JP4421662B2

JP4421662B2 - 立体映像撮像表示システム

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Publication number: JP4421662B2
Application number: JP2008223798A
Authority: JP
Inventors: 稔稲葉
Original assignee: Individual
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Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: JP4421673B2; JP2010004530A; JP2010004511A

Description

本発明は、左右二つのレンズによって撮影した映像を左右夫々の眼で視る二眼立体視方式の立体映像(動画及び静止画)の撮像-表示に関するものであり、表示画面サイズが異なっても、また、表示装置の機種が異なった場合であっても同一映像データを利用することによって、テレビ放送や通信回線を利用した画像の送受信等の分野において映(影)像の立体化を推進するものである。

従来、二眼立体視方式の電子立体映像撮像表示システムが提案及び展示、販売されている。また、一部では立体テレビ放送が既に開始されたようである。

これ等従来の電子立体映像撮像-表示システムは機種毎に異なるシステムを混在使用するためには表示側において画像をシフトしたりして調節する必要が生じる。しかし、これら従来の方法による調整方法は不完全なものであり汎用的実施は困難である。
(例えば特許文献１参照)。
特開８-２７５２０７号公報。

そこで、立体映像表示装置の機種が異なった場合であっても、表示側において立体映像を無調節で忠実に再現可能にするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、撮影レンズと撮像素子とからなる撮影ユニットの光軸間距離を眼幅間隔で左右平行に設置した立体映像撮像装置の視野に仮想の視野フレームである一つの参照窓を設定し、その参照窓を左右夫々の撮影レンズによって左右夫々に縮小投影する参照窓の像幅に合わせて左右の撮像素子を設置するか又は参照窓の投影像幅相等の画像データを読み出して標準立体映像データとして送出し、
表示側の装置において、その標準立体映像データを撮影時の参照窓と等価である基準ディメンション表示画面を挟む左右夫々の視角内の規定された条件に配置されたディスプレイ上に左右用の映像を互いに異なる偏光によって同時又は時分割によって表示するか、又は左右用夫々の映像を同一方向の偏光によって時分割表示し、各々の表示方式に応じて左右の視野を分離視するために各々偏光メガネ又は液晶シャッタメガネ又は、左右同一の偏光板を取り付けたメガネの直前に液晶板を取り付け、その液晶板を交互駆動して分離視する立体映像撮像表示システムを提供する。

この構成によれば、撮影時に参照窓を設定し、左右の撮像素子に投影される窓内の標準立体映像データを送出し、表示側で参照窓と等寸大に拡大表示した場合を立体映像表示の基準ディメンション表示画面とすることによって撮影光景を忠実に再現する。

請求項２記載の発明は、立体映像を表示する基準ディメンション表示画面の両端と鑑賞者の左眼とを結ぶ線で決定される左の視野角内、及び基準ディメンションの表示画面の両端と鑑賞者の右眼とを結ぶ線で決定される右の視野角内の左右同一の任意位置に左右夫々の視野幅内に表示する立体映像撮像表示装置において、
上記立体映像の左右用の映像をＬＣＤパネル上に交互に時分割表示するとともに鑑賞用メガネを同期させるための赤外線発信装置を備えた立体映像撮像表示装置を提供する。

この構成によれば、立体映像撮像表示装置の実際のディスプレイサイズが、撮像装置で設定される参照窓（基準ディメンションの表示画面）より大きくても、又は小さくても、更には、左右の映像が重なり合うオーバーラップ表示範囲であっても、又は、左右用の映像を並置する左右並置表示範囲であっても立体映像データを表示位置（鑑賞距離）に対する規定の表示幅（図１に図示）に表示するのみでよい。そして、この構成によれば、従来のＬＣＤ型ＴＶの構成要素部品を転用することができるので映像の立体化を容易に実現することができる。また、立体映像データを標準化したことによりディスプレイサイズが異なっても無調整で表示できる。

請求項３記載の発明は、標準立体映像データを取得する立体映像撮像装置から立体映像表示装置へのデータ搬送手段としてディジタルＴＶ放送波を利用した請求項１記載の立体映像撮像表示システムを提供する。

この構成によれば、立体映像データは標準化されているので特別な工夫の必要もなく従来のシステムで立体テレビジョン放送を実現できる。特にディジタルＴＶ放送は、スロット分けして送信されていて、ハイビジョンであっても搬送波に余裕があり左右用二つの映像信号を同期して送信するのに適している。

請求項４記載の発明は、立体映像を取得するための立体映像撮像装置から立体映像表示装置へのデータ搬送手段として通信回線を利用した請求項１記載の立体映像撮像表示システムを提供する。

この構成によれば、立体映像データは標準化されているので高速通信回線(光ファイバー)網を通じて、インターネットで立体映像が自由に送受信できる。

請求項１記載の発明によれば、立体映像の撮像から表示の全過程に於いて現有の素子及び要素技術であらゆる映像の立体化が容易にできる。これは、既存のメディア(例えば、ディジタルＴＶ放送やインターネット、ＤＶＤ等)に載せることができ、また、ＴＶ放送やインターネット等において映像のモノラルからステレオへの転換が容易であるという利点を有する。

