(57)【要約】      （修正有）【課題】ズームレンズの小型化を図りつつ、ズーミングによるズームレンズの入射瞳位置の変動を軽減し、複数のズームレンズ間の基線長の変化を軽減することができ、立体視するのに好適な視差画像が得られるカメラシステムを得ること。【解決手段】入射瞳位置がズーミングによって変動するレンズ構成より成り、あるズーム位置における入射瞳位置と光軸との交点を含み、光軸と直交する方向を回転軸として回動可能に支持されたズームレンズと、該ズームレンズの像側に撮像手段とを設けた撮影系を少なくとも一対有し、該一対のズームレンズは一定の基線長間隔で配置されており、該一対の撮影系で各々視差画像を撮像するカメラシステムにおいて、該ズームレンズのズーミングに伴って変動する入射瞳位置が、該ズームレンズと該撮像手段とを一体的に光軸方向に移動させて空間的に固定となるようにする制御手段を有すること。【選択図】図１（Ｂ）
2007264396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射瞳位置がズーミングによって変動するレンズ構成より成り、あるズーム位置における入射瞳位置と光軸との交点を含み、光軸と直交する方向を回転軸として回動可能に支持されたズームレンズと、該ズームレンズの像側に撮像手段とを設けた撮影系を少なくとも一対有し、該一対のズームレンズは一定の基線長間隔で配置されており、該一対の撮影系で各々視差画像を撮像するカメラシステムにおいて、
該ズームレンズのズーミングに伴って変動する入射瞳位置が、該ズームレンズと該撮像手段とを一体的に光軸方向に移動させて空間的に固定となるようにする制御手段を有することを特徴とするカメラシステム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ズームレンズのズーミングに伴って変動する入射瞳位置を演算する演算手段と、該演算手段からの信号に基づいて該ズームレンズと撮像素子とを一体的に駆動する駆動手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ズームレンズのズーミングに伴って該ズームレンズと前記撮像手段とが一体的に移動するカム部材を鏡筒に設けた構成より成ることを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視用立体カメラ、ビデオシースルーＨＭＤ（Head Mounted Display）に内臓される立体カメラ、ロボットの眼として適用可能な立体カメラ等のカメラシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、左右の撮影系で得た２つの視差画像より立体映像を観察するのに好適な複眼撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では左右のカメラが撮影系の入射瞳位置を回転中心として、被写体に向けて回転可能に構成した複眼撮像装置を開示している。
【０００４】
特許文献１ではステレオ立体映像を再生するとき、正確な視差画像を得るために入射瞳（絞り像＝絞り）をズームレンズの最も物体側（前絞りズームレンズ）に配置して、ズーミングによる入射瞳位置の変動がないようにしている。このため撮影系の入射瞳位置変動を補正する必要が全くない。
【特許文献１】特開平１０−１４５６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の撮影系を用いて視差画像を得るとき、撮影系の入射瞳位置が物体距離やズーム位置によって変化すると、立体視するのに良好なる視差画像が得られなくなる。
【０００６】
入射瞳位置の変動をなくすために絞りを撮影系の最も物体側に配置すると、撮影系が大型化してくる傾向がある。特に撮影系がズームレンズのときは、ズーミングによる入射瞳位置の変動は全くないが、光路中に絞りを配置する場合に比べてレンズ系が大型化してくる傾向が強い。
【０００７】
また複数の撮影系を用いて複数の視差画像を得るとき、撮影系間の基線長が物体距離やズーミング等によって変化すると、立体視するのに良好なる視差画像が得られなくなる。
【０００８】
本発明はズームレンズの小型化を図りつつ、ズーミングによるズームレンズの入射瞳位置の変動を軽減し、複数のズームレンズ間の基線長の変化を軽減することができ、立体視するのに好適な視差画像が得られるカメラシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のカメラシステムは、
入射瞳位置がズーミングによって変動するレンズ構成より成り、あるズーム位置における入射瞳位置と光軸との交点を含み、光軸と直交する方向を回転軸として回動可能に支持されたズームレンズと、該ズームレンズの像側に撮像手段とを設けた撮影系を少なくとも一対有している。そして一対のズームレンズは一定の基線長間隔で配置されており、該一対の撮影系で各々視差画像を撮像する。
