JP2019174658A - 立体視ビューア - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、立体視用画像の中心間距離が人間の目の間隔より大きい画像を立体視することができる大画面用の立体視ビューアを提供する。【解決手段】左右方向に２つの画像が並列して配置された立体視用画像１を観察するための立体視ビューア１０は、一方の眼球の前方部分に、光軸を一方の眼球の領域内に含む球面レンズ１２が設けられ、他方の眼球の前方部分に、透過して見える虚像が一方の眼球の前方に見える像の方向に結像するように形成され、光軸を他方の眼球の領域内に含まないフレネルレンズ１３が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、立体視用画像を立体視するための立体視ビューアに関する。

従来、画像を立体視するための装置として、左右に赤色と青色のフィルムを採用した立体視メガネが知られている。これに用いる画像は、赤色と青色の２枚の絵が僅かにずれて印刷されており、観察者が立体視メガネを通してその画像を見たとき、それぞれの目で見える像が重なって立体的に見えるという原理であった。

近年では、立体視用画像として、左目視線の左画像と右目視線の右画像とを左右方向に並列して配置したサイドバイサイド画像が知られている。このサイドバイサイド画像を立体視するためには専用の装置が必要となる。

例えば、以下の特許文献１には、サイドバイサイド画像を表示したＴＶ映像を携帯端末のカメラで撮影し、表示素子上にその画像を表示させ、表示素子上の左右画像をそれぞれ第一レンズと第二レンズを介して見ることにより立体表示を実現する立体表示装置が開示されている。

また、サイドバイサイド画像を加工せずに、人間が左右の目でレンズ等を通して立体視するためには、左右画像の中心間距離を人間の目の間隔（約６〜７ｃｍ）以下にする必要があり、携帯端末のようなサイズが小さい表示素子を介することで初めて立体視が可能となっている（特許文献１／段落００４３，００４４、図１）。

特開２０１３−３３１７２号公報

しかしながら、特許文献１の立体表示装置は、テレビ画面等に表示された３Ｄ画像や３Ｄ放送をデジタル的に、又は携帯端末のカメラで一度縮小しなければ立体視ができず、画像が歪んで鮮明でなくなるという問題もあった。

近年、動画投稿サイトで３Ｄ画像等のコンテンツの投稿が行われており、このような３Ｄ画像を携帯端末に表示して、画像を立体視するためのレンズを有する立体視ビューアが市販されている。しかし、携帯端末用の立体視ビューアは、表示部が大きいノート型ＰＣ、タブレット端末、テレビ等の画像を立体視するのに利用することはできなかった。このため、大画面の表示装置でも手軽に画像を立体視することができる立体視ビューアが望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により、立体視用画像（左右画像）の中心間距離が人間の目の間隔より大きい画像を立体視することができる大画面用の立体視ビューアを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、左右方向に２つの画像が並列して配置された立体視用画像を観察するための立体視ビューアであって、一方の眼球の前方部分に、光軸を前記一方の眼球の領域内に含む球面、非球面若しくは円筒レンズ又は素通しからなる正視透過手段が設けられ、他方の眼球の前方部分に、透過して見える虚像が前記一方の眼球の前方に見える像の方向に結像するように形成された光軸を前記他方の眼球の領域内に含まない、光軸を前記他方の眼球から顔の外方向に偏心させたレンズ、円筒レンズ、フレネルレンズ又はプリズム板からなる斜視透過手段が設けられていることを特徴とする。

本発明の立体視ビューアにおいて、一方の眼球の前方部分にある正視透過手段は、球面、非球面若しくは円筒レンズ、又はレンズや透明板がない素通しの状態であり、光軸を一方の眼球の領域内に含んでいる。このため、観察者の目から対象の立体視用画像が正面側に劣化することなく見える。ここで、「眼球の領域」とは、瞼を開いたときの眼球全体の領域を意味し、黒目の領域に限られない。

