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発明の名称 ステレオカメラ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−22014(P2001−22014A)
公開日 平成13年1月26日(2001.1.26)
出願番号 特願平11−193107
出願日 平成11年7月7日(1999.7.7)
代理人 【識別番号】100083286
【弁理士】
【氏名又は名称】三浦 邦夫
【テーマコード(参考)】
2H011
2H051
2H054
2H059
5C022
5C061
【Fターム(参考)】
2H011 AA01 AA06 BA05 BB02 DA00 
2H051 AA00 BA01 BA14 CB22 DD20
2H054 AA01 BB05
2H059 AA07
5C022 AA13 AB04 AB24 AB26 AC03 AC32 AC42 AC51 AC54 AC69 AC74
5C061 AB06
発明者 阿部 哲也 / 泉水 隆之
要約 目的
比較的近距離の被写体を撮影しようとする場合や、望遠系の撮影光学系を用いて撮影を行う場合であっても、煩雑な操作を必要とせずに左右の撮影光軸に適切な輻輳角を与えて良好な立体画像の撮影を可能とするステレオカメラを提供することを目的とする。

構成
左右に配置された少なくとも一対の撮影光学系と;この一対の撮影光学系の光軸が成す輻輳角を、被写体距離情報に応じて変化させる輻輳角制御機構と;を有する。
特許請求の範囲
【請求項1】 左右に配置された少なくとも一対の撮影光学系と;この一対の撮影光学系の光軸が成す輻輳角を、被写体距離情報に応じて変化させる輻輳角制御機構と;を有することを特徴とするステレオカメラ。
【請求項2】 請求項1に記載のステレオカメラにおいて、各撮影光学系は、撮影レンズと撮像素子を有し、輻輳角制御機構は、各撮影光学系の撮影画角中心が一致する方向に輻輳角を変化させるべく各撮影光学系を回転させる駆動機構を有するステレオカメラ。
【請求項3】 請求項1に記載のステレオカメラにおいて、輻輳角制御機構は、各撮影光学系の光路中に配置されたバリアングルプリズムを有するステレオカメラ。
【請求項4】 請求項1に記載のステレオカメラにおいて、輻輳角制御機構は、各撮影光学系の少なくとも一部を該撮影光学系の光軸と略直交する方向にシフトさせる駆動機構を有するステレオカメラ。
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のステレオカメラにおいて、右側の撮影光学系と左側の撮影光学系は第1撮像素子と第2撮像素子をそれぞれ有しており、これら第1撮像素子と第2撮像素子の各々でパッシブ方式の測距を行うとき、第1撮像素子では撮影画角の中心より左側に測距ポイントを配置し、第2撮像素子では撮影画角の中心より右側に測距ポイントを配置して測距を行うステレオカメラ。
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか一項に記載のステレオカメラは電子スチルカメラであるステレオカメラ。
発明の詳細な説明
【0001】
【技術分野】本発明は、両眼視差と輻輳とによって立体感を与えるステレオ写真を撮影するためのステレオカメラに関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】左右対称に配置された少なくとも一対の撮影光学系を用いて被写体画像を記録するステレオカメラ(立体カメラ)で撮影を行う場合、比較的近距離の被写体を撮影しようとする場合や、望遠系の撮影光学系を用いて撮影を行う場合には、左右の撮影画角のオーバーラップ領域が狭くなり、立体画像の撮影が困難であった。
【0003】このような問題点を回避するために、左右の撮影光軸に輻輳角を与えることにより、両眼視差を減少させる手法が知られている。しかし、その多くは、ユーザーにその作業を手動で行わせるものであり、操作性が良くなかった。
【0004】
