JP4632148B2

JP4632148B2 - 立体画面構成および調整方式とその装置

Info

Publication number: JP4632148B2
Application number: JP2004028771A
Authority: JP
Inventors: 京造清水
Original assignee: 株式会社ビューマジック
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP2005221686A

Description

本発明は、立体左右画面を上下に配列し立体画面を構成する立体方式において、この上下に配列した画面となる縦型立体画面の構成およびこの画面の調整設定を実現する方式とその装置に関するものである。

立体左右画面について、従来一般的なこれを左右横に並べて立体画面を構成する立体方式に対し、よりワイドな画面が可能となる、これを上下縦に並べて配列した縦型立体画面として構成する立体方式（以下これを本立体方式とする）がある。本立体方式において、立体左右画面を左右からほぼ水平に光軸移動して集め、左右画面を上下に並べた一組の画面として形成される縦型立体画面を構成しようとする場合、この上下に配列された画面はカメラ側から見るときそれぞれ垂直方向に仰角および俯角を持つ画面となる。しかし、この仰角および俯角を得るために、対物および接眼の対反射鏡（ペアミラー）で水平に移動した光軸について、接眼反射鏡を少し垂直方向に傾斜させることにより、さらにこれと直角の垂直方向に光軸屈折を行おうとすると、画面に回転を生じてしまい画面が傾斜してしまうために上下画面が正しく並ばずそのままでは実現出来なかった。このため従来は、プリズムを用いる等により垂直方向の光軸屈折を行いミラーでの反射を水平または垂直のみとしたり、さらには最初から上下画面の高さ分だけ相互に上下にずれた左右入力画面として光軸の屈折を少なくしたりすることにより、光軸屈折による画面回転がないペアミラー反射系を構成することによりこれを回避していた。

また、縦型立体画面を実際に撮影し画像入力する場合にも、一般によく知られている従来の立体左右画面を横に並べて構成する立体画面構成方式に対し、立体左右画面を上下に並べて立体単位画面を構成する本立体方式は立体視原理が全く異なるために、その撮影に於いても上下画面の設定などモニター画面上での調整など新たな画面調整手法の導入が必要になっていた。
特開平０７−１３４３４５特許第２７１１７４１号

本立体方式において、アダプタの光学系にプリズムを導入する事は、光学系の光路長をそれだけ長くしてしまい、アダプタを著しく大型にしてしまう事、またプリズムそのものが重く大型で高価なのでアダプタがさらに大きく重く高価なものになってしまうなどの問題を生じていた。また、入力光学系の左右画面光軸を上下にずらすと、特に距離が近いほど対象物の立体視位置がずれてしまい、特に近景での立体視がうまく出来なくなるなど立体視での本質的な問題を含んでしまっていた。

さらに、本立体方式においては、縦型立体画面を構成するとき、上下画面を一定の画角差を持って正確に合せることが必要となる。従来の横並べ立体画面構成の場合は左右両画面が常に同一の水平面に並ぶため問題はなかったが、縦型立体画面構成の場合はこの上下画面の画角差設定が非常に重要な要素であり、撮影時に正確に設定し画像入力しておかないと実際に立体視する時に画像合せ位置がショット画面毎にずれてしまうことになり、立体視を非常に困難にしてしまう。特にズーム動作などが加えられ入力画面の画角が変化する場合には、この画角調整が簡単に正確に設定できることは本方式立体画像入力に不可欠な要素となる。このため、正確にかつ簡単手軽に立体画角を設定する手法がどうしても必要になっていた。本発明はこれらの欠点を無くすためになされたものである。

本発明は、前述の通り、入力光学系に於ける水平方向からの反射光学系での垂直方向への光軸の屈折を加えることにより入力画面が回転してしまうという問題に対し、逆にこれを利用しようとするものである。即ち、左右入力画面から縦型立体画面を構成する反射光学系において、上下画面を構成する左右各画面の仰角および俯角に対応した垂直方向屈折角に対して両画面の回転の度合いが同じになるように調整設定することにより、この上下画面が一体となり等しい角度の回転を持つ上下立体単位画面として構成するものである。これによりプリズム等を使うことなく目的とする縦型立体画面を実現する事が出来る。

