JPH01118814A - 凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像表示装置、立体画像装置および立体画像作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は３次元立体画像を得るために観察者の直前位置
でレンズ、プリズム、偏光フィルター等を用いた眼鏡そ
の他の補助器具を使用しないで、共通の対象物の左右２
次元表示より空間上に二重写しによって３次元立体像表
示を０１出する装置および方法に関する。

［従来の技術］ 映像においての従来装置は、拡大鏡と映写機を包含する
。拡大鏡は拡大率および画面において制限され使用によ
り消耗する。映写機は解析に限界がある平面的２次元映
像を映写するのである。

通常の映像においての３次元効果は、各々の目により生
起する２つの若干相違する網膜映像により引き起こされ
るものであり、脳がこれらの映像を印象の深みを生み出
す作用に組み合せることを伴うのである。これは“立体
顕微鏡パ効果として有名である。

３次元立体画像を得るためのこの種従来の装置では原理
的にはスクリーン上に対象物の像を投映させる光学的装
置であり、あくまでも光線によってスクリーン上に直接
像を結像させるものではなかった。又スクリーンの表面
上に結像される像はある反射角と凹面スクリーンの輻射
角によって最も良い明るさが得られる。この時同じ像を
左目で見る場合の方が右目で見るよりも明瞭度が良いの
で同じ手段を左右逆にして行うと適度な立体効果が得ら
れるが秀れた解決策とは言えなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、３次元立体画像を観るために従来用いられて
いたように観察者にプリズム、レンズ、偏光フィルター
等を用いたメガネ等の補助器具を装着させるといった煩
わしさから解放し、又空間上に対象物から左右２つに分
離した２次元像をとり出しそれを凹面鏡からの反射によ
って二重写しを行うことによってより鮮明度現実感のあ
る３次元立体像を得る装置および方法を提供せんとする
ものである。

（２）発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、物体の立体画像が２つの隣り合った鏡（観察
者の目が置かれている瞳孔面に共通した点あるいは近く
に置かれている）から凹面鏡に入射して写し出される。

各々の立体画像は凹面鏡の光中心軸から左右両側面に転
写されている。その結果写し出された画像（入・反射の
原則）は光中心軸から左右に転写された凹面鏡より反射
したものとなり、そして左右からの反射は１点に集中し
そして相互に交差する。

凹面鏡は左右各々の像をそれぞれの立体画像の実像へと
焦点を合わせたり（外したり）するものである。２つの
反射鏡がなす角度は適宜選択されその結果双方の像はそ
の交差する点で結像する。それらの像を同平面にするた
めに２つの立体ｖＡ察物は中心軸上を回転しそしてそれ
は又同一平面上への見せかけの表示で立体観察物の２つ
の実像を回転させるためでもある。この２つの反射鏡は
、水平軸で回転しその結果、像の光路は前記反射鏡を通
過して観察者の目に達するものである。なぜならば２つ
の像は異なった角度で凹面鏡から反射され、観察者の各
々の目は凹面鏡の光中心軸に近いところに置かれている
からである。このようにして空間の同じ見かけ上の点に
ある異なった１つの実像を見ることになるのである。そ
して１つの立体像の印象を重ね合わせてつくりあげるの
である。

反射鏡は最小の距離で隣接して置かれるのは視野の一番
末端において帯状の視覚的印象を減するためである。こ
のようにして横方向からの視覚が良くなる。立体画像分
割は自動的に普通の視覚と同様に遠くの物体よりも近く
の物体の像の分離をより大き（することになる。

２つの反射鏡は人の瞳孔と同じ平面上もしくは近くに設
けられ、そのため瞳孔の絞りは止まる。人の瞳孔におけ
る最大の視覚範囲つまり、目の横方向への最大許容範囲
はシステム全体の光中心軸と交差する反射鏡の内側共通
端に対応する光線によって決まる。反Ｑ４１１の分ＩＩ
ｉ像は光中心軸をはさんだ対向部分に形成される。

このようにして瞳孔平面と反射鏡の共通端とは一対にな
るように設置されるのである。一対になる位置は鏡によ
って決定づけられ、その条件式は　１１　１ ＋　　＋＝− ｐｉ　　　ｆ　　である。

