JPH04501922A - 投影による固定又は動的な三次元画像生成システム - 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】 にによ　は　・な三゛−シスーム ぶ旦坐立証 本発明は、通常の光を用いた投影による固定又は動的な三次元画像を再現可能な 装置に関する。

１皿生宣ｌ 現在までに開発された奥行きを育する画像を撮影及び再生するシステムは、大き くは二つのグループに分けることができる。すなわち新しい方のものとしては、 １９４７年から開発されているコヒーレント光ビームの干渉に基づいて画像を形 成するものであり、ホログラフィックシステムと呼ばれるものである。より古く からあるものは、波の干渉により記録するものではなく、非ホログラフィックシ ステムとして知られている。

後者の非ホログラフィックシステムにおいては、立体視システム及び三次元シス テムの区別がある。立体視という言葉は、再生時にそれぞれの眼に二つの異なる 画像を与えるシステムに対して使用される。三次元という言葉は、広い視野角度 にわたって観察できるように画像の撮影及び再生に多数の画像を用い、観察者の 前に光学フィルタ又は他の装置を配置して煩わしい思いをさせることの無いシス テムに対して使用される。

ホログラフィ技術は、波面の再生による写真に基づいている。このようなシステ ムでは、画像の撮影及び再生を行なう時に光源のコヒーレンス性が必要である。

記録される対象物と再生される画像の両方共に、コヒーレントな光だけで照明さ れる必要がある。このことが、月のようなコヒーレントビームで照明できない離 れた対象物の撮影ができるシステムの商用化においてこの方法を使用することを 妨げている。夕日、又は太陽や月の海面での反射、風景等を撮影するのは不可能 であることがわかる。結局のところ、透明体を通しての観察が必要であるため、 再生画像の大きさは限定される。

立体視システムにおいては、写真の撮影は人間の眼の間隔の平均値にほぼ等しい 距離だけ離れた二つの対物レンズを通して行なわれる。

この立体視用写真撮影のため、従来のカメラに取り付けるのに適したファゼカス （Ｆａｚｅｋａｓ）カメラのような特別なレンズシステムが開発されている。こ のカメラについては米国特許第４．５２５．０４５号に説明されている。

投影には適さない方法であるがそれぞれの眼に異なる画像を与える立体視システ ムがある。これには、観察者と再生画像との間にブリユースタ（Ｂｒｅｗｓｔｅ ｒ）プリズム及びライ−トストン（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ）平面鏡を配置する光 システム（Ｎｏｒｌｉｎｇ、　Ｊ、Ａ、、　ｒＴｈｅ　５ｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉ ｃ　ＡｒｔＪＡ。

Ｒｅｐｒｉｎｔ　Ｊ、Ｓｍｐｔ　６０．　Ｎｏ、３．２８６−３０８　（１９５ ３年３月）参照）、又はケンブ（Ｋｅｍｐｆ）の凹面鏡（米国特許第４．６２３ ．２２３号参照）を配置するシステムが含まれる。

投影に適した立体視システムは、左側レンズによって撮影した画像を左眼に与え 、右側レンズによって撮影した画像を右眼に与えるのに使用される方法に応じて 太き（異なる。動きを伴う立体視投影でもっとも良く知られ且つもっとも広く利 用されているのは、色、偏光フィルタ又はシャッタを用いたものである。

投影において使用される立体視システムの主たる限定は、観察者の前に光学フィ ルタ又はシャッタ機構を配置することでかならず観察者を煩わすことである。

現在までに開発された通常光を使用した再生の三次元システムには、観察者が左 又は右等へ動いた時に右又は左側に再生画像を提示できるものがある。

これらの三次元再生装置のほとんどは、各種の画像が印刷、投影、発生、増幅又 は単に伝達される拡散表面を有している。

代表的な印刷システムは、拡散表面としてそれ自体が写真材料であるものを使用 し、その不透明又は半透明な表面に映画又は投写型テレビジョンの画像を投影す るものである０代表的な発生システムは、拡散面自体が陰極線管（ＣＲＴ）であ る、そして代表的な伝達システムは、光伝送体又は増幅器を有している。

いかなる拡散表面にも共通の基本的特徴で、この形式の表面を使用する三次元再 生のためのすべての装置の設計に大きく影響する点について強調しておくことが 重要である。

この基本的特徴は、「拡散表面のいかなる点も、すべての方向に光粒子（フォト ン）（ｌｉｇｈｔ　ｐｈｏｔｏｎｓ）を伝達する中心に変換される。」というこ とである。

それにより、いかなる観察者も位置にかかわらず拡散表面上に再生された全体像 を見ることになる。

もし拡散表面上の同一の点上に同時に二個又はそれ以上の画像が再生されると、 異なる画像から来る光粒子はその方向にかかわらず一体に混ぜ合される。

このため拡散表面上に再生される異なる画像の識別は、各画像を異なる位置に出 すこと、すなわちｒｍ■尺度蓋立」という手段により達成される。

拡散スクリーンを含むすべてのシステムは、異なる方法ではあるが、各画像を拡 散スクリーン上の異なる部分に出すことを行っている。この部分は非常に狭い幅 の垂直の帯であるのが一般的である。

