JPH04507301A - 高解像度三次元テレビジョン - 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】 高解像度三次元テレビジョン 技術分野 本発明は、三次元画像を形成するための装置の開発に関し、さらに詳しくは、三 次元テレビジョン画像撮影用のカメラレンズに関する。

発明の開示 本発明は、無限遠で標準的に動作するように設計され、平面視野となるように十 分に修正された主レンズ・システムを有するテレビジョン・カメラに関するもの である。固定絞り部には水平スリットがあり、光はこのスリットを通過し、主レ ンズ・システムを通って、電荷制御素子（ＣＣＤ）チップの感光面の前方の、感 光面に極めて接近した位置にあるレンズ形スクリーンに向かい、このスクリーン を通過する。このレンズ形スクリーンは平面側をＣＤＤチップの結像面に向け、 水平視差情報のみが維持される一方向型の視差パノラマ像を作る。

主レンズ・システムが、設計されたように無限遠設定で動作できるように、ポー トレート・レンズを主レンズの前方に使用することができる。主レンズからの光 線を、レンズ形スクリーンに達する前に正規化するために、視野レンズを主レン ズ・システムとレンズ形スクリーンの間で使用できる。

本発明の主な目的は、高解像度三次元テレビジョン画像を作り出すために使用す る改良カメラで、単純で頑丈なｍ造を有し、可動部品がなく、最低限の操作技術 で高品質の三次元テレビジョン像が撮影できることを特徴とするカメラを提供す ることである。

本発明のその他の目的は、以下の仕様で明らかにされる８本発明の図解について は、添え付けの図面を参照されたい。

図面の簡単な説明 図１は、本発明による高解像度三次元テレビジョン画像撮影用カメラの概略図で ある。

図２は、カメラ部品の一部の拡大概略図であり、透明のレンズ形スクリーンおよ びカメラの結像面の前方にある視野レンズを示す。

図３は、本発明によるカメラの別の部品である絞り部の正面図である。

図Ａは、図１のカメラレンズ・システムと共に使用するズームレンズ・システム の拡大概略図である。

図５は、アクティブ・マトリックス液晶式の平面パネル・ディスプレイの概略図 である。

図５Ａは、基本薄膜トランジスタのアクティブ・マトリックスの概略ズである。

図６は、三次元テレビジョン画像撮影に使用する、本発明による代替カメラの概 略図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明によるカメラ（図１）を概して符号１で示し、主カメラ１および絞り部１ ２を含み、さらに詳細を図４に示す、カメラ１は、レンズ・システム２が無限遠 で標準的に動イヤするように設計されており、レンズ・システム２は、平面視野 となるように十分に修正される。典型的なレンズは焦点距離５５ｍｍの／ｆ２゜ ８　ＥｋＬａｒレンズであり、この前方に焦点距離３６インチの望遠交換器３が ある。

図１に示すように、絞り部１２はカメラレンズ・システム２の２つの主平面の間 にあり、絞り部１２のスリット５（１１３）は一般に長方形である。スリット５ の典型的な寸法は、横１インチ、幅１／８インチである。

カメラ１が設計されたように無限遠設定で動作できるように、ポートレート・レ ンズ６を望遠レンズ３およびカメラレンズ・システム２の前方で使用できる。

レンズ６は、直径６インチの色消しレンズ（典型的な焦点距離は４０インチ）で あることが望ましく、目的の焦点距離に調整するために使用できる。ポートレー ト・レンズ６は、ポートレート・レンズ６の前方主平面から焦点を合わせる被写 体主平面までの距離（典型値は４０インチ）を決めるために使用する。撮影対象 の被写体８は、ポートレート・レンズ６の前方に示す。

視野レンズ７は、カメラレンズ・システム２の後方にある色消しレンズまたは円 柱平凸レンズで、透明のレンズ形スクリーン９の前方に設置され、レンズ形スク リーン９のレンズ体視野に入射光線がより均一に広がるように、光線の収束を正 規化する。典型的なレンズ形スクリーン９は、視■全体を水平方向の増分視野に 分割する円柱レンズとして働く数多くの垂直のレンズ体から成る。しかし、特殊 な用途に使用する際に必要であれば、このレンズ体に傾斜を付けることができる 。図２に、視野レンズ７およびレンズ形スクリーン９をさらに詳細に示す。

カメラレンズ・システム２は像を結び、レンズ形スクリーン９の対物レンズとし て働（。レンズ形スクリーン９のピッチは任意に選んでよいく典型的なピッチは 、直線距離１インチ当りの円柱レンズ数５００−１０００個の範囲）６好適な実 施例としては、レンズ形スクリーン９は１インチ当り１０００個のレンズな有す る。１個のレンズの視野は、スリット５によって水平軸上に放射される光線の収 束の全角に合わせなければならない。

