JPH0513437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、時分割的に左右画像を順次呈示し、
これに同期して眼の前のシヤツタを切換える時分
割２眼式立体テレビジヨン装置に適用可能な、立
体テレビジヨン画像の観察方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

立体視に関しては、古くは立体写真、立体観察
鏡があり、これらはいずれも両眼視差を利用して
いた。

その後、赤色、青色のカラーフイルタや偏光フ
イルタを用い、同一スクリーンに表示された左右
像を、それぞれ左右眼で見る方式（例えば、立体
漫画、映画など）が実用化された。

更にその後に至つて、メガネを使わず、かつ覗
き込みのない方式が考えられた。その代表的なも
のとして、レンチキユラー方式やバリフオーカル
ミラー方式、レーザー光線を利用したホログラフ
イー、計算機ホログラムとコンピユーターグラフ
イツクスとの結合方式などがある。

一方、テレビジヨンを立体視する方式もいろい
ろ考案された。テレビジヨンの場合も基本的には
上述した方法を用いているが、左右それぞれの像
を表示するために、テレビジヨン受像機を２台も
しくはそれ以上（多眼式立体テレビジヨンの場
合）必要とし、装置が複雑で高価になるという欠
点があつた。

そこで、１台のテレビジヨン受像機を用いて立
体像を得るために、テレビジヨンのインターレー
ス走査を利用して各フイールド毎に左右の映像を
交互に表示し、その表示と同期したシヤツタを使
用して左右像を分離し、その左右像を左右眼に入
れて立体視する方式が考案された。かかる方式は
時分割（２眼）式立体テレビジヨンまたはステレ
オビジヨンと呼ばれている。

上述したシヤツタには、機械式シヤツタおよび
電子式シヤツタの両者が知られているが、PLZT
ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛（Lead
Lanthanum Zirconate Titanate）セラミツク素
子を用いた電子式シヤツタが一般的である。この
PLZTに関する文献として、例えば、ジヨン・エ
イ・ローズおよびローレンス・イー・マツクチア
リイ著による“電気光学セラミツク素子PLZTを
用いた立体コンピユータグラフイツクス”ソサエ
テイ・オブ・インフオメーシヨン・デイスプレイ
ボリユーム19／２ 第２クオータ（1978）第69
頁〜第73頁（John A.ROSE and Lawrence E.
McCheary：“Stereoscopic Computer Graphics
using PLZT Electro−Optic Ceramics”
Proceeding of the S.I.D.Vol 19／２ Second
Quarter（1978）P69−P73）がある。また、液晶
を用いたシヤツタに関する文献として、 乾敏郎、近江栄美子、神谷貞義：“液晶シヤツ
タを用いたタキストスコープ”日本眼科紀要
Vol 35 No.５（1984）P968−971 がある。

第２図に電子シヤツタ式立体メガネを用いた従
来の時分割立体テレビジヨンシステムを示す。こ
のシステムでは、まず複写体２を２台のテレビカ
メラ（左と右）４，６で撮影し、インターレース
の同期信号に合わせて、第１フイールドは左カメ
ラ４、第２フイールドは右カメラ６というよう
に、フイールド画像ミクサ８を用いて1/60秒毎に
交互に切替え、もつてビデオ信号をテレビモニタ
１０に表示している。

一方、観察に使用する立体メガネ１２について
は、1/60秒毎にメガネを同期させて左右を切替え
ることにより、立体視を実現している。ここで、
１／６０秒毎の切替えパルスは、スイツチングパルス
発生器１４から送出される。

かかる時分割立体テレビジヨン方式は、“左右
眼に対して継時的に視差のある画像を50msec以
内の時間間隔で交互に呈示すると両眼立体視が成
立する”という視覚特性に基づいている。第２図
に示したフイールド切替方式（1/60秒＝
16.6msec）は、この立体視成立条件（すなわち、
16.6msec＜50msec）を満足するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第２図に示すフイールド切替えによる
従来の時分割立体テレビジヨン方式は、以下に述
べる欠点をもつている。

(1) 左右眼は、それぞれ、１フイールド期間（1/
６０秒）ずつ交互に情報が入つたり、遮断された
りするので、30Hzの大面積フリツカーが画面上
に生じる。しかし、第３図に示すフリツカーに
対する人間の視覚特性図（D.H.Kellyによる）
から明らかなように、30Hzのフリツカーに対す
る感度はきわめて高い値を示しており、観察者
に大きなフリツカー妨害を与えることになる。