また、他方の眼球の前方部分にある斜視透過手段は、光軸を他方の眼球の領域内に含まない、光軸を他方の眼球から顔の外方向に偏心させたレンズ、円筒レンズ、フレネルレンズ又はプリズム板であり、観察者の視線が正面方向であっても、斜視透過手段の偏心により、見える虚像は正視透過手段を介して見える像の方向に結像する。これにより、２つの像が視覚的に重なる部分ができ、この重なり部分を利用することで、比較的大きな立体視用画像を立体視することができる。

本発明の立体視ビューアにおいて、前記正視透過手段と前記斜視透過手段の互いに近接する一部の領域にそれぞれ前方が視認不能な遮蔽部を設けていることが好ましい。

立体視ビューアの正視透過手段と斜視透過手段とは、眼球の間隔に合わせて配置されているが、眼球と眼球の間（鼻の上）にある部分の影響で、重ならない独立像が見えることがある。本発明の構成によれば、正視透過手段と斜視透過手段の互いに近接する一部の領域にそれぞれ遮蔽部を設けることにより、一方の眼球は立体視用画像の片側しか視認できなくなる。このため、観察者は重なる像だけが見えるようになり、鮮明な立体像を観察することができる。

また、本発明の立体視ビューアにおいて、前記斜視透過手段を構成する前記フレネルレンズ又はプリズム板は、前記正視透過手段の正面方向と垂直な面に対して所定の角度だけ傾斜して設けられていることが好ましい。

本発明では、斜視透過手段は、正視透過手段の正面方向に対して所定の角度（例えば、３０度）だけ傾斜して設けられている。この傾斜により、正視透過手段を介して見える像と斜視透過手段を介して見える像との重なり部分が大きくなるので、観察者は容易に鮮明な立体像を観察することができる。

また、本発明の立体視ビューアにおいて、前記正視透過手段を介して見える像の大きさａと前記斜視透過手段を介して見える像の大きさｂとの間に、０．８５ａ≦ｂ≦１．１５ａの関係があることが好ましい。

本発明のように、眼球の直前に斜視透過手段を配置した場合、立体視用画像に対する拡大率が公称倍率よりはるかに小さくなるため、斜視透過手段を介して見える像の大きさｂは、正視透過手段を介して見える像の拡大率と厳密に一致する必要はない。大きさａと大きさｂの間に１５％程度の差（０．８５ａ≦ｂ≦１．１５ａ）があってもよい。人間の目の性質上、多少の像の大きさの違いは補正することができるので、観察者は、２つの像を重ね合わせて立体視用画像を立体視することができる。

また、本発明の立体視ビューアにおいて、前記正視透過手段は、度無しの前記球面、非球面若しくは円筒レンズ、又は素通しであり、前記斜視透過手段は、リニアフレネルレンズ又はプリズム板であることが好ましい。

本発明において、正視透過手段を度無しの球面レンズ、非球面レンズ又は円筒レンズとするか、素通し状態とすることで、観察者は、立体視用画像を劣化することなく見ることができる。また、斜視透過手段をリニアフレネルレンズ又はプリズム板とすることで、観察者は、歪みやぼけの少ない鮮明な立体像を観察することができる。

特に、正規透過手段を円筒レンズとした場合、透過して見える像は横方向にのみ拡大されているため、斜視透過手段によってもほぼ同じ倍率で拡大されていることが必要である。そこで、円筒レンズ、それに同等な斜視透過手段を、虚像が正視透過手段を介して見える像の方向に結像するように配置することにより、観察者は、横方向に拡大された立体像を観察することができる。

また、本発明の立体視ビューアにおいて、前記斜視透過手段は、前記球面又は非球面レンズの表面に、シート状のフレネルレンズ又はプリズム板を貼り付けて形成されていてもよい。

例えば、度無しレンズのメガネを用意して、一方のレンズをそのままとし、他方のレンズの表面に焦点距離が大きく（１２０ｍｍ〜∞）、シート状のフレネルレンズを貼り付ける。これにより、容易に立体像を観察可能な立体視ビューアを作成することができる。