【００１０】
そしてズームレンズのズーミングに伴って変動する入射瞳位置が、該ズームレンズと該撮像手段とを一体的に光軸方向に移動させて空間的に固定となるようにする制御手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によればズームレンズの小型化を図りつつ、ズーミングによるズームレンズの入射瞳位置の変動を軽減し、複数のズームレンズ間の基線長の変化を軽減することができ、立体視するのに好適な視差画像が得られるカメラシステムを達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のカメラシステムでは、複数の撮影系の使用が可能であるが、以下簡単のために左右の２つの撮影系を用いた場合について説明する。
【００１３】
本発明のカメラシステムでは、一定の基線長間隔で配置した左右のズームレンズを各々のズームレンズの入射瞳位置を回転中心として、被写体に向けて各々回転可能としている。そして各ズームレンズのズーミングによる各ズームポジション（ズーム位置）による入射瞳位置変動をズームレンズと撮像素子を移動させて軽減または補正（以下、「補正」と称する。）している。即ち、左右の撮影系の入射瞳位置を空間的に固定し、左右の撮影系の入射瞳中心間距離がズームポジションによらず常に基線長間隔に等しくなるようにしている。こうすることにより、ズーミングによる入射瞳位置移動を補正している。
【００１４】
各実施例において、左右のズームレンズは複数レンズ群の光軸方向の移動により同じズーミング作用を行っている。そしてズーミングによる入射瞳位置変動を補正するために、ズーム位置に応じて撮像手段とズームレンズを一体として各々の光軸方向に同量移動させている。これにより各ズームレンズの入射瞳位置を空間的に固定している。このとき撮像手段とズームレンズを一体的に移動させるのに鏡筒全体を動かしている。
【００１５】
ズーミングは、レンズ鏡筒上のズームカムを用いて行っている。または全系の焦点距離に応じた移動レンズ群の位置データを用いて電子的に行っている。そしてズーミングに伴う入射瞳位置変動の補正は、ズームカムと同じ鏡筒、または別の鏡筒上の瞳カムまたは焦点距離に応じた入射瞳位置補正データを用いて行っている。このようなメカカムまたは電子カムを用いてズーミングによる入射瞳位置変動を軽減している。
【００１６】
ズーミングによる入射瞳位置変動の補正は、撮像手段とズームレンズを一体、つまり鏡筒全体を動かすため、ステッピングモーターで動かす（電子カム）のを用いても良く、また鏡筒上のカムを使っても良い。ステッピングモーターで駆動（電子カム）は精度の良いトルクが得られるので好ましい。
【実施例】
【００１７】
次に本発明のカメラシステムの実施例を各図を用いて説明する。
【００１８】
図１(Ａ)は本発明に係わるズームレンズＰＬのズーミングにおける各部材の移動状態の模式図である。図１(Ａ)においてＷは広角端（短焦点距離）、Ｍは中間のズーム位置、Ｔは望遠端（長焦点距離）を示している。図１(Ａ)において左方が物体側で、右方が像側である。
【００１９】
図１(Ａ)において１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、４は正の屈折力の第２レンズ群である。３は開口絞りであり、第２レンズ群４の物体側に位置している。５はビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際に用いられるＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
【００２０】
ズームレンズＰＬは広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーミングに際して、第１レンズ群１は像側に凸状の軌跡の一部を描くように移動している。第２レンズ群４は物体側に移動している。ズーミングに際して双方のレンズ群間隔が変化している。開口絞り３はズーミングに際して第２レンズ群４と共に移動している。
【００２１】
本実施例のズームレンズＰＬでは、第２レンズ群４の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群１の移動によって変倍に伴う像点の移動を補正している。
【００２２】
マーク２は第１レンズ群１を通して見える絞り３の像の位置（入射瞳位置）である。直線１０は第２レンズ群４のズーミングにおける移動軌跡である。曲線１１は第１レンズ群１のズーミングにおける移動軌跡である。曲線１３はズーミングによる入射瞳位置の移動軌跡（入射瞳位置変動軌跡）である。この曲線１３が入射瞳位置のズーミングによる変動に相当している。