【発明の目的】本発明は、以上の従来の問題点に鑑みてなされたものであり、比較的近距離の被写体を撮影しようとする場合や、望遠系の撮影光学系を用いて撮影を行う場合であっても、煩雑な操作を必要とせずに左右の撮影光軸に適切な輻輳角を与えて良好な立体画像の撮影を可能とするステレオカメラを提供することを目的とする。
【0005】
【発明の概要】本発明のステレオカメラは、左右に配置された少なくとも一対の撮影光学系と;この一対の撮影光学系の光軸が成す輻輳角を、被写体距離情報に応じて変化させる輻輳角制御機構と;を有することを特徴としている。この構成によれば、撮影距離が変化する度に輻輳角を手動調整する必要が無いので操作性が良い。
【0006】
【発明の実施の形態】以下図示実施形態に基づいて本発明を説明する。図1は、本発明を適用したステレオカメラの第1実施形態を示している。ステレオカメラ10は、撮像素子を用いて被写体像を撮像する電子スチルカメラであり、箱型筺体11の前部に左右一対の撮影光学系RL,LLを有し、箱型筺体11の後部に左右一対のファインダ接眼部RF,LFを有している。
【0007】箱型筺体11上面の左右には、電源のオン/オフや各種撮影モード等を選定するファンクションダイヤル12と、レリーズ釦13とが設けられている。ファンクションダイヤル12の近傍には、フレーム選定や露出補正値選定等に用いる一対の操作釦14,15が設けられている。また箱型筺体11前面には、左右一対の撮影光学系RL,LLの間に位置させて、赤外線アクティブ方式の測距装置16が設けられている。
【0008】図4および図5に示すように、右側撮影光学系RLは、ボックス形状の右側撮影ユニット21に固定されている。同様に、左側撮影光学系LLは、ボックス形状の左側撮影ユニット22に固定されている。各撮影光学系RL,LLは、光軸に沿って可動のAFレンズ(図示せず)を有している。左右対称に配置された一対の撮影ユニット21,22は、互いに同一構造を有するものである。
【0009】撮影ユニット21内における撮影光学系RLの光軸方向後方には、撮影光学系RLにより形成される被写体像を撮像する右側CCD(第1撮像素子)23が固定されている。同様に、撮影ユニット22内における撮影光学系LLの光軸方向後方には、撮影光学系LLにより形成される被写体像を撮像する左側CCD(第2撮像素子)24が固定されている。左右の撮影光学系RL,LLは、原点Pを中心として基線長dの間隔で配置されている。
【0010】右側ファインダ接眼部RF内には、右側CCD23で撮像した被写体像を表示する右側LCD17Rが内臓されている(図6参照)。同様に、左側ファインダ接眼部LF内には、左側CCD24で撮像した被写体像を表示する左側LCD17Lが内臓されている(図6参照)。
【0011】左右の撮影ユニット21,22は、互いに平行な回転中心C1,C2を有する回動板31,32上にそれぞれ固定されている。図5に示すように、各回動板31,32の回転中心C1,C2は、対応する撮影光学系RL,LLの略中心を通って光軸OR,OLと直交している。各回動板31,32には、扇形状のギヤ部31a,32aが形成されており、これらギヤ部31a,32aは常時噛合している。このギヤ部31a,32aにより、左右の回動板31,32は、連動して互いに逆回転方向に回動可能とされている。
【0012】左側撮影ユニット22が固定された回動板32には、回転中心C2をはさんでギヤ部32aとは反対側の位置に、扇形状のウォームホイール32bが形成されている。ウォームホイール32bは、回動板32近傍に設けられたモーター35の回転軸上に固定されたウォーム35aと常時噛合している。したがってモーター35が回転すると、左右の撮影ユニット21,22が連動して回転中心C1,C2を軸として回転する。なお、図5に示すように、ギヤ部31aの径L1とギヤ部32aの径L2は同一であるが、ウォームホイール32bの径L3は、径L1,L2よりも長く設定されている。回動板31,32、ギヤ部31a,32a、ウォームホイール32b、ウォーム35a、モーター35等により輻輳角制御機構45(図6参照)が構成されいてる。