固定写真画像の再生用システムにおいては、拡散表面として働く写真材料自体の 上にあり、画像は細かな垂直の縞に分けられたように見える。画像を細かな縞に 分割する部品は、シリンドリカルレンズのシートであるのが一般的である。

この技術を使用するシステムにおいては、次のような先行技術がある。

Ｉｖｅｓの米国特許第１．９１８．７０５号は、写真材料上に三次元画像を得る ための方法を説明している。

Ｇｌｅｎｎの米国特許第３．４８２．９１３号は、三次元写真を形成するのに必 要な方法及び装置について説明している。

Ｗａｌｌ−Ｌ□の米国特許第４，０８６，５８５号は、三次元写真での視野の深 さを制御するためのシステム及びカメラについて説明している。

投影により動的画像を再生するシステムにおいては、もし投影が前方投影であれ ば拡散面は不透明材料からなり、後方投影であれば半透明材料からなる。すべて の場合において、この表面に現われる画像は細かな垂直の帯に分割される。

この技術を用いるシステムには、次のような先行技術がある。

ｒｖｅｓの米国特許第１．８８３．２９０号は、不透明のスクリーン上に前方投 影する方法と半透明の表面上に後方投影する他の方法について説明しており、前 方投影では細かな垂直の帯に画像を分ける部品は垂直なシリンドリカルレンズの 同一シートであり、これを通して観察が行なわれ、後方投影でも細かな垂直の帯 に画像を分ける部品は垂直なシリンダ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）であり、異なるフィ ルムを一つのフィルム上に複写する方法に使用される。前方投影においては、シ リンダシート上の投影器の鏡像により生じる明るさを除去することが必要であり 、後方投影においては、各シリンダ上に画像の帯を位置させるため高精度の調整 が必要である。

Ｙａｎｏの米国特許第４．０７８．８５４号は、後方投影による三次元再生の二 つの方法について説明している。第一の方法では、特許の第１図から第４図に示 されるように、半透明材料で作られた拡散スクリーンが、画像を拡散表面上で細 かな垂直の帯に分割する役割を有するシリンドリカルレンズの二枚のシートの間 にある。この特許の第二の方法では、拡散表面を水平シリンドリカルレンズの一 枚のシートで置き換える。

このシートについては更に以下で説明する。

Ｍｏｒｉｓｈｉｔａの米国特許第４．７３７．８４０号は、拡散表面の前に配置 された垂直な不透明格子を通しての後方投影に基づく方法について説明している 。拡散表面では、各画像は常に異なる垂直の帯内の異なる位置に現われる。

動的画像を再生する他の方法には、Ｈａ　ｉ　ｓｍａの米国特許第４，５７１， ６１６号に述べられたような光伝送体の端により形成される拡散表面を有するも のがあり、そこでは各画像は異なる垂直な帯に現れる。この場合画像は光伝送体 を通って案内された後に位置する。

これらすべての場合において、観察は垂直なシリンドリカルレンズの光スクリー ンを通して行なわれ、このシリンドリカルレンズの焦点線はｍ皿が位置する平面 内にある。

以下においては、上記の三次元水平視差再生システムの問題点の検討を行なう。

異なるシステムを比較する時に考慮する要因は、正しく見える観察角度、再生さ れる画像の品質、及び製造の複雑さに起因するコストである。

最大観察角度は、垂直なシリンダの開口、その幅と焦点距離の比率によって制限 される。この角度が大きくなると、望ましくない擬似視効果、すなわち逆の奥行 きを生じる観察が、隣接するシリンダに対応する画像線上で発生する。

Ｈａｉｓｍａは、前述の特許（１ペ一ジ６５行目）においてこの問題の重要性を 指摘している。

もし各シリンダに対応する帯の組がシリンダの幅全体にわたる時に、擬僚視無し に見える最大観察角度は次式で表わさこの角度は、１．５付近の屈折率を有する 通常の材料に対しては５４″近辺の値であり、多くの場合明らかに不充分である 。

スクリーン全体の幅にわたってのこの角度の維持には、（帯のグループの）各シ リンダとその画像間の対応を正確にすることが必要である。この対応を完全にす るのは、細かい垂直な帯に分割された画像を発生させるためのレンチキュラシー トが画像の観察に使用されるものと同一でない時には、難しい。この対応がとれ ないと、Ｙｖｅｓ　２９０により使用されるような画像の細かな垂直の帯への分 割が投影における分割と異なる工程により行なわれる写真再生システム及び他の 後方投影システムにおいて考慮する必要のある問題を生じる。この困難性は、Ｙ ｖｅｓ　２９０自身により予測されているが、それを解決するための方法につい ては示されていない（３ページ、１０３−１０６行参照）。

正しく見える観察角度は、画像の幅と焦点距離の比率の関数であるから、この角 度を増加させるには二つの方法が可能である。一つは各シリンダに対応する画像 の幅を増加させることであり、もう一つは非常に高い屈折率の材料（２に近いも の）を使用してその幅に対してシリンダの焦点距離を短かくすることである。

両方の方法共、Ｉｖｅｓ　２９０で言及されている。

最初の再生される画像の大きさの増加は、３ページの５８行から６５行に示され ている。この方法においては、シリンダの軸間の距離が直径より太き（なるため 、再生における品質の低下がシリンダ間に暗い垂直線が生じるという形で起きる 。これについてはＪｖ６ｓ　２９０の３ページ、６５行から７５行を参照のこと 。このレンチキュラシートの製造が非常に複雑であることは明らかである。

