JPH05503788A - 立体視の装置と方法並びに適正立体録画法 - 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】 立体視の装置と方法並びに適正立体録画性発明の背景 本発明は一般的には立体眼鏡、特に２つの並置関係にある画像を立体視する装置 と方法、及びそれに使用する立体映像の録画法に係わる。

立体視装置は適当なスクリーンに表示された２重の類似的な２次元画像を見てそ れから３次元効果を得るために観視者か利用するものである。類似画像は同じ被 写体を写し出したものであるが、通常の観視者の両眼中心間距離にほぼ相当する 距離だけ水平方向に離れた２つの位置からとらえた画像である。この装置は観視 者の左右の眼に左右の表示画像をそれぞれ見せることによって３次元効果を与え る。知覚される３次元画像は個別に表示される２次元画像と同じ２次元的比率を 具えている。

ごく一般的な立体視装置としては映写スクリーンに互いにオーバラップするよう に映写された２重の類似画像から成る映画を見るのに使用されるものがある。一 実施例にあっては、２つの画像を画定する光を互いに９０゜偏光させ、この偏光 を映写スクリーンが維持できるようにする。オーバラップした偏光画像を分離す るため、立体視装置は観視者が両眼にかける適当な偏光フィルタを備えている。

映写スクリーンと異なり、在来型テレビスクリーンではこの技術に必要な偏光画 像が表示できないから、この偏光技術は在来型テレビ受像機には使用できない。

前記一般的な立体視装置の他の実施例では、２つの映写画像を別々の色で表示し 、立体視装置では観視者が両眼にかけた適当なカラーフィルタを利用してオーバ ラップ画像を分離する。この実施態様の重大な欠点は使用される受像機の種類に 関係なく、多色画像を表示できないことである。

別の公知立体視装置例では映写スクリーン上にオーバラップ関係ではなく並置関 係に表示される２つの類似画像から成る映像を立体視させる。この装置はフィル タを使用せずに左右の画像を左右の眼へそれぞれ伝達する。

在来型テレビ受像機のスクリーンにも画像を並置関係に表示できそうに考えられ る。しかしながら２つの類似画像、即ち、三次元画像が従来型テレビ画像と同じ ２次元的比率（即ち、縦横比）を持つためには、類似画像がスクリーンの存効縦 寸法を残らず占有することができない。

従って、このような装置はテレビスクリーンの垂直方向解像力が全部利用できな い。

以上の説明から明らかなように、テレビスクリーンの垂直方向の全解像力を利用 し、しかも在来型テレビ画像と同じ２次元縦横比を有する３次元画像が得られる ように在来型テレビスクリーン上に並置された２つの類似画像を立体視する装置 及び適正な方法の実現が要望される。

また、前記３次元効果を得るため、この立体視装置と併用できる立体録画ビデオ の実現も望まれる。本発明はこれらの要望を満たすものである。

発明の概要 本発明はテレビスクリーンのような表示スクリーンへの類似左右画像の並置表示 に基づき、スクリーンの垂直方向全解像力が利用でき、しかも３次元画像が在来 型テレビ画像と同じ２次元縦横比を有するように観視者に３次元効果を与える立 体視装置及びこれに適した方法を提供する。本発明の装置は構造か比較的簡単で あり、従って製造コストが低く、在来型テレビ受像機だけて間に合うから、汎用 性にすぐれている。

さらに具体的には、本発明の立体視装置はそれぞれを水平方向に１／′２に圧縮 して並置した２つの類似左右画像の映像と組合わせて使用される。本発明の装置 は表示された左右の画像を観視者の左右別々の眼へ伝達するための左右の光路を 画定する光路手段を含む。この装置はまた画像を正常な２次元縦横比に戻すため 、伝達される２つの画像を水平方向に拡げるように左右光路中に配置した歪像復 元レンズ手段をも含む。その結果、観視者には正常な２次元縦横比を有する画像 で３次元効果が与えられる。水平方向への拡張はそれぞれの眼に対する光路中に 設けた別々の歪像復元レンズによって達成される。

本発明のさらに詳細な特徴として、それぞれかテレビスクリーンの１／２を占め るように在来型テレビ受像機に２つの並置類似画像を表示する。テレビスクリー ンの垂直方向全解像力が利用され、スクリーンの正常な２次元縦横比を有する３ 次元画像が得られる。在来型テレビ受像機と併用されるビデオプレイヤーで再生 される立体ビデオ録画によって、並置表示水平圧縮画像が与えられる。

本発明の他の特徴として、立体視装置は画像が観視者の視野の比較的広い部分を 占めるように双方の画像を拡大して伝達するため、左右の光路中に配置した拡大 手段をも含む。これによって３次元効果が強調される。この拡大は左右の光路中 に設けた別々の拡大手段によって達成される。