【0013】図2は、左右の撮影ユニット21,22の光軸OR,OLを略平行にした状態、即ち左右の撮影光学系RL,LLを輻輳角を持たせずに配置した状態を示している。図3は、左右の撮影ユニット21,22の光軸OR,OLをステレオカメラ10前方で交差させた状態、即ち左右の撮影光学系RL,LLを輻輳角を持たせて配置した状態を示している。図2および図3の各図中、dは基線長、Sは主被写体、f0は被写体距離、θは輻輳角の2分の1の角度(即ち、2θが輻輳角)、Pは左右の撮影光学系RL,LLの間の中央に位置する原点を示している。
【0014】図6は、第1実施形態のステレオカメラ10の回路構成を示すブロック図である。ステレオカメラ10は、カメラ全般の制御を司るマイコン等からなるシステムコントロール回路40を有している。システムコントロール回路40には、レリーズ釦13の操作によりオン/オフされるレリーズスイッチ13a、操作スイッチ14,15の操作によりオン/オフされる操作スイッチ14a,15a、ファンクションダイヤル12の操作によりスイッチの状態が変化するファンクションダイヤルスイッチ12aがそれぞれ接続されている。レリーズスイッチ13aは、レリーズ釦13の半押し、全押しを検出する2段階スイッチである。
【0015】またシステムコントロール回路40には、測距装置16、右側撮影光学系RLのAFレンズを駆動する第1レンズ駆動回路41、左撮影光学系LLのAFレンズを駆動する第2レンズ駆動回路42、右側CCD23を駆動する第1CCD駆動回路43、左側CCD24を駆動する第2CCD駆動回路44、輻輳角制御機構45がそれぞれ接続されている。さらにシステムコントロール回路40には、右側LCD17Rを駆動する第1LCD駆動回路46、左側LCD17Lを駆動する第2LCD駆動回路47がそれぞれ接続されている。
【0016】さらにシステムコントロール回路40には、右側CCD23が接続する第1CDS/AGC回路48、左側CCD24が接続する第2CDS/AGC回路49、第1A/Dコンバータ50、第2A/Dコンバータ51、メモリー52、信号処理部53、記憶装置コントローラ54がそれぞれ接続されている。記憶装置コントローラ54には、フロッピーディスクやフラッシュメモリー等の記憶媒体(図示せず)に画像データを記録させる画像記憶装置55が接続されている。
【0017】右側CCD23で取得された画像信号は、第1CDS/AGC回路48を介して第1A/Dコンバータ50でA/D変換されてメモリー52に一旦記憶される。同様に、左側CCD24で取得された画像信号は、第2CDS/AGC回路49を介して第2A/Dコンバータ51でA/D変換されてメモリー52に一旦記憶される。メモリー52に一旦記憶された画像信号は、信号処理部53を介して所定の信号処理を施された後、右側LCD17Rと左側LCD17Lとにそれぞれ出力される。また信号処理部53は、右側LCD17Rと左側LCD17Lとにそれぞれ出力した画像信号を記憶装置コントローラ54にも出力し、この出力信号は、レリーズ釦13が押されてレリーズスイッチ13aがオンされると、画像記憶装置55によりフロッピーディスクやフラッシュメモリー等の記憶媒体に画像データとして記録される。
【0018】図7は、第1実施形態のステレオカメラ10での撮像動作を示すフローチャートである。ステレオカメラ10の電源がオンされると、右側CCD23および左側CCD24を駆動し、続いて右側LCD17Rと左側LCD17Lを駆動する(S101,S103)。その後、右側CCD23および左側CCD24の各々でパッシブ方式の測距を行う(S105)。このとき、右側CCD23では撮影画角の中心より左側(例えば、撮影画面左半分の略中心位置)に測距ポイントを配置し、左側CCD24では撮影画角の中心より右側(例えば、撮影画面右半分の略中心位置)に測距ポイントを配置して測距を行う。
【0019】次に、右側CCD23および左側CCD24の各々で測光を行う(S107)。続いて、右側CCD23により求めた第1測距値(被写体距離)と左側CCD24により求めた第2測距値(被写体距離)の平均測距値((第1測距値+第2測距値)/2)を求め、その後、右側CCD23により求めた第1測光値(被写体輝度)と左側CCD24により求めた第2測光値(被写体輝度)の平均測光値((第1測光値+第2測光値)/2)を求める(S109,S111)。そして、ステップS109の処理で求めた平均測距値とステップS111の処理で求めた平均測光値とに基づいて、AE/AF制御を実行する(S113)。