また、本発明の立体視ビューアにおいて、前記正視透過手段及び前記斜視透過手段は、メガネ、ゴーグル又はシートの開口部に嵌め込まれていることが好ましい。

この構成によれば、正視透過手段及び斜視透過手段は、例えば、開口部を有する紙や薄いプラスチックのシートに嵌め込まれている。正視透過手段と斜視透過手段の一辺同士を接着して１つの開口部に嵌め込んでもよいし、それぞれを２つの開口部に嵌め込んでもよい。これにより、観察者は、手軽に立体視用画像を立体視することができる。

立体視ビューアの概要を説明する説明図である。 第１実施形態に係る立体視ビューアの斜視図である。 第１実施形態に係る立体視ビューアの原理を説明する図である。 第１実施形態（変更例）に係る立体視ビューアの原理を説明する図である。 第２実施形態に係る立体視ビューアの斜視図である。 第３実施形態に係る立体視ビューアの正面図である。 第４実施形態に係る立体視ビューアの正面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の立体視ビューアの実施形態について説明する。

［第１実施形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る立体視ビューア１０の概要を説明する。

立体視ビューア１０は、これを使用した人（以下、観察者）がサイドバイサイド画像１（本発明の「立体視用画像」）を眺めると、立体像が観察できる立体表示装置である。

サイドバイサイド画像１は、左目用の左目画像１Ｌと、僅かに位置や角度がずれた右目用の右目画像１Ｒとで構成され、ＰＣ、タブレット端末、スマートフォン、テレビ等のディスプレイＤに表示される画像である。なお、ここでいう画像には、静止画の他、動画も含まれる。

第１実施形態の立体視ビューア１０はメガネタイプであり、観察者は立体視ビューア１０を装着してサイドバイサイド画像１を眺める。ここで、立体視ビューア１０は、眼球用の開口を有するメガネフレーム１１と、球面レンズ１２と、フレネルレンズ１３とで構成されている。

詳細は後述するが、立体視ビューア１０を用いることで、観察者の右目で見える像と左目で見える像の少なくとも一部が光学的に重なり、観察者は、サイドバイサイド画像１から１つの立体像を観察することができる。観察者とサイドバイサイド画像１が表示されるディスプレイＤまでの距離は、観察者がスマートフォンの画面を眺めるときのように１０〜２０ｃｍでもよいし、テレビの画面を眺めるときのように１〜２ｍ又はそれ以上であってもよい。

次に、図２に、立体視ビューア１０の斜視図を示す。立体視ビューア１０は、メガネフレーム１１の右目用のレンズ開口に球面レンズ１２、左目用のレンズ開口にフレネルレンズ１３を嵌め込んでいる。

球面レンズ１２（本発明の「正視透過手段」）は、ほぼ度が入っていないレンズであり、レンズの光軸は観察者の目の領域（瞼を開いたときの眼球全体の領域）内にある。このため、サイドバイサイド画像１の右目画像１Ｒを劣化することなく眺めることができ、後述する立体像の鮮明さを高める効果がある。なお、球面レンズ１２の代わりに非球面レンズや円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）を用いてもよいし、レンズや透明板等が一切無い素通し状態にしてもよい。

また、フレネルレンズ１３（本発明の「斜視透過手段」）は、例えば、シリンドリカルレンズをフレネル溝で形成したリニアフレネルレンズであり、光を一方向に集光又は拡散する。また、フレネルレンズ１３は所定の倍率を有し、光軸が球面レンズ１２を介して見える像の側とは反対方向に偏心している。

観察者がフレネルレンズ１３を介してサイドバイサイド画像１の左目画像１Ｌを眺めると、フレネルレンズ１３の倍率に応じて像が拡大される。しかし、フレネルレンズ１３が眼球の直前に配置されている場合は、実際の倍率は公称倍率よりはるかに低く、サイドバイサイド画像１を立体視するのに支障はない。なお、フレネルレンズ１３の代わりに、透明プラスチック、ガラス等の透明板の表面に多数のプリズム構造が形成されたプリズム板を用いてもよい。

