２３４の前端近傍に移動すると、スイ
ッチ２３７は移動子２３５によって閉じられる。すなわ
ち、スイッチ２３７は無限遠に輻輳設定がなされたとき
に閉成する位置に設けられており、左右虚像投影装置２
０１L、２０１Rの回転の基準として利用される。

【００８０】このような構成においては、ステップモー
タ２３２の回転によって移動子２３５が前後に移動する
と、アーム２１２L、２１２Rはアーム中間部のピン２１
５L、２１５Rがカム溝２１６L、２１６Rに沿うように動
き、左右の虚像投影装置２０１L、２０１Rもカム溝２０
９L、２１１L、２０９R、２１１Rの形状に従って動く。
図９は無限遠被写体を撮影した映像を表示観察している
状態を示したもので、移動子２３５は回転軸２３４の先
端近傍に存在し、スイッチ２３７は閉じている。このと
き、左右接眼レンズ２０３L、２０３Rの光軸２０６L、
２０６Rは平行になっており、それぞれ左右の眼球ＥL、
ＥRの中心を通る。また、左右の映像表示装置２０２L、
２０２Rの表示面は同一平面上に存在する。

【００８１】ステップモータ２３２を回転させ、移動子
２３５をモータ２３２側に移動させたときのＨＭＤ２の
様子を図１０に示す。これは、近距離被写体の映像を表
示観察している状態に相当する。このとき、接眼レンズ
２０３L、２０３Rの光軸２０６L、２０６Rは平行より内
側に傾き、光軸２０６L、２０６Rの延長線の交点上に観
察対象物が存在するように輻輳角の設定がなされてい
る。光軸２０６L、２０６Rが映像表示装置２０２L、２
０２Rの中心を通ることは図９と同様に維持されてい
る。

【００８２】左右のレンズ保持鏡筒２０５L、２０５Rは
視度補正鏡筒２０７L、２０７Rとともにカム溝２０９
L、２０９Rに沿って内側に移動している。左右の表示装
置保持鏡筒２０４L、２０４Rもカム溝２１１L、２１１R
に沿って内側に移動しているが、それとともに接眼レン
ズ２０３L、２０３Rに近づいている。レンズ保持鏡筒２
０５L、２０５Rと表示装置保持鏡筒２０４L、２０４Rの
この移動は、カム溝２０９L、２１１L、２０９R、２１
１Rの形状によるものである。カム溝２０９L、２０９R
は観察者の眼球ＥL、ＥRを中心とする円弧状に形成され
ており、左右の虚像投影装置２０１L、２０１Rは左右の
眼球ＥL、ＥRを中心に、左右対称に回転する。

【００８３】図９では無限遠被写体の像に対して輻輳が
設定されており、接眼レンズ２０３L、２０３Rと映像表
示装置２０２L、２０２Rの距離はＳ₀である。一方、図
１０のように近距離被写体の像に対して輻輳が設定され
た場合にはＳ₁となり、接眼レンズ２０３L、２０３Rと
映像表示装置２０２L、２０２Rの距離は輻輳角の拡大に
連動して小さくなり、視度も被写体距離に対応して設定
される。これにより、輻輳による距離感と視度による距
離感が連動してさらに臨場感のある映像を得ることがで
きる。この輻輳に連動した視度設定は、既に説明した観
察者に固有の視度のずれの補正とは独立に行われるもの
である。なお、近距離に対応しているときには、スイッ
チ２３７は開いている。

【００８４】ＨＭＤ２の斜視図を図１１に示す。既に述
べたように、ステップモータ２３２の駆動力がアーム２
１２L、２１２Rを介して左右の虚像投影装置２０１L、
２０１Rに伝達され、輻輳と視度の設定がなされる。こ
のように構成されたＨＭＤ２は図示しないケースで覆わ
れており、ケースには頭部に装着するための装着部材が
備えられている。

【００８５】本立体視システムは、ＨＭＤを装着した観
察者の頭部の動きに合わせて３次元カメラの向きを変
え、観察者が注目する観察対象を３次元カメラで捉えて
その像をＨＭＤに表示するものであり、観察者の頭部の
動きを検知する必要がある。このために、図１１に示し
たように、ＨＭＤの台板２３１には垂直方向の回転角速
度を検出するための垂直角速度センサー２３８と、水平
方向の回転角速度を検出するための水平角速度センサー
２３９が設置されている。本実施例では角速度センサー
２３８、２３９として圧電セラミックスを用いた振動ジ
ャイロを用いる。

