(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影装置と、その撮影装置と被写体との間に配置される第１の光学系と、その撮影装置から送られる画像信号に対応する画像を表示する表示装置と、その画像の表示光の光路に配置される第２の光学系とを備え、その第１の光学系は、被写体の像を構成する複数の微小部分相互の面積比を変化させるように、その像を歪曲し、その第２の光学系は、第１の光学系による歪曲を打ち消すように、その表示装置により表示される画像を歪曲することを特徴とするテレビジョンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はテレビジョンシステムに関し、例えば、宇宙空間、原子炉内、被災地、高所等の危険な環境において、遠隔監視作業や作業用ロボットの遠隔操作等のために用いるのに適するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来のテレビジョンシステムとして、撮影装置と、その撮影装置と被写体との間に配置される第１の光学系と、その撮影装置から送られる画像信号に対応する画像を表示する表示装置と、その画像の表示光の光路に配置される第２の光学系とを備え、その第１、第２の光学系として歪曲率の小さなものが用いられている。
【０００３】
しかし、撮影装置側と表示装置側の各々で光学系の歪曲率を小さくしようとすると、各光学系それぞれの構成が複雑になり、また、設計の自由度が少なくなる。さらに、得られる表示画像の画素密度の分布は均一であるため、広画角の光学系を用いた場合は細部の認識を充分に行えなかった。
【０００４】
また、撮影装置と、その撮影装置と被写体との間に配置される広画角の光学系と、その光学系による歪曲を補正する電子回路と、その電子回路を介し撮影装置から送られる画像信号に対応する画像を表示する表示装置とを備えるテレビジョンシステムが用いられている。
【０００５】
しかし、広画角の光学系を用いた場合、視野の範囲は広くなるが得られる表示画像の細部の認識が困難になる。
【０００６】
また、第１の撮影装置と、その第１の撮影装置と被写体との間に配置される広画角の光学系と、第２の撮影装置と、その第２の撮影装置と被写体との間に配置される狭画角の光学系と、視線追従センサ付き頭部装着型表示装置とを備えるテレビジョンシステムが開発されている。その第２の撮影装置を観察者の視線の動きに応じ移動させ、観察者の視線方向に第２の撮影装置から送られる高画素密度の狭画角画像を表示し、その周囲に第１の撮影装置から送られる低画素密度の広画角画像を併せて表示する。
【０００７】
しかし、高画素密度の狭画角画像と低画素密度の広画角画像とを、単一画面上に併せて表示した場合、両画像の境目が不連続になり違和感が生じる。また、一つの画像を形成するのに２台の撮影装置が必要で機構が複雑になる。さらに、そのような境目があると、視線追従センサの応答速度や精度が十分でなく、視線の動きに対する高画素密度の狭画角画像の動きに遅れが生じると、非常に見にくい画像になる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することのできるテレビジョンシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のテレビジョンシステムは、撮影装置と、その撮影装置と被写体との間に配置される第１の光学系と、その撮影装置から送られる画像信号に対応する画像を表示する表示装置と、その画像の表示光の光路に配置される第２の光学系とを備え、その第１の光学系は、被写体の像を構成する複数の微小部分相互の面積比を変化させるように、その像を歪曲し、その第２の光学系は、第１の光学系による歪曲を打ち消すように、その表示装置により表示される画像を歪曲することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明の構成によれば、第１の光学系により、被写体の像を構成する複数の微小部分相互の面積比を変化させるように、その像を歪曲し、その歪曲した状態で撮影装置の受光面上に結像させ、表示装置により表示する。その表示画像において、その歪曲により面積が大きくなった部分は歪曲のない場合に比べ、画素数が増加する。その表示画像の歪曲は第２の光学系により打ち消されるので、歪曲のない、且つ、画素密度の高い部分と低い部分とを有する画像を視認することができる。しかも、その画素密度の高い部分と低い部分との境目は不連続になることはない。
【００１１】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１２】