鏡表面からの物体までの距離、：は鏡表面から画像まで
の距離であり、ｆは鏡の焦点距離である。よって例えば
観察者が焦点距離的３５ａＩｉの凹面鏡の表面から１ｍ
離れた位置にいる場合、２つの反射鏡の共通点の接合点
は凹面鏡の表面から約５３１離れた位置となる。

光学的特性を持った球形凹面鏡においては元の立体分離
像の質の低下を区別できない。そして光路上に２つの前
置表面鏡があるので光量のロス（約１０％）を検知する
ことができない。このシステムコストが安いのは反射鏡
は技術的困難性なく安価で利用できるからである。凹面
鏡はプラスチック装によってｌｌｊｍ可能である。凹面
鏡はプラスチック成形やガラスから非常に安く作れる。

利用するにあたっては面倒なことは何もないのである。

［実　施　例］ 本発明の実施例を第１図乃至第３図について説明づる。

図中１０は本発明にＪ３ける半径方向に球形の凹面鏡で
ある。反射＆１ｌ１６．１８による１対の２次元視覚１
２．１４は半径方向へ凹面している！１１０に反射して
得られる。

光軸の左側にある左側立体ｌ！察物は最終的には観察者
の右目に光跡として映る。それによって得られた像２４
は右目２６へ実像２４として現われる右側立体観察物１
２の上に線の矢印によって正対して（上は上、右は右と
いうように）描かれている。

同様に左側立体観察物１４は左目２８に対し実像位置に
矢印３０によって現れる。反射鏡１６．１８は鏡の上に
焦点が合っていないという事を強調するための平面鏡と
して示されている。

いくつか設置する際には自在な凹面反射鏡によって自由
な倍率のものが望ましい。しかしながら発明を実施する
にあたり鏡は像の大きさを変えることのできるレンズを
使うものを用いたが像を結像するには至らなかった。主
な凹面鏡は十二分に湾曲の半径を越えた位置の観察者の
ための鏡向けに曲率Ｒの半径かそれよりも少な目の距離
の空間に実像を写し出すことになる。

観察者の目２６．２８のそれぞれは第２図に示すように
反対側の立体観察物の像を観ることになるだろう。実像
２４．３０は第２図に示されているようにあたかも水平
面に並び合うようになっているが、これは単にわかりや
すくするためであり、実際には上方から見た像は左右の
反射光が交差し重なり合う点において他方の上部にある
もう一方の像となるのである。

図１９．２０に示されている光は反射鏡１６で反射し、
凹面鏡１０で実像を形成するために集中し、そして観察
者の一方の目によって見ることができるような比較的広
い範囲を設定するために分岐するものである。

主な制約としては観察者の目は決った位置になくてはな
らないし、その結果左目が見るものは左側の実像であり
、右目で見るものは右側の実像である。最大視覚範囲は
、光線が光中心軸３２に交差する平面鏡の内側共通端１
７（接合点）に対応している場合であり、又、観察者の
目が反射鏡１６．１８の共通端の接合点６２がある平面
６３内に位置する瞳孔６４．６５に位置している時であ
る。

又、第２図に明確に示されていることは、立体観察物は
平行面から反射鏡の光学的表面に傾けさせているという
事実である。この傾斜は像の不揃いを補正するためのも
のであり、それは結果として実像の平行状態を得るもの
である。

第３図においては光の垂直的な配列を図示したものであ
り、観察者とシステムの光軸と立体観察物の実像のみが
示されている。

各々の実像は接合点ＣＰ又は１７の近くに存在する反射
光からの妨害を受けることもなく半径方向に凹面鏡の視
野−杯に現れていることを示す。立体観察物１２．１４
は３次元情報を含んだ２次元像の源である。この３次元
情報がもたらすものは空間的には横向きであるが本質的
には同じである垂直位置から得られる２つの立体観察物
を持つことによって得られる典型的なものである。

このような方法によって左側からの立体観察は物体の左
側面を見れるし、右側からの立体観察は物体の右側面を
見ることができる。この立体観察効果はもちろん写真に
おいては観察者の位置により近い像であるほど顕著であ
る。このようにして本発明によって観た場合′ａ寮者は
より多く立体的な情報をもった物体はより少ないものよ
りも観察者の位置より近くであるといことを発見する。