【００８６】圧電振動ジャイロは回転運動を検出して、
その角速度に直線的に対応する電圧を出力するものであ
る。圧電振動ジャイロが回転運動をした時の出力電圧と
静止している時の出力電圧との差の符号から回転運動の
方向が知られ、差の絶対値から角速度の大きさを知るこ
とができる。したがって圧電振動ジャイロの出力電圧を
検出し続けることにより、これを装備したＨＭＤの方位
を知ることができる。

【００８７】本実施例におけるＨＭＤの方位の検知方法
を図３２に示した例を用いて説明する。図３２のＡは時
間に対する圧電振動ジャイロの出力を示したグラフで、
直流基準出力はＨＭＤ装着者が頭部を静止させた状態で
の出力電圧である。この直流基準電圧と検出された出力
電圧の差が角速度の大きさに比例する。したがって、図
において直流基準電圧とその上方に位置する出力電圧の
曲線に囲まれた部位Ｓａの面積が一方向への回転角を表
し、直流基準電圧とその下方に位置する出力電圧の曲線
に囲まれた部位Ｓｂの面積が逆方向への回転角を表すこ
とになる。時間に対する回転角をグラフで表せばＢとな
る。

【００８８】圧電振動ジャイロの出力電圧は、温度等の
環境条件の変化によって、角速度との直線関係を保った
ままドリフトする。すなわち、図３２のＡのグラフは縦
軸方向に平行移動する。したがって、圧電振動ジャイロ
によって角速度を正しく求めるためには、環境条件に合
った直流基準出力を設定する必要がある。また、個々の
圧電振動ジャイロによってもこの直流基準出力は異な
る。このため、各ＨＭＤごとに直流基準出力を設定しな
くてはならない。

【００８９】本実施例では、立体視システムの起動時に
あるいは起動後任意の時点で、ＨＭＤ装着者が一定時間
頭部を静止させてその間の圧電振動ジャイロの出力電圧
を検出し、その平均値を取って直流基準出力として用い
る。これにより、上述した温度等の環境条件と圧電振動
ジャイロの個体差による出力電圧の変動が補正され、Ｈ
ＭＤの回転速度を常に正しく検出することができる。

【００９０】ＨＭＤの方位変化量は検出した角速度を時
間について積分することで厳密に求められる。しかしな
がら、積分回路は構成が複雑になるため、本実施例では
微小な時間周期で角速度を検出し、その１周期の間は角
速度が一定であるとして角速度と周期時間の積を算出し
これを近似的にＨＭＤの方位変化量とする。この角速度
検出周期が短いほど算出される方位変化量の精度は高く
なる。本実施例では角速度検出周期を１ｍｓｅｃに設定
してあり、ＨＭＤの方位を十分な精度で求めることがで
きる。また、ＨＭＤは垂直角速度センサー２３８と水平
角速度センサー２３９とを備えているため、ＨＭＤ装着
者の頭部の任意方向の回転を検出すること可能であり、
ＨＭＤの方位を正しく知ることができる。

【００９１】図１３に本実施例の立体視システムの機能
をブロック図で示す。３次元カメラ１は撮影レンズ１０
２L、１０２Rと撮像素子１０３L、１０３Rを有する左右
のカメラ１０１L、１０１Rを備えている。被写体Ｏの像
は撮影レンズ１０２L、１０２Rによって撮像素子１０３
L、１０３Rに結像する。撮像素子１０３L、１０３Ｒの
出力は電気信号として左右の映像処理部１１５Ｌ、１１
５Rに送られ映像処理が行われる。また、撮像素子１０
３L、１０３Rは映像処理部１１５L、１１５Rに含まれる
ドライバー回路１１３L、１１３Rによって駆動される。
映像処理部１１５L、１１５Rからの信号はＨＭＤ２に伝
送されるとともに、３次元カメラ１とＨＭＤ２を制御す
るコントローラ３に送られる。

【００９２】ＨＭＤ２は表示素子２０２L、２０２Rと接
眼レンズ２０３L、２０３Rを有する左右の虚像投影装置
２０１L、２０１Rを備えており、３次元カメラ１で撮影
した被写体像を観察者の左右の眼球ＥL、ＥRに供する。
前述のように本実施例では軽量でＨＭＤに好適なＬＣＤ
を表示素子として用いている。左カメラ１０１Lの映像
信号は左眼用の表示素子２０２Lの駆動回路２１４Lに入
力され、右カメラ１０１Rの映像信号は右眼用の表示素
子２０２Rの駆動回路２１４Rに入力される。駆動回路２
１４L、２１４Rからの信号により表示素子２０２L、２
０２Rには被写体像が表示される。左右の表示素子２０
２L、２０２Rに表示された映像は接眼レンズ２０３L、
２０３Rにより観察者の左右眼球ＥL、ＥRにそれぞれ虚
像を生成する。また、ＨＭＤ２には垂直および水平角速
度センサー２３８、２３９を含む方位検出装置２４０が
設けられており、ＨＭＤ２を装着した観察者の頭部の方
位が検知される。方位検出装置２４０の出力はコントロ
ーラ３に送られる。