【００２３】
尚、図１(Ａ)のズームレンズＰＬは、例として示したものであり、本発明に係わるズームレンズは図１(Ａ)に示すズームタイプに限らず、ズーミングによって入射瞳位置が変動するズームレンズであれば適用可能である。
【００２４】
図１(Ｂ)は、本発明における入射瞳の位置のズーミングにおける変動を補正するときの説明図である。
【００２５】
図１(Ｂ)において、１３ａはズーミングによる入射瞳位置の移動軌跡を示している。ズームレンズＰＬのズーミングデータを用いて後述する図２に示す演算手段２２で演算する。そして演算手段２２で演算されたデータを用いて移動軌跡１３ａは光軸方向で一定であること、つまり空間的に固定されるように、ズームレンズＰＬと撮像素子５を後述する図２に示す駆動手段２１で一体的に光軸方向に動かす。これらの動作は後述する図２に示す制御手段２３によって行っている。曲線１２はそのときの一体移動の移動軌跡である。この移動軌跡１２は、図１(Ａ)の入射瞳位置変動の移動軌跡１３と鏡対称である。
【００２６】
以下、移動軌跡１２を入射瞳位置変動補正軌跡という。入射瞳位置変動補正軌跡１２は、移動レンズ群１、４に対して固定されていた撮像面の移動軌跡に相当する。
【００２７】
なお図１(Ａ)、図１(Ｂ)ともピント（被写体距離）は、ある一定距離に固定されたものとしている。不図示のフォーカスレンズ群が絞り３より撮像面側（像側）にある場合は、任意のズームポジションにおいて、ピント合わせのためのフォーカスレンズ群を移動させても、入射瞳位置は変動しない。従って入射瞳位置変動軌跡１３、入射瞳位置変動補正軌跡１２はズーミングによって全く変らない。フォーカスレンズ群が絞り３より被写体側（物体側）にある場合は、各ズームポジションにおいて、フォーカスレンズ群が移動すると若干、入射瞳位置が変る。従って、フォーカスレンズ群の位置（被写体距離）によって入射瞳位置変動軌跡１３、入射瞳位置変動補正軌跡１２は若干変ってくる。
【００２８】
ただし極端に軌跡１３、１２が変るわけでないので考慮しなくても本発明の目的をほぼ達成することができる。完全な入射瞳位置変動の補正を行なうときには、全系の焦点距離およびフォーカスレンズ群の位置に応じた入射瞳位置変動補正データテーブルを演算手段２２内に作成する。そして、そのデータテーブルよりズームレンズと撮像素子を一体で光軸方向に左右同量補正移動させるのがよい。またメカカムを利用して補正するときは、ズームカム、入射瞳位置補正カムのほかに、フォーカスカムが必要になる。また別の方法として、ズームカム、入射瞳位置補正カムのほかに、フォーカスによる入射瞳位置ズレをキヤンセルするカムを鏡筒上に設けてもよい。
【００２９】
図２(Ａ)、図２(Ｂ)は各々順に本発明のカメラシステムの広角端と望遠端における模式図である。
【００３０】
図２(Ａ)、図２(Ｂ)においてマーク２が入射瞳位置である。６、８は右眼用の撮影系、７、９は左眼用の撮影系である。２１は駆動手段であり、後述する演算手段２２からの信号に基づいて、ズームレンズＰＬと撮像素子５とを一体的に光軸方向に駆動している。２２は演算手段であり、ズームレンズＰＬのズーミングに伴って変動する入射瞳位置を演算している。２３は制御手段であり、ズームレンズＰＬのズーミングに伴って変動する入射瞳位置が、該ズームレンズＰＬと撮像素子５とを一体的に光軸方向に移動させて空間的に固定となるように駆動手段２１と演算手段２２を制御している。
【００３１】
被写体ＯＢはカメラシステムの中央に位置し、輻輳角θでピントを合わせている。ズームレンズＰＬ（カメラ）の基線長ｄは、人間の目の眼幅５６〜７０ｍｍ（日本人平均６３ｍｍ）にあわせると自然な立体映像が撮影できる。図２(Ａ)、図２(Ｂ)では、前述した図１(Ａ)、図１(Ｂ)のズームレンズＰＬを想定しているため、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーミングになるにつれて入射瞳位置が被写体側にずれる。このためカメラ全体（ズームレンズＰＬと撮像素子５）を光軸上で被写体側と反対方向に移動させで入射瞳位置変動を補正している。そして輻輳角θ、ピントを被写体に合わせている。輻輳角θは入射瞳中心で撮影系６、７を角度θだけ回転させているため、基線長ｄはズーミングを行っても全く変化しない。
【００３２】
図３(Ａ)、図３(Ｂ)は、各々図２(Ａ)、図２(Ｂ)の実施例に比べて被写体ＯＢがカメラシステムの左側に位置しているときの模式図である。尚、図３(Ａ)、図３(Ｂ)においては図２(Ａ)、図２(Ｂ)に示した制御手段を省略して図示している。
【００３３】