撮影用ＣＣＤデツプすなわち感光ＣＣＤチップ１０は、レンズ形スクリーン９の 後方の平面に設置する７チツプ１０は、シャッター４が開くと露出され、被写体 ８から放射される光がカメラを通過し、レンズ形スクリーン９を通り、カメラの ＣＣＤチップの結像面に達する０図１および図２に、被写体８からの光線がレン ズ形スクリーン中に入り、通過する経路を示す。

図１に示すように、カメラの視野レンズ７の前方の部分は、標準型であるが品質 の高いカメラレンズ・システム２を構成する。ただし、縦方向のエネルギーをあ る割合で減少させる（例えば、約２４分の１に減少させる）絞り部１２は標準型 ではない。このエネルギー減少係数は経験的に決められているが、２４という係 数は、レンズ形スクリーン９が存在する効果と釣り合いを取らせるためには、明 らかに適正な倍率範囲である。カメラレンズ・システム２から視野レンズ７まで のレンズ部品を前方に使用することによって、光線は水平断面方向にわずかに発 散し、垂直方向に急角度で発散する。ＣＣＤ感光面で焦点に入射する光線は、絞 り部１２の照射部５全体から放射され、すべての物体が基準面（すなわち、被写 体８の前方焦点面）で、またはその近くで鮮明な像を結ぶように、収束して焦点 に集まる。

図２に、視野レンズ７の効果を示す、光線の経路は、視野レンズ７の２つの表面 を数か所の戦略点で通過するように作られている１図２から明らかなように、視 野レンズ７の主な効果は、収束して鮮明な点を形成する各光束の中心光線が基本 的にＣＣＤ感光面に対し垂直になるように、光線を曲げることである。また、レ ンズ７は水平軸方向の倍率を変化させるため、画像の中心からその終端部に向か って非線形的になる。しかし、この効果は非常に小さいため、再現された像の外 見を乱さない。

使用に際しては、ＣＣＤチップ１０をレンズ形スクリーン９真面に直接設置する 。したがって、スクリーン９の裏面の屈折はＣＣＤチップ１０に投影される像に 大きな影響を与えない、そのため、分析的検討は、円柱レンズすなわちレンズ形 スクリーン９のレンズの結像特性の計算に集約される。カメラレンズ・システム ２および視野レンズ７は、ＣＣＤ感光面上に基準面の鮮明な像を結ぶように調整 される６次に、基準面の前方および後方にある物体に焦点を合わせ、基本ガラス ・スクリーンの後方と前方にそれぞれ鮮明な像を結ばせる。これは、以下の基本 システム式に従う。

％式％）） ここでは単純にするために、レンズのシステム全体を有効焦点距離Ｆ　ｅｆｆの １個のレンズに置き換えており、Ｐは有効レンズの前方表面から測った対物距離 、Ｑは有効レンズの第２主平面から測った結像距離である。４０インチのポート レート・レンズ６および視野レンズ７を用いて、被写体の任意の変位に対する像 の相対変位を簡単に測定したところ、次のおよその関係がわかった。

Ｑ＝　（１／３．６）ＸＰ したがって、基準面から３，６インチはずれた被写体は、ＣＣＤチップの結像面 から１１インチの面に像を結ぶ。

カメラレンズ・システム２の典型的な焦点距離は５５ｍｍである。そのため、絞 り５に対するネガ上の線要素の角度は極めて微小である（分の単「ケ）、このよ うに角度が非常に小さいため、また、レンズ形スクリーン９の効果のため、水平 焦点合わせの重要度はきわめて低いと思われ、また視野レンズ７による焦点ずれ の影響は、焦点自わせ調整中に補正できる。

レンズ形スクリーン９を通して取られた写真を、同様のレンズ形スクリーンを通 して表示する場合、像は逆像、すなわち疑似像として表示される。したがって、 ＣＣＤの電子走査を行い、その間にこの疑似像を実体Ｃ徂こ変換しなければなら ない。

ＣＣＤチップ１０は、４５０ｓｎｍから赤外線付近のスベクＩ〜ル領域内の低レ ベルで風景を結像するフルフレーム映像装置として設計された電荷結合素子であ る。

高解像度モードでは、ＣＣＤ映像装置は画素６０キロ〜３メガの像となる標準Ｒ ３１７０ビデオ信号をフレーム速度６０Ｈｚ以上で与える。

図４に、レンズ部品１６．１８．２０．２２．２４および２６をスライドさせて 、これらの部品の間隔をスムーズに変化させることにより、望遠ｌ／ンズの実効 焦点距離を継続的に増加または減少させる可変焦点合わせシステムとなるズーム レンズ・システム１４を図示する。その目的とする効果は、実際にカメラを移動 させずに、カメラを風景に近づけたり遠ざけることである。この高品質ズームレ ンズの可変焦点合わせシステムによって、レンズ収差を十分に修正し、ＣＣＤデ ツプ面上に継続的に焦点を合わせ２一定のｆ値を維持できる。後方レンズ部品２ ６からＣＣＤチップ１０の面までで測る結像距離は一定に保たれる。

