JPH11164324A - ステレオスコープ式の撮影兼再生システム - Google Patents

ステレオスコープ式の撮影兼再生システム

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JPH11164324A
JPH11164324A JP10266810A JP26681098A JPH11164324A JP H11164324 A JPH11164324 A JP H11164324A JP 10266810 A JP10266810 A JP 10266810A JP 26681098 A JP26681098 A JP 26681098A JP H11164324 A JPH11164324 A JP H11164324A
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cameras
stereoscopic
observer
playback system
camera
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JP10266810A
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Bernd Spruck
シュプルック ベルント
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Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステレオスコープ式に表示された画像内容が
ステレオカメラにより撮影されたジーン内で簡単に観察
者側から制御可能であるステレオスコープ式の撮影兼再
生システムを提供すること。 【解決手段】 相互に回動可能な２つのカメラ（１０，
１１；２０，２１）を有する装置（７，１７）と、ステ
レオスコープ式の再生システム（１，２）と、ヘッドト
ラッカシステム（５）とを有し、前記カメラ（１０，１
１；２０，２１）がそれぞれ両方のカメラの光軸の交点
（Ｎ，Ｆ）にフォーカスするようになっており、前記ヘ
ッドトラッカシステム（５）がステレオスコープ式の再
生システムの前の観察者の位置を検出し、両方のカメラ
（１０，１１；２０，２１）の光軸の収斂が、ステレオ
スコープ式の再生システム（１，２）からの観察者の距
離に関連して制御装置（６，１２，１３）で制御される
ようになっていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はステレオスコープ式
の撮影兼再生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＥ２９６１２０５４号明細書からは、
ディスプレーと、ディスプレーの観察者側に配置され
た、多数の円筒レンズを有するラスタプレートとを有す
るオートステレオスコープ式の再生システムが公知であ
る。ヘッドトラッカシステムでは、再生システムの前の
観察者の瞬間的な位置が決定されかつ観察者がその瞬間
位置からステレオスコープ式の画像を看取ることができ
るようにラスタプレートがディスプレーに対して相対的
に移動させられる。この場合、ディスプレーに対するラ
スタプレートの相対移動は観察者の右目が右の部分画像
に配属されたディスプレーの画像域だけを観察し、観察
者の左目が左の部分画像に配属されたディスプレーの画
像域だけを観察するように行われる。
【０００３】ＵＳ−Ａ５４５７５７４号明細書によれば
似たようなオートステレオスコープ式の再生システムで
あって、ヘッドトラッカにより同様に再生システムの前
の観察者の位置を決定する形式のものが公知である。し
かしながらこの場合にはディスプレーに対するラスタプ
レートの相対位置が瞬間的な観察者位置に相応して動か
されるのではなく、観察者がその瞬間的な観察者位置で
オートステレオスコープ式画像を看取るように、ディス
プレーの後ろの光源が切換えられる。さらにこの文献に
おいては、ヘッドトラッカの出力信号を同時に、例えば
ステレオスコープ式の部分画像を記録する２つのビデオ
カメラを観察者の頭の動きに相応して動かして、表示し
た画像の見える状態を選択するためにも利用することが