第４図においてはこの発明に用いられている球面形凹面
鏡の形状−たとえば４０に示されている楕円鏡の１部の
形状を示しているものである。このような外形はより歪
みの少ない高画質の像の可能性を持つものであり、その
結果少聞生産の鏡の可能な限りの高いコストによって埋
め合わせるような利益を生む球の外形を伴う。

観察者の目４６の瞳孔の平面上の隣接点での反射鏡４２
の位置具合はラディアス鏡におけるものと同じである。

焦点４４と４８は断片４０にのみ使われる楕円の真の焦
点位置である。

第５図は交互になされる２次元画像の唯一の源から得ら
れる３次元高画質のための発明の概要である。

源５０は例えばＴＶの受像管のようなものである。今日
の電子光学技術は人の目では検知できないほどＴＶの受
像管の表面における左右の立体像を交互に頻繁に写し出
すことに成功している。

電子シャッターはそれぞれ単独で開閉する右側部分とを
左側部分で成っておりその結果実像は左右の立体観察物
が交互に写し出され電子シャッターのすぐ後ろにある１
５７．５８には立体画像が交互にではあるが単独の源か
ら写し出されるので観る者にとっては実像があるものと
感じる。鏡は共通の源から光線を反射させるために内側
に傾けてあり左右の光路が第１図から第３図に示される
ような似かよった方法によって交差している。

第６図は光軸上の像を作るためのビームスプリッタ−の
使用例を示している。光軸上の像は画質の悪い場合には
、歪みを減らすようにし、ビームスプリッタ−からの不
要な反射によってロスする光の総量を許容範囲にできる
。二重の反射によって反転した実像が得られその実像は
図示しない１つ以上の鏡を加えることによって転写可能
である。

（３）発明の効果 観察者の目の位置に、穴が合うようにそして左右の目に
各々の分離した像が入るように本発明の各配置は１！察
者の目の瞳孔平面の接合点Ｃｐ又は１７またはその近傍
に反射鏡の共通端が配置される。このような方法によっ
てｒＡ察者の位置での特別の光学の必要性はなくなった
。この発明のように凹面鏡上に像を導くための焦点合わ
せが先にないということは空間上に３次元像をつくり出
すためには必要なことである。又観察者の目の位置より
も先に必要とされる像の光学的工程は何らかの焦点合せ
も不要としている。