請求項２記載の発明によれば、映画館で上映するサイズの巨大なスクリーンサイズから小型テレビまで（オーバーラップ表示範囲）、更には小サイズのディスプレイを左右別々に設けて表示する範囲（左右並置表示範囲）までをも同一画像データによって表示できる。ディスプレイの種類及びサイズが異なる場合であっても同一の立体感を無調整にて得ることができる。従って、立体ＴＶ放送を一般化（実施）する場合に極めて有用である。何故ならば、立体放送は送信側の様々な規格は一元化可能であるが、受像する視聴者側においては諸々の事情において一元化不可能（例えば経済的事情や部屋の大きさ、その他で設置するＴＶのサイズがどうしても異なることは止むを得ない事情）であるからである。そしてこの発明は、立体映像の左右用の映像をＬＣＤパネル上に交互に時分割表示するとともに鑑賞用メガネを同期させるための赤外線発信装置を備えたので、従来の液晶ＴＶに標準立体映像データによる立体映像の左右用の映像を交互に時分割表示し、同時に視野分離メガネ用の赤外線同期信号を発信するのみでよい。又、この構成によれば、立体映像撮像表示装置が最も手軽に実現することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明を応用したものであり、立体ＴＶ放送を具現化するにあたって実質的に唯一の方法であり、またディジタルＴＶ放送の本領を発揮するものである。何故ならば、ディジタルＴＶ放送はスロット分けして送信されていて、現行のディジタルハイビジョンの２チャンネル分の容量を同時に送信できるためである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明を応用したものであり、立体映像データの通信回線による送受信を具現化する場合、実質的に唯一の方法である。それは、送信側及び受信側互いの画面サイズが異なる場合であっても、送信側、受信側何れの側に於いても無加工（無調整）で良く、また、立体感や物体の大きさ等も互いに同一感を得ることができる。更には、立体ＴＶ放送との融合も可能である。という利点を有する。

また、左右用の画像を並置したステレオフォトプリントをインターネットで交換できる。そして、同様に銀塩方式のステレオスライドの注文もインターネット上で画像データとして送ることができる。と言う利点もある。

本発明の特徴は、ステレオカメラの撮像素子の大きさ、及び立体表示装置の表示範囲及び画面サイズが異なる場合であっても立体映像データを共用可能にしたことであり、あらゆる立体映像の距離感及び寸法を共通に認識するためには撮影時に参照窓を設定することである。そして、この参照窓を視野フレーム(左右の画像フレーム)として撮影し、表示に必要な基準立体映像データとして送出する。そして、表示側において標準立体映像データを撮影側の参照窓と等価の基準ディメンションの画面に表示することによって忠実な立体感を再現する。
例えば、図２において参照窓Ｗ_refの幅を……Ｗ_Ｗ
撮像素子に投影される参照窓内の像Ｉ_refの幅を…Ｗ_Ｓ
基準ディメンションの表示画面幅を……Ｗ_Ｄ
とすれば、撮影倍率ｒは、ｒ＝Ｗ_Ｓ/Ｗ_Ｗ
表示倍率Ｒは、Ｒ＝Ｗ_Ｄ/Ｗ_Ｓ
として、ｒ×Ｒ＝１とすることである。上記数式によれば撮像素子の幅Ｗ_Ｓの大きさに拘らずステレオカメラの送出画像データを標準立体映像データ化することは容易であると理解される。

図１は、立体視の概念図である。図示の大型立体ＴＶを(ディスプレイ幅１８００mm)基準ディメンション表示画面のテレビとすれば、各々のサイズの表示画面と、その配置は図示の関係になる。

図３は、図１の寸法及び配置関係をより詳細に表したものであるが、図３は実際の寸法比率に対し、観察者の位置に近付くに従って大きくなる寸法比率で表している。これは、作図上の混雑を回避するためのものである。

図３に於いて観察者の眼から、図示の左右並置表示範囲とオーバーラップ表示範囲との境界線までの距離Ｌ_Ｘは、Ｌ_Ｘ＝Ｌ_０／（１＋Ｗ_Ｐ０/Ｂ）の関係となり、
Ｌ_０＝２５００mm、Ｗ_Ｐ０＝１８００mm とすれば
眼幅寸法がＢ＝５８mmのとき、
Ｌ_Ｘ＝２５００/（１+１８００/５８）＝７８．０４mm
眼幅寸法がＢ=７２mmのとき、
Ｌ_Ｘ＝２５００/（１+１８００/７２）＝９６．１５mmなる。
左右並置表示範囲では左右の視野を仕切るための隔壁が必要で、実際の鑑賞距離は７５mm位が略限度である。また、７５mmは明視の距離に比べて非常に近くなるために視度調節用のルーペが必要で、ルーペは視距離よりも僅かに大きい焦点距離のものが程よいため、この場合使用するルーペの焦点距離は約８０mmが適当である。

また、眼幅寸法(ステレオベース)Ｂは観察者個々において多少の差があるが鑑賞距離が大きい場合には(オーバーラップ表示範囲)無限遠像の相応点の左右の間隔と眼幅寸法Ｂとの多少の差は無視しても良い。

そして、左右並置表示範囲において、眼幅寸法Ｂとの差の余裕は少ないが視度調節レンズの間隔を調節することによってその差は緩和される。

左右の画面間隔、即ちピクチャーディスタンスは図３に図示の左右の眼幅間隔Ｂと基準ディメンションのディスプレイＤ_０までの距離Ｌ_０とで次の関係となる。任意の距離Ｌ_Ｎに配置されたディスプレイＤ_ＮのピクチャーディスタンスＤ_ＰＮは、Ｄ_ＰＮ＝Ｂ（１-Ｌ_Ｎ/Ｌ_０）の値となる。