また、本発明では本立体方式の立体単位画面における上下画面間の画角差をモニター画面上で正確に規定するために、モニター画面上またはその近傍に、上下画面間の画角差に対応する画面上の距離に合せてモニター画面上の位置を規定し調整する水平位置表示マークを設定するものである。さらに、画面位置を見やすくする標識として、立体画面入力窓部分に位置標識マークを設定する。

本発明により、これまで縦型立体画面を得る立体アダプタを構成するとき、その光学系の中に必ず必要となっていた光軸屈折の為のプリズムが不必要になった。これにより著しく小型で安価なアダプタの実現が可能になった。これは単にプリズムが無くなることだけでなく、このプリズムにより占められていた光学系の光路が不要となりアダプタ光学系の光路長を短くすることが可能になったために、特に対物反射鏡を中心に光学系の大幅な小型化が実現できた結果によるものである。

一方、縦型立体画面方式の立体画面撮影においては、本発明により本立体方式での画面設定の基本でありかつその調整が難しい上下画面の画角差の設定が、モニター画面上で簡単にチェックし設定することが出来るようになった。これは従来と異なる新しい縦型立体画面方式において、その撮影を非常に容易にする事を実現したものであり、数々の特徴を持つ本立体方式を市場に広く普及させる事を可能にした。

以下本発明の実施の形態について、具体的な実施例を用いて説明する。

図１は本発明の第一の実施例であり、左右二つの対物および接眼の対反射鏡（ペアミラー）により縦型立体画面を構成するものである。この縦型立体画面LRIを構成する左右両画面について、まず左画面Lは、入力の光軸を中央に向かい光軸移動するために、対物反射鏡1Lから対となる接眼反射鏡2Lに導かれ縦型立体画面の上側画面LIを構成する。一方、右画面Rは、同様に入力の光軸を反対方向から中央に向け移動するために、対物反射鏡1Rから対となる接眼反射鏡2Rに導かれて縦型立体画面の下側画面RIを構成する。
なお、この縦型立体画面LRIをカメラ側からの視点となる画面出力基点Pから見ると、画面の光軸はαの角度を持ち、従って、これをそれぞれ俯角,仰角とする上下画面LI,RIが両画面の画角差2αを持って配列されることになる。ここで、左画面を上側画面LIとしてやや見上げるために接眼反射鏡2Lをやや下向きに角度を持たせることにより仰角αLの光軸屈折を行うが、この時実際の画面である上側画面LIは出力側から見て反時計方向に（反射鏡の傾き角度の約2倍に相当する）回転してやや傾いた状態になってしまう。なおこの場合、反射鏡2Lを俯角となるようにやや上向きに傾けると、画面は逆に時計方向に回転することになる。他方の右画面Rについては、光軸を反対の方向から移動しかつ下側画面RIとしてやや見下ろして見るために、接眼反射鏡2Rを左画面とは反対にやや上向きに角度を持たせることにより俯角αRの光軸屈折を行う。この場合、先の左画面とは逆の方向から光軸移動がなされかつ接眼反射鏡も逆の上向きに傾斜されるため、画面の回転は逆の逆となって、右画面である下側画面RIは出力側から見るとちょうど左画面と同じ反時計方向に回転した状態となる。即ち、上下に並んだ左右立体画面が同じ方向に回転した状態となり、この回転の度合いを同じ値βに設定することにより上下画面は同じだけ回転するので、上下画面が一体となって両画面の画角差のαL+αR（2αに相当）を持った縦型立体画面LRIがそのままβだけ回転した状態で得られる事になる。
なお、左右画面はその中心点が縦型画面での各画面の高さだけ上下に離れて位置するので、その光軸の移動は正確には水平からはややずれる。このため、光軸の垂直方向屈折による画面の回転は厳密にはやや少なくなる。また、接眼反射鏡2L,2Rはお互いに水平反対方向から集まる光軸を合せて正面の画面出力基点Pの方向に向けるために、一般的にはＸ字状のクロスした形状で設定される。このため、他画面の接眼反射鏡のクロスして前面に出た部分が画面の光路にかかってしまい画面端部に陰を作ってしまう場合がある。しかし本発明の回転を持つ縦型立体画面を導入した場合は、この全体画面の回転に伴い他画面接眼反射鏡の端辺も回転し、画面の光路から離れる方向になるので、この他画面接眼反射鏡による陰の発生を防ぐ効果が得られる。