既に提案されている。しかしながら観察者位置もしくは
観察者頭部位置に関連したカメラの移動に関する詳細は
この文献には記載されていない。
【０００４】ＵＳ−Ａ４８１８８５８号明細書によれ
ば、ロボットのためのカメラシステムであって、２つの
ビデオカメラを有し、該ビデオカメラが基準位置に対し
て相対的に同じ角度だけ逆向きに回動させられるものが
公知である。
【０００５】この場合にはカメラに統合されたトライア
ングレーションシステムを用いて同時に、両方のカメラ
のフォーカスと両方のカメラの光軸の収斂とが、観察し
ようとする対象が両方のカメラの光軸の交点に位置しか
つ両方のカメラがこの交点にフォーカスされるように制
御される。両方のカメラで示されたステレオ像はステレ
オスコープ式の再生システムの上で観察者に提供され
る。観察者は、観察者の頭部の動きを捉えかつその出力
信号でステレオスコープ式のカメラシステムを有するロ
ボットを制御するセンサを備えたヘルメットをかぶる。
【０００６】ステレオスコープ式に人間が見る場合の重
要な特徴は、両目の収斂角を所望の観察距離に結合させ
ることである。観察距離が大きい場合には、両方の目の
光軸はほぼ平行に向けられており、その結果、観察者か
ら遠く離れた対象がステレオスコープ式に観察される。
近距離で観察する場合には両目の眼球が互いに回動させ
られるので、両目の光軸は強く収斂され、その結果とし
て、近距離におかれた対象がステレオスコープ式に看取
されるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ステ
レオスコープ式に表示された画像内容がステレオカメラ
で撮影されたシーン内で観察者側から容易に制御可能で
あるステレオスコープ式の撮影兼再生システムを提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴を有する撮影兼再生システムで解決された。本発明
の有利な構成は従属請求項に記載されている。
【０００９】本発明によるステレオスコープ式の撮影兼
再生システムは、互いに回動可能な２つのカメラを受容
し、該カメラがそれぞれ、両方のカメラの光軸の交点に
フォーカスされている装置と、ステレオスコープ式の再
生システムと、該ステレオスコープ式の再生システムの
前の観察者の位置を検出するヘッドトラッカシステム
と、両方のカメラの光軸の収斂を、ステレオスコープ式
の再生システムからの観察者の距離に関連して変える制
御装置とを有している。制御はヘッドトラッカシステム
から送信された位置データに基づき、モータ駆動装置を
介して、ヘッドトラッカで検出されたステレオスコープ
式の再生システムからの観察者の距離に関連してカメラ
を相互に回動させることで行われる。この場合、カメラ
相互の回動は、観察者が再生システムに近づいたときに
両方のカメラの光軸が強く収斂しかつ観察者が再生シス
テムから遠ざかったときに両方のカメラの光軸が弱く収
斂するように行われる。同時にカメラはモータによるフ
ォーカスを介して、ステレオスコープ式の再生システム
からの観察者の距離に関連した、両方のカメラの両方の
光軸の交点にフォーカスされる。
【００１０】ステレオスコープ式の再生システムからの
観察者の間隔が大きい場合には、カメラの両方の光軸の
収斂が小さいことに基づき、カメラから離れた画像内容
がステレオスコープ式に表示される。観察者が詳部を観
察するためにディスプレーに近づくと、両方のカメラの
光軸の収斂が高められ、これによりカメラの近くにある
画像内容がステレオスコープ式に表示される。いまやカ
メラにより近く位置する光軸の交点に同時にフォーカス
されることによって、同時により遠く位置する画像内容
が不鮮明に表示される。これは人間生理学的な見るとい
うことと完全に同じである。
【００１１】ステレオスコープ式の再生システムは有利
にはディスプレーとディスプレーの観察者側に前置され
たラスタプレートとから成るオートステレオスコープ式
の再生システムとして構成されている。何故ならばこの
ようなオートステレオスコープ式のディスプレーの場合
には通常は、オートステレオスコープ式の画像を瞬間の
観察者位置に合わせるヘッドトラッキングシステムがい