図２(Ａ)、図２(Ｂ)と同じように図１(Ａ)、図１(Ｂ)のズームレンズＰＬを想定しているため、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーミングに際して入射瞳位置が被写体側にずれる。このためカメラ全体を光軸上で被写体側と反対方向に移動させて入射瞳位置変動を補正している。そして左側に位置している被写体に輻輳角θ、ピントを合わせている。輻輳角θは入射瞳中心で撮影系６、７を角度θだけ回転させているため、基線長ｄはズーミングを行っても全く変化しない。また被写体が左右に位置するだけでなく、上下に位置していても同様である。
【００３４】
図４(Ａ)、図４(Ｂ)は各々本発明に係わる撮影系で用いる鏡筒の要部概略図である。
【００３５】
図４(Ａ)は、ズームレンズのズーミングを実現するためのズーム鏡筒にズームカムが設けられている状態を示している。前述した図１(Ａ)、図１(Ｂ)のズームレンズＰＬを想定している。図４(Ａ)において１４は鏡筒である。１１は第１レンズ群１用のカムであり、１０は第２レンズ群４用のカムである。図４(Ｂ)は、鏡筒１４の上に重なる鏡筒１５を用いた状態を示している。１２は入射瞳変動補正カムであり、このカム１２に従って撮影系（ズームレンズＰＬと撮像素子５）を光軸方向へ移動させている。
【００３６】
本実施例のカメラシステムの使用態様として、例えば次の態様がある。
【００３７】
本実施例のカメラシステムでは、ズームレンズの広角側での立体画像上で、動きベクトルが最も速い被写体を抽出する。そしてその被写体に輻輳角およびピントを合わせ、その被写体の動きベクトルが遅くなるにしたがって、望遠側にズーミングする。これによれば監視用カメラなどでより詳細な被写体情報が必要な場合、被写体ぶれの少ない拡大立体画像が得られる。
【００３８】
またズームレンズの広角側での立体画像上で、動きベクトルが最も速い被写体を抽出する。そしてその被写体に輻輳角およびピントを合わせ、その被写体の動きが一定時間以上止まっている時に、望遠側にズーミングする。これによれば監視用カメラなどでより詳細な被写体情報が必要な場合、被写体ぶれがない被写体の良好な拡大立体画像が得られる。
【００３９】
なお、ズーミングを自動的に行う他に手動で行っても良い。
【００４０】
以上のように上記実施例によれば光学系全体が小型でしかも広角化が容易で、ズーミングによる入射瞳位置の変動が少ない立体視に好適なカメラシステムが得られる。特にズーミングによる入射瞳の位置変動を実質無くし、空間的に固定した入射瞳中心位置を回転中心として、左右の撮影系を回転させ輻輳角を生じさせている。これにより、どの距離に存在する被写体でも、またどのズーム位置でも、左右の撮影系の基線長を一定に保つことができる。また常に１つの基線長での視差画像が得られ、基線長が変化したときの視差画像の変化などを計算する必要がないため、正確で迅速な視差画像が得られる。また輻輳角から被写体までの距離を算出する際も、基線長の変化を計算する必要がないため、正確で迅速な距離算出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１（Ａ）】ズームレンズの入射瞳の位置変動の説明図
【図１（Ｂ）】ズームレンズの入射瞳の位置変動補正の説明図
【図２（Ａ）】本発明のカメラシステムの広角端における上面図
【図２（Ｂ）】本発明のカメラシステムの望遠端における上面図
【図３（Ａ）】本発明のカメラシステムの他の被写体撮影図（広角端における上面図）
【図３（Ｂ）】本発明のカメラシステムの他の被写体撮影図（望遠端における上面図）
【図４（Ａ）】ズーミング用のカムの説明図
【図４（Ｂ）】入射瞳位置変動補正のカムの説明図
【符号の説明】
【００４２】
１・・・第１レンズ群（コンペ群）
２・・・入射瞳位置
３・・・開口絞り
４・・・第２レンズ群（変倍群）
５・・・撮像素子
６・・・右側ズームカメラ（Ｗ）
７・・・左側ズームカメラ（Ｗ）
８・・・右側ズームカメラ（Ｔ）
９・・・左側ズームカメラ（Ｔ）
１０・・・ズーム軌跡またはカム（変倍群）
１１・・・ズーム軌跡またはカム（コンペ群）
１２・・・入射瞳位置変動補正カム
１３・・・入射瞳位置変動軌跡
１４、１５・・・鏡筒
２１・・・駆動手段
２２・・・演算手段
２３・・・制御手段
ＰＬ・・・ズームレンズ
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
2007264396.tif 000004
【図２（Ａ）】
2007264396.tif 000005
【図２（Ｂ）】
2007264396.tif 000006
【図３（Ａ）】
2007264396.tif 000007
【図３（Ｂ）】
2007264396.tif 000008
【図４（Ａ）】
2007264396.tif 000009
【図４（Ｂ）】
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