図２に本発明の第２の実施例を示す。
これまでの説明は、入力画面の光軸移動が左右水平方向からなされ、これを上下方向に光軸屈折を行う場合について述べた。しかし、一般的には図２に示すように入力画面の光軸が斜め方向から移動する光学系も可能である。なお、図2における光軸の移動は厳密には対物反射鏡の中心から縦型上下画面となる各接眼反射鏡の中心に向かうことになるが、僅かのズレであるので説明の便宜上上下画面の中心点に向かうことで説明する。
この場合は、例えば接眼反射鏡で上下方向への光軸屈折を行うとき、その水平方向成分のみが画面回転に関連する。従って、この移動光軸の水平面からの傾斜をθとすると、画面回転への寄与の度合いは水平方向からの光軸移動の場合に比べその水平方向成分のcosθ分となる。即ち、傾斜がゼロで通常の水平方向からの場合で画面回転が最大となる状態から、傾斜が垂直に近づけば画面回転の度合いは少なくなり、直角の垂直になれば画面の回転はゼロとなる。従って、この傾斜角を適切に取ることにより光軸屈折に伴う画面回転の度合いをこの傾斜角に応じ小さく設定することが出来る。具体的には、例えば左画面Ｌでの光軸傾斜θLを大きく取れば垂直屈折角αLを大きくとっても画面の回転角は比較的少なく設定出来、逆に例えば右画面Ｒのように光軸傾斜θRが小さく水平に近づけば少なめの光軸屈折角αRでも画面の回転は大きくなる。これは左右各画面の光軸に各々独立して設定出来るので、各光軸移動の傾斜角を各々調整することにより、上下各画面の回転の度合いを同じに保ちつつ、これらの仰角俯角（この場合αL,αR）の和が画面画角差2αとなるように設定することが可能となる。なお、仰角俯角の大きさが異なる場合は厳密には両画面の中心光軸が上下方向に大きい方（図2の場合αLの方）に両者の差の半分にあたるΔαだけずれる。また、この入力光軸の斜め移動はここで示される上方向からの移動のみでなく、反対に下方向からの移動（傾斜角がマイナスθ）の場合でも水平方向成分は同じなので全く同じであり、さらに左右入力画面の水平光軸面での一致を無視しても良い場合なら一方が上からで他方が下からでも同じに取り扱うことが出来る。

更に図３に第３の実施例を示す。これは入力画面の一方である左画面Ｌの光軸がほぼ水平移動し(正確には画面底辺を水平面としているので上面の画角αＬだけ上を向く)、他方の右画面Ｒの光軸が斜めに移動する場合である。ここでは、左右画面は立体単位画面上では当然同じ回転角になるように設定される。右画面光軸は斜め移動するため同じ回転角となるための仰角を設定する光軸屈折角αRはこの傾斜角分だけ大きくなる。一方上側画面となる左画面は光軸移動がほぼ水平になるので同じ回転角になる俯角を設定する光軸屈折角αLは先の右画面よりやや小さくなるが、両者合せて両画面の画角差角度２αとなるように設定される。なお、接眼反射鏡2L,2Rは左右からの画面光軸を合せるために通常のＸ字状にクロスして構成することも可能であるが、この場合2Rを2Lよりも後方にずらした構成としている。これは、特に画角が大きい広角画面になった場合や先の図2のように斜め方向から光軸が移動して来る場合などに、接眼反射鏡を相互にずらすことにより、各画面の光路に他画面側の接眼反射鏡がかかるのを避けて画面端部に影を作るのを防ぐ為である。さらに、この構成であれば手前の接眼反射鏡（この場合は2L）の後ろに他方の対物反射鏡（この場合は1R）を接近させて設置することが可能となり、従って左右対物反射鏡を相互に近づけて設定することを可能にする。
なお、本発明の以上の記述では垂直方向の光軸屈折をすべて接眼反射鏡の傾斜で説明してきた。しかし、対物反射鏡の傾斜ないしは両者を合せた傾斜の調整によっても、反射鏡の位置の差に起因するある程度光軸の位置ズレがあるものの、同様に垂直光軸の屈折を行うことが出来て、本発明は同様に機能する。
また、本発明での反射鏡は通常の平面鏡に限らず凸面鏡や凹面鏡でも同様に有効である。