ずれにしても存在しているからである。収斂角の調節に
必要な瞬間の観察者位置についての情報は、このよなオ
ートステレオスコープ式のシステムではいずれにしても
存在しているので、ヘッドトラッカから送り出された同
じ情報が多様に活用される。
【００１２】種々異なる収斂角の調節は、種々異なる形
式で実現される。例えばＵＳ４８１８８５８号明細書に
相応するカメラ配置を使用することができる。このカメ
ラ配置では互いに噛合う２つの歯車を介して両方のカメ
ラは同じ角度値だけ逆向きに回動させることができる。
この場合には両方のカメラを担持する装置は全体として
空間的に不動であることができる。
【００１３】択一的に両方のカメラの１つだけをカメラ
を担持する装置に対して相対的に回動可能し、同時に両
方のカメラを互いにカメラを担持する装置で回動させる
ことができるようにすることもできる。この場合には、
カメラを担持する装置は収斂角の変化に相当する回動を
一方の方向に行いかつ当該装置の上に受容されたカメラ
は２倍の角度の回動を逆向きに行う。
【００１４】しかしながら特に有利であるのは、両方の
カメラが当該カメラを担持する装置の上に回動可能に受
容され、同時に当該装置全体を両方のカメラと一緒に、
両方のカメラの光軸平面に対して垂直な軸線を中心とし
て回動可能にすることである。このようなカメラ配置の
場合には、ヘッドトラッカから送信された、再生システ
ムからの観察者の距離についての信号は、収斂角の調節
に活用される。この場合には両方のカメラは同じ角度値
だけ、カメラを担持する装置に対して相対的に逆向きに
回動させられる。付加的に同様にヘッドトラッカシステ
ムから送信された観察者の水平方向の位置についての信
号は、カメラを担持する装置全体の回動運動の制御のた
めに活用される。したがって観察者の水平方向の移動に
際してカメラの視線方向も変化するので、観察者には、
再生システムの前の水平方向の位置に関連した画像情報
が提示される。もちろんもっと良いのは、ヘッドトラッ
カが観察者の位置だけではなく、同時に観察者頭部の回
動運動も検出することである。このような場合にはカメ
ラを担持する装置の回動はヘッドトラッカによって検出
された頭部回動に関連して行われる必要がある。
【００１５】本発明のすべての実施例において、両方の
カメラ相互の相対運動は常に、両方のカメラの光軸の交
点が、カメラが回動可能である軸間の中央線上に位置す
るように行われる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の詳細を図面に示された実施例
に基づき説明する。
【００１７】図１に示された再生システムは、ＤＥ２９
６１２０５４号明細書により公知であるようなオートス
テレオスコープ式の再生システムである。この再生シス
テムは観察者側に前置されたラスタプレート２を有する
ＬＣＤディスプレー１を有している。ラスタプレート２
は鉛直に配置された多数の円筒レンズを有している。こ
れらの円筒レンズの水平方向での間隔は、ＬＣＤディス
プレー１の区分間隔に合わせられているので観察空間に
おいてオートステレオスコープ式の観察が可能である。
ラスタプレート２はＬＣＤディスプレー１に対して相対
的に、ラスタプレート２の平面に対して垂直な方向にも
水平な方向（図１の図平面に対して垂直な方向）にもモ
ータで移動可能に配置されている。図１には図面を見や
すくするために、電気モータ３とねじスピンドル４を用
いた、ラスタプレートに対して垂直な移動のための駆動
装置しか示されていない。
【００１８】オートステレオスコープ式の再生システム
の上側には、ヘッドトラッカ５が配置されている。この
ヘッドトラッカ５は原理的には電気光学式の位置測定シ
ステムであって、この位置測定システムは再生システム
の前に位置する観察者の３次元の空間座標を測定する。
これに相応するヘッドトラッカは例えばOrigin Instrum
ents社 ＵＳＡにより「Dyna Sight Sensor」の呼称で
提供されている。
【００１９】ヘッドトラッカ５によって検出された観察
者の空間座標は制御装置６、例えばパーソナルコンピュ
ータに供給される。観察者の空間座標によりオンライン
でモータ３の適当な駆動を介し、ラスタプレート２が、