【0020】その後レリーズ釦13が半押しされたことを検出すると、ステップS117の処理に進み、検出されなければステップS105の処理に戻る(S115)。つまり、電源がオンにされた後、レリーズ釦13が半押しされない限り、ステップS105〜S115の処理を繰り返す。
【0021】ステップS115でレリーズ釦13が半押しされたことを検出すると、測距装置16によりアクティブ方式の測距を行って測距値(被写体距離f0)を求め、この測距値に基づいて輻輳角制御機構45(即ちモーター35)を駆動して左右の撮影ユニット21,22を回転させ、これによって左右の光軸OR,OLに輻輳角を与える(S117,S119)。
【0022】その後、ステップS107の処理と同様に、右側CCD23および左側CCD24の各々で再度測光を行い、続いて、ステップS111の処理と同様に、右側CCD23により求めた第1測光値(被写体輝度)と左側CCD24により求めた第2測光値(被写体輝度)の平均測光値((第1測光値+第2測光値)/2)を再度求める(S121,S123)。そしてこの平均測光値に基づいて再度AE制御を実行する(S125)。
【0023】その後レリーズ釦13がさらに押し込まれて全押しされたことを検出すると、ステップS129の処理に進み、検出されなければステップS131の処理に進む(S127)。レリーズ釦13が全押しされたことを検出したときはと、記録装置コントローラ54および画像記憶装置55を駆動して、フロッピーディスクやフラッシュメモリー等の記憶媒体(図示せず)に画像データを記録する(S129)。この記録後、輻輳角を予め設定されている初期値に戻してステップS105の処理にリターンする(S133)。
【0024】ステップS127の処理でレリーズ釦13が全押しされいないことを検出したときは、レリーズ釦13の半押し状態が解除されているか否かを検出する(S131)。このとき、レリーズ釦13の半押し状態が解除されていないこと(即ち、レリーズ釦13の半押し状態が維持されていること)を検出したときはステップS127の処理に戻り、ステップS127およびS131の処理を繰り返し実行し、レリーズ釦13の半押し状態が解除されていることを検出したときは、ステップS133に進む(S131)。
【0025】上記ステップS119の処理では、以下の式(1)に基づいて輻輳角を設定する。
θ=tan-1(d/2f0)・・・・・(1)
但し、θは輻輳角の2分の1の角度(°)、f0は被写体距離(m)、dは左右の撮影光学系RL,LL間の基線長(mm)である。被写体距離f0は、図7中のステップS117の処理によって決定される。
【0026】以下の表1は、基線長dが65mmのときの被写体距離f0と角度θの関係を示す。
[表1]
0(m) θ(°)
1 1.8612 0.9315 0.37210 0.186【0027】図8は、本発明を適用したステレオカメラの第2実施形態を示している。ステレオカメラ100は、第1実施形態のステレオカメラ10と同様に電子スチルカメラであり、箱型筺体101の前部に左右一対の撮影光学系RL,LLを有し、箱型筺体11の後部に左右一対のファインダ接眼部RF,LFを有している。この第2実施形態のステレオカメラ100において、第1実施形態のステレオカメラ10と同一の部材には同一符号を付してある。
【0028】第1実施形態では左右の撮影ユニット23,24を回動して輻輳角を変化させるが、第2実施形態では左右の撮影光学系RL,LLの各光路中に公知のバリアングルプリズム(可変頂角プリズム)を配置し、このバリアングルプリズムを駆動することで輻輳角を変化させる。第2実施形態での左右の撮影ユニット21,22は、箱型筺体101に対して固定されている。
【0029】ステレオカメラ100には、左右の撮影光学系RL,LLの被写体側にバリアングルプリズムRV,LVがそれぞれ配設されている(図9、図10参照)。図9は、バリアングルプリズムRV,LVにより輻輳角が与えられていない状態(即ち、左右の撮影ユニット21,22の光軸OR,OLが略平行の状態)を示し、図10は、バリアングルプリズムRV,LVにより輻輳角が与えらている状態を示している。図9および図10の各図中、φはバリアングルプリズムRV,LVの可変頂角角度(°)を示している。