左右夫々の画面幅Ｗ_Ｐ０は鑑賞者の眼からの距離に比例するが左右夫々の眼に入る光線がディスプレイＤ_０を挟む図示の視角αが同一のため、図３に図示の各々の見かけ上の画面幅は、Ｗ_Ｐ０＝Ｗ_Ｐ１＝Ｗ_Ｐ２の関係になり同じ大きさに見える。

上述のように、基準ディメンション表示画面のＴＶ（図１に図示の大型ＴＶ）に標準立体映像データを図１に図示の関係配置に表示することによって、左右用の画像を重ねて表示するオーバーラップ表示範囲から左右単独の表示面を有する左右並置表示範囲までの全ての表示範囲において共通のデータを使用することができる。この場合、図示の各々のディスプレイには標準立体映像データを左右夫々規定された条件に配置(位置及び幅)表示するのみでよい。

図２は、図１に図示の関係配置の立体画像データを取得する手段のステレオカメラの解説図である。図２(a)は、図１の立体視の状態と全く同一の状態図で、図２(b)を、ステレオカメラとする場合の関係図である。今、図２(a)に図示の相等参照窓のディスプレイＥ_refを図１の基準ディメンション表示画面のテレビ（図１に図示の大型立体ＴＶ）のディスプレイとし、図２(b）のステレオカメラに参照窓Ｗ_refを設定し、カメラの左右の撮影レンズの間隔を眼幅寸法Ｂとすれば、図２(a)の相等参照窓のディスプレイＥ_refから観察者の左右夫々の眼Ｅ_Ｌ及びＥ_Ｒまでと、２(b)の幅Ｗ_Ｗの参照窓Ｗ_refから左右夫々の撮影レンズＬ_Ｌ，Ｌ_Ｒまでは共役関係が成立する。よって、左右夫々の視野角α内に配置される撮像素子上の画像データは、人が実際に図１の基準ディメンション表示画面のテレビ（図示の大型立体ＴＶ）を観察する場合と等しくなる。また、視野角α内に配置される撮像素子のサイズ(幅)は撮像素子を配置する光軸方向の位置で決定される。

図２(b)において撮像素子の幅Ｗ_Ｓは、Ｗ_Ｓ＝Ｗ_Ｗ×ｆ/Ｌで計算される。また、左右の撮像素子の間隔(倒立像状態のピクチャーディスタンス)、即ち図示のＤ_Ｓは、
Ｄ_Ｓ＝Ｂ(１+ｆ/Ｌ)で計算され、左右の撮影レンズの間隔＝人の眼幅Ｂよりも大きくなる。

撮像素子上に投影される像は倒立状態であり、正立させるために左右夫々の位置で１８０°回転すれば左右の画面間隔、即ちピクチャーディスタンス(表示側＝正立像状態)は人の眼幅Ｂよりも小さくなる。また、図２(ｂ)に図示の参照窓Ｗ_refと、左右夫々の撮影レンズの主点を通り、参照窓Ｗ_refの窓Ｗ_Ｗを挟む線で構成される二つの三角形(一部が重なり合う二つの三角形)と、左右夫々の撮影レンズの主点をとおり左右夫々の撮像素子Ｓの両端を挟む線と撮像素子自身の面で構成される夫々二つの三角形とは、左右夫々の撮影レンズの主点を点対称として相似形になっている。また、左右のユニットは図示の中心線Oを対称線として左右対称であるため図の紙面の中心線０を折り畳み線として折りたためば左右の光軸Φ(Ｌ)とΦ(Ｒ)とが一致して左右同士が重なり合う。従って、図２(ｂ)のステレオカメラによって撮影した立体映像を図１の基準ディメンション表示画面のＴＶ(図示の大型立体テレビ)の同一画面位置に時分割で交互に、又は偏光等で同時に重ねて映し、視野分離用メガネによって左右の眼夫々で左右用夫々の画面を見れば無限遠像の相応点は自ずと人の眼幅に表示される。よって、最適状態の立体映像を再現できる。なお、基準ディメンションの同一位置に映すためには特別な手立ては必要とせず、図２(ｂ)に図示の撮像素子Ｓ上の像を図２(a)のディスプレイ上において表示倍率を、ディスプレイＤの画面幅Ｗ_Ｄと撮像素子の幅Ｗ_Ｓとの単純比のＷ_Ｄ/Ｗ_Ｓの倍率で表示すればよい。

また、図１に図示の各々のサイズの左右夫々の画面幅は各々の表示装置の配置距離と基準ディメンション表示画面のＴＶまでの距離との比で決定される（図３においてＬ_１/Lo＝Ｗ_P1/Ｗ_ＰO）従って、左右用夫々の表示画面幅は単純比であるので算出は容易である。

そして、図１に図示のとおり、立体映像は全ての範囲において無限遠の相応点を人の眼幅間隔で表示するべきであるから、無限遠＝眼幅＝左右の撮影レンズの光軸間距離であり、ステレオカメラの左右の撮影レンズに入射する無限遠の相応点からの光線は互いに平行であるため撮像素子上に投影される無限遠像の相応点は光軸間距離に等しくなる。従って、如何なるディスプレイサイズであっても、左右の表示画面間において無限遠の相応点の間隔＝人の眼幅に設定するには、左右の夫々の撮像素子上における左右夫々の撮影レンズの光軸中心対応位置を表示画面上で左右の間隔が人の眼幅間隔と等しくなる位置に設定するのみでよい。つまり、如何なる画面サイズの立体表示装置であってもステレオカメラの左右夫々の光軸を基準にして、再生画面の左右間において撮像ユニットの左右の光軸間隔相応間隔を人の眼幅に等しい寸法に表示することである。