観察者がその瞬間的な観察者位置からオートステレオス
コープ式の画像を看取ることができるように動かされ
る。相応する機能的な関連は例えば、ＤＥ２９６１２０
５４号明細書に記載されているのでこれを参照された
い。
【００２０】ステレオスコープ式の再生システム７は互
いに噛合う２つの歯環円板８，９を有している。この歯
環円板８，９の上には通常のモータフォーカスされるビ
デオカメラ１０，１１がそれぞれ１つ配置されている。
この場合、カメラ１０，１１は各歯環円板８，９の上
に、歯環円板８，９の各回転軸８ａ，９ａが各カメラ１
０，１１のセンサの平面内に位置するように配置され
る。両方のカメラ１０，１１のそれぞれはステレオスコ
ープ式の部分画像を撮影し、該部分画像から、再生シス
テムにより提供されたオートステレオスコープ式の画像
を合成する。再生システムへのカメラ出力の帰還接続は
図１においては図面を見やすくするために符号Ｄで示さ
れた矢印で示されている。
【００２１】ヘッドトラッカ５の出力信号は本発明によ
る撮影兼再生システムにおいてはラスタプレート２の移
動制御に加えて、両方のカメラ１０，１１の光軸の間の
収斂角を調節するためにも同時に使用される。このため
には両方の歯付き円板８，９と噛合う歯車を駆動する電
気モータ１３が設けられている。この電気モータ１３は
回転制御回路１２を介して、再生システムからの観察者
の間隔に応じて制御される。この場合、原則的な制御
は、観察者が再生システムに接近したときに両方のカメ
ラの光軸の収斂角が拡大するように行われる。観察者が
再生システムからさらに離れた位置Ｆ′にあると、両方
のカメラ１０，１１の一点鎖線で示された光軸は、該光
軸が撮影システム７から離された点Ｆで交わるように互
いに傾けられる。再生システムに近づくとモータ１３を
介して両方のカメラ１０，１１に逆向きの回動運動が与
えられ、両方のカメラの両方の光軸の交点はカメラに近
づけられる。この場合、カメラ１０，１１の両方の光軸
の交点は、歯環円板８，９の両方の回転軸線に対して平
行な中央平面及び両方のカメラ１０，１１の光軸の平面
にある、同様に図示した線に沿って移動する。収斂角が
変化すると同時に、両方のカメラ１０，１１のフォーカ
スも変化する。したがって両方のカメラ１０，１１は常
に、光軸の交点にフォーカスする。このためには観察者
の間隔データはフォーカス制御装置１４を介してカメラ
１０，１１のフォーカス入力部に供給される。観察者が
再生システムに対して相対的に近距離点Ｎ′にあると、
例えば両方のカメラは中心線上の近似距離点Ｎにフォー
カスする。
【００２２】再生システムからの観察者距離の変化とこ
れによって生じた両方のカメラ１０，１１の収斂角の変
化との間の伝達比はシステムの種々の使用を考慮するた
めに自由に選択可能である。特に当該システムが遠隔制
御された操作と関連して使用されていると、つまり観察
者が観察時に同時に投入材料で遠隔制御された操作を介
して、カメラ１０，１１を受容する観察室内で移動させ
られると、強い超比例的な伝達ファクタが有利である。
この場合には観察者の距離がわずかに変化しただけで、
例えば頭が近く前へ傾いただけで、両方のカメラの光軸
の収斂が遠距離点から近距離点へ変化することになる。
【００２３】図２の択一的な実施例の場合には両方のカ
メラ２０，２１はカメラの光軸に対して垂直な軸線を中
心として回動可能にプレート１７の上に受容されてい
る。さらにプレート１７の上には両方のカメラ２０，２
１の収斂角を変えるための駆動装置が配置されている。
この駆動装置はプレート１７の上に回転可能に支承され
ている、電気モータ２３により駆動されるねじスピンド
ル２４から成っている。ねじスピンドル２４にはピン２
６を有するスピンドルナット２５が噛合っている。両方
のカメラ２０，２１にはそれぞれ１つの駆動棒２７，２
８が固定的に結合されている。これらの駆動棒２７，２
８はそれぞれ１つの長手スリット２７ａ，２８ａを有
し、該長手スリット２７ａ，２８ａ内にスピンドルナッ
ト２５のピン２６が係合している。ねじスピンドル２４
が回転すると、この装置では、スピンドルナット２５が
ねじスピンドル２４に沿って移動する。この結果、駆動
棒２７，２８がカメラ２０，２１を位置調整するために