【００９３】コントローラ３では左右映像処理部１１５
L、１１５Rからの信号に基づいて被写体距離が検出され
る。コントローラ３は検出した距離に応じて、３次元カ
メラ１に対してはピン１０９L、１０９Rやカム溝１１０
L、１１０R、ステップモータ１３２等を含む輻輳、ピン
ト設定部１５４を制御して輻輳とピントを設定し、ＨＭ
Ｄ２に対してはピン２０８L、２１０L、２０８R、２１
０Rやカム溝２０９L、２１１L、２０９R、２１１R、ス
テップモータ２３２等を含む輻輳、視度設定部２４１を
制御して左右の虚像投影装置２０１L、２０１Rの輻輳と
視度を設定する。また、コントローラ３は、ＨＭＤ２の
方位検出装置２４０の出力に応じてステップモータ１４
６、１４８等を含む３次元カメラ１のカメラ方位設定機
構１５５を制御し、観察者の頭部の向きに連動して３次
元カメラ１の方位設定を行う。

【００９４】なお、本実施例では測距やカメラ方位の設
定、カメラの輻輳、ピント設定、あるいはＨＭＤの輻
輳、視度設定をコントローラ３によって行っているが、
これらの制御を行う制御装置を３次元カメラ１およびＨ
ＭＤ２にそれぞれ内蔵する構成にしてもよい。また、３
次元カメラの左右映像とともに距離情報をビデオテープ
等に記録しておき、再生映像をＨＭＤで観察する構成に
することもできる。このとき、ＨＭＤは記録されている
距離情報に応じて輻輳、視度設定ができるので、リアル
タイムの観察に加えて撮影後任意の時に、自然な立体感
を有する映像を観察することができる。

【００９５】本実施例の立体視システムの電気回路を図
１４にブロック図で示す。３次元カメラ１とＨＭＤ２は
コントローラ３によって制御される。３次元カメラの輻
輳、ピント設定を行うステップモータ１３２はモータ駆
動回路１５６を介してコントローラ３に接続されてい
る。スイッチ１３４は図３に示したものであり、無限遠
被写体に対して輻輳が設定された時に閉じてその信号が
輻輳設定の基準として用いられるとともに、左右カメラ
の光軸１０６L、１０６Rが平行より外側を向かないよう
にステップモータ１３２の駆動を制御する。ＨＭＤの輻
輳、視度設定を行うステップモータ２３２はモータ駆動
回路２４２を介してコントローラ３に接続される。スイ
ッチ２３７は図９に示したもので、ＨＭＤの左右の光軸
２０６L、２０６Rが平行に設定された時に閉成され輻輳
設定の基準として用いられるとともに、光軸２０６L、
２０６Rが外側を向くことを防止するようにステップモ
ータ２３２の駆動を制限する。

【００９６】３次元カメラの水平方向の回転を行うステ
ップモータ１４８およびスイッチ１５３は図８に示した
ものである。ステップモータ１４８はモータ駆動回路１
５７を介してコントローラ３に接続されており、スイッ
チ１５３が閉成される点が回転の基準位置として用いら
れる。３次元カメラの垂直方向の回転を行うステップモ
ータ１４６はモータ駆動回路１５８を介してコントロー
ラ３に接続されている。垂直方向の回転には、図６に示
した水平センサー１４４からの信号が基準として用いら
れる。ＨＭＤに設置された水平角速度センサー２３９と
垂直角速度センサー２３８の出力はＡ／Ｄ変換回路２４
３を経て、ディジタル信号としてコントローラ３に送ら
れる。

【００９７】３０１は本システムの動作を開始する信号
を発生するスイッチで、ＨＭＤを装着した観察者によっ
て操作される。３０２は３次元カメラとＨＭＤの方位の
初期設定を要求する信号を発生するスイッチで、これも
ＨＭＤ装着者によって操作される。また、初期設定時に
ＨＭＤ装着者に信号を送るためにブザー３０３が設けら
れている。システムの開始動作と初期設定については後
述する。