ズームレンズの前方部品１６には、キャップをかぶせてよい、この部品は、広い 絞り（直径２．５〜１２インチの範囲）と共に使用するように設計されている。

この広い絞り部品は、風景面の連続体の経路のためのものとなる。

ズームレンズの後方レンズ部品２６は、レンズ体の凸部後方で連続体を分割して 数多くの分離した画素にするレンズ形スクリーンの面上に、収束光線を投影する 。

視野レンズ７は、レンズ形スクリーン９のすぐ前方に設置され、光線をまとめ、 レンズ体の後方で均一な幅の画素とする。ＣＣＤチップ１０の面」二の合成画像 は、視差パノラマ画像であり、これは三次元風景のすべての要素を有する。レン ズ形スクリーンを通して見ると、完全な三次元像となる。この像は、ＣＣＤデツ プの電子走査によって実＃、像に転位させ、完全な実体画像としなければ、（道 理の）疑似像に見える。直径の大きい前方レンズ部品１６を加えて使用されるズ ームレンズシステム１４は、高品質の視差パノラマ画像を提供する７この画像を ＣＣＤチップの面上で結像させ、伝送できる。

図５に、アクティブ・７１−リックス液晶式の平面パネル・ディスプレイ３０な 、レンズ形投影スクリーン３１と共に示す。このスクリーンを通して、ｌｌ１ｌ ！察者は三次元テレビジョン画像を見る（眼鏡は必要ない）。今日、アクティブ 　マＩ〜リックス式平面パネル・ディスプレイ（ＬＣＤ）は軍事、商業、科学の 各方面の目的ネル・ディスプレイは、カラーまたは白黒の高解像度画像を提供す る。

従来の液晶アクティブ・マトリックス・パネル（ＬＣＤ）は、２枚の薄い偏光ガ ラス板３２．３３と、陽性の、ねじれのある空気液晶セルから成る平面パネルで ある。２つの電極に電圧をかけない場合には、光はサンドイッチ構造によって伝 送される。すなわち、１番目の偏光板３２によって偏光された光は、ＴＮ分子の のねじれを「たどって」、２番目の偏光板３３を通過する。２つの電極に電圧を かけると、１゛Ｎ分子はその誘電異方性のためにｒ巻き戻され」、電界に平行に 配列される。このような条件下では、セルによって伝送される光の偏光は９０度 回転せず、そのために１番目の偏光板３２によって伝送された光は、２番目の偏 光板３３で止められる。スクリーン３１を通して見る像に色特性を与えるために 、カラーモザイク・フィルターをディスプレイ３０と共に使用することができる 。

アクティブ・マトリックス内では、画素を選ぶと、その画素にだけ任意の電圧が かけられ、選ばなかった画素には電圧がかがらない６本発明の目的上、視差パノ ラマ画像を疑（Ｒ（ｍから実体（ｆｉｔこ電子変換するために、また大面積平面 パネルのカラー三次元テレビジョン用ディスプレイまたはコンピュータ・グラフ ィクス川ディスプレイの性能を高めるために、以下の通りに動作する。

１、各薄膜トランジスタ（”ｒＦＴ）ゲートの第１列の１０番目の画素に選択電 圧がかかり、次に各ＴＰＴゲートの第１列の９番目、８番目、７番目・・・の画 素と、順次選択電圧がかかる。この間、各ＴＰＴゲー１〜の他のすべての列には 、非選択電圧がかかっている。

２、同時に、選択列の各画素に目的の電圧がかかるように、すべてのカラム電極 にデータ電圧がかかる。

３、各ＴＰＴゲートの第１列にかかった選択電圧が非選択電圧に変わる。

４、動作１〜３が第１列以下の各列に対しで繰り返され、すべての列が選択され 、画素に目的の電圧がかかる。

５．１回の走査で、すべてのカラムが選択される。

図６に、代替レンズシステムを示す、これによって上記の特殊な電子的シーケン スを元に戻し、疑似画像状態から実体画像状態に変える。転倒させたダブプリズ ム３３を望遠交換器レンズ３と従来型のカメラレンズまたは色消しレンズ３４の 間に設置する。このカメラレンズは絞り部１２の後方、視野レンズ７およびレン ズ形スクリーン９の前方に設置する。ダブプリズム３３があるため、図６に示す ように、このシステムは直接実体画像をレンズ形スクリーン９および視野レンズ ７の後方にあるＣＣＤチップ１０の結像面上に結ぶ。