本発明のさらに他の特徴として、立体視装置は左右光路の観視者の眼への収斂を 調整する手段及び観視者の眼における左右光路の両眼間隔を調整する手段をも含 む。

従って、本発明の立体視装置は多数の観視者が利用できる。

本発明のさらに他の特徴として、立体視装置は光路手段、歪像復元レンズ手段、 拡大手段、及び調整手段を観視者の顔の所定位置に支持するための手段をも含む 。

本発明のその他の特徴及び利点は本発明の原理を例示する添付の図面に沿って以 下に述べる好ましい実施例の説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 図１はそれぞれが水平方向に圧縮された並置関係類似画像を表示する在来型テレ ビスクリーンを見るため、本発明の好ましい実施例としての立体視装置を使用中 の観視者を略示する説明である。

図２は図１に示した立体視装置の斜視図である。

図３は内部光学素子を示す図２の装置の側方断面図である。

図４は図２の装置の平面図である。

図５は本発明の好ましい実施例としての立体録画の製作に使用される部分ビデオ カメラレンズの水平断面図で図面、特に図１に示されるようにビデオモニター、 例えば、在来型テレビ受像機１９に表示された２つの類似並置画像１７Ｌ及び１ ７Ｒを見ながら３次元効果を得るため、観視者１５が使用する眼鏡形フレーム１ ３に取付けられた立体視装置１１の好ましい実施例を示す。この装置は表示され た左側画像を観視者の左眼に、表示された右側画像を観視者の右眼にそれぞれ伝 達する。互いに相関した左右の類似画像はビデオプレイヤー２１で再生される立 体ビデオ録画によって表示される。

本発明では左右の表示画像１７Ｌ、１７Ｒが、双方でテレビ受像機１９のスクリ ーン全面を占めるようにそれぞれを水平方向に半分に圧縮する。立体視装置は画 像が正常な２次元縦横比に戻るように、観視者の眼へ伝達される画像を水平方向 に引き延ばしまたは拡張（即ち、復元）する歪像復元レンズ集合体を含む。従っ て、観視者１５にはスクリーン全体と同じ縦横比を有する３次元画像であるかの ように見える。しかも、テレビスクリーンの縦寸法が完全利用されるから、垂直 方向解像力は正常な２次元表示と同じである。

更に具体的には図２及び図３に示すように、水平方向拡張は左光路においては負 円筒レンズ２５Ｌと協働する正円筒レンズ２３Ｌによって、また右光路において は負円筒レンズ２５Ｒと協働する正円筒レンズ２３Ｒによってそれぞれ達成され る。テレビスクリーン１９に表示される水平圧縮画像１７Ｌ及び１７Ｒは正常な ２次元縦横比を有する画像に基づいて形成されたものであるから、水平拡張され た３次元画像は通常のテレビ画像と同様に正常な２次元縦横比を有する。従って 、観視者に見えるのは在来型テレビ受像機を観る場合に見る筈のものと同様の２ 次元縦横比を有する３次元画像である。

左眼へ画像１７Ｌを伝達する光路を画定する光学素子は２つの部分から成る左側 ハウジング２７Ｌ及び左側レンズ集合体２９Ｌに組込まれ、同様に、右眼へ画像 １７Ｒを伝達する光路を画定する光学素子は２つの部分から成る右側ハウジング ２７Ｒ及び右側レンズ集合体２９Ｒに組込まれている。左右のハウジング及びレ ンズ集合体は観視者１５が使用し易いように眼鏡形フレーム１３に装着されてい る。

更に具体的には図２から明らかなように、左側光路を画定する光学素子は正円筒 レンズ２３Ｌ及びこれと連携する負円筒レンズ２５Ｌ１上方ミラー３１Ｌ及び下 方ミラー３３Ｌ１及び正球形レンズ３５Ｌ及びこれと連携する負球形レンズ３７ Ｌを含む。これらの光学素子は左側レンズ集合体２９Ｌに組込まれる負球形レン ズを除いて、左側ハウジング２７Ｌを構成する上半体３９Ｌ及び下半体４１Ｌ内 に配置されている。正円筒レンズ２３Ｌは左側ハウジング上半休の頂部に垂直な 向きに配置されて伝達画像を水平方向に拡げ、上方ミラーはこの画像を下方へ反 射させるように配置されている。負円筒レンズは左側ハウジング上半休の下端に 水平な向きに配置されて画像の拡張を終らせ、正球形レンズは負円筒レンズの真 近に配置されて先ず画像を拡大する。更に下方ミラーは左側ハウジングの下半体 内に配置されて画像を水平方向に反射させ、負球形レンズは左側レンズ集合体に 垂直な向きに組込まれて画像の拡大を終らせると共に、拡大され、水平方向に拡 張された画像を観視者の左眼に向ける。