(2) フイールド毎に左右のテレビジヨンカメラの
信号を切替えているので、左右眼で見る画像の
垂直解像度は1/2になる。このため、現行
NTSC方式（走査線525本）では垂直解像度が
262.5本となり、走査線が粗く良好な画質が得
られない。

本発明は、このような時分割（２眼）式立体テ
レビジヨン方式のもつ欠点であるフリツカー妨害
と垂直解像度の劣化を、高品位テレビジヨン用デ
イスプレイを利用して改善しようとするものであ
る。換言すれば、本発明は、現行（テレビ）系と
高品位テレビジヨン用デイスプレイとのコンパテ
イビリテイの条件の下で、上述した問題点を解決
しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

このために、本発明では、フイールド周期は少
くとも1/60秒以下で、かつ、所要の解像度を有す
る走査線数の立体用左右画像を、それぞれ、前記
フイールド周期の1/2に時間軸圧縮変換して時分
割合成し、前記左右画像のフイールド周期と同じ
であつて、前記走査線数のほぼ２倍より多い走査
線を有する表示装置に、その時分割合成信号を印
加して前記左右画像を上下に分離して表示すると
ともに、その表示画像を第１の光学手段を介して
同一画像領域に表示し、前記左右画像を、それぞ
れ、左右の眼に対応させる第２の光学手段を介し
て観察するものである。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を詳述する。

まず、フリツカーの妨害を改善するために、従
来1/60秒毎に左右眼に画像を呈示していたのをそ
の２倍の速度で、すなわち1/120秒毎に呈示する。
このようにすると、画面上の大面積フリツカーは
60Hzとなり、現行NTSC方式のフリツカーと同程
度になる。その結果、第３図からも明らかなよう
に視覚上ほとんど目立たなくなる。

一方、垂直解像度を改善するために、従来は左
カメラは第１フイールドのみ、右カメラは第２フ
イールドのみ利用していたが、本実施例では左カ
メラ、右カメラともにそれぞれ第１、第２フイー
ルドを全部有効に利用する。

このために第１図Ａに示すように、左カメラ１
６用および右カメラ１８用にそれぞれフイールド
メモリFMを２個づつ、合計４フイールド分のメ
モリを用意し、左右のカメラ16，18からの信号を
一度、各フイールドメモリFMに通常の速度（水
平：15.75kHz、垂直；60Hz）で書き込み、読み出
しは倍速度（水平：31.5kHz、垂直；120Hz）で行
ない、左右フイールドメモリの出力を1/120秒毎
に切換え、もつて第１図Ｂに示すように高品位テ
レビジヨンデイスプレイCRTの画面上半分に左
画像を、下半分に右画像を表示する。なお、第１
図ＡにおいてＡ／Ｄは書き込み用アナログ・デイ
ジタル変換器、Ｄ／Ａは読出し用デイジタル・ア
ナログ変換器、SW1〜SW4は切替えスイツチを
示す。

このように表示された左右画像を光学手段を介
して合成しこれを観察する電子シヤツタ式メガネ
GLSも、従来の２倍の速度ある1/120秒で切替
え、各フイールドメモリFMの読み出しと同期さ
せてメガネを左右交互に切替える。

第４図は第１図Ａに示したフイールドメモリ
FMの構成を、第５図ＡおよびＢは本実施例の動
作を図式化したものである。すなわち、左右のカ
メラからの信号を、それぞれ第１フイールド、第
２フイールド用メモリに書き込む（垂直60Hz、水
平15.75Hz）。そして、読み出しを行う場合には、
第１フイールドの書込みが終了した時点から倍速
度（垂直120Hz、水平31.5Hz）で、左、右の順に
読み出す。

本実施例では、第５図Ａに示す従来方式の倍速
度、つまり第５図Ｂに示すように、1/120秒毎に
左眼と右眼に交互に情報が入り、かつ第１フイー
ルドだけでなく第２フイールドも利用している。

第６図に示すブロツク図は、フイールドメモリ
FMへの書込みと読み出しの関係を示したもので
ある。現行NTSC方式の場合、サンプリング周波
数は3fsc（fsc：カラー副搬送波3.58MHz）または
4fsc（14.3MHz）に選ぶことが多い。したがつて、
読み出しのサンプリング周波数は6fscまたは8fsc
とする。