図１に示すテレビジョンシステムは、撮影装置１と、その撮影装置１と被写体２との間に配置される第１の光学系３と、その撮影装置１により形成される画像信号の送信側通信装置４と、その送信側通信装置４から送られる画像信号の受信側通信装置５と、その画像信号に対応する画像を表示する表示装置６と、その画像の表示光の光路に配置される第２の光学系７とを備えている。
【００１３】
その撮影装置１は、ＣＣＤ等の撮像素子１ａと、この撮像素子１ａを制御して画像信号を送信側通信装置４に出力する制御装置１ｂとを有する。その第１の光学系３は、被写体２の像を撮像素子１ａの受光面上に結像するもので、その被写体２の像を樽型歪曲させる。すなわち、被写体２が図に例示するような正方形格子であり、図中破線Ａで示すように被写体２の像の外周が正方形であれば、その像は図中実線Ｂで示すように撮像素子１ａの受光面上において外周が樽型の像になるように歪曲される。その樽型歪曲により、被写体２の像を構成する複数の微小部分相互の面積比は変化する。
【００１４】
その表示装置６は、液晶表示パネル等の表示素子６ａと、この表示素子６ａを撮影装置１から通信装置４、５を介して送信される画像信号に応じ制御することで、その表示素子６ａ上に画像を形成する制御装置６ｂとを有する。その第２の光学系７は、その表示装置６により表示される画像を観察者１６の目の網膜上に結像するもので、その表示装置６により表示される画像を糸巻型歪曲させる。すなわち、表示装置６による表示画像の外周が図中破線Ｃで示すような正方形であるとすれば、その像は図中実線Ｄで示すように観察者１６の目の網膜上において外周が糸巻型の像になるように歪曲される。これにより、被写体２が前記例示した正方形格子であり、第１の光学系３により外周が樽型に歪曲された像が表示画像となる場合、第２の光学系７により観察者１６の目の網膜上において正方形格子の画像２′になるように歪曲される。すなわち、その第２の光学系７による歪曲により、第１の光学系３による歪曲が打ち消される。
【００１５】
例えば、図２の（１）に示すように、その正方形格子の被写体２の像の中央近傍の微小部分２ａと周辺近傍の微小部分２ｂとの面積比が１：１であり、第１の光学系３により、両微小部分２ａ、２ｂの線分比が２：１、すなわち面積比が４：１になるように樽型歪曲され、図中正方形の破線Ｅで示す撮像素子１ａの受光面上に結像される。また、図２の（２）に示すように、その正方形格子の被写体２に対応する表示像が仮に歪曲されずに表示装置６により表示されたとすると、第２の光学系７により、その中央近傍の微小部分２ａと周辺近傍の微小部分２ｂとは、線分比が１：２、すなわち面積比が１：４になるように糸巻型歪曲され、観察者１６の目の網膜上に結像される。よって、その図２の（１）に示す樽型歪曲された画像が表示装置６により表示されると、その中央近傍の微小部分２ａと周辺近傍の微小部分２ｂとは、第２の光学系７により樽型歪曲を打ち消して面積比が１：１になるように歪曲され、元の正方形格子の表示像２′として観察者１６の目の網膜上に結像される。しかも、その正方形格子の表示像２′の中央近傍の微小部分２ａは、周辺近傍の微小部分２ｂに対し、撮像素子１ａの受光面上における面積が４倍であるので、４倍の画素密度を有する。
【００１６】
なお、本実施例では、その撮像素子１ａと第１の光学系３とはハウジングに内蔵されてカメラヘッド８を構成する。そのカメラヘッド８は、図３に示すような作動装置９に取り付けられる。その作動装置９は、ベース１０と、このベース１０にヨー軸１１中心に回転可能に取り付けられた回転テーブル１２と、この回転テーブル１２に支持プレート１３を介してヨー軸１１に直交するピッチ軸１４中心に回転可能に取り付けられるホルダー１５とを有する。そのホルダー１５により一対のカメラヘッド８が保持され、一方のカメラヘッド８を介して撮影される画像が上記テレビジョンシステムにより観察者１６の一方の目に結像され、他方のカメラヘッド８を介して撮影される画像が同様に上記テレビジョンシステムにより観察者１６の他方の目に結像され、これにより、被写体の立体画像が視認される。その撮影装置１と作動装置９は、例えば宇宙空間や原子炉内等に配置される。
【００１７】
また、観察者１６の頭部に装着されるホルダー１７により、観察者１６の目に対応するように一対の表示装置６と一対の第２の光学系７とが保持される。さらに、そのホルダー１７にモーションセンサ１８が取り付けられ、観察者１６の頭部の動きに対応する信号が、そのセンサ１８の制御装置１９、送信側無線装置２０、受信側無線装置２１を介して、前記作動装置９の制御装置２２に送信される。その制御装置２２に、前記作動装置９の回転テーブル１２の駆動用サーボモータ２３と、ホルダー１５の駆動用サーボモータ２４とが接続される。これにより、観察者１６の頭部の動きに応じてカメラヘッド８を移動させることができる。なお、モーションセンサ１８は公知のもの、例えば、ホルダー１７に取り付けられるコイルと、そのコイルの周りに磁界を発生させる手段とを有し、磁界の中をコイルが移動することによる電流の変化に対応する信号を出力するものや、超音波の発信機と受信機とを用い、ホルダー１７に受信機を取り付け、受信機の動きによる超音波の発信機から受信機までの到達時間の変化に応じた信号を出力するものを用いることができる。