右目用のレンズ開口に、偏心のないフレネルレンズを用いることもできるが、度なしレンズや素通しと比較してフレネル溝が見えてしまい、像が劣化する可能性がある。また、球面レンズ１２とフレネルレンズ１３は左右が逆であってもよいが、フレネルレンズ１３の表面の突起（スロープ）方向も逆にする必要がある。

次に、図３、図４を参照して、立体視ビューア１０により立体像が得られる原理を説明する。

図３に示すように、観察者の右目Ｅ_Rは、球面レンズ１２を介してサイドバイサイド画像１の右目画像１Ｒを眺める。球面レンズ１２はほぼ度が入っていないレンズであるため、右目画像１Ｒの像Ｆ_Rはそのまま右目Ｅ_Rの正面に出現し、移動しない。

また、観察者の左目Ｅ_Lは、フレネルレンズ１３を介してサイドバイサイド画像１の左目画像１Ｌを眺める。このとき、フレネルレンズ１３の偏心の効果により、左目画像１Ｌの像Ｆ_L（虚像）は、右目画像１Ｒの像Ｆ_Rの方向、詳細には、レンズによる光の屈折方向と逆方向に結像する。

これにより、右目画像１Ｒの像Ｆ_Rと左目画像１Ｌの像Ｆ_Lの少なくとも一部が光学的に重なり、観察者は、あたかもサイドバイサイド画像１の幅方向が約半分の大きさとなった、１つの立体像を観察することができる。特に、球面レンズ１２からは右目画像１Ｒが劣化のない状態で見えているので、立体像は非常に鮮明なものとなる。

右目画像１Ｒの像Ｆ_Rと左目画像１Ｌの像Ｆ_Lとが完全に重ならない場合であっても、人間の目は、その性質上、僅かな位置又は大きさのずれを補正して１つの合成像とすることができる。図３の例では、像Ｆ_Rと像Ｆ_Lの重なりが２５％以上５０％以下の範囲であれば、観察者は、視界バリアと組み合わせて、無理なく立体視することができる。

サイドバイサイド画像１が遠方にある場合は、球面レンズ１２の倍率は１倍（度無しレンズ）が好ましいが、倍率が１倍に近い、いわゆる度が弱いレンズであればよい。

球面レンズが度無しレンズである場合、フレネルレンズは、球面レンズにフレネルレンズシートを貼り付けた構成としてもよい。この場合、度が入っていないメガネを用意して、一方のレンズはそのままとし、他方のレンズの表面にフレネルレンズシートを貼り付けることで、容易に立体視ビューアを作成することができる。なお、フレネルレンズシートの代わりにプリズムシートを用いてもよい。

右目画像１Ｒの像Ｆ_Rと左目画像１Ｌの像Ｆ_Lとをできるだけ重ねるためには、図４に示すように、フレネルレンズ１３を球面レンズ１２に対して傾斜して配置すればよい。具体的には、球面レンズ１２の正面方向に対して角度θ（２０〜４０度）だけ、フレネルレンズ１３の右側（メガネフレーム１１の中心側）がディスプレイＤに接近するように傾斜させる。

また、球面レンズ１２を介して見た像の大きさａとフレネルレンズ１３を介して見た像の大きさｂとが厳密に一致する必要はなく、１５％程度の違いがあってもよい。すなわち、大きさａと大きさｂとの間に、０．８５ａ≦ｂ≦１．１５ａの関係があればよい。以上の条件が揃うと、観察される立体像は非常に鮮明なものとなる。なお、フレネルレンズ１３の代わりにプリズム板を用いた場合も同じである。

［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る立体視ビューア２０について説明する。

図５は、立体視ビューア２０の斜視図を示している。立体視ビューア２０は、メガネフレーム２１の右目用のレンズ開口に球面レンズ２２、左目用のレンズ開口にフレネルレンズ２３を嵌め込んでいる点は、第１実施形態の立体視ビューア１０と同じである。

立体視ビューア２０では、球面レンズ２２とフレネルレンズ２３の何れもメガネフレーム２１のブリッジ（観察者の鼻の上）に近い一部の領域に、前方が視認できない遮蔽フィルム２２’，２３’（本発明の「遮蔽部」）を設けている。