図4に本発明モニター表示マークによる画角調整方式の実施例を示す。
本実施例では、カメラの前に立体左右画面を取込み上下に並べる縦型立体画面として構成する立体アダプタを設置した場合を想定しており、この画像をカメラで入力することにより縦型立体画面が得られ、実際にカメラのモニター画面上で見る事が出来る。従って、この立体アダプタに入力される左右画面画はアダプタでの画角可変機能やカメラでのズーム機能などで画角調整されるが、最終的には縦型立体画面としてカメラのモニター画面に表示される。このモニター画面の出力はそのまま通常の立体視出力画面に対応するものなので、このモニター画面上で正確な上下画面の画角差が得られるような画角調整設定手法を実現する事が必要であり、本発明はこれを実現するための表示マークを用いた画角調整方式を提供するものである。
具体的に図４について説明すると、これは、モニター画面3の側面（この例は左側面だが、左右または両面でもよい）に縦型立体画面において上下画面間画角差を設定するための位置合せの表示マーク5を備えるものである。この表示マーク5はモニター画面上での上下画面の画角差に相当する距離dの長さを示す帯状の位置表示マーク5Cと、その上端と下端にそれぞれ矢印等により位置を示すための位置表示マーク5A,5Bを持つもので、このマーク5A,5Bは上下各画面での同じ水平位置を表示するものである。即ち、マーク上端位置5Aでの上側画面の高さと、マーク下端位置5Bでの下側画面の高さとは各画面上の同じ高さに対応している。従って、上下画面の画角調整は、5Aと5Bの位置に両画面の同じ画像部分を合致させることによりなされる。なお、位置表示マーク5Cは位置表示マーク5A,5Bの間隔dを規定するものなので、これが明確に表示されていれば必ずしもマークとして表示されていなくても良い。
この上下画面における高さの関係はその上下位置に関係なく画面全体で対応しているので、表示マーク5の位置は画面の上端から下端まで上下に任意の位置に平行移動させることが可能であり、従って、このマークをカーソル状に上下に動く可動式とすることにより、画面の中の注目する場所に合せて自由に移動させて設定することが出来る。さらには線の色や形を変えるなど見分けのつきやすい複数組の固定位置マークを用いることも出来る。
また、上下画面を隔てる中央位置には図４の表示マーク4で示されるような上下画面の境界を示す区分表示マークや、境界部分に画面の枠を形成する帯状の遮蔽部分を形成している場合にはこの帯の位置や幅を示す区分表示マークも同時に設定することが出来る。前記立体画角調整の表示マークを固定した場合には、これら境界を示す区分表示マークを合せた表示マークとすることも出来る。

さらに、図5は本発明モニター表示マークによる画角調整方式の他の実施例である。
これは、位置表示マークとしてモニター画面3上に上下画面間の画角差に相当する距離dを離した二本の水平線を設けるものである。この二本の水平線の位置表示マーク8A,8Bを、上下方向にカーソル動く表示マーク8として設定すれば、画面の中の注目する場所に合せてこれを自由に移動させ、これらの画像部分で画角を合せる画角調整をすることが出来る。もちろん、この表示マーク8を固定し、位置表示マーク8A,8Bもモニター画面上に固定水平線として設定することも出来る。
また、画面上の表示マークに垂直の線を設定すれば、上下の画面についてこの垂直線上で一致する画像は立体視画面上で奥行きが画面の位置に対応する画像となる。従って、立体画像入力装置が立体画面の奥行きを調整するために左右画面に水平光軸調整機能を備えている場合には、注目する入力画像部分がこの線に一致するようにこの水平光軸調整を行うことにより、入力対象画像の奥行き位置調整にこの垂直線を利用することが出来る。この垂直線は目指す画像部分に合せるためにカーソルとして水平に自由に移動させる構成にも出来るし、さらには単数または複数の垂直固定線または目印マーク点として構成することも出来る。特にこの固定線や目印マーク点の構成は、先の上下可変のカーソル方式と組み合わせるのに適している。
もちろん、このモニター画面上に表示マークを設定する場合も、先のモニター画面横に設定する場合と同様、モニター画面上に上下画面の区分表示マークまたは上下画面を分離する遮蔽帯に合せる位置マークも併せて設定することが可能である。
図５の実施例は、固定された上下画面の区分表示マークとなる水平線6と立体画面の奥行き調整のための位置表示マークである垂直線7とをモニター画面3上に備えた例を示す。また、図5の平行線8A,8B上に、同じ垂直線上に乗る固定目印マークのペア（この場合は３ペアとして8UA/8DA,8UB/8DB,8UC/8DC）を設定し、このペアとなる点で上下画像を合せることにより、この奥行き位置調整が出来る。