【0030】図11は、第2実施形態のステレオカメラ100の回路構成を示すブロック図である。本回路は、第1実施形態でのステレオカメラ10の回路に設けられた輻輳角制御機構45に代えて、各バリアングルプリズムRV,LVとシステムコントロール回路40の間に接続されたバリアングルプリズム(VAP)制御装置60が設けられている。バリアングルプリズム制御装置60は、システムコントロール回路40により制御され、得られた被写体距離f0に応じて各バリアングルプリズムRV,LVを駆動して各バリアングルプリズムRV,LVの可変頂角角度φを変化させる。その他の回路構成は、図6に示す第1実施形態での回路構成と基本的に同一である。第2実施形態のステレオカメラ100では、バリアングルプリズムRV,LV、バリアングルプリズム制御装置60等により輻輳角制御機構が構成されいてる。
【0031】図12は、第2実施形態のステレオカメラ100での撮像動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、図7に示した第1実施形態のステレオカメラ10での撮像動作を示すフローチャート中のステップS119の処理を、バリアングルプリズム(VAP)制御(S219)に代えたもので、その他の処理に関しては図7に示すフローチャートと同一である。
【0032】即ち、ステップS117でのアクティブ方式の測距を実行後、この測距値に基づいて各バリアングルプリズムRV,LVを駆動して各バリアングルプリズムRV,LVの可変頂角角度φを変化させ、これによって左右の光軸OR,OLに輻輳角を与える(S219)。この処理後、ステップS121の処理に進む。
【0033】第2実施形態でのステップS219の処理では、以下の式(2)に基づいて可変頂角角度φを設定する。
φ=(n−1)θ・・・・・(2)
但し、φは可変頂角角度(°)、nは各バリアングルプリズムRV,LVのプリズム屈折率、θは輻輳角の2分の1の角度(偏光角)(°)である。
【0034】以下の表2は、第2実施形態でのステレオカメラ100における、基線長dが65mmおよびプリズム屈折率nが1.5のときの被写体距離f0と可変頂角角度φの関係を示す。
[表2]
0(m) φ(°)
1 0.9312 0.4665 0.18610 0.093【0035】図13は、本発明を適用したステレオカメラの第3実施形態を示している。ステレオカメラ200は、第1実施形態のステレオカメラ10と同様に電子スチルカメラであり、箱型筺体102の前部に左右一対の撮影光学系RL,LLを有し、箱型筺体102の後部に左右一対のファインダ接眼部RF,LFを有している。この第3実施形態のステレオカメラ200において、第1実施形態のステレオカメラ10と同一の部材には同一符号を付してある。
【0036】第1実施形態では左右の撮影ユニット21,22を回動して輻輳角を変化させ、第2実施形態では左右のバリアングルプリズムRV,LVを駆動して輻輳角を変化させるが、第3実施形態では、左右の撮影光学系RL,LLをその光軸に対して直交する方向にシフト(ディセンター)させることで輻輳角を変化させる。第2実施形態での左右の撮影光学系RL,LLは、対応する撮影ユニット21,22内において、光軸と直交し且つ互いに接離する横方向(図14および図15での左右方向)に移動可能に案内されている。さらに、図14および図15の各図中では図示しないが、ステレオカメラ200内には、左右の撮影光学系RL,LLを互いに接離する方向に駆動する駆動機構、即ち第1および第2レンズシフトアクチュエータ61,62が設けられている(図16参照)。この駆動機構として、公知の各種駆動機構を用いることができるが、例えば、モーターとカム機構を組み合わせた駆動機構や、コイルと磁石を組み合わせた電磁駆動機構等を用いることができる。
【0037】図14は、各撮影ユニット21,22においてCCD23,24に対する撮影光学系RL,LLのシフト量がゼロとされ、輻輳角が与えられていない状態(即ち、左右の撮影ユニット21,22の光軸OR,OLが略平行の状態)を示し、図15は、各撮影ユニット21,22においてCCD23,24に対する撮影光学系RL,LLのシフト量がy(mm)とされ、輻輳角が与えられている状態を示している。図15中、ωは輻輳角の2分の1の角度(°)、fはレンズ焦点距離(mm)であり、yは撮影光学系RL,LLのシフト量(mm)を示している。