二番目の屈折率の増加による焦点距離の相対的減少に基づく方法は、シリンダ間 に不透明なシートを配置する必要が生じ、本質的に製造が複雑である（Ｉｖｅｓ 　２９０の４ページ、４５行から５０行を参照のこと。）。

上記の両方の場合において、このようなシリンダの複雑な断面のため前方投影が 望ましいが、そのために投影器の反射を見ることによる好ましくない明部がレン チキュラシート上に現われる。この新しい問題のため、投影器及び観察者に向き 合う垂直シートを適当に傾けて投影することが必要になる（Ｉｖｅｓ　２９０の ４ページ、６０行から６５行参照のこと、）。

画像の品質は、シリンドリカルレンズの横方向の大きさで制限され、逆にこのシ リンドリカルレンズの横方向の幅は画像の垂直な帯の大きさで制限される。

各垂直画像の帯の幅は、シリンダの大きさよりも再生される画像の数だけ何倍も 小さくなければならない、このためシリンダの大きさは画像の大きさによって制 限され、逆に画像の大きさはこのシリンダの大きさよりも小さい。

健康な眼が知覚できない幅「ｄ」の帯の条件は、次の通り例えば１ｍの観察距離 に対しては０．　３ｍ−であり、０．２５ｍの距離では０．０８ａ＋■である。

もし上記の条件で１０個の画像が使用されるとすると、各画像帯の幅はそれぞれ ０．０３ｓｎと０．００８ａｍでなければならない、これらの価は、可視光の波 長よりたかだか１５倍大きい程度である。もし１０個よりも大きな数の画像が使 用されるならば、状況はもっと悪くなる。製造における困難さは明白であり、従 って商業的製造の価格は高くなる。Ｈａｉｓｍａのシステムのようなシステムに おいては、画像は光伝送体を通して配置されるので、このような困難さは画像の 分解を不可能にする。

画像の尺度差分に基づ（システムの発明者でそのシステムを大きな正しく見える 観察角度を有するものにしようとした人は、大きな開口を有するシリンドリカル 部品の設計という問題を解決しなければならないという事は重要である。

上記のことが、このようなシステムにおいて正しく見える観察角度が、観察をそ れを通して行なう垂直シリンダの開口角度と一致する理由である。

このため画像の尺度差分に基づく正しく見える観察角度が大きなシステムは、非 常に高価であるか又は製作が不可能であ゛るような垂直シリンダの設計が必要に なる。

更に、再生時に連続性及び深い奥行きを必要とするような正しく見える観察角度 を太き（するには、多数の画像が必要となる。既に指摘の通り、画像の尺度差分 システムにおいて多数の画像を用いるということは、横幅の大きなシリンダを必 要とするということである。これは各シリンダが画像と同じ多数の縞を含まねば ならず、これらの縞を無限に小さくはできないためである。従って、シリンダの 大きさは再生の品質が低下するかもしれない値に定められることになる。

これらのシステムが商用的に成功しておらず、小さな投影スクリーンを有する映 画でも成功していないのはこれらの理由のためであると説明されている。

次にこの一般的技術の範囲には、完全再生システムも含まれる。この名前は水平 及び垂直の視差を同時に再生することができるシステムに適用される。

この発明は、有名なフランスの光学者リップマン（Ｌ　ｉ　ｐｐｍａ　ｎｎ）の １９０８年の発明である（Ｌｉｐｐｍａｎｎ、　Ｍ、Ｇ−＋Ｅｐｒｅｕｖｅｓ　 Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｓ　Ｄｏｎｎａｎｔ　ｌａ　５ｅｎｓａｔｉｏｎ　ｄｕ　 Ｒｅ１ｉｅｆ、Ｊ。

Ｐｈｙｓ、７．４ｔｈ　５ｅｒｉｅｓ、　８２１−８２５（１９０８年１１月） ）。

完全写真の基礎は、ガラス又はプラスチック製で、非常に多数の球面の平凸レン ズ（例えば１万個）を有するハエの目（ｆｌｙ”　ｓ　ｅｙｅｓ）レンズシート を準備することである。

完全再生の一例は、Ａｎｄｏの米国特許第３，８５２．５２４号である。Ａｎｄ ｏは撮影される画像の数や伝送に必要な帯の幅については言及しておらず、それ が複数であり且つ非常に高周波数の搬送が使用されなければならないとだけ述べ ている。

実際に画像を撮影し再生するこの方法は、膨大な量の情報の処理が必要であり、 これは二次元画像は各平凸レンズの後で受けられるためである。

システムを動作させるには、画像の再生及び撮影の両方に使用される平凸レンズ の数は、数千の程度でなければならない。

このような問題点及び球面の光学スクリーンの使用を別にしても、再生はその特 許に示されたすべての形式で行なう場合に、常に使用上多くの欠点を有する拡散 表面を通して行なわれる。

Ｈａ　ｉ　ｓｍａは、前述の米国特許第４．５７１．６１６号において、正方形 のモザイクを形成する従来のカメラで撮影した画像に基づ（完全な起伏のあるシ ステムについて述べている。９個のカメラを、三列にそれぞれ三個づつ配置した 例が示されている。