【００９８】３次元カメラの左右のＣＣＤセンサー１０
３L、１０３Rはそれぞれドライバー回路１１３L、１１
３Rにより駆動される。ドライバー回路１１３Lと１１３
RはＣＣＤ駆動のタイミングを生成するＣＣＤ駆動回路
１１６に接続されている。このため、左右のＣＣＤセン
サー１０３L、１０３Rは同じタイミングにて駆動され
る。左ＣＣＤセンサー１０３Lの出力は左映像処理回路
１１７Lにより処理されて、ＨＭＤの左ＬＣＤ駆動回路
２１４Lに送られる。ＬＣＤ駆動回路２１４Lは映像処理
回路１１７Lからの映像信号を受けて、左の表示素子で
あるＬＣＤ２０２Lに映像を表示する。

【００９９】映像処理回路１１７LはＡ／Ｄ変換回路１
１８Lを介してフィールドメモリ回路１１９Lに接続され
ている。映像信号はＡ／Ｄ変換回路１１８Lにより１フ
ィールド分がディジタル値に変換されて、フィールドメ
モリ回路１１９Lに記憶される。フィールドメモリ回路
１１９Lはコントローラ３に接続され、ディジタルデー
タをコントローラ３に転送できるようになっている。

【０１００】右のＣＣＤセンサー１０３Rの出力も全く
同様の構成によって処理される。すなわち、映像処理回
路１１７Rで処理された信号は、一方でＬＣＤ駆動回路
２１４Rを介してＬＣＤ２０２Rに映像表示され、他方で
Ａ／Ｄ変換回路１１８Rを介してフィールドメモリ回路
１１９Rに記憶される。映像処理回路１１７L、１１７
R、Ａ／Ｄ変換回路１１８L、１１８Rおよびフィールド
メモリ回路１１９L、１１９Rは、タイミングをとるため
にＣＣＤ駆動回路１１６に接続されている。

【０１０１】次に本実施例の立体視システムの制御プロ
セスを図１５〜図１８のフローチャートを参照して説明
する。３次元カメラを固定台板を水平にして設置した
後、電源を投入する。コントローラは電源の投入により
自動的にリセットがかかるように回路構成されており、
図１５のステップ＃１０５より処理を開始する。まず、
ステップ＃１１０でポートの初期化、内蔵ＲＡＭの初期
化等の処理を行い、続いて＃１１５でモータやＣＣＤ、
ＬＣＤを駆動するためにパワー電源をオンにする。

【０１０２】続いてＨＭＤと３次元カメラの輻輳を基準
位置である無限遠に設定する。ステップ＃１２０でＨＭ
Ｄの輻輳、視度設定モータ２３２をスイッチ２３７が閉
じるまで駆動して、ＨＭＤの輻輳と視度を無限遠に設定
し、＃１２５で３次元カメラの輻輳、ピント設定モータ
１３２をスイッチ１３４が閉じるまで駆動して、３次元
カメラの輻輳とピントを無限遠に設定する。

【０１０３】次に３次元カメラの方位を基準位置に設定
する。ステップ＃１３０にて垂直方向駆動ステップモー
タ１４６を水平スイッチ１４４が閉じるまで駆動して、
垂直方向に関して回転がなされていない状態とする。こ
れにより、３次元カメラは水平に設定される。＃１３５
で水平方向駆動モータ１４８をスイッチ１５３が閉じる
まで駆動して、水平方向に関して回転がなされていない
状態とする。これにより３次元カメラは基準方位を向
き、左右両方向へ１８０゜回転し得る位置に設定され
る。

【０１０４】さらに、観察者の頭部の向きすなわちＨＭ
Ｄの方位を表すパラメタを初期化する。ステップ＃１４
０で、水平方向方位を示すパラメタＸＨ１と垂直方向方
位を示すパラメタＹＨ１をともに０に設定する。

【０１０５】上記のプロセスでシステムの初期化が終了
し、次いで、ステップ＃１４５にてシステムの起動要求
がなされているか否かを判断する。ＨＭＤ装着者によっ
てスイッチ３０１が閉じられて起動要求がなされている
と、起動ルーチン＃２０５に進み起動プロセスが開始さ
れる。スイッチ３０１が開いており起動要求がなされて
いなければ、＃１５０でパワー電源をオフにし、低消費
電力モードである＃１５５のスリープに進み起動要求が
なされるまでその状態を保持する。

【０１０６】図１６、１７に起動プロセスを示す。まず
ステップ＃２１０でパワー電源をオンにし、＃２１５と
＃２２０で３次元カメラを基準方位に設定する。次いで
＃２２５でＨＭＤの方位パラメタＸＨ１とＹＨ１を０に
して初期化する。続いてＨＭＤの輻輳、視度を＃２３０
で一旦無限遠に設定した後、ステップ＃２３５において
予め定められている距離に対応して再設定する。３次元
カメラの輻輳、ピントも＃２４０で一旦無限遠に設定し
た後、ステップ＃２４５でＨＭＤと同じ所定距離に再設
定する。