図４は図２に図示の状態のカメラの撮影レンズを広角レンズに交換した場合の状態図で、同一幅の被写体を広角に撮影するためには対物距離は小さくなり、また、同一サイズの撮像素子に結像させるためには撮影レンズの焦点距離は短くなる。図４に図示するように、短焦点距離の撮影レンズに交換した場合、立体視において左右の視野が一致する距離も短くなる。もし現実の光景を裸眼で直視る場合であれば、図４に図示の破線で表示する位置の視野フレームＷ_ref´内に無限遠（写真撮影的の無限遠）を含む場合には、立体視において、近景の物体と遠景の物体とを同時に視ることは不可能である（人が実際の光景を見る場合その時々瞬時に狭い視野を視て脳内処理しているようで実際には見ることができるが視神経に疲労を来す）。しかし、この状態(短い焦点距離の撮影影レンズで撮影し、左右の視野が短い撮影距離に於いて合致している)のカメラで撮影した立体画像データを図１に表記の基準ディメンション表示画面の立体テレビによって見た場合には、立体視の状態は良好になる。図４に図示の破線で表示する参照窓Ｗ_ref´を設定した場合、窓が実在するとして、その窓から実景を直視したとすれば近景と遠景との視差が大きいため立体視に於いて左右の視野を融合視することが不可能になるが、この立体映像データを図１に表記の設定状態の各々の表示装置で見れば、図４の破線で表示の参照窓Ｗ_ref´は図示の実線表示の参照窓Ｗ_ref位置まで遠のいて見えることになるので、普通に立体視ができる。従って、広角撮影レンズの使用は狭い場所での撮影において被写体に近づいて撮影できるので有利になる。

図５は、図４の場合とは逆に、焦点距離の長いレンズの使用例である。撮影レンズの焦点距離が長い場合、左右の撮影視野は、標準的な鑑賞距離よりも遠くの位置で一致する（図示の破線位置）しかし、この場合も、図１に図示の表示装置によって鑑賞すれば、実際には破線で表す遠くに位置する筈の参照窓Ｗ_ref″は、実線で表す視野フレームＷ_refの位置まで近付いて見える。

上記段落〔００７５〕項及び〔００７６〕項の説明によればズームレンズの使用も実施可能なことは当然であり、撮影レンズの焦点距離がいずれに変化しても前記段落〔００７１〕項の式で計算する基準ディメンション表示画面に合わせた撮像素子の幅及び間隔でよい（撮像素子の幅は実際には大きめのものを使用し読み出し範囲を設定しても良い）そして、ステレオカメラの撮影レンズの焦点距離を変化させても鑑賞側の立体テレビは、例えば図１に図示の各々の条件に一定状態に設定しておくのみでよい。これは、無限遠の相応点から左右の撮影レンズに入射する光線は互いに平行になり、同時に撮影レンズの光軸間距離を人の眼幅に設定しているためである。そのために、左右の撮像素子上に投影される無限遠の相応点の間隔は人の眼幅と等しくなるからである。

同じステレオカメラに対して撮影レンズの焦点距離を変えた場合でも左右一対の撮像素子の幅及び間隔は一定であるので、撮影レンズの焦点距離が変化した場合、左右の視野が一致する撮影距離が変化する。立体映像に於いて、通常どのような場合であっても、左右の視野が一致する距離以近の物体が撮影視野に入る撮影状態は好ましく無い。ステレオカメラに於いて例えファインダを立体視するものであっても、左右の視野の一致する距離以近に物体が撮影視野に入っているか、又は、いないのかを視認することは極めて困難であるが、図１１に図示の視準パターンをファインダの左右夫々の画面に重ねて表示することによって視認性が向上する。

図６に図示のステレオプロジェクタ６０は、人の眼幅間隔に設定した左右一対の投影レンズ６１Ｌ、及び６１Ｒを備えている。更に、幅Ｗ_Ｄのディスプレイ６２Ｌ及び６２Ｒを左右の投影レンズ６１の間隔よりもやや大きい間隔Ｄ_Ｄに設置することによって、左右の用の投影画面を基準ディメンション表示画面と等価のスクリーンＳ_０上で合致させている。よって、任意距離のスクリーン上に合焦させるのみで、投影画像は図１に表示の状態と同一条件に表示され、適切な視距離から観察すれば良好な立体感を得ることができる。

このディスプレイ６２Ｌ及び６２Ｒの位置は、図示の投射角θの位置であれば、ディスプレイ６２の幅Ｗ_Ｄのサイズは限定されず投影レンズのスクリーンＳ_０〜Ｓ_３まで、即ち、全投影距離においてレンズの焦点距離ｆ及び焦点調節量Δｆの和のｆ＋Δｆで決定される。従って、図６に図示の投射角θを図２(ｂ)に図示の写角αと同一角度に設定すれば図２(ｂ）に図示の撮像素子Ｓの幅Ｗ_Ｓと図６に図示のディスプレイ６２の幅Ｗ_Ｄとでは同一幅に設定する必要はない。