さらに、図６には本発明第６の実施例として、上下画面間の画角差を調整する表示標識マークによる画角調整方式を示す。
この上下画面間画角差の調整を行う方法として、立体アダプタの左右画面の入力窓となる位置の画面端部分において、例えば上端下端または中央などの一定の部分に画面の端部を示す位置標識マークを設定し、モニター画面上でこのマークが所定の位置に設定されるように画角調整を行う方式を実現した。位置標識マークの設定方法としては、まず、左右画面の入力窓部の両脇部分において両画面の同じ高さになる位置に位置標識マークを設定する方法がある。この場合、映像として取り込まれたこの位置標識マークは左右両画面の同じ位置を示す画像部分に相当するので、これらをこれまで説明されたモニター画面上に設定されている位置表示マークに合わせる事により画角調整をする事が出来る。
さらに別の位置標識マーク設定方として、左右画面の入力窓部での上下側で画面の上下端を示す位置標識マークを設定する方法がある。この場合も、モニター画面上で両画面の各々上端と上端または下端と下端を合せれば、上と同様に画角調整が出来る。しかしここで、縦型立体画面の上側に対応する画面の入力窓では窓部の下端に、また、同画面の下側に対応する画面の入力窓では窓部の上端に位置標識マークを設定すれば、取り込まれたこれらの位置標識マークは、モニター画面上に表示された縦型立体画面の上下画面を分ける中央境界線部分に両マークが一か所に集まる形で構成されるため、画角調整作業が著しく容易になる。これらの方法は、特に画角が固定された光学系の立体アダプタをズーム機能などの画角可変機能を持ったカメラで画角調整して使用する場合に適する方式であり、通常の使用時にもモニター上でこのマークが所定の位置にあることを常に確認しながら撮影することが出来る。もちろん、不要なときにはこのマークを取り外す機能とすることも出来る。
具体的には図６に示される通り、立体アダプタ左右画面の入力窓部9L,9Rに、モニターに表示される縦型立体画面である立体上下画面10LRIの上画面となる側（この場合は10LI）の入力画面（この場合は左画面入力窓9L）ではこれを下端部の端ないし中央（図６では左端）に、また下画面となる側(この場合は10RI)の入力窓(この場合は右画面入力窓9R)については反対の上端部の対応する部分にそれぞれ位置標識マークPLおよびPRを設定する。この結果、図6の上下画面10LRIで示される通り、モニターに表示される立体画面上の位置標識マーク像10PLI,10PRIは、正しく画角調整されると上下画面の中央境界上のほぼ一点(この場合は右端)に集まる。即ち、画角調整は位置標識マーク像10PLI,10PRIを一か所に集める事によりなされる。このように、位置マーク像が一箇所に集まり確認出来るようになるので、大変見易く調整もしやすくなる。これは従来の立体画面を左右に並べる立体画面構成方式にも同様に適用出来る。さらに、位置標識マークの形も、山形の三角や矢印にするなど画角位置にズレが生ずると目立ちやすくする形も選べる。
なお、これまで述べられた縦型立体画面の構成は、横長画面の画像をそのまま上下に分けて使えば横に広がるパノラマワイド画面になり、また横長画面を縦にして上下に分け立体画面を構成すれば、一般的に縮小されたほぼ同様な横長画面として構成できる。即ち、スチルカメラ,ビデオカメラ,携帯電話カメラなど画面比が従来一般的な４：３に近いものではこれを縦にして上下画面を構成すれば、いわゆるハーフサイズ画面としてほぼ同様な画面比の立体画面が構成でき、さらに16：9のワイド画面でも9：8の横長画面になる。デジタル化の進んだ現在、画面のサイズや回転等の作業は画像処理により容易に処理出来るので、ほぼ同じ画面比の立体画面が得られる本立体方式は、従来の二次元画像とのコンパチビリティーが非常に高いものであり、本発明の立体画面構成方式や画角調整方式はこれらの画面全てに対応するものである。