第１実施形態の立体視ビューア１０のように遮蔽フィルムを有していない場合でも、観察者は、サイドバイサイド画像１を立体視することができる。しかし、観察者の右目からサイドバイサイド画像１の左目画像１Ｌ、左目からサイドバイサイド画像１の右目画像１Ｒが見えると、立体像の他にそれぞれ独立像が見え、全部で３つの像が見えてしまうことがある。

このことを防止するため、立体視ビューア２０では、両レンズのメガネフレーム２１のブリッジに近い一部の領域に遮蔽フィルム２２’，２３’を設けて、観察者の右目からは右目画像１Ｒだけが視認され、左目からは左目画像１Ｌだけが視認されるようにする。これにより、２つの独立像が見えなくなるため、立体像はより鮮明なものとなる。

メガネフレーム２１のブリッジに、前方に突出した仕切り板を設けてもよい。このような仕切り板によっても、遮蔽フィルムを２２’，２３’を設けた場合と同様の効果が得られ、立体像が鮮明に見える。

［第３実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態に係る立体視ビューア３０について説明する。

図６は、立体視ビューア３０の正面図を示している。立体視ビューア３０はゴーグルタイプであり、フレーム３１の右目用のレンズ開口に球面レンズ３２、左目用のレンズ開口にフレネルレンズ３３を嵌め込んでいる。立体視ビューア３０の装着部は、メガネのように耳に掛ける蔓（つる）でもよいし、ゴムバンドでもよい。

立体視ビューア３０においても、球面レンズ３２はほぼ度が入っていないレンズであり、レンズの光軸は観察者の目の領域内にある。また、フレネルレンズ３３は所定の倍率を有し、光軸は球面レンズ３２を介して見える像と反対方向に偏心している。フレネルレンズ３３による虚像は、球面レンズ３２による像の方向にずれて見えるので、観察者は、鮮明な立体像を観察することができる。

本実施形態の立体視ビューア３０は、フレーム３１の中央にレンズ仕切り３１ａを設けているが、仕切りのない大きな１つの開口としてもよい。その場合には、球面レンズ３２とフレネルレンズ３３の一辺同士を接着させる。また、第２実施例形態の立体視ビューア２０のように両レンズの互いに近接する一部の領域に、それぞれ遮蔽フィルムを設けてもよい。また、レンズ仕切り３１ａに、前方に突出した板部を設けてもよい。このような板部によっても、遮蔽フィルムを設けた場合と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
最後に、図７を参照して、本発明の第４実施形態に係る立体視ビューア４０について説明する。

図７は、立体視ビューア４０の正面図を示している。立体視ビューア４０は紙や薄いプラスチックで作られたお面タイプであり、シート４１の右目用のレンズ開口に球面レンズ４２、左目用のレンズ開口にフレネルレンズ４３を嵌め込んでいる、又は裏面側から貼り付けている。なお、フレネルレンズ４３は、軽量且つ薄いプラスチックシート製のものを用いるとよい。

立体視ビューア４０においても、球面レンズ４２はほぼ度が入っていないレンズであり、レンズの光軸は観察者の目の領域内にある。また、フレネルレンズ４３は所定の倍率を有し、光軸は球面レンズ４２を介して見える像と反対方向に偏心している。フレネルレンズ４３による虚像は、球面レンズ４２による像の方向にずれて見えるので、観察者は、鮮明な立体像を観察することができる。

立体視ビューア４０を紙製にすれば、図示するように、シート４１の中央に折り目４１ａを設けることができる。これにより、第１実施形態の変更例（図４参照）のように、球面レンズ４２の正面方向に対するフレネルレンズ４３の傾斜を容易に調整することができ、観察者は、手軽に非常に鮮明な立体像を観察することができる。