しかし、図示において、実際にはプロジェクタの設置位置(距離)と鑑賞距離が等しくなりプロジェクタ自体が邪魔になる。これはプロジェクタの設置距離（スクリーンS_０〜S_３）をｎ（ｎ＞１）倍にすることによって解決できる。従って、上記段落〔００８０〕で説明の投射角θと図２(ｂ)に図示の写角αとの関係はθ＝αとはならず、θ＜αの関係になる。

図７は、二つのプロジェクションユニットを並置した図６のステレオプロジェクタをシングルユニットに改変した場合の説明図である。破線で図示の左右のディスプレイ７３Ｌ及び７３Ｒ上に表示された左右用の映像は、破線で図示の左右夫々の投影レンズ７２Ｌ及び７２Ｒによってスクリーン７１上に左右の幅方向を合致させて結像する。左右の投影レンズの光軸間距離は人の眼幅と等しい寸法の６５mm離間して設定しているにも拘らずスクリーン７１上で左右の投影画面が合致するのは、左右のディスプレイ７３Ｌ及び７３Ｒの間隔を光軸間距離よりも大きく設定しているからである。

図７に破線で図示の三角形ａ,Ｏ(Ｒ),ｂと、三角形ｆ，Ｏ(Ｒ）,ｅとは、点Ｏ(Ｒ）を対称点として相似形であり、同様に破線で図示の三角形ａ,Ｏ(Ｌ）,ｂと三画形ｄ,Ｏ(Ｌ）,ｃ及び、実線で図示の三画形ａ,Ｏ(Ｃ）,ｂと三画形ｈ,Ｏ(Ｃ）,ｇとは夫々、点Ｏ(Ｌ）及び点Ｏ(Ｃ）を対象点として相似形となる。従って、夫々の線分ｃ−ｄ，ｇ−ｅ，ｅ−ｆは等しくなる。よって、破線で図示の左右の投影レンズ７２(L），７２(Ｒ）を、その中間位置に実線で表す７２(Ｃ）の位置に移動したとすれば、ディスプレイ破線で図示の７３(Ｌ)及び７３(Ｒ)は中間位置に実線で表す７３(Ｃ)に重なり合うことになる。また、ディスプレイ７３(Ｌ)及び７３(Ｒ）上に表示すべき左右用の映像を、投影レンズ７２(Ｃ)及びディスプレイ７３(Ｃ)によるシングルプロジェクションユニットを用い左右用の映像を時分割で交互に表示すれば左右二つのプロジェクションユニットを並置したプロジェクタと同等になる。そして、左右の投影レンズの光軸間距離に等しい寸法にスクリーン７１上に結像する無限遠像の相応点に対するディスプレイ７３(Ｌ)上の像Ｘ_Ｌ及び７３(Ｒ)上のＸ_Ｒは、ディスプレイ７３(Ｃ)上では→で示す位置関係に交互に表示される。左右位置が反転しているのはプロジェクタの像は原画を表示するディスプレイには倒立像を表示し投影レンズで反転するからである。

なお、無限遠像の相応点を図示のよう左右対称位置、即ち立体視の状態で画面中央位置に見えるように描いているが、実際の無限遠像は画面中央とは限らず、これは説明の便宜上の作図である。しかし、無限遠の物体の同一点から発射される光線は左右の眼に平行に入射する。従って、このような作図法で表しても一般的に理解されると思われる。

図８は、前記図７に説明のシングルプロジェクションユニットによる立体映像表示装置の応用例である。立体映像表示装置８０(立体テレビジョン)は、ＤＭＤ８１に表示する映像を投影レンズ８２によって透過型スクリーン８４上(裏面)に投影するリアプロジェクション方式のものであって、投影レンズ８２の前面には偏光板８３が設置されている。この状態でＤＭＤ８１によって左右用の映像を時分割で交互に表示すれば、透過型スクリーン８４には、左右用の映像が同一状態の偏光で、且つ、時系列が交互に表示される。この立体映像を前記〔００２２〕に記述の立体映像鑑賞用メガネで鑑賞すれば、左右の視野が分離して立体視ができる。

また、表示素子をＤＭＤの代わりにＬＣＯＳを使用する場合、ＬＣＯＳから反射する光線は偏光であるので図８に図示の偏光板８３は不要になる。(請求項１０)

図９は、立体映像表示装置９０（立体テレビジョン）で、ＤＭＤリアプロジェクションユニット９１の投影レンズ９２の前面に偏光板９３を設置し、その前面に液晶セル９４を配置し、更に、その前面にλ/４板９５を配置して、標準立体映像データによる立体映像の左右用の映像をＤＭＤ９１上に交互に表示するとともに、ＤＭＤ９１の表示画像に同期させて液晶セルを駆動し、λ/４板９５の高速軸に対して偏光方向が４５°及び−４５°の関係に入射するように制御することによって、透過スクリーン９６上に立体映像を右周り及び左周りの円偏光で交互に表示する。この場合、鑑賞に円偏光メガネを用いることによって、メガネを傾けてもクロストークを生じない。(請求項１１)

また、上記の装置９０において、ＤＭＤに代えてＬＣＯＳを使用すれば、偏光板９３は不要となる。(請求項１２)