コンピュータグラフィックスで代表されるように、３次元画像は近年急速に発展し一般に身近なものになっている。しかし、ひとたび写真などの実映像の立体映像を得ようとすると、特殊な立体カメラや処理が必要となり、一般の人には不可能であった。
本発明はこれらの欠点を解消し、通常のスチル/ビデオ等のカメラに装着して立体画像の撮影ができる立体アダプタを、簡単な構造で小型安価に実現することを可能にするものである。これは、これまで得ることが困難であった実映像の立体画像を容易に撮影し利用することを可能にするもので、三次元映像を広く一般に普及させる事に大きく貢献するものである。

本発明の第一の実施例を示す。本発明の第二の実施例を示す。本発明の第三の実施例を示す。本発明モニター表示マークによる画角調整方式の実施例を示す。本発明モニター表示マークによる画角調整方式の他の実施例を示す。本発明の画角差を調整する位置標識マークによる画角調整方式を示す。

符号の説明

1L,1R 対物反射鏡
2L,2R 接眼反射鏡
3 モニター画面
4 区分表示マーク
5 表示マーク
5A,5B 位置表示マーク
5C 位置表示マーク
6 区分表示マーク
7 奥行き調整の位置表示マーク
8 表示マーク
8A,8B 位置表示マーク
8UA,8UB,8UC,8DA,8DB,8DC 固定目印マーク
9L,9R 画面入力窓部
10LRI 立体上下画面
10LI 立体上下画面の上画面
10RI 立体上下画面の下画面
10PL,10PR 立体画面上の位置標識マーク像
L 左画面
R 右画面
LI 縦型立体画面の左画面
RI 縦型立体画面の右画面
LRI 縦型立体画面
d 画角差に相当する距離
P 画面出力基点
PL,PR 位置標識マーク
αＬ上側画面の仰角、垂直屈折角
αＲ下側画面の仰角、垂直屈折角
α 縦型立体画面一画面の画面光軸の画角
β 縦型立体画面の回転角
θ,θＬ,θＲ移動光軸の水平面からの傾斜
Δα 上下画面の中心軸のズレ

Claims

左右立体画像の入力光束を中央に向けほぼ水平に集める左右の対物ミラーと、これらと対になり両光束を上下に並べた縦型立体画面として正面に出力する上下各画面接眼ミラーとを含む光学系を備え、該各接眼ミラーにおける反射出力について、上下各画面での出力光軸を垂直方向へ屈折させる際に生ずる画面の横方向への回転をそれぞれ同じ角度に設定する事により、上下画面を一体として斜めに回転した形で、画面出力基点に対し仰角および俯角を持たせた縦型立体出力画面を得る立体画面構成装置。
左右立体画像の入力光束をこの光軸水平面から外れた斜め方向の位置に集める光軸移動を行う左右の対物ミラーと、これらと対になり両光束を上下に並べた一つの縦型立体画面出力として正面に出力する上下画面接眼ミラーとを含む光学系を備え、該各接眼ミラーにおける反射出力について、上下各画面での出力光軸を垂直方向へ屈折させる際に生ずる各画面の横方向への回転をそれぞれ同じ角度とするように仰角および俯角を前記斜め方向への光軸移動の傾斜角に対応し設定することにより、該上下画面を一体として斜めに回転した形で、画面出力基点に対し仰角および俯角を持たせた縦型立体出力画面を得る立体画面構成装置。
立体画像の左右二つの入力画面を集めて上下に並べた一つの縦型立体画面として取り込むために二つの対物接眼ペアミラーを含んで構成される立体画像構成光学系において、一方の接眼反射鏡に対し他方の接眼反射鏡を、画面出力基点から等距離としない位置さらには相互に交叉しない位置に、前後にずらして設定される事を特徴とする請求項１または請求項２の立体画像構成装置。