【０１０７】上記の所定距離としては本立体視システム
を用いて観察する被写体の最も一般的な被写体距離が選
出されている。これにより、３次元カメラおよびＨＭＤ
は実際に観察する被写体距離の近傍に距離設定されるこ
とになり、起動後の３次元カメラとＨＭＤの設定に要す
る時間が短縮される。したがって、起動終了後直ちに像
観察を行うことができる。上記の操作では基準位置であ
る無限遠に距離設定を行った後に所定距離への設定が行
われるため、３次元カメラとＨＭＤは精度よく輻輳やピ
ント、視度設定がなされることになる。なお、最も一般
的な被写体距離に代えて、例えば、遠距離、中距離、近
距離に対応する３つの代表値を記憶保持しておき、スイ
ッチ操作によって任意の１つを選出して３次元カメラの
輻輳、ピントおよびＨＭＤの輻輳、視度を設定するよう
にしてもよい。

【０１０８】３次元カメラとＨＭＤの設定がなされた
後、図１７のステップ＃２５０でＣＣＤセンサーが駆動
されて、３次元カメラによる撮影が開始される。撮影開
始後＃２５５でＨＭＤと３次元カメラの方位の初期化要
求の有無を判断する。方位初期化要求はＨＭＤ装着者が
スイッチ３０２を操作して行う。

【０１０９】スイッチ３０２がオフのときは初期化は要
求されておらず、処理は＃２６０に進み、３次元カメラ
の方位を設定する処理を１ｍｓｅｃごとに行うタイマ割
り込みを許可する。次いでステップ＃２６５で３次元カ
メラの映像情報がＡ／Ｄ変換され、１フィールドメモリ
されているか否かを判定する。もしメモリされていなけ
れば判定を繰り返してメモリが完了するまで待つ。

【０１１０】メモリ完了後、＃２７０と＃２７５で右測
距エリアおよび左測距エリアのディジタルデータをコン
トローラに入力し、ステップ＃２８０で、前述の方法に
よって測距演算を行い左右像の間隔Ｐを求める。次いで
＃２８５で測距が正しく行われたか否かを判定する。被
写体のコントラストが低い等の理由により、測距の信頼
性が低い場合には測距不能と判断しステップ＃３１５へ
分岐する。測距の信頼性が高い場合には＃２９０で像間
隔Ｐを基準像間隔Ｐ₀と比較して、３次元カメラの輻輳
が適切に設定されているか否かを判定する。像間隔Ｐが
所定の許容範囲ΔＰ内で基準像間隔Ｐ₀と一致している
ときは、３次元カメラは輻輳が正しく設定されていると
判定されて処理はステップ＃３１５に進む。像間隔Ｐが
許容範囲ΔＰを超えて基準像間隔Ｐ₀からずれていると
きは、３次元カメラの輻輳は正しく設定されていないと
判定され、次のようにして３次元カメラとＨＭＤの輻輳
設定を行う。

【０１１１】まず、ステップ＃２９５で設定すべき輻輳
角を計算する。像間隔Ｐと基準像間隔Ｐ₀の差の絶対値
と符号から像間隔のずれの大きさとずれの方向が求めら
れ、その時点で設定されている輻輳角に基づいて設定す
べき輻輳角が算出される。次いで＃３００で３次元カメ
ラの輻輳、ピント設定ステップモータの駆動パルス数を
求める。本実施例の立体視システムでは３次元カメラの
輻輳に合わせてＨＭＤの輻輳も設定するため、＃３０５
でＨＭＤの輻輳、視度設定ステップモータの駆動パルス
数も求める。その後＃３１０で、それぞれのステップモ
ータを適切な方向に算出したパルス数だけ駆動して、３
次元カメラとＨＭＤの輻輳を同時に設定する。

【０１１２】前記の像間隔の許容範囲ΔＰが大き過ぎる
と、輻輳設定が不適切な場合にも正しい輻輳設定である
と判断されて輻輳の再設定が行われないことになり、逆
に小さ過ぎると必要以上に頻繁に輻輳設定を行うことに
なる。したがって、許容範囲ΔＰは、実際の撮影と像観
察において輻輳、ピント設定に不都合が生じない範囲で
大きく設定されることになる。

【０１１３】ステップ＃３１５では起動要求スイッチ３
０１の設定状況を判定する。スイッチ３０１がオンのま
まであれば、＃２５５に戻って制御プロセスが継続され
る。スイッチ３０１がオフにされていれば、システムの
動作を中止することが要求されており、＃３２０でタイ
マ割り込みを禁止し、＃３２５でパワー電源をオフにし
た後、＃３３０のスリープへと移行する。