以下に、本発明実施例の動作をさらに詳しく説
明する。

第１図Ａは、既に説明したとおり、本発明を適
用した時分割（２眼）式立体テレビジヨン装置の
系統図を示したものである。ここでは、左右のカ
メラ16，18から得られる信号をＡ／Ｄ変換し、ま
ず、左右それぞれの第１フイールド用メモリに書
き込む。それに引きつづいて第２フイールドへの
書き込みに移つた時点から、第１フイールドの情
報を倍速度1/120秒で左カメラ用フイールドメモ
リから読み出し、次の1/120秒後に右カメラ用第
１フイールドメモリの情報を1/120秒で読み出す。
この間に、左右のカメラ信号については、それぞ
れ第２フイールド用メモリへの書き込みを終了す
る。

続いて第２フイールドの情報を前と同様に倍速
度（1/120秒）で左カメラ用第２フイールドメモ
リから読み出し、その1/120秒後に右カメラ用第
２フイールドメモリから読み出すようにする。

この間に、左右のカメラ信号については、それ
ぞれの第１フイールドメモリへの書き込みを終了
している。

以下、同様の動作を繰り返すことにより、左右
眼への画像呈示時間間隔を従来の倍速度で行うこ
とができる。

第７図は以上述べたことを図式化したタイミン
グチヤートであり、左カメラおよび右カメラ用の
各第１、第２フイールドメモリへの書き込みモー
ドと、読み出しモードのタイミングを示してい
る。

第８図は、これらの信号を合成した時間軸変換
メモリ出力合成信号を示す波形図である。なお、
この電気信号は送像側で構成してもよいこと勿論
である。

第８図から明らかなように、１枚の画像（例え
ばＡフレーム）がフイールドメモリに書き込まれ
てからそれが完全に読み出されるまでに1/60秒と
いう固定的な遅延が生じるが、この遅延は一定で
あり、静止画および動画の再生に何ら問題は生じ
ない。

なお、テレビカメラを現行テレビジヨン方式の
２倍もしくは４倍の速度で動作させると共に、電
子シヤツタ式立体メガネもそれと同期して切換え
ることにより、同様な立体テレビジヨン装置を構
成することができる。

次に、このようにして得られた時間軸圧縮合成
信号を高品位テレビジヨン用デイスプレイへ表示
する過程について詳述する。

第１図Ｂは、既に説明したとおり、フイールド
メモリFMから水平周波数31.5（ｋHz）、垂直周波
数120（Hz）で左画像（Ｌ）および右画像（Ｒ）を
読み出した時間軸圧縮合成信号を、高品位テレビ
ジヨン用デイスプレイに表示した様子を示したも
のである。

標準の高品位テレビジヨン用デイスプレイは、
フイールド周波数が60Hzであるから、第１図Ｂに
示すように一つの画面上に左画像と右画像とが上
下に画面上２分されて表示される。この場合、走
査線として1125本−1050本＝75本が無効となる
が、左画像および右画像は、それぞれ２：１イン
ターレースの走査線525本を有する画像として表
示される。そこで、投写管を用いた表示画像の水
平偏向振幅を予め調整して、アスペクト比が４：
３となるように設定しておくと、拡大レンズを用
いてスクリーンに投写した場合にも、４：３の画
像を得ることができる。

第９図に、高品位テレビジヨン用投写形デイス
プレイを用いて立体画像を表示した一例を示す。
本図において、画面下部に表示された右画像
（Ｒ）は、表面反射鏡Ｍによつて全反射され、ハ
ーフミラーHMを介して、画面上部に表示された
左画像（Ｌ）と合成されて投写拡大レンズＬに導
かれる。この拡大投写された左右画像は1/120秒
毎にスクリーン上で時分割呈示されるので、第１
図Ａに関して述べた1/120秒シヤツタ付メガネ
GLSを用いることにより、立体画像を観察する
ことができる。

投写管として、第９図に示すように赤、緑、青
の３本３０，３２，３４を使用するほか、１本で
投写が可能なカラー投写管（例えば高輝度インデ
ツクストロン管）などを利用することができる。
また、投写スクリーンとしては、背面投写形ある
いは前面投写形のいずれも使用することが可能で
ある。