テレビ放送用ステレオカメラにおいて、ステレオスコピックファインダに映る撮影視野を観察すると同時に実景をも直視できることが望ましい。このようなステレオスコピックファインダ(モニタ)を実現するものとして、例えば、図1に図示の１２インチ幅の液晶ディスプレイを立体テレビカメラに取り付ける。１２インチサイズはカメラのモニタとしては大きい部類に属するが、図示のように３５０mmの位置から見ることができる。この場合、左右の像は交互に時分割で表示する。同時に、ディスプレイに取り付けられた同期信号発信装置から同期用の赤外線が発信される。（図示省略）そして、左右の視野を分離する立体映像鑑賞用メガネの左右には左右同一の偏光板が取り付けられている。更にその前面には液晶板が取り付けられている。また、メガネには傾斜角センサが取り付けられている。前記ＬＣＤから交互に放出される左右の光線は同一、且つ一定方向の偏光である。前記メガネの偏光板をＬＣＤから放出される偏光を遮断する方向の直交方向とすればメガネの左右の視野は閉ざされて暗くなる。その視野の状態は前面に取り付けた液晶板によってＬＣＤからの入射光が９０°又は２７０°偏光方向が旋光されて左右両方の視野とも開状態になり明るく見えるように変化する。ＬＣＤ上の表示画像に同期して発信される赤外線によってメガネ前面に取り付けた液晶板に交互に電圧を印加すれば電圧によって液晶が緊張状態になりＬＣＤから放出される偏光は、そのままの偏光方向に維持されメガネの液晶板によって遮光され視野は暗くなる。同時に、赤外線によってＬＣＤに同期してメガネの液晶板に電圧を交互に印加すれば左右の視野は交互に開閉されＬＣＤを視る左右の視野は分離され立体視が可能となる。また、メガネを傾けた場合、ＬＣＤとメガネとの偏光方向との相対方向関係が崩れクロストークが生ずるが、傾斜角センサによって印加電圧を制御し補正することによってクロストークを防止する。なお、電子的撮像装置に於いてファインダは必ずしもカメラと一体化する必要はない。例えば、左右一対の撮影レンズと、左右一対の撮像素子とで構成するステレオカメラとノート型パソコンとをＵＳＢケーブル等で繋げばＰＣそのものがファインダと化す。

図１０は、上述の立体テレビカメラの一実施例で、図示の二点鎖線１００は、前記説明の参照窓である。この参照窓は実質的にカメラの視野であり、ステレオカメラによって撮影する実景に仮想的に設定した視野フレームである。この仮想視野フレームは、例えば家の窓等から外の景色を見ている状態と同等である。しかし、実際の光景にはフレームは存在しないため、当然、カメラマン１０４は立体テレビカメラ１０２越しに立体映像鑑賞用メガネ１０３を通して撮影視野(図示の参照窓１００)のみならず撮影視野外の光景をも直視している。そして、モニタ１０１に視線を落とせばモニタ１０１上（内）には参照窓１００と同一サイズで同一距離感(実際の表示寸法は異なるが、そのように見える)の立体映像を視ることができる。

図１０のモニタ用ディスプレイ１０１の幅と適正な視距離との関係は、
図３においてＬ_１＝３５０mm とすれば、左右用夫々の表示画面幅は図示の
Ｗ_Ｐ１で、Ｗ_Ｐ１＝Ｗ_Ｐ０×Ｌ_１/Ｌ_０
Ｗ_Ｐ０＝１８００mm、Ｌ_０＝２５００mmとすれば、
左右夫々の表示画面幅ＷＰ_１は、
Ｗ_Ｐ１＝１８００×３５０/２５００＝２５２mm になる。
左右の画面間隔、即ちピクチャーディスタンスは図３のＤ_Ｐ１で、
前記段落〔００６７〕に表記のＤ_ＰＮ＝Ｂ（１-Ｌ_Ｎ/Ｌ_０）
Ｄ_Ｐ１＝Ｂ（１-Ｌ_１/Ｌ_０）で眼幅をＢ＝６５mmmとすれば、
Ｄ_Ｐ１＝６５（１-３５０/２５００）＝５５.９mm
左右の画像表示画面の中心間距離即ちピクチャーディスタンスは、前記段落〔００６７〕項で説明の間隔で表示し、無限遠像の相応点の間隔を人の眼幅に等しい間隔の６５mmに表示する。図３に於いてＤ_Ｐ１(Ｒ)が右用の画面であり、Ｄ_Ｐ１(Ｌ)が左用画面である。このときのディスプレイＤ_１のサイズ（全幅）は、
Ｗ_Ｐ１とＤ_Ｐ１の総計で、Ｗ_Ｐ１＋Ｄ_Ｐ１＝２５２+５５.９＝３０７.９mm
この寸法は、１２インチ、１２×２５.４＝３０４.８mmよりも僅かに大きいが、これは視距離自体１０mm刻みの数値に処理して表記したためであり、また実際には視距離は多少遠くから視ても問題は無い。

また、逆にディスプレイサイズから視距離Ｌ_１を計算すれば、
図３において、Ｌ_１＝Ｌ_０（Ｗ_Ｐ１＋Ｄ_Ｐ１−Ｂ）/（Ｗ_Ｐ０−Ｂ）
Ｗ_Ｐ１＋Ｄ_Ｐ１＝１２″＝３０４.８mm
Ｂ＝６５mm
Ｗ_Ｐ０＝１８００mm
Ｌ_０＝２５００mm
とすれば、視距離L_１は
L_１＝２５００（３０４.８−６５）/（１８００−６５）＝３４５.５３mm
となる。