【０１１４】ステップ＃２５５で方位初期化の要求がな
されていると判断されると、＃４０５に分岐して３次元
カメラの方位とＨＭＤの方位の初期化が行われる。これ
は、立体視システムの使用開始にあたって３次元カメラ
の向きをＨＭＤ装着者の頭部の向きに一致させるための
ものであるとともに、システムの長時間の連続使用や装
着者の姿勢の変化によって３次元カメラとＨＭＤの方位
に不一致が生じた場合に、両者を再度一致させるための
ものである。

【０１１５】まず、＃４１０で３次元カメラの方位設定
処理を行う１ｍｓｅｃタイマの割り込みを禁止する。続
いて＃４１５で３次元カメラを水平に設定し、＃４２０
で水平方向の回転を基準位置に戻す。その後＃４２５に
てブザーを鳴らし、３次元カメラが初期方位に設定され
たことをＨＭＤ装着者に知らせる。ＨＭＤ装着者はまっ
すぐ前方を向いて頭部を動かさないように注意する。こ
の状態で＃４３０でＨＭＤの水平方向の回転速度を検出
し、＃４３５で垂直方向の回転速度を検出する。この静
止状態でのＨＭＤの回転速度検出は１０秒間続けられ、
＃４４０で１０秒経過したことが判定されると、＃４４
５で水平、垂直方向それぞれの回転速度の平均化処理が
行われる。また、＃４５０でブザーはオフにされ、ＨＭ
Ｄ装着者は頭部を静止させた状態から開放される。

【０１１６】人間の頭部は静止時においても微小に揺動
するものであり、上記の方法でその水平、垂直方向の角
速度の平均が求められる。こうして求めた平均値は、そ
のＨＭＤ装着者の頭部静止時における実質上の角速度セ
ンサーの出力とみなすことができる。ステップ＃４５５
ではこれら値を用いて角速度センサーである圧電振動ジ
ャイロの直流基準出力を設定する。次いで、＃４６０で
ＨＭＤの方位パラメタＸＨ１とＹＨ１を０に初期化し、
制御は前述のステップ＃２６０へ進む。

【０１１７】３次元カメラの方位をＨＭＤの方位に一致
させるための１ｍｓｅｃタイマ割り込み処理を図１８に
示す。本立体視システムでは制御処理は１ｍｓｅｃ周期
でステップ＃５０５に移行して以下の処理が行われる。
まず、ステップ＃５１０でＨＭＤの水平方向の回転速度
を水平角速度センサーによって検出し、＃５１５で垂直
方向の回転速度を垂直角速度センサーにより検出する。
次いで、＃５２０で水平方向方位ＸＨ１と垂直方向方位
ＹＨ１を計算する。具体的にはこれらの計算は次の２式
に従って行われる。ＸＨ１ = ＸＨ１ + （ＸAS - ＸAD）・ ka ＹＨ１ = ＹＨ１ + （ＹAS - ＹAD）・ ka

【０１１８】ここでＸASは今回検出した水平方向の回転
速度、ＸADは図１７の＃４４５で求めた静止時における
水平方向の回転速度、すなわち水平方向の直流基準出力
である。同様に、ＹASは今回検出した垂直方向の回転速
度、ＹADは静止時における垂直方向の回転速度、すなわ
ち垂直方向の直流基準出力である。また、kaは角速度を
表す電圧を角度に変換するための定数である。右辺第１
項のＸＨ１、ＹＨ１はそれぞれ前回設定された水平方
向、垂直方向の方位であり、右辺第２項の（ＸAS- ＸA
D）・ ka、（ＹAS - ＹAD）・ kaはそれぞれ前回より今回
までの間の水平方向、垂直方向の角度の変化量である。

【０１１９】次に、こうして求めたＨＭＤの方位ＸＨ
１、ＹＨ１と３次元カメラの設定されている方位ＸＨ
２、ＹＨ２を比較して、必要に応じてカメラの方位の設
定を行う。ステップ＃５２５で、ＨＭＤの水平方向方位
ＸＨ１と３次元カメラの水平方向方位ＸＨ２の差の絶対
値が所定の許容範囲ΔＸ内であるか否かを判定し、許容
範囲ΔＸを超えていると＃５３５に分岐する。許容範囲
ΔＸ以内であれば＃５３０に進み垂直方向方位を比較す
る。ＨＭＤ垂直方向方位ＹＨ１と３次元カメラ垂直方向
方位ＹＨ２の差の絶対値が所定の許容範囲ΔＹを超えて
いるときは＃５３５に進む。許容範囲ΔＹ以内であれ
ば、ＨＭＤと３次元カメラの方位は水平方向、垂直方向
ともに一致していることになり、＃５５５で割り込み処
理を終了する。