再生は、各球面レンズの後の９個の異なる画像部分を、撮影した各画像に対して 一個の部分の割合で位置させることにより続けられる。調整は、機械的手段によ り光伝送体を適切に配置させることにより行なわれる。既に明らかなように各シ リンダの後に画像の縞を位置させることにより、製造上の困難さが引き起される が、ここで生じる問題ははるかに難しい、これは各球面マイクロレンズの後にｎ ２個の正方形の画像を位置させることを含むためである。

更に、Ｈａ　ｉ　ｓｍａにより説明されたシステムにおいては、拡散表面が使用 されており、しかもこの場合光伝送体の端である。

前述の水平視差再生システムの欠点は、水平視差の再生だけに現われるだけでな （、垂直視差の再生にも現われ、これがこのシステムの商業的成功を妨げている 。

ロボット工学のような応用の他の分野も存在する。そこでは前述のＡｎｄｏの特 許におけるように球面レンズの光学スクリーンが使用される。これについては例 えば５ｔａｕｆ　ｆｅｒの米国特許第４．４１０．８０４号を参照のこと。しか しながらその目的は対象物との距離及びその大きさに関するデータを得ることで あり、画像の垂直及び水平の視差で三次元再生をすることではない。

知り得る範囲で拡散表面を使用していない唯一のシステムはＹａｎｏにより示さ れたものである。

Ｙａｎｏは、その米国特許第４．０７８．８５４号の第二の部分において、拡散 表面を水平なシリンドリカルレンズのシートに置き換えているが、画像の角度差 分に基づく新しいシステムを設計するためにはそのようにはしていない。むしろ 第一の部分で述べられた半透明の材料の拡散表面上の尺度差分に基づくシステム の単なる変形といえる。

実際には、そのシステムは特許中では立体視再生システムとして述べられており 、広い観察限界を有するものでも最大で５個（５ページ、３０行から３２行に記 載）という非常に少数の画像の再生を行なう（１ページ、１０行から１３行に記 載）。しかしその特許かられかるように（３ページ、３２行から３６行に記載） 、両眼で同一の画像を見る観察者が存在し、そのような人に対しては他の手段で 奥行き感覚を生じさせる必要がある。

このため最後に述べた装置は、二つの部品を有している。

一つは大きな画像の投影が難しい収束光学システムであり、もう一つは二枚のシ リンドリカルレンズのシートで構成されるスクリーンである。シリンダの開口は 対象物と投影器の間の距離及び投影距離に対しては独立な具体的な固定値を有し ており、このことからその設計が画像の角度差分に基づいていないことは明らか である。

従ってＹａｎｏの特許の第二の部分で説明された最後に述べたこのシステムは、 第一の部分で説明された多くの欠点を有する画像の尺度差分に基づくシステム及 び他のすべてのシステムと同様の単なる変形である。

結局のところ上述のシステムは、単一のカメラにより冬眠に届く画像が完全に撮 影できるように設計されているといえる。冬眠が異なるカメラにより撮影され、 それゆえ異なる位置に位置する画像を見るようにすることで三次元祖を実現して いる。

この概念は多かれ少なかれ前述の発明者により暉明されている。例えば、Ｉｖｅ ｓ　２９０の４ページ、１０行から２５行、Ｉｖｅｓ　７０５の１ページ、９５ 行から１００行及び２ページ、０行から２行、Ｇｌｅｎの１ページ、６５行から ７０行、Ｈａ　ｉ　ｓｍａの１ページ、２４行から２９行、Ｙａｎｏの１ページ 、１４行から１９行及び２ページ、２９行から３２行である。

１皿立凰！ 本発明の目的を達成するシステムは、画像の角度差分に基づいており、そのため に拡散表面をなくすだけでなく、従来のシステムで使用されたのとは異なる方法 で画像の構成を行なうようにする必要がある。

画像の角度差分に基づくシステムでは、観察する各点から各画像の長方形が見え 、その長方形が各観察点で異なる。一つの観察点に対応する長方形のグループは 、他の観察点に対応するグループとは異なる単一の画像を形成する。

画像の角度差分法を用いる場合には、異なる画像が結像される拡散表面は使用さ れない。画像が結像される仮想平面が存在するが、この平面は物理的には存在し ない。

理解を容易にするためには、この平面は透明な表面と考えられる。

前述の方法の評価において用いた説明と同様の体系に従かうため、透明表面の基 本的特徴を定義することから始める。

「透明表面上のいかなる点も入射する光子をその方向を保持して光子を放出する 中心となり得る。」すなわちいかなる観察者もその位置にかかわらず投影された 画像の単一の点を見ることになる。この点は、投影対物レンズの光学中心から観 察者の光学中心へ至る線のこの透明表面との交点である。各観察点に対して対応 する個別の画像又は点がある。

もし二個又はそれ以上の画像が空間の異なる点から透明な表面上へ同時に投影さ れると、異なる投影による光子は透明表面を通過した後も、その方向を維持する 。各画像の光子はこの透明表面から異なる角度で出射するため異なる画像として 識別可能である。すなわち’Ｆ’　Ｊが使用できる。