同様に、図２及び図３から明らかなように、右側光路は正及び負の円筒レンズ２ ３Ｒ，２５Ｒ，上下のミラー３１Ｒ，３３Ｒ，及び正及び負の球形レンズ３５Ｒ １３７Ｒによって画定される。これらの光学素子は右側ハウジング２７Ｒの上下 半体３９Ｒ，４１Ｒ及び右側レンズ集合体２９Ｒに、左側光路の光学素子が左側 ハウジング２７Ｌの上下半体３９Ｌ、４１Ｌ及び左側レンズ集合体２９Ｌに組込 まれる上記態様と同じ態様で組込まれる。

左右それぞれの光路における上下ミラー３１Ｌ、３３Ｌ及び３１Ｒ，３３Ｒは装 置ができるだけ水平方向にコンパクトな構成となるように配置されている。この ように構成することによって、装置が観視者の顔面から前方へ枢動する傾向を極 力抑制することができる。

本装置１１は複数の観視者が代わる代わる使用できることか好ましい。このため には装置が収斂、斜視及び両眼間隔について調整できることが好ましい。さらに 、本装置は左右の光路において拡大画像の焦点合わせができるようになっている ことか好ましい。

斜視調整を行うためには、左側光路に対して右側光路を調整することによって両 光路を垂直に観視者の眼と整列させる必要がある。図３に示すように、この調整 は右側ハウジング２７Ｒの上半体３９Ｒに螺着した止めねじ４３によって達成さ れる。ねじ先端が上方ミラー３１Ｒの裏側と接触し、回転に伴なって上方ミラー の俯仰角度を調整する。

焦点合わせは図２及び図３に示すように正及び負球形レンズ間の光路長を制御し て自在に調節することにより達成される。左側光路ではハウジング上半体３９Ｌ をハウジング下半体４１Ｌに入れ子式に結合させることによってこの調節が達成 される。ハウジング上下半休の垂直方向相対位置はラック／ピニオン機構４５Ｌ によって制御し自在に調節される。同様に、右側光路ではハウジング上半体３９ Ｒをハウジング下半体４１Ｒに入れ子式に結合させ、ラック／ピニオン機構４５ Ｒによって両半体の相対位置を制御して自在に調節する。

さらに具体的に説明すると、左側ハウジング２７Ｌの場合、垂直軸線は軸整列す る下方及び上方ピン４７Ｌ。

４９Ｌによってそれぞれ画定される。下方ピンは左側ハウジング２７Ｌの下半体 ４１Ｌを左側レンズ集合体２９Ｌの下部に固定されている下方ブラケット５１Ｌ と枢動自在に結合し、上方ピンは左側ハウジングの上半体３９Ｌを左側レンズ集 合体の上部に固定されている上方ブラケット５３Ｌと枢動自在に結合する。左側 レンズ集合体は順次眼鏡フレーム１３に取付けられる。左側ハウジングは詳しく は後述するように両眼間隔を調節する必要上、フレームに直接取付けず左側レン ズ集合体に取付けである。上方ピン４９　Ｌの上端に設けたノブ５５Ｌを制御し て自在に回動させると、左側ハウジング全体がこれに装着されている光学素子と 共に左側レンズ集合体及び眼鏡フレームに対して枢動する。焦点合わせの必要上 、上方ピン及び上方ブラケットが左側ハウジング上半休の上下動を妨げないよう に構成する。

同様に、右側ハウジング２７Ｒにあっては垂直軸線が軸整列する下方ピン４７Ｒ 及び上方ピン４９Ｒによってそれぞれ画定される。下方ピンは右側ハウジング２ ７Ｒの下半体４１Ｒを右側レンズ集合体２９Ｒの下部に画定された下方ブラケッ ト５１Ｒと枢動自在に結合し、上方ピンは右側ハウジングの上半体３９Ｒを右側 レンズ集合体の上部に固定された上方ブラヶッ）５３Ｒと枢動自在に結合する。

右側レンズ重合体はさらに詳しく後述するように眼鏡フレーム１３に順次取付け られている。上方ピン上端のノブ５５Ｒを回動させると右側ハウジング全体か眼 鏡フレームに対して枢動する。これらの素子はその構成及び機能が左（ＩＩＪハ ウジング２７Ｌ及び左側レンズ集合体２９Ｌにおける対応の素子とほとんど同し である。