【０１２０】ステップ＃５２５、＃５３０において水平
方向または垂直方向の一方にでもＨＭＤと３次元カメラ
の方位に許容範囲を超えるずれがあると判定されると、
＃５３５に進んで３次元カメラの方位をＨＭＤの方位に
一致させる処理が行われる。＃５４０で３次元カメラの
水平方向設定用のステップモータと垂直方向設定用のス
テップモータの駆動パルス数を計算し、＃５４５でこれ
らのステップモータを駆動して３次元カメラの方位を設
定する。また、＃５５０で３次元カメラの方位を表すパ
ラメタＸＨ２、ＹＨ２をＨＭＤの方位を表すパラメタＸ
Ｈ１、ＹＨ１で置き換える。その後、＃５５５に進み割
り込み処理を終了して、割り込み前に行っていた処理を
再開する。

【０１２１】ＨＭＤの方位と３次元カメラの方位のずれ
の許容範囲ΔＸ、ΔＹは、頭部の動きに対して３次元カ
メラが追従して動かなくても観察者が違和感を受けない
レベルに設定すればよい。また、水平方向の許容範囲Δ
Ｘと垂直方向の許容範囲ΔＹは同じ値に設定してもよい
し、異なる値に設定してもよい。

【０１２２】以上の割り込み処理により、１ｍｓｅｃ周
期でＨＭＤ装着者の頭部の方位が検知され、３次元カメ
ラの方位とのズレが所定値以上になると３次元カメラの
方位はＨＭＤ装着者の頭部の方位と一致するように設定
される。ずれが所定値以内の場合には３次元カメラの方
位は変更されないので、意図しない頭部の細かい動きに
連動した不必要な３次元カメラの細かい方位設定がな
く、違和感のない安定した立体画像をＨＭＤを装着した
観察者に供することができる。

【０１２３】上記のように構成され制御される本実施例
の立体視システムでは、撮影のための３次元カメラの方
位が表示のためのＨＭＤの方位に連動することにより、
観察者が希望する観察対象物を自動的に撮影し表示する
ことができる。しかも、３次元カメラの輻輳、ピント設
定とＨＭＤの輻輳、視度設定は３次元カメラから対象物
までの距離に応じて適切にかつ自動的に設定される。

【０１２４】

【発明の効果】本発明の３次元カメラによるときは、左
右カメラそれぞれに対して輻輳設定とピント設定がなさ
れる。しかも、輻輳設定とピント設定が連動するため、
輻輳とピントとを独立に設定する方法に比べ装置構成も
操作も簡単になる。また、精度よく設定できる上、輻輳
とピントとに矛盾が生じる恐れがない。このため、鮮鋭
で自然な立体感を供する左右像を撮影することができ
る。

【０１２５】請求項２の構成によるときは、輻輳とピン
トが矛盾なく設定できることに加え、制御手段によって
撮影対象までの距離を検出し検出距離に応じて輻輳とピ
ントの設定が変更されるため、自然で臨場感のある立体
像を供する左右像の撮影が常時可能である。また、撮影
に際して輻輳設定とピント設定のための操作をする必要
がなく、立体像の撮影が極めて容易になる。

【０１２６】請求項３の３次元カメラによるときは、左
右の連動手段を対称に構成することができるので、装置
が複雑にならない。また、主たる撮影対象を常に左右撮
像素子それぞれの中央に撮影することができるため、３
次元カメラによる撮影像を観察する際に、観察者は主た
る対象を真正面に観察することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３次元カメラの構成を示す無限遠被写体撮影
時の平面図。

【図２】３次元カメラの構成を示す近距離被写体撮影
時の平面図。

【図３】３次元カメラの輻輳、ピント設定機構を示す
無限遠被写体撮影時の平面図。

【図４】３次元カメラの輻輳、ピント設定機構を示す
近距離被写体撮影時の平面図。

【図５】３次元カメラの分解斜視図。

【図６】３次元カメラの投影斜視図。

【図７】３次元カメラの垂直方向の方位設定機構を示
す透視側面図。

【図８】３次元カメラの水平方向の方位設定機構を示
す平面図。

【図９】ＨＭＤの構成を示す無限遠被写体表示時の平
面図。

【図１０】ＨＭＤの構成を示す近距離被写体表示時の
平面図。

【図１１】ＨＭＤ要部の投影斜視図。

【図１２】ＨＭＤの輻輳、視度設定機構を示す要部斜
視図。

【図１３】立体視システムの機能を示すブロック図。

【図１４】立体視システムの電気回路を示すブロック
図。

【図１５】立体視システムのリセットルーチンを示す
フローチャート。

【図１６】立体視システムの起動ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図１７】立体視システムの起動ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図１８】立体視システムの割り込みルーチンを示す
フローチャート。