本出願の目的である本発明を簡単に説明するため、まず第一に垂直なシリンダの 光学シートがこの透明表面の前にシリンドリカルレンズの焦点距離だけ離で配置 される。

シリンドリカルレンズの焦点距離は、シリンダの横幅の焦点距離に対する比率が 少なくとも二個の隣接する投影用対物レンズ間の距離と投影距離の比率に等しい かこの比率の二倍より大きくならないように決められる。

上記のような特徴を有する垂直なシリンダの位置決めをした後は、いかなる観察 者もその位置にかかわらず投影用対物レンズの数だけの画像の部分を見ることに なる。これらの画像の部分は、単一の直線状の部分で構成される。この直線状の 画像部分は、各観察点に応じて異なり、投影用対物レンズと観察者を含む平面の 透明な投影表面との交差部分である線内にある。

もし単に水平な視差を再生しようとするシステムであれば、本出願人のヨーロッ パ特許第０２７３８４５号に従って、投影対物レンズを水平線及び水平シリンダ の第二の光学的スクリーン上に配置し、水平シリンダの焦点線が垂直シリンダの 焦点平面上にあり、従って理解を容易にするため仮想した透明スクリーンと一致 し、上記の画像部分を長方形に変換し、その長方形の基底がこの同一の画像部分 の大きさであり、長方形の高さは透明表面の高さであるようにすれば良い、各観 察点にこれらの水平シリンダの焦点距離はその（半円シリンダ）の観察を可能に するためである。

本発明は、システムが完全システムである場合にも適用できる。すなわち水平視 差に加えて垂直視差を再生する必要があり、上記の水平シリンダを垂直シリンダ で説明したのと同様の方法で設計しなければならない場合である。この場合には 、前には線を形成した投影対物レンズが長方形を形成することを考慮しなければ ならない。

要するに本発明の目的である光学システムは、互いに垂直なシリンドリカルレン ズの二枚のシートから成り、合成の垂直方向光学開口は少なくとも二個、最大で も三個の垂直投影対物レンズの範囲を覆い、合成の水平方向光学開口は少なくと も二個、最大でも三個の水平投影対物レンズの範囲を覆う。

このように設計されたシステムは、非常に小さな開口のシリンダで形成されてい る。すなわちその横幅に比べて非常に大きな半径のシリンダである。この小さな 開口値は、更に正しく見える角度値に依存しない。このように製造コストの安価 な各シリンダが、正しく見える観察角度をできるだけ太きくすることを可能にす る。画像の角度差分に基づくシステムに関係するシリンダの大きさは、再生され る画像の数には依存せず、従って再生の品質を非常に良好にできる。もし収束光 学システムを更に付加して使用しないならば、大きな画像の再生は難しくない、 前方投影は、レンズシートの一方をミラで置き換えるだけで、いつでも投影用対 物レンズの鏡面像がはっきりすること無しに実現できる。後方投影では特別な精 度調整を必要とせず、各観察者はそれぞれの眼で異なる画像を見る。

従って本システムの他のすべてのシステムと比較した時の利点は次の通りである 。

（Ａ）正しく見える観察角度は、好きなだけ大きくすることが可能であり、それ は投影対物レンズの数、対物レンズ間の距離、及び投影距離だけにより決定され る。

（Ｂ）シリンダの幅は画像の数によっては制限されず、好きなだけ小さくできる 。従って画像の品質はこれらシリンダの製造条件により制限されるだけである。

（Ｃ）観察者が視野を離れた時にも、擬似視は起きない。

（Ｄ）投影された画像を整列し組み合された垂直の縞に分割するための複雑な手 段を作る必要が無いだけでなく、レンチキュラ平面に加えて他の収束光学システ ムを設ける必要がな（、後方投影は精度調整を必要とせず、結局本発明のシステ ムは製造が容易であり、再生される画像の大きさにかかわらず簡単に実現できる 。

（Ｅ）観察者の冬眠で知覚される画像は、位置にかかわらず異なる。

（Ｆ）完全な再生システムを容易に作ることができる。

（Ｇ）前方投影がレンズシートの一つを他のミラーシートで置き換えることによ り非常に容易に実現できる。

ここで指摘しておく必要のある点は、このシステムは投影に対してのみ有効であ り、紙の上での写真再生には使用できない。一方このシステムを用いて、三次元 スライドビューア（ｓｌｉｄｅ　ｖｉｅｗｅｒｓ）を設計することが可能である 。

回　（７）　ｆｉｉ吸 第１．２及び３図は、この新しいシステムの基になるアイデアを説明しており、 第４．５及び６図は本発明の目的であるシステムを示している。

図において、 第１図は眼の間の距離がｂである観察者から距離１のところに見える対象物Ｐが 水平視差間Ｅを有することを示している。

°　第２図は、観察者０．が窓ＡＢを通して対象物Ｐを見た時を模式的に示して いる。

第３図は、ｍ人の観察者が窓ＡＢを通して対象物Ｐを見た時を模式的に示してい る。

第４図は、光軸が平行で互いに間隔Ｋｃ離れたｎ個のカメラｃｃ、、ｃｃ、・・ ・ＣＣ７を示している。

第５図は、投影用対物レンズＰＲ＋　、ＰＲ，・・・ＰＲ，及び焦点距離ｆで横 幅ｄの垂直シリンダ（１）の光学スクリーンの配列を示している。隣接する投影 対物レンズ間の距離はに８であり、投影距離はＢである。