相互に回動させる。ピン２６が位置Ａにあると両方のカ
メラ２０，２１の光軸は互いにほぼ水平に向けられてい
るので、ステレオスコープ式の画像情報は遠く離れた対
象を表示する。これに対し、ピン２６が位置Ｂにある
と、両方のカメラの光軸は互いに強く収斂させられるの
でカメラ２０，２１の近くの対象からステレオスコープ
式の画像情報が撮影される。この実施例においても両方
のカメラ２０，２１の収斂の変化と同時にカメラのフォ
ーカス調整が一緒に行われるので、両方のカメラは常
に、両方の光軸の交点にフォーカスされる。このために
必要なフォーカス制御信号をカメラに供給することは符
号Ｆで示された矢印で表わされている。符号Ｄで示され
た矢印ではカメラから発生させられた画像信号をステレ
オスコープ式の再生システムにフィードバックすること
が示されている。
【００２４】図１の実施例においても図２の実施例にお
いても両方のカメラを逆向きに動かすためにはそれぞれ
唯一のモータ２３が設けられている。しかし、図１の実
施例とは異なって図２の実施例は別の特異性を有してい
る。両方のカメラ２０，２１のための保持プレート１７
はそれ自体、両方のカメラ２０，２１の回転軸に対して
平行に向けられた、図示されていない軸線を中心として
回動可能である。撮影システム全体を回転運動のために
駆動するためには、歯環２９が設けられている。この歯
環２９は第２のモータ３１により駆動された歯車３０と
噛合っている。モータ３１を駆動することにより撮影シ
ステム全体は撮影システムの回転軸を中心として回転さ
せられるので種々異なるシーンがステレオスコープ式に
記録される。しかし、第２のモータは再生システムから
の観察者の距離に相応してではなく、再生システムの中
心に対して相対的な観察者の水平方向の位置に相応して
駆動される。観察者が例えば右へ移動すると第２のモー
タ３１は、プレート１７の右回転が行われるように駆動
され、この結果としてカメラ２０，２１によりさらに右
にあるシーンが記録されかつ再生システムに表示され
る。
【００２５】原理的には付加的にヘッドトラッカ５から
送られた観察者頭部についての情報を活用することも考
えられる。この場合には図２における撮影システム全体
を、両方のカメラの光軸の平面に対して平行な軸を中心
として回動させる第３のモータを設ける必要があるもの
と想われる。この場合にはカメラによって記録されたシ
ーンは頭を上げた場合には上方へ移動しかつ頭を下げた
場合には下方へ移動する。
【００２６】図面に基づき説明した実施例では両方のカ
メラの回動は常に、光軸の交点が光軸平面における両方
のカメラの中央線に沿って移動するように行われる。原
理的には両方のカメラ相互の回動は、光軸の交点がこの
中央線に沿っては移動しないようにすることも考えられ
る。これは人が同時に頭を回動させないで例えば横を見
た場合に相応するであろう。しかしながらこのような動
きの場合には有効なステレオベースが小さくなるので、
したがって減少されたステレオスコープ式の深度範囲、
つまりステレオスコープ式の観察が与えられる範囲が小
さくされる。したがって対象シーンを横目で見るために
は撮影システム全体を図２の実施例の場合のように回動
させ、有効になるステレオベースが常に最大であるよう
にすることが有利である。
【００２７】本発明の別の構成によれば、ヘッドトラッ
カから送信された距離信号を付加的に選択的にビデオカ
メラにおいて一般的に存在するズームと連結し、観察者
が接近した場合にカメラの光軸の収斂の変化と近距離点
へのフォーカスと同時に、カメラ対物レンズの有効焦点
距離を高めることもできる。この場合、伝達ファクタは
利用者によって変化できるようにしたい。伝達ファクタ
の調節に応じて、観察者が再生システムに接近した場合
に種々異なる強さのループ効果が達成される。コンスタ
ントな伝達ファクタの代りに変化する伝達ファクタを設
けることもできる。この変化する伝達ファクタは再生シ
ステムからの観察者の間隔の任意の直線的又は非直線的
な関数を成す。近距離観察での相応のループ機能は、当
該システムを外科用に使用した場合に、例えばその他の
点では大きな観察域内で小さい血管の無傷性を検査する
ときに有利である。距離信号のズーム調節に対する連結