【0038】図16は、第3実施形態のステレオカメラ200の回路構成を示すブロック図である。本回路は、第1実施形態でのステレオカメラ10の回路に設けられた輻輳角制御機構45に代えて、右側撮影光学系RLとシステムコントロール回路40の間に接続された第1レンズシフトアクチュエータ61と、左側撮影光学系LLとシステムコントロール回路40の間に接続された第2レンズシフトアクチュエータ62が設けられている。第1レンズシフトアクチュエータ61は、システムコントロール回路40により制御され、得られた被写体距離f0に応じたシフト量yだけ右側撮影光学系RLをシフトさせる。同様に、第2レンズシフトアクチュエータ62も、システムコントロール回路40により制御され、得られた被写体距離f0に応じたシフト量yだけ左側撮影光学系LLをシフトさせる。その他の回路構成は、図6に示す第1実施形態での回路構成と基本的に同一である。第3実施形態のステレオカメラ200では、第1レンズシフトアクチュエータ61、第2レンズシフトアクチュエータ62等により輻輳角制御機構が構成されいてる。
【0039】図17は、第3実施形態のステレオカメラ200での撮像動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、図7に示した第1実施形態のステレオカメラ10での撮像動作を示すフローチャート中のステップS119の処理およびステップS133の処理を、レンズシフトアクチュエータ制御(S319)および各レンズ(撮影光学系RL,LL)を初期位置に戻す処理(S333)に代えたもので、その他の処理に関しては図7に示るフローチャートと同一である。
【0040】即ち、ステップS117でのアクティブ方式の測距を実行後、この測距値に基づいて各レンズシフトアクチュエータ61,62を駆動して各撮影光学系RL,LLをシフトさせる。この処理後、ステップS121の処理に進む。ステップS333の処理では、各撮影光学系RL,LLを予め設定されている初期位置に戻してステップS105の処理にリターンする(S333)。
【0041】第3実施形態でのステップS319では、以下の式(3)に基づいてシフト量yを設定する。
y=f・tanω・・・・・(3)
tanω=0.5d/(f0+f)
但し、yはシフト量(mm)、fはレンズ焦点距離(mm)、ωは輻輳角の2分の1の角度(°)、dは左右の撮影光学系RL,LL間の基線長(mm)である。
【0042】第2実施形態では、左右の撮影光学系RL,LLの被写体側にバリアングルプリズムRV,LVをそれぞれ配設したが、各バリアングルプリズムRV,LVの配置はこれに限定されず、左右の撮影光学系RL,LLの各光路中であれば他の位置に配設してもよい。つまり、例えば各バリアングルプリズムRV,LVを、対応する撮影光学系RL,LL中に配置する構成にしても、同様の効果を得ることが可能である。
【0043】第3実施形態では、左右の撮影光学系RL,LLをその光軸OR,OLに対して直交する方向にシフト(ディセンター)させることで輻輳角を変化させる構成にしたが、本発明はこれに限定されず、各撮影光学系RL,LLの少なくとも一部をその光軸OR,OLに対して直交する方向にシフトさせる構成にしても、同様の効果を得ることが可能である。
【0044】上記各実施形態のカメラは電子スチルカメラであるが、各CCD23,24を銀塩フィルムに置き換えることにより、銀塩フィルムを利用するステレオカメラにも本発明を適用することは可能である。
【0045】
【発明の効果】以上のように、本発明のステレオカメラによれば、一対の撮影光学系の光軸が成す輻輳角を、被写体距離情報に応じて変化させる輻輳角制御機構を設ける構成にしたので、比較的近距離の被写体を撮影しようとする場合や、望遠系の撮影光学系を用いて撮影を行う場合であっても、煩雑な操作を必要とせずに左右の撮影光軸に適切な輻輳角を与えて良好な立体画像を撮影することができる。




 

 


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