第６図は、本発明の目的である光システムを示し、前方の部分には垂直シリンダ （１）の光学スクリーンがあり、後方の部分には水平シリンダ（２）の光学スク リーンがある。ｅはこのシステムの厚みであり、■は観察角度であり、Ｓは二個 の投影対物レンズが見える水平角度であり、ｆは垂直シリンダの焦点距離であり 、Ｂは投影距離であり、Ｋ、は隣接する二個の投影対物レンズ間の距離であり、 そしてＰＲ，。

ＰＲ，・・・ＰＲゎは投影対物レンズの光学中心の位置を示す。

゛な　の−　な− 両眼視により対象物からの距離が認識できる。この機能は眼が向いている角度手 段により得られる。いま線Ｉ＋Ａ＋　とＤｔＡｚが、左眼Ｉ、と右眼Ｄ＋がそれ ぞれ無限の彼方を見た時の線とする。第１図は対象物Ｐの両眼での観察を模式的 に示す図であり、これを参照する。

もし眼が直線Ｉ＋Ａ＋上で距離ｌの位置にある対象物Ｐを見るように向くとする と、右眼は次式で与えられる角度量Ｅの方向に向くことになる。

ｔａｎＥ＝ｂ／１ 但し、ここでｂは観察者の両眼間の距離である。

角度Ｅは、水平視差角と呼ばれている。一般に両眼は水平線上にあるので、この 視差を再生するシステムならば充分であり満足される。このため水平視差を撮影 し再生することが、以下に説明するように画像の角度差分に基づく三次元祖の基 本部分を構成する。

いま観察者「０．」が無限遠に対する視線に垂直な壁内の幅ＡＢの窓を通して対 象物Ｐを見ているとする。

第２図は、窓ＡＢを通して対象物Ｐを見る観察者ＯＩの光学的図である。

この第２図は、平面図内のこの観察者０．が右眼り、と左眼Ｉｔを有しているこ とを示している。前に広がる光景から来てＩＩを通過するＮ＋を中心点とする） 光線束は、左眼の像を形成するように作用する。同様にＤＩを通過する（ＤＩを 中心点とする）光線束は、右眼の像を形成するように作用する。

三次元の知覚は、同一でない点■１とＤＩを通ったこれらの二つの光線束により 形成された左及び右眼からの像を脳が統合した時に行なわれる。

窓を含む平面の軌跡内に含まれる直線ＡＢは無限に近接した一連の点Ｆ、、Ｆ、 ・・・Ｆ、・・・Ｆ　１ｍ−１ｒ　Ｆ　ａに分解できると考えられる。

■、を中心とするビームに属するすべての光線は、Ｄ、を中心とするビームに属 するすべての光線と同様に、いずれのｉに対してもＦｔ　Ｆｔ−＋の距離が充分 に小さいＦ、、Ｆ。

・・・Ｆｉ・・・Ｆ＝＋　、Ｆｆｉを中心とするビームのグループに含まれる。

もし残火かの観察者０＋　、Ｏｘ　”・・Ｏ，が異なる点に位置して前方の窓Ａ Ｂを通して同一の対象物を見ているとすると、垂直視差を考慮する必要はないの で、すべての両眼の組合せは共通の水平面上に投影することで再現できる。第３ 図はｍ人の観察者が窓ＡＢを通して対象物を見ている光学図を示している。

明白な幾何学的理由によりＩ、又はり、を中心とするすべてのビームは、Ｆｉ− Ｆ、−、の距離が充分に小さいＦｉ、Ｆｚ・・・Ｆ、・・・Ｆ、、、Ｆ、を中心 とする一連のビーム内に含まれる。

言い方を変えれば、「いかなる観察者Ｄｊに対しても観察者ＤＪの左眼と右眼に 対応するＩ、又はり、を中心とするビームによって撮影して形成した像は、Ｆ、 −Ｆ、、の距離が充分に小さいＦ、、Ｆ！・・・Ｆ、・・・Ｆｆ＋−１，Ｆｎを 中心とするビームによって撮影し形成した像の部分を適当に選択し構成すること により統合できる。」 実験では連続するＦ、、Ｆ、・・・Ｆ、・・・Ｆｎを中心とすとし点ＡとＢを通 過するビームを含む曲線であってもこのことは有効である。

像が帯で形成されているように見えないために必要な最小の分離量（又は再生部 品の大きさ）、及び明らかに連続した形で視差の変動を再生することができるた めに必要な分離量（又は像を撮影する対物レンズの光学中心間の距離）は非常に 異なる。

経験によれば、適切な再生に必要な再生要素の数は、画像を三次元的に撮影する のに必要な要素の数よりはるかに多い。

本発明の目的である方法は、映画におけるシャッタ動作のように、少数の撮影し た像を用いて、多数の要素を再生できる。映画においては、同一の画像が数回の シャッタ動作中繰り返し提示される。三次元再生においては、同一の画像が種々 の再生要素中に繰り返えされる。