操作は例えば足踏スイッチで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステレオスコープ式の撮影兼再生
システムの第１実施例の原理図
【図２】本発明によるステレオスコープ式の撮影兼再生
システムの選択的な実施例の原理図
【符号の説明】
１ ディスプレー、 ２ ラスタプレート、 ３ 電気
モータ、 ４ ねじスピンドル、 ５ ヘッドトラッ
カ、 ６ 制御装置、 ７ 撮影システム、 ８，９
歯環円板、 １０，１１ カメラ、 １２ 回転制御装
置、 １３ 電気モータ、 １４ フォーカス制御装
置、 １７ プレート、 ２０，２１ カメラ、 ２３
電気モータ、 ２４ ねじスピンドル、 ２５ スピ
ンドルナット、 ２６ ピン、 ２７，２８ 駆動棒、
２９ 歯環、 ３０ 歯車、 ３１モータ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに回動可能な２つのカメラ（１０，
    １１；２０，２１）を受容し、該カメラ（１０，１１；
    ２０，２１）がそれぞれ、両方のカメラ（１０，１
    １；，２０，２１）の光軸の交点（Ｎ，Ｆ）にフォーカ
    スされている装置（７，１７）と、ステレオスコープ式
    の再生システム（１，２）と、該ステレオスコープ式の
    再生システムの前の観察者の位置を検出するヘッドトラ
    ッカシステム（５）と、両方のカメラ（１０，１１；２
    ０，２１）の光軸の収斂を、ステレオスコープ式の再生
    システムからの観察者の距離に関連して変える制御装置
    （６，１２，１３）とを有していることを特徴とする、
    ステレオスコープ式の撮影兼再生システム。
  2. 【請求項２】 前記制御装置が、再生システム（１，
    ２）に観察者が近づいた場合には両方のカメラの光軸の
    収斂を強めかつ再生システム（１，２）から観察者が遠
    ざかった場合には前記収斂を弱める、請求項１記載のス
    テレオスコープ式の撮影兼再生システム。
  3. 【請求項３】 ステレオスコープ式の再生システムが、
    前置されたラスタプレート（２）を備えたディスプレー
    （１）を有している、請求項１又は２記載のステレオス
    コープ式の撮影兼再生システム。
  4. 【請求項４】 前記ラスタプレート（２）がディスプレ
    ー（１）の前に可動に配置され、ディスプレー（１）に
    対して相対的なラスタプレート（２）の運動制御がヘッ
    ドトラッカシステム（５）により検出された、再生シス
    テム（１，２）に対して相対的な観察者の位置に相応し
    て行われる、請求項３記載のステレオスコープ式の撮影
    兼再生システム。
  5. 【請求項５】 ２つのカメラ（２０，２１）を有する前
    記装置（１７）がカメラの光軸平面に対して垂直な軸を
    中心として回転可能である、請求項１から４までのいず
    れか１項記載のステレオスコープ式の撮影兼再生システ
    ム。
  6. 【請求項６】 少なくとも１つのカメラ（１０，１１；
    ２０，２１）が両方のカメラの光軸平面に対して垂直な
    軸（８ａ，９ａ）を中心として回転可能である、請求項
    １から４までのいずれか１項記載のステレオスコープ式
    の撮影兼再生システム。
  7. 【請求項７】 両方のカメラ（１０，１１；２０，２
    １）がそれぞれ、両方のカメラの光軸平面に垂直な軸を
    中心として回転可能である、請求項６記載のステレオス
    コープ式の撮影兼再生システム。
  8. 【請求項８】 カメラが回転可能である軸（８ａ，９
    ａ）の間の中心線上に光軸の交点が位置するように両方
    のカメラの回転が常に行われる、請求項７記載のステレ
    オスコープ式の撮影兼再生システム。
  9. 【請求項９】 両方のカメラ（１０，１１；２０，２
    １）の回転運動のために唯一の電気モータ式の駆動装置
    （１３；２３）が設けられている、請求項１から８まで
    のいずれか１項記載のステレオスコープ式の撮影兼再生
    システム。
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