国際調査報告

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．三次元画像を作るために使用する装置であって、三次元で見る対象の物体か らの光線を受光するように改造したレンズ・システム； 前記レンズ・システムからの光線を受光するために、前記レンズ・システムと光 学的に整合した電荷結合素子；および入射する光線から三次元画像を作る装置に 隣接するレンズ形スクリーンであって、前記装置に像を受信させ、その後に三次 元画像を形成するために前記像を処理できる、ところのレンズ形スクリーン；に よって構成される三次元画像形成装置。
2. ２．前記レンズ・システムが望遠レンズ装置を含む、ところの請求項１記載の装 置。
3. ３．前記レンズシステムがポートレート・レンズを含む、ところの請求項１記載 の装置。
4. ４．前記レンズ・システムがズームレンズ装置を含む、ところの請求項１記載の 装置。
5. ５．前記レンズ形スクリーンに隣接してその前方に視野レンズが含まれる、とこ ろの請求項１記載の装置。
6. ６．前記レンズ・システムがスリットの開いた絞り部を有するものであって、前 記スリットが前記三次元画像を作る装置と光学的に整合されている、ところの請 求項１記載の装置。
7. ７．前記スリットは、ある長さと幅を持つものであって、前記長さが前記幅より 長い、ところの請求項６記載の装置。
8. ８．前記レンズ形スクリーンが複数の円柱レンズを有するものであって、前記レ ンズが一般に垂直である、ところの請求項１記載の装置。
9. ９．前記レンズ形スクリーンが前面と後面を有するものであって、前記円柱レン ズが前記レンズ形スクリーンの前面にある、ところの請求項８記載の装置。
10. １０．前記レンズ形スクリーン後面が平面で、前記三次元画像を作る装置に隣接 する、ところの請求項９記載の装置。
11. １１．前記レンズ形スクリーンが直線距離１インチ当り５００〜１０００個の範 囲で円柱レンズを有する、ところの請求項８記載の装置。
12. １２．直接実体画像を前記電荷結合素子上に結ぶために前記レンズ・システムと 光学的に整合されたダブプリズムが含まれる、ところの請求項１記載の装置。
13. １３．前記レンズ・システムが望遠レンズを含み、前記スクリーンの前方に視野 レンズがあり、前記ダブプリズムが前記望遠レンズと前記視野レンズの間にある 、ところの請求項１２記載の装置。
14. １４．高解像度三次元テレビジョン画像撮影用のカメラであって、カメラレンズ ・システム； 電荷結合素子であって、その片側で前記カメラレンズ・システムとの間隔が開け られ、前記カメラレンズ・システムと光学的に整合された、感光性のある電荷結 合素子； 前記カメラレンズ・システムの前方にあるレンズであって、物体からの光をレン ズから離れた点に送るためのレンズであって、前記光学系内の光線が前記レンズ および前記カメラレンズを通り前記電荷結合素子に向かう、ところのレンズ；お よび 前記電荷結合素子に隣接する透明レンズ形スクリーンであって、物体の三次元像 を前記電荷結合素子上に表すスクリーン；によって構成されるカメラ。
15. １５．スリットを有し、前記カメラレンズ・システムと結合した絞り部を含む、 ところの請求項１４記載の装置。
16. １６．前記レンズ装置が望遠レンズである、ところの請求項１４の装置。
17. １７．前記望遠レンズの外端にポートレート・レンズを含む、ところの請求項１ ４記載の装置。
18. １８．前記レンズ形スクリーンがレンズ体のある前面および平たい後面を有し、 前記後平面が前記電荷結合素子の隣接面と隣接する、ところの請求項１４記載の 装置。
19. １９．前記レンズ・システムがズームレンズ装置を含む、ところの請求項１４の 記載の装置。
20. ２０．直接実体像を前記電荷結合素子上に結ぶために前記レンズ・システムと光 学的に整合されたダブプリズムを含む、ところの請求項１４記載の装置。
21. ２１．前記レンズ・システムが望遠レンズを含み、視野レンズが前記スクリーン の前方にあり、前記ダブプリズムが前記望遠レンズと前記視野レンズの間にある 、ところの訴求項１４記載の装置。
22. ２２．光学表示装置であって、 三次元に見える光学像の信号表示によって動作する液晶ディスプレイ；および前 記液晶ディスプレイと光学的に整合されたレンズ形表示スクリーンであって、前 記液晶ディスプレイが動作するとき、前記液晶ディスプレイ上に三次元で像を表 示するためのスクリーン； によって構成される光学表示装置。
23. ２３．前記液晶ディスプレイと前記レンズ形スクリーンの間にカラーモザイク・ フィルターを含む、ところの請求項２２記載の装置。