更に、立体テレビカメラのモニタの立体視の視認性を容易にするために、表示する左右の画像夫々に縦線を主体とする視準パターンをソフトウェアによって重ねて表示する。図１１は、図１０の立体テレビカメラ１０２のモニタ１０１の詳細図で、モニタ１０１（ディスプレイＤ_１）上には、左右用の画像と夫々が重なる位置に視準パターンをソフトウェアによって表示する。勿論、視準パターンはファインダのみに表示し、ステレオカメラから送出する画像データは撮像画像データのみとする。

上記段落〔００８９〕〜〔００９３〕項に説明の立体テレビカメラ１０２の液晶モニタ１０１を立体映像鑑賞用のメガネ１０３を通して立体視すれば立体感の調整状態が視認できる。そして、この立体テレビカメラのモニタで視る立体映像は、この立体テレビカメラで撮影送信された立体放送を受信して立体テレビを観ている視聴者と、全く同一状態の立体感を感知できる。

更にモノラルであっても、又は、ステレオであっても、動画を撮る場合、撮影と同時に事態の進行を察知することが大切である。よって、モニタと同時に実景を常に見ることができるこの構成のテレビカメラの作用効果は絶大である。

本発明は立体テレビジョン放送を現実的にするものであるが、それのみならずインターネット上に立体映像を載せることができ、通信販売等の商品の立体映像を呈示したり、また、立体映像によって、その商品の取り扱い説明をすれば、現実の商品を展示するよりもより効果的である。何故ならば現実の商品は然程売れないものまで展示しなければならず、スペース効率や、また、多数の商品を展示しても実際に売れる商品は極限られている場合が多く、売れ残り陳腐化のリスクが発生するからである。立体映像による展示よれば、実際に店頭に展示する商品の数量を大幅に削減できる。

その他、販売用として自動車や家具の販売にも立体映像を利用するのが効果的である。これは、録画した映像をセールスマンが持参して見せるのも勿論のこと、店頭販売に於いても極めて効果的である。それは、自動車や家具などは、広大な展示スペースが必要するため、多数の商品を展示できないためである。また、高額な商品を多数展示用に用意するのは経済的に不可能であり、更には、現実の商品では実際の使用場面を呈示不可能と言う側面もある。これは衣料品等販売にても同様で、ファッションショウなどを立体映像で呈示できる。

また、上記物品販売例は、大きな商品であっても移動展示可能であるが、アパートの部屋とか、住宅関連の展示に於いて、実際の商品を移動展示することは不可能である。このような場合非常に効果的である。

以上は販売関連の応用例であるが、その他、観光案内として使用しても非常に効果的である。

更に、立体映像ならではの応用例を挙げれば、教育訓練システムである。各種機械器具や航空機の構造や取り扱い説明は、実写や立体アニメーションを使用した解説によれば、実機による説明よりも解り易い。

また、最も効果的な応用例の一つは医学教育分野である。例えば、外科手術の教育実習において最初の段階は、術者の傍らで見学することである。ところが現実的には手術台の周囲に多数の見学者を配置することは不可能で、また、傍らで見ていても実際に局部がよく見えるわけでもない。このような場合、ステレオカメラで撮影した(動画で撮影録画し必要な部分はコマ送りし、スローモーションで繰り返し視る)映像を解説者が説明し、医学生は各々の机上のパソコンのディスプレイで立体視するか、または、大型ＴＶによっても見ることができる。従来の投影型立体映写システムは、暗い環境でなくては鮮明な画像を得ることができず照明を落としたり、窓の光を遮光したりする必要があり教育現場において不適当である。本発明の立体テレビジョンシステムによれば、明るい環境の下でも鮮鋭な立体映像を見ることができる。

また、医療において、遠隔地から通信回線によって立体映像により専門医の支援を仰ぐことが可能となり、遠隔医療にも貢献できる。

なお、医学的応用例として立体内視カメラと接続すれば体腔内を立体視できる。このような場合、本願の立体テレビジョンシステムの特徴は、テレビジョン(ディスプレイ)によって立体視をしつつ、そのままの状態（立体視のためのメガネを外さずに）で、周囲の環境に視線を移すことができることである。また、液晶ディスプレイによれば照明を落とさずに見えることである。

また、立体視が特別に必要とされるのは原子力の分野である。放射能から作業者や周囲の環境を防御するために遠隔操作や監視用のモニタに応用が期待される。

本発明の立体視の概念図。図１の基準ディメンション表示画面(図示の大型立体ＴＶ)と標準立体映像データを送出するステレオカメラとの関係図。図１の詳細説明図図２(ｂ)のステレオカメラに広角撮影レンズを取り付けた場合の説明図。図２(ｂ)のステレオカメラに長焦点撮影レンズを取り付けた場合の説明図。左右二つのプロジェクションユニットを並設するステレオプロジェクタの説明図。シングルプロジェクションユニットによるステレオプロジェクタの説明図。シングルプロジェクションユニットによる直線偏光時分割表示のリアプロジェクション型立体テレビの説明図。シングルプロジェクションユニットによる円偏光時分割表示のリアプロジェクション型立体テレビの説明図。立体モニタ上で立体像を観察し、同時に実景を視ることができる立体テレビカメラの説明図。立体モニタに表示する視準パターンの一実施例。