次に、円偏光フイルタメガネを使用して立体画
像を観察する方法について述べる。

第１０図に示すように、投写管の画面上部には
左旋回の円偏光板PLを、また画面下部には右旋
回の円偏光板PRを取付けると共に、第９図と同
様にミラーＭおよびハーフミラーHMを用いて上
下に２分されている左、右画像を合成し、投写用
拡大レンズＬを介してスクリーン上に投写する。

一方、これらの円偏光にされた左右画像を分離
して、左眼および右眼に呈示するために、左眼に
は左旋回の円偏光フイルタを、右眼には右旋回の
円偏光フイルタを装着してスクリーン上の画像を
観察する。かかる円偏光フイルタを使用すること
の利点は、いままで立体メガネに広く使用されて
きた偏光フイルタが例えば左眼0°に対し右眼90°
の直線偏光フイルタであるために、立体画像を観
察する際、顔や首が約10度傾斜すると立体視がで
きなくなるのに対し、円偏光フイルタにはかかる
欠点がないことである。また、液晶シヤツタ式メ
ガネに比べて、コストははるかに安くなるという
利点も有する。

第１１図に、上述した円偏光フイルタの動作原
理を示す。円偏光フイルタは、直線偏光板４２と
１／４波長位相差板４０とを組み合わせることによ
り構成することができる。この場合、1/4波長位
相差板４０の表裏を逆にすれば、左旋回もしくは
右旋回の円偏光フイルタを得ることができる。但
し、1/4波長位相差板４０の透過率は100％に近い
ので、円偏光フイルタの透過率はほとんど直線偏
光フイルタの透過率で決定されてしまう。

なお、上記実施例においては２：１インターレ
ース走査を行つた画像に関して述べたが、左右画
像が順次走査の場合についても、左右画像を高規
格フレームレートのデイスプレイの上下に分離し
て表示し、上記実施例と同様の光学手段を介して
立体視し得ることは勿論である。

更に、高品位テレビジヨン用受像機が水平偏向
周波数34kHzまたは64kHzのいずれでも動作し得
る場合には、フイールドメモリからの水平読み出
しを64kHzとして倍速ノンインターレース方式で
読み出せば走査線が２倍となり、画面上に左画像
と右画像とを表示することができるので、走査線
数1050本の立体テレビジヨン画像を実現すること
ができる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

これまで述べてきた実施例では、左又は右カメ
ラの全視野にわたる両眼視差情報を用いて、立体
視を実現するものであつた。しかし、第１２図に
示す両眼視差の弁別閾に関する視覚特性
（Rawlings、1969）によれば、注視点から離れる
につれて急激に両眼視差の弁別閾が高く（つま
り、感度が低下）なる。したがつて、注視点より
±8°（視角）以上離れた領域では、両眼視差情報
は不要である。

一方、現行テレビジヨン方式および高品位テレ
ビジヨン方式における注視点分布の測定結果（山
田・福田、1984年テレビジヨン学会全国大会予稿
“視線の動きからみた高品位テレビの特徴”）は、
第１３図ＡおよびＢに示すようになつている。す
なわち、第１３図Ａは高品位テレビの注視点分布
の例を、第１３図Ｂは525方式テレビの注視点分
布の例を示すものであり、99.73％の確率で視線
は図示した楕円状の領域内に含まれることにな
る。換言すれば、第１３図に示した楕円状の領域
より外側の周辺領域に注視点が移動する確率はほ
とんどないものと考えられる。

以上の知見を活用すれば、全画面領域にわたつ
て、左右カメラ間の視差情報を与える必要はな
く、ほぼ第１３図に示した楕円状の領域内につい
てのみ視差情報を与えるようにし、その領域より
外側の範囲については左または右カメラの情報で
代用することができる。これによつて、フイール
ドメモリの節約を図ることができ、廉価にて本実
施例を実現することが可能となる。更に、このこ
とにより、伝送帯域を圧縮することもできる。

第１４図は、上記の楕円状の注視点分布（第１
３図Ａ，Ｂ参照）に近似した視野制限を与えるた
めの回路を付加した、時分割（２眼）式立体テレ
ビジヨン方式の一例を示したものである。その後
の処理過程は、第１図Ａに関して述べたとおりで
ある。