これは、球面レンズ４２とフレネルレンズ４３の間の領域が、遮蔽部の役割を果たすことも要因の１つとなっている。また、左右のレンズ開口の形状により、遮蔽部を拡大することもできる。また、両レンズの間の領域に、前方に突出した仕切り板を設けてもよい。このような仕切り板によっても、遮蔽部を設けた場合と同様の効果が得られる。シート４１に大きな１つのレンズ開口を設けて、球面レンズ４２とフレネルレンズ４３の一辺同士を接着させたものを裏面側から貼り付けてもよい。

立体視ビューア４０を紙製とした場合、シート４１の意匠も自由に創作することができるので、例えば、動物やマンガのキャラクタ、有名人の顔のお面としてもよい。立体視ビューア４０の装着部は、輪ゴムで耳に掛けるタイプや、シート４１の端部に耳に掛ける凹部を作ることが考えられるが、何れの場合も加工は容易である。

以上、本発明の立体視ビューアの複数の実施形態について説明したが、本発明は、これまで説明した実施形態に限られない。例えば、フレネルレンズは、リニアフレネルレンズの他に、凸フレネルレンズ、凹フレネルレンズ等を用いてもよい。また、球面レンズやフレネルレンズの形状は、メガネと同様に円形や楕円形、略長方形等、任意の形状とすることができる。

また、第１実施形態のメガネタイプの立体視ビューア１０は、金属やプラスチック、べっ甲等の通常のメガネフレームの素材でもよいが、紙製であってもよい。紙製であれば、レンズ開口を設けて両レンズを裏面側から貼り付ければよいので、製造コストが抑えられる。

上述の第２〜第４実施形態の立体視ビューアでは、全て球面レンズとフレネルレンズの組み合わせとしたが、非球面レンズとプリズム板の組み合わせ、素通しとフレネルレンズの組み合わせ等、あらゆる組み合わせを採用することができる。

１ サイドバイサイド画像
１Ｌ 左目画像
１Ｒ 右目画像
１０，２０，３０，４０ 立体視ビューア
１１，２１ メガネフレーム
１２，２２，３２，４２ 球面レンズ
１３，２３，３３，４３ フレネルレンズ
２２’，２３’ 遮蔽フィルム
３１ フレーム
３１ａ レンズ仕切り
４１ シート
４１ａ 折り目
Ｄ ディスプレイ
Ｅ_L 左目
Ｅ_R 右目
Ｆ_L （左目画像による）像
Ｆ_R （右目画像による）像

Claims (7)

1. 左右方向に２つの画像が並列して配置された立体視用画像を観察するための立体視ビューアであって、
   一方の眼球の前方部分に、光軸を前記一方の眼球の領域内に含む球面、非球面若しくは円筒レンズ又は素通しからなる正視透過手段が設けられ、
   他方の眼球の前方部分に、透過して見える虚像が前記一方の眼球の前方に見える像の方向に結像するように形成された光軸を前記他方の眼球の領域内に含まない、光軸を前記他方の眼球から顔の外方向に偏心させたレンズ、円筒レンズ、フレネルレンズ又はプリズム板からなる斜視透過手段が設けられていることを特徴とする立体視ビューア。
2. 前記正視透過手段と前記斜視透過手段の互いに近接する一部の領域にそれぞれ前方が視認不能な遮蔽部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の立体視ビューア。
3. 前記斜視透過手段を構成する前記フレネルレンズ又はプリズム板は、前記正視透過手段の正面方向と垂直な面に対して所定の角度だけ傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体視ビューア。
4. 前記正視透過手段を介して見える像の大きさａと前記斜視透過手段を介して見える像の大きさｂとの間に、０．８５ａ≦ｂ≦１．１５ａの関係があることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体視ビューア。
5. 前記正視透過手段は、度無しの前記球面、非球面若しくは円筒レンズ、又は素通しであり、
   前記斜視透過手段は、リニアフレネルレンズ又はプリズム板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の立体視ビューア。
6. 前記斜視透過手段は、前記球面又は非球面レンズの表面に、シート状のフレネルレンズ又はプリズム板を貼り付けて形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の立体視ビューア。
7. 前記正視透過手段及び前記斜視透過手段は、メガネ、ゴーグル又はシートの開口部に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の立体視ビューア。

Images