符号の説明

Ｂ人の眼幅
Ｌ基準ディメンション表示画面までの距離
Ｅ_Ｌ左眼
Ｅ_Ｒ右眼
Ｄディスプレイ
Ｉ∞無限遠像
Ｗ_Ｄディスプレイの幅
Ｅ_ref相等参照窓のディスプレイ(基準ディメンション表示画面)
Ｗ_ref参照窓
Ｗ_Ｗ参照窓幅
Ｓ撮像素子
Ｉ_ref撮像素子上の参照窓の像
α 視野角
F 焦点距離
Ｗ_Ｓ撮像素子の幅
Ｄ_Ｓ左右の撮像素子の間隔
Ｏ_∞無限遠物体
Φ ステレオカメラの光軸
Ｄ_０基準ディメンションのディスプレイ
Ｄ_１オーバーラップ表示範囲で基準ディメンションよりも小さいディスプレイ
Ｄ_２左右並置表示範囲のディスプレイまたはステレオスライド
Ｗ_Ｐ０ディスプレイＤ_０の幅
Ｗ_Ｐ１ディスプレイＤ_１（部分）の幅
Ｗ_Ｐ２左右夫々のディスプレイの幅
Ｄ_Ｐ１ディスプレイＤ_１上に表示される左右の画面間隔(ピクチャーディスタンス)
Ｄ_Ｐ２左右のディスプレイの設置間隔又はステレオスライドのピクチャーディスタンス
Ｌ_０基準ディメンションの設定距離
Ｌ_１ディスプレイＤ_１までの距離
Ｌ_２左右並置表示範囲のディスプレイＤ_２又はステレオスライドの設定距離
Ｌ_Ｘ左右並置表示範囲とオーバーラップ表示範囲との境界点（原理上の）
Ｗ_ref′ 広角レンズを取り付けた場合の左右の撮影視野の合致点
Ｗ_ref″ 長焦点レンズを取り付けた場合の左右の撮影視野の合致点
Ｐ_Ｌ基準ディメンションよりも大きい画面サイズの左画面の表示範囲
Ｒ_Ｒ基準ディメンションよりも大きい画面サイズの右画面の表示範囲
Ｓ_０基準ディメンション表示画面位置のスクリーン
Ｓ_１近距離に位置する(１メートル)スクリーン
Ｓ_２左右用映像を並置する距離に位置するスクリーン
Ｓ_３基準ディメンション表示画面位置よりも遠くに位置するスクリーン
６０プロジェクタ
６１投影レンズ
６２ディスプレイ
Ｄ_Ｄディスプレイの間隔
Ｗ_Ｄディスプレイの幅
θ 投映角
７１基準ディメンション表示画面相等スクリーン
７２投影レンズ
７３ディスプレイ
０投影レンズの作用点
Ｘ無限遠像の相応点を表示する位置(光軸延長点)
８１ＤＭＤ又はＬＣＯＳ表示(投影)ユニット
８２投影レンズ
８３偏光フィルタ
８４透過型スクリーン
８５立体映像鑑賞用メガネ
９１ＤＭＤ又はＬＣＯＳ表示(投影)ユニット
９２投影レンズ
９３偏光フィルタ
９４液晶セル
９５ λ/４板
９６透過型スクリーン
９７円偏光メガネ
１００参照窓（仮想視野フレーム）
１０１ステレオＴＶカメラの立体モニタ
１０２ステレオＴＶカメラ
１０３立体映像鑑賞用メガネ
１０４カメラマン
ＣＰ視準パターン

Claims

撮影レンズと撮像素子とからなる撮影ユニットの光軸間距離を眼幅間隔で左右平行に設置した立体映像撮像装置の視野に仮想の視野フレームである一つの参照窓を設定し、その参照窓を左右夫々の撮影レンズによって左右夫々に縮小投影する参照窓の像幅に合わせて左右の撮像素子を設置するか又は参照窓の投影像幅相等の画像データを読み出して標準立体映像データとして送出し、
表示側の装置において、その標準立体映像データを撮影時の参照窓と等価である基準ディメンション表示画面を挟む左右夫々の視角内の規定された条件に配置されたディスプレイ上に左右用の映像を互いに異なる偏光によって同時又は時分割によって表示するか、又は左右用夫々の映像を同一方向の偏光によって時分割表示し、各々の表示方式に応じて左右の視野を分離視するために各々偏光メガネ又は液晶シャッタメガネ又は、左右同一の偏光板を取り付けたメガネの直前に液晶板を取り付け、その液晶板を交互駆動して分離視する立体映像撮像表示システム。
立体映像を表示する基準ディメンション表示画面の両端と鑑賞者の左眼とを結ぶ線で決定される左の視野角内、及び基準ディメンションの表示画面の両端と鑑賞者の右眼とを結ぶ線で決定される右の視野角内の左右同一の任意位置に左右夫々の視野幅内に表示する立体映像撮像表示装置において、上記立体映像の左右用の映像をＬＣＤパネル上に交互に時分割表示するとともに鑑賞用メガネを同期させるための赤外線発信装置を備えたことを特徴とする立体映像撮像表示装置。
標準立体映像データを取得する立体映像撮像装置から立体映像表示装置へのデータ搬送手段としてディジタルＴＶ放送波を利用した請求項１記載の立体映像撮像表示システム。
標準立体映像データを取得する立体映像撮像装置から立体映像表示装置へのデータ搬送手段として通信回線を利用した請求項１記載の立体映像撮像表示システム。