本図において、２は被写体、１６および１８は
テレビカメラ、５０および５２は視野制限回路、
５４および５６はゲート信号発生器、Ａ／Ｄはア
ナログ・デイジタル変換器を示す。このアナロ
グ・デイジタル変換器から得られるデイジタル出
力は、第１図Ａに示した４個のフイールドメモリ
FMと同様のフイールドメモリに導入される。そ
の後の処理過程は、第１図Ａに関して述べたとお
りである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高品位テレビジヨン用デイス
プレイ（およびMUSEデコードメモリ）の特徴
を利用することにより、時分割（２眼）式立体テ
レビジヨン方式の欠点である、大面積フリツカー
および垂直解像度の劣化に関する問題点を解決す
ることができるので、高品質な立体テレビ画像を
実現することができる。

さらに、本発明を適用した立体テレビジヨン装
置には、以上述べた説明からも明らかなように、
現行テレビジヨンシステムの殆んど全ての映像機
器を利用することができるという大きな利点を有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図ＡおよびＢは本発明に係る２眼式立体テ
レビジヨン方式を説明する図、第２図は電子シヤ
ツタを用いた従来の時分割立体テレビジヨンシス
テムを説明する図、第３図はフリツカーに対する
視覚特性を示す線図、第４図および第５図Ａ，Ｂ
はフイールドメモリの動作態様を説明する図、第
６図はフイールドメモリの書き込みおよび読出し
について説明する図、第７図および第８図はフイ
ールドメモリの書き込み／読み出しタイミングを
説明するタイミング図、第９図および第１０図は
高品位テレビ用投写形デイスプレイを用いたカラ
ー立体画像表示を説明する図、第１１図は円偏光
板の構成を説明する図、第１２図は両眼視差の弁
別閾に関する視覚特性を示す線図、第１３図Ａお
よびＢは注視点の分布例を示す線図、第１４図は
左カメラまたは右カメラのいずれか一方における
画像周辺部を制限するようにした時分割２眼式立
体テレビジヨン方式を説明する図である。 ２……被写体、４，６……テレビカメラ、８…
…フイールド画像ミクサ、１０……テレビモニ
タ、１２……メガネ、１４……スイツチングパル
ス発生器、１６，１８……テレビカメラ、２０…
…スイツチングパルス発生器、Ａ／Ｄ……アナロ
グ・デイジタル変換器、Ｄ／Ａ……デイジタル・
アナログ変換器、FM……フイールドメモリ、
SW１〜SW４……切替スイツチ、CRT……高品
位テレビジヨンデイスプレイ、GLS……メガネ、
５０，５２……視野制限回路、５４，５６……ゲ
ート信号発生部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フイールド周期は少くとも1/60秒以下で、か
   つ、所要の解像度を有する走査線数の立体用左右
   画像を、それぞれ、前記フイールド周期の1/2に
   時間軸圧縮変換して時分割合成し、前記左右画像
   のフイールド周期と同じであつて、前記走査線数
   のほぼ２倍より多い走査線を有する表示装置に、
   その時分割合成信号を印加して前記左右画像を上
   下に分離して表示するとともに、その表示画像を
   第１の光学手段を介して同一画像領域に表示し、
   前記左右画像を、それぞれ、左右の目に対応させ
   る第２の光学手段を介して観察するようにしたこ
   とを特徴とする立体テレビジヨン画像の観察方
   法。 ２ 前記左右画像が２：１飛び越し走査の画像で
   あるときは、左右両画像をフイールド毎に交互
   に、かつ、順次に時間軸圧縮して時分割合成し、
   前記表示装置に印加して、前記左右画像をフイー
   ルド毎に上下に分離して表示するようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の立体テ
   レビジヨン画像の観察方法。 ３ 前記左右画像が順次走査の画像であるとき
   は、左右両画像をフレーム毎に交互に、かつ、順
   次に時間軸圧縮して時分割合成し、前記表示装置
   に印加して、前記左右画像を上下に分離して表示
   するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の立体テレビジヨン画像の観察方法。 ４ 前記第１の光学手段は、反射鏡と半透明鏡に
   より構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の立体テレビ
   ジヨン画像の観察方法。 ５ 前記第２の光学手段は、前記表示装置の前面
   上下に配設した左まわりおよび右まわり円偏光板
   と、左まわりおよび右まわり円偏光板を用いた眼
   鏡により構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の立体テレビジヨン画像の観察方
   法。 ６ 前記第２光学手段は、左右の表示画像に同期
   して切換え、それぞれ対応した左右像を左右眼に
   呈示する眼鏡により構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の立体テレビジヨン画像
   の観察方法。