【図１９】３次元カメラの輻輳設定と左右像間隔の関
係を示す図。

【図２０】３次元カメラの測距エリアと左右像を示す
図。

【図２１】ＨＭＤの視度を示す図。

【図２２】ＨＭＤの輻輳を示す図。

【図２３】立体視システムの構成の概要を示す図。

【図２４】３次元カメラの輻輳設定と左右像の融像の
関係を示す図。

【図２５】３次元カメラとＨＭＤの輻輳設定の関係を
示す図。

【図２６】ＨＭＤの視度補正を示す図。

【図２７】３次元カメラの第２の構成を示す無限遠被
写体撮影時の平面図。

【図２８】３次元カメラの第２の構成を示す近距離被
写体撮影時の平面図。

【図２９】人間の頭部の回転を示す側面図。

【図３０】人間の眼幅を示す正面図。

【図３１】人間の頭部の垂直方向の回転を示す側面
図。

【図３２】角速度センサーによるＨＭＤ方位の検出を
示す図。

【符号の説明】

１３次元カメラ２ＨＭＤ３コントローラ（制御手段）１０１L 左カメラ１０１R 右カメラ１０２L 左撮影レンズ（左結像光学系）１０２R 右撮影レンズ（右結像光学系）１０３L 左ＣＣＤセンサー（左撮像素子）１０３R 右ＣＣＤセンサー（右撮像素子）１０４L 左鏡筒１０４R 右鏡筒１０５L 左レンズ保持鏡筒１０５R 右レンズ保持鏡筒１０６L 左レンズ光軸１０６R 右レンズ光軸１０９L、１０９R ピン（ピント設定手段、連動手
段）１１０L、１１０R カム溝（ピント設定手段、連動手
段）１１１L、１１１R ギア（輻輳設定手段）１３１台板１３２ステップモータ（駆動手段）１３８固定台板１３９回転台板１４４水平センサー１４６ステップモータ１４８ステップモータ１７１L 左カメラ１７１R 右カメラ１７２L 左撮影レンズ（左結像光学系）１７２R 右撮影レンズ（右結像光学系）１７３L 左ＣＣＤセンサー（左撮像素子）１７３R 右ＣＣＤセンサー（右撮像素子）１７５L 左レンズ保持鏡筒１７５R 右レンズ保持鏡筒１７７L、１７７R ピン（ピント設定手段、連動手
段）１７８L、１７８R ピン（ピント設定手段、連動手
段）１７９L、１７９R カム溝（ピント設定手段、連動手
段）１８０L、１８０R カム溝（ピント設定手段、連動手
段）１９１台板１９２ステップモータ（駆動手段）２０１L 左虚像投影装置２０１R 右虚像投影装置２０２L 左映像表示装置２０２R 右映像表示装置２０３L 左接眼レンズ２０３R 右接眼レンズ２３２ステップモータ２３８、２３９角速度センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影対象からの光を結像光学系によって
撮像素子に結像させるカメラを左右１対有する３次元カ
メラにおいて、左右結像光学系の相互間隔を変化させることで輻輳設定
を行い、左右の結像光学系と撮像素子の距離を変化させることで
ピント設定を行うとともに、前記左右結像光学系と撮像素子の距離変化を前記左右結
像光学系の相互間隔の変化に連動させることにより、輻
輳設定とピント設定を連動させたことを特徴とする３次
元カメラ。
【請求項２】撮影対象からの光を結像光学系によって
撮像素子に結像させるカメラを左右１対有する３次元カ
メラにおいて、左右結像光学系の相互間隔を変化させて、左右の撮像素
子に結像する撮影対象領域を変える左右１対の輻輳設定
手段と、撮像素子に結像する像が鮮鋭になるように左右それぞれ
の結像光学系と撮像素子の距離を変化させる左右１対の
ピント設定手段と、左右それぞれの輻輳設定手段とピント設定手段を連動さ
せて、輻輳設定とピント設定を連動させる左右１対の連
動手段と、輻輳設定手段とピント設定手段に駆動力を与える駆動手
段と、撮像素子に結像する左右像に基づいて撮影対象までの距
離を検出し、検出した距離に応じて駆動手段を制御する
制御手段とを有することを特徴とする３次元カメラ。
【請求項３】前記左右輻輳設定手段による左右結像光
学系の相互間隔の変化、および前記左右ピント設定手段
による結像光学系と撮像素子の距離の変化は左右対称に
行われることを特徴とする請求項２に記載の３次元カメ
ラ。