このように、各観察点から同一の画像が多数の垂直再生要素を通して見られる。

互いに隣接したこのような再生要素は、長方形を形成する。この長方形は各観察 点で異なる。すべての像に対応する長方形のグループは、各観察点に対して単一 の分離した像を形成する。

適切な観察条件は、撮影時のカメラの隣接した対物レンズの光学中心間の距離及 び再生時の隣接する投影対物レンズの光学中心間の距離に実際的な限界を生じる 。

カメラの対物レンズの光学中心間の最大距離は、各視野の深さに対して、再生時 の画像の連続性の条件により制限される。この条件は、従来技術及び本発明のす べての三次元再生システムで同一である。

画像の角度差分を利用する時の隣接する投影対物レンズの光学中心間の距離は、 投影開口と観察開口の比率により決定される。

投影開口は、隣接する二個の投影対物レンズの光学中心間の距離と投影距離との 比率である。

観察開口は、観察者の両眼間の距離と観察距離との比率で値に対してさえも、画 像の角度差分による三次元祖が認められた。

既に示したように、水平視差を記録するもっとも明白な形式は、点ｉ毎に多数の 記録用対物レンズを有することである。

それにもかかわらず経験によればこの記録された画像の数は点ｉの数よりはるか に小さくできる。

言い換えれば、記録時の対物レンズ間の距離は、これまでの説明で使用したＦ、 −）’ｉ−、間の距離よりはるかに太き（できる。

このように記録方法は、光学中心が水平線上に視野の奥行き記録の関数である距 離Ｋｃだけ互いに離れて配置された一連の記録用対物レンズで構成されている。

第４図は、この方法を模式的に示している。説明を簡単にするため図においては 、各対物レンズは別個のカメラに属し、この対物レンズの光軸は互いに平行であ ると仮定する。一般的に、数個又はすべての対物レンズが単一のカメラに属する ことも、光軸が傾いていることも可能である。

第４図において、ｃｃ、、ＣＣｚ　、ＣＣ，・・・ｃｃイは距離に、だけ離れた 対物レンズの光学中心を有するｎ個の容器であり、水平線ｚｚ′上に位置してい る。

投影時には、画像撮影時に使用したカメラの対物レンズと同一数の投影対物レン ズが使用される。各対物レンズは透明な光学的シリンドリカルスクリーン上に画 像を投影する。

第５図は、距離に、だけ互いに離れ光学的シリンドリカルスクリーン上に投影を 行なう投影対物レンズＰＲ，，ＰＲ。

・・・ＰＲアの配置を模式的に示している。

この図において、説明を簡単にするために、各対物レンズは単一の投影器に属し 、それらの光軸はすべて平行であるとする。実際には、数個又はすべての対物レ ンズが単一の投影器に属することもあり、光軸が傾いていることもある。

投影時に画像の異なるフィルムによって形成される角度は、記録時に画像のフィ ルムによって形成される角度と同一でなければならないことに留意することが重 要である。いずれにしろ、記録時に等しい視差の平面の表面は、フィルムのプリ ント時の工程に補正する傾きを入れない限り、再生時には曲がった表面として再 生される。

投影対物レンズからスクリーンまでの距離は、投影レンズの焦点距離及び光学的 シリンドリカルスクリーンの大きさにより制限される。

光学的シリンドリカルスクリーン（１）は、識別できない程充分に小さい幅ｄの シリンダで作られており、経験的には健康な眼に対してはシリンダの幅ｄはｍ単 位で表わした観察距離を３，５００で除した値よりも小さくなければならないと いうことがわかっている。焦点距離ｆは次式で与えられる。

ｆミＢ　ｄ／　（２Ｋｍ　） 各シリンダの開口Ｇ＝ｄ／ｆは上式より２に＊／Ｂとなる。

この時三個の投影対物レンズが見える。実際には、シリンダの開口は三個の投影 レンズを視野範囲とするこの値と、二個の投影レンズを視野範囲とするこの値の 半分の値の間であれば良い。このようにして一つの画像帯と次の画像帯の間での 知覚の混じり合いはなくなる。これは投影対物レンズＰＲ。

からの画像の部分がその隣接する対物レンズＰＲｉ−＋　とＰＲ１，１から投影 される画像と円滑に融合するからである。

もし投影対物レンズが相互に分離されていれば、たとえ三次元観察角度が増加し ても逆に視差再生は減少する。

投影対物レンズの所定の数に対して、それらの間の距離の変動については、もし 同一の投影距離が維持されるならば、異なるシリンドリカルスクリーンが対応す る。これはシリンダの゛横幅と焦点距離の関係が、投影対物レンズ間の距離と投 影距離との比率に等しくなければならないからである。

もし上記の垂直シリンダ（１）の光学スクリーンの一つだけが有効であれば、画 像視は画像又は投影対物レンズと同数の側部分で構成される直線状の部分に限定 される。この直線状部分は、投影対物レンズと観察点を通過する平面と垂直シリ ンダの上記の透明光学シートを含む平面との交差部分で与えられる。

垂直平面を適切に形成するため、充分な開口の水平シリンダの他の光学シートが 使用され、これにより高さにかかわらず画像の全垂直成分を見ることができる。

一般的には半円シリンダが選択される。これは最大の開口を有するためである。

その場合垂直の時と同様に横幅は知覚できない程充分に小さくなければならない 。

このようにして第６図に示すような光学再生システムが利点が多いことがわかる 。それは透明に見える。この第６図において、観察角■は最初の投影対物レンズ と最後の投影対物レンズの間の距離と投影距離Ｂとの比率の関数である。