【００１８】
上記構成によれば、第１の光学系３により被写体２の像を樽型歪曲し、その歪曲した状態で撮影装置１の受光面上に結像させ、表示装置６により表示する。よって、表示画像の中央部は歪曲のない場合に比べて画素数が増加する。その表示画像の歪曲は第２の光学系による糸巻型歪曲により打ち消されるので、歪曲のない、且つ、画素密度が中央部において高く周囲部において低い画像を視認することができ、しかも、その画素密度の高い部分と低い部分との境目は不連続になることはない。これにより、第１の光学系３の歪曲と第２の光学系７の歪曲とを個別に補正することなく、両光学系を設計時にまとめて取り扱って歪曲を補正でき、光学系の構成が簡単になり、設計の自由度が多くなる。また、視野の範囲を狭くすることなく、細部の認識が可能な、違和感のないスムーズな画像を、複雑な構成を要することなく得ることができる。また、その得られる画像は、視野中心付近において画素密度を高くして細部の認識ができ、細部の認識を必要としない視野周辺部分において画素密度を低くできる。また、頭部の動きに応じカメラヘッド８を移動させる場合に、仮に頭部の動きに対する画像の動きに遅れが生じても、画素密度の高い部分と低い部分とは一体となって動くので、画像が見にくくなることはない。
【００１９】
なお、本発明は上記実施例に限定されない。例えば、図４の（１）に実線Ｋで示すように、第１の光学系により被写体の像を、図において右方に向かうに従い、像を構成する微小部分の面積が小さくなるように台形歪曲させ、図４の（２）に実線Ｌで示すように、第２の光学系により表示画像を、第１の光学系による台形歪曲を打ち消すように、図において左方に向かうに従い、像を構成する微小部分の面積が小さくなるように台形歪曲させてもよい。この場合は、画素密度が図中左方において高く右方において低くなる以外は、上記実施例と同様に、画素密度の高い部分と低い部分との境目が不連続になることのない、歪曲のない画像を視認できる。すなわち、第１の光学系は、被写体の像を構成する複数の微小部分相互の面積比を変化させるように、その像を歪曲し、第２の光学系は第１の光学系による歪曲を打ち消すように表示画像を歪曲するものであればよい。また、画像信号の伝達は有線により行なってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のテレビジョンシステムによれば、第１の光学系の歪曲と第２の光学の歪曲とを個別に補正することなく、両光学系を設計時にまとめて取り扱って歪曲を補正でき、光学系の構成が簡単になり、設計の自由度が多くなる。また、視野の範囲を狭くすることなく、細部の認識が可能な、違和感のないスムーズな画像を、複雑な構成を要することなく得ることができる。また、頭部の動きに応じ撮影装置を移動させる場合に、仮に頭部の動きに対する画像の動きに遅れが生じても、画素密度の高い部分と低い部分とは一体となって動くので、画像が見にくくなることはない。
【００２１】
【本発明の実施態様】
本発明の構成において、第１の光学系は被写体の像を樽型歪曲させ、その第２の光学系は第１の光学系による樽型歪曲を打ち消すように表示画像を糸巻型歪曲させるのが好ましい。これにより、得られる画像の中央部における画素密度を高くし、周囲部における画素密度を低くできるので、視野中心付近において画素密度を高くして細部の認識ができ、細部の認識を必要としない視野周辺部分において画素密度を低くした歪曲のない画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のテレビジョンシステムの構成説明図
【図２】本発明の実施例の（１）は第１の光学系の作用説明図、（２）は第２の光学系の作用説明図
【図３】本発明の実施例のカメラヘッドの作動装置の斜視図
【図４】本発明の変形例の（１）は第１の光学系の作用説明図、（２）は第２の光学系の作用説明図
【符号の説明】
１  撮影装置
２  被写体
３  第１の光学系
６  表示装置
７  第２の光学系
【図１】
0003604443.tif 000002
【図２】
0003604443.tif 000003
【図３】
0003604443.tif 000004
【図４】
0003604443.tif 000005