焦点を合せることのすべては凹面鏡そのものによって行
なわれる。凹面鏡上に立体像を写すために鏡を設ける効
果はその結果観察者の目の瞳孔面もしくはその近くに置
かれた反射鏡共通端において左右の実像が観察者の目に
重なり合って明白に写ることになる。又これらは他方本
発明と比較した場合にも先行技術の装置にも示されてい
ないし重合している点において形成される像をつくり出
す鏡の角度によって得られる実像を付は加えるという考
え方は先行技術にはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の実施における主要な光学装置の斜視図。 第２図は第１図の上面図。第３図は本発明の分離した左
側多像と各光線路を示した左側面図。第４図は本発明の
球形状凹面鏡を用いる代りに非球形状凹面鏡（楕円）を
用いて、分離した左側部分のみを示した左側面図。第５
図は交互に表われる左右立体分離立体像のビデオ監視状
態を示す上面図であり、又そこにはビデオ監視装置に示
された左右の分離立体画像が同期している（反射鏡の前
の置かれた）電子光学シャッターも示されている。第６
図は反！）Ｉ鏡に加えてビームスプリッタ−（ハーフミ
ラ−）を用いている左側弁！１ｆｔ＋の左側面図。 １０・・・凹面１　　　　　１２．１４・・・２次元視
１６．１８．４２・・・反射鏡 １７、ｃｐ・・・内側共通端（接合点）１９．２０・・
・光線 ２４．３０・・・矢印形実像 ２６．２８．４６・・・観察者の目 ３２・・・光学軸 ４０・・・楕円形凹面鏡　４４．４８・・・焦点５０・
・・源 ５４．５６・・・左右半部 ５７．５８・！Ｉｔ　　　　６３・・・平面６４．６５
・・・左右瞳孔入口 第１図 第８図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２つの隣接する反射鏡は、その接合点は観察者の瞳
   孔結像平面の接合点もしくはその近傍に位置し、前記反
   射鏡は、光線が凹面鏡から反射した後に焦点が合うよう
   に共通の対象物の左右各々の立体観察物からの光線を前
   記凹面鏡上に各々分離して導くために位置決めされてお
   り、又前記凹面鏡は、前記反射鏡から導びかれた左右の
   光線を観察者の目と当該凹面鏡の間の空間に左右の実像
   として結像する手段とからなり、２つの実像は前記凹面
   鏡の中心軸上に又は外れた位置の観察者によって視認さ
   れるための、焦点位置よりも後に位置する観察者の目へ
   の焦点位置と同一平面上に明確に二重写しに表示がなさ
   れるようにしてなる凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像表
   示装置 ２、凹面鏡は、重合されて平面表示される左右の実像を
   創り出すために回転する反射軸をもつ特許請求の範囲第
   １項記載の凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像表示装置 ３、前記左右の立体観察物は、ビデオ画像である特許請
   求の範囲第１項記載の凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像
   表示装置 ４、前記凹面鏡は、球面鏡である特許請求の範囲第１項
   記載の凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像表示装置 ５、前記凹面鏡は、非球面である特許請求の範囲第１項
   記載の凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像表示装置 ６、前記対象物の左右の実像は、一列整列平面上に二重
   写しされる特許請求の範囲第１項記載の凹面鏡と接合鏡
   を用いた立体画像表示装置 ７、前記非球面鏡は、楕円形鏡である特許請求の範囲第
   １項記載の凹面鏡と接合鏡を用いた立体画表示装置 ８、前記反射鏡は、平面鏡である特許請求の範囲第１項
   記載の凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像表示装置 ９、前記左右の立体観察物は、それぞれ他の像の平面か
   ら互いに傾斜してなる特許請求の範囲第１項記載の凹面
   鏡と接合鏡を用いた立体画像表示装置 １０、前記左右の立体観察物は、単体のビデオモニター
   から交互に表われる像である特許請求の範囲第１項記載
   の凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像表示装置 １１、前記接合鏡は、左右それぞれの目によってそれぞ
   れ左右の立体観察像を同時には視ることができないよう
   にしてなる特許請求の範囲第１項記載の凹面鏡と接合鏡
   を用いた立体画像表示装置 １２、ビームスプリッターは、反射鏡から像を反射して
   凹面鏡に入射させ、当該ビームスプリッターの軸線を通
   過して前記凹面鏡から反射された像を観察者の目に到達
   するようにしてなる特許請求の範囲第１項記載の凹面鏡
   と接合鏡を用いた立体画像表示装置 １３、２つの視覚対象物からの光線は、凹面鏡に到達し
   た時には一点に集中しておらずその後集束し前記凹面鏡
   からの反射の後、互いに交錯するように前記凹面鏡上で
   分離して写る共通の対象物の左右立体観察物を反射させ
   るための２つの接合反射鏡と、左右の視覚から光線が交
   錯する点において形成される実像の焦点を結ぶ位置より
   も向う側に位置する観察者と前記凹面鏡との間にある空
   間の同一平面上に対象物の左右の実像が焦点を結ぶため
   の手段を有する前記凹面鏡と、像が焦点を結ぶ点よりも
   向う側でかつ２つの前記反射鏡の接合点に位置する観察
   者の対応する目に導かれる前記実像と、観察者の目と同
   じ平面において二重写しで明白に視覚的に表示される前
   記実像とからなる凹面鏡と接合鏡を用いた立体画像装置 １４、凹面鏡上に対象物の右側立体観察物を反射するた
   めの第１の鏡を置き、前記右側立体観察物から離して前
   記凹面鏡上に対象物の左側立体観察物を反射するための
   第２の鏡を置き、又前記凹面鏡と２つの前記反射鏡との
   間に、左右の立体観察物からの光線を１点に集中させな
   いように、交差させないようにして２つの前記反射鏡の
   相互の位置を決め、前記凹面鏡からの反射による左右の
   立体観察物の実像を空間に形成し、観察者の目と前記凹
   面鏡との間にそしてかつ第１の前記反射鏡と第２の前記
   反射鏡から反射された左右の光線の交差点に、実像の焦
   点を結ぶ位置を設定し隣り合う第１と第２の前記反射鏡
   の接合点に位置する観察者のそれぞれ対応する目に各々
   の左右の像を導くという段階を経てなる立体画像作成方
   法