垂直シリンダの開口角度Ｓは、同様に二個の隣接する投影対物レンズ間の距離と 投影距離Ｂとの比率の関数であり、この比率は垂直シリンダの横幅ｄと焦点距離 ｆとの間の比率と同一である。

この図において、垂直成分の観察も水平シリンダの光学シートを通して行なわれ ることが注目される。

水平シリンダと垂直シリンダの焦点線を同一平面に一致させるため、光システム の厚さは、次の式の値を有せねばならない。

ｅ＝ｎ　（ｒｚ　ｒｌ　）　／　（ｎ　１）但し、ｒ２とｒ、はそれぞれ垂直と 水平のシリンダの半径であり、ｎは光システムが作られる物質の屈折率である。

更に他の実施例としては、水平視差の変動で三次元再生システムを作るのと同じ 基礎が、同時に水平と垂直の視差を再生する「完全再生システム」の設計にも有 効である。

この場合、投影対物レンズは長方形上に配置される。

垂直シリンダ（１）の設計のためには、上記と同様の技術が適用される。

水平シリンダ（２）は、垂直シリンダの設計に類似した方法で設計される。シリ ンダの横幅の焦点距離に対する比率は、三個の投影対物レンズ間の距離の投影距 離に対する比率に少なくとも等しい。

水平シリンダの焦点距離は次の式を満さなければならない。

ＥＨ＝ｄＨ−Ｂ／　（２ＫＩＩＪ） 但し、ｄＨ＝水平シリンダの横幅 Ｂ　＝投影距離 に□＝隣接する投影対物レンズ間の距離厚さｅは水平視差再生システムと関連し て前述した式により決定される。

上記の数学的規制のみが、横方向の大きさ及び光学部品の開口の条件を与える。

レンズかミラか、そして光学的に収束か発散かというような残る光学的特徴は、 任意に定めることが可能である。

Ｆｉｇ、４ 手続補正書 ＆　補正の対象 零婁婁；「請求の範囲」＃肴 ６、　補正の内容 請求のｎ囲を別紙の通り補正する。

７、　添付書類の目録 請求の範囲　１通 請求の範囲 １、Ｎ個の画像が投影される垂直及び水平の視差を有する三次元画像を再生する ための光システムであって、Ｎ個の異なる位置から撮影された長方形を形成する 投影レンズを有し、更に互いに垂直であるシリンドリカルレンズの二枚のシート で形成された長方形を形成する光システムにおいて、垂直光学開口は、二個の隣 接する垂直投影対物レンズ間の距離を投影距離で除した商より大きく、この商の 二倍より小さな値を有し、 水平光学開口は、二個の隣接する水平投影対物レンズ間の距離を投影距離で除し た商より大きく、この商の二倍より小さな値を有することを特徴とする光システ ム。

２　該シリンドリカルレンズの二枚のシートは、光学的に収束性であることを特 徴とする請求項１に記載の光システム。

＆　該シリンドリカルレンズの二枚のシートは、光学的に発散性であることを特 徴とする請求項１に記載の光システム。

４、　該シリンドリカルレンズのシートの一方は光学的に収束性であり、もう一 方は光学的に発散性であることを特徴とする請求項１に記載の光シあり、該シー トのもう一方のシリンドリカルミラ該投影器側又は反対側を向いており、又は一 方は該投影器側を向きもう一方は該投影器の反対側を向いていることを特徴とす る請求項２，３又は４に記載の光システム。

国際調査報告 国際調査報告 ＥＳ　９００００１４ Ｓ＾　３６５４２

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｎ個の画像が投影される垂直及び水平の視差を有する三次元画像を再生する ための光システムであって、Ｎ個の異なる位置から撮影された長方形を形成する 投影レンズを有し、更に互いに垂直であるシリンドリカルレンズの二枚のシート で形成された長方形を形成する光システムにおいて、垂直光学開口は、二佃の隣 接する垂直投影対物レンズ間の距離を投影距離で除した商より大きく、この商の 二倍より小さな値を有し、 水平光学開口は、二個の隣接する水平投影対物レンズ間の距離を投影距離で除し た商より大きく、この商の二倍より小さな値を有することを特徴とする光システ ム。
2. ２．該シリンドリカルレンズの二枚のシートは、光学的に収束性であることを特 徴とする請求項１に記載の光システム。
3. ３．該シリンドリカルレンズの二枚のシートは、光学的に発散性であることを特 徴とする請求項１に記載の光システム。
4. ４．該シリンドリカルレンズのシートの一方は光学的に収束性であり、もう一方 は光学的に発散性であることを特徴とする請求項１に記載の光システム。
5. ５．該シートの一方はシリンドリカルレンズであり、該シートのもう一方のシリ ンドリカルミラーである請求項１，２及び３に記載の光システム。
6. ６．該シリンドリカルレンズの二枚のシートは、該投影器側又は反対側を向いて おり、又は一方は該投影器側を向きもう一方は該投影器の反対側を向いているこ とを特徴とする請求項２，３及び４に記載の光システム。