両眼間隔の調節に際しては観視者の左右の眼に近づくように左右光路の間隔を調 節する。図２及び図３がら明らかなように、この調節は左右レンズ集合体２９Ｌ 。

２９Ｒを眼鏡フレーム１３に摺動自在に取付け、両レンズ集合体間の間隔を調節 して左右の負球形レンズ３７Ｌ。

３７Ｒ間の間隔を調節することによって達成される。このようにレンズ集合体が 摺動しても、左右のハウジング２７Ｌ、２７Ｒはピン及びブラケットを介して左 右のレンズ集合体にそれぞれ取付けられているがら、左右光路中の素子は整列し たままである。両眼間隔の調節は、眼鏡フレーム内の左側レンズ集合体を制御し て自在に位置ぎめする左側ラック／ピニオン機構５７Ｌ及び、眼鏡フレーム内の 右側レンズ集合体を制御して自在に位置ぎめする右側ラック／ピニオン機構５７ Ｒによって達成される。

ミラー３１Ｌ、３１Ｒ，３３Ｌ、３３Ｒは扁平であり、入射光の屈折を排除して 二重画像の発生を防止するようにそれぞれの前面で反射することが好ましい。偽 光による干渉を避けるため、ハウジング２７Ｌ、２７Ｒは内面を黒くすることが 望ましい。

図１に基づいて述べたように、在来型ビデオプレイヤー２１で立体録画が再生さ れて在来型テレビ受像機１９に２つの並置され、水平圧縮された類似画像１７Ｌ 。

１７Ｒが表示される。立体録画は公知のビデオテープと、公知のビデオレコーダ によってビデオテープに記録され、必要な画像表示を実現するビデオ信号とから 成る。ビデオ信号は被写体の２つの類似画像を作成するように特別に構成された カメラレンズを通して被写体を見るビデオカメラを使用して形成することが好ま しい。図５に示すように、カメラアダプタ５９は標準的な観視者の眼の中心間距 離にほぼ等しい距離だけ互いに水平方向に間隔を保つ左右開口部６１Ｌ、６１Ｒ を通して被写体から受光することによって左右の類似画像を提供する。被写体が ら開口部を通った光は先ず歪像レンズ６２に達し、歪像レンズ６２は光が搬送す る画像を水平方向に１／２に圧縮し、前記光は略示する公知のカメラレンズ６３ 及びカメラ６４に達する。歪像レンズへの光の方向づけは左右の第１ミラー６５ Ｌ、６５Ｒ及び左右の第２ミラー６７Ｌ、６７Ｒを利用して行う。左側の開口部 を通った光は左側第１ミラーで左側第２ミラーに向がって側方へ反射する。左側 第２ミラーは受けた光を歪像レンズに向がって反射する。同様に、右側の開口部 を通った光は右側第１、ミラーで右側第２ミラーに向かって反射し、次いで歪像 レンズに向かって反射する。

ミラー６５Ｌ、６５Ｒ，６７Ｌ、６７Ｒは平面鏡であり、入射光の屈折を排除し て二重像の発生を防止するようにそれぞれの前面で反射することが好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明はそれぞれが水平圧縮された左右類似画 像を在来型ビデオスクリーン上に並置表示することによって観視者に３次元効果 を与える立体視装置及びこれに適切な方法を提供する。本発明の装置は圧縮画像 を水平拡張し、元の縦横比に戻しながら、表示された左画像を観視者の左眼に、 表示された右画像を観視者の右眼にそれぞれ伝達する。表示された並置画像はス クリーンの縦寸法いっばいを占めるから、普通のビデオ画像と同じ２次元縦横比 を有する３次元効果が得られる。

ここでは好ましい実施例に基づいて本発明の詳細な説明したが、本発明の範囲内 で種々の変更が可能であることは、通常の技術を有する者であれば理解できよう 。従って本発明は請求の範囲によってのみ限定される。

手続補正書 平成４年３月１９日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．それぞれが水平圧縮された類似左右画像の並置表示に基づき観視者に３次元 効果を与える立体視装置において、 表示された左右画像を観視者の左右の眼にそれぞれ伝達するための左右光路を画 定する光路部材と、光路に沿って観視者の左右それぞれの眼に伝達される各左右 画像を、画像が正常な２次元縦横比に復元するように水平方向に拡張するため左 右光路中に配置した歪像復元レンズと を含み、 観視者が正常な２次元縦横比で３次元画像を知覚できるように構成したことを特 徴とする立体視装置。
2. ２．前記観視者の眼が拡大された形で画像を受けるように光路に沿って観視者の 左右の眼にそれぞれ伝達される画像を拡大するため、左右光路中に配置した拡大 部材をも含むことを特徴とする請求項１記載の立体視装置。
3. ３．前記歪像復元レンズが左右画像を水平方向に拡張するそれぞれ別々のレンズ を含み、 前記拡大部材が左右画像を拡大するそれぞれ別々のレンズを含む ことを特徴とする請求項２記載の立体視装置。
4. ４．前記観視者の顔面の所定位置で光路部材、歪像復元レンズ部材及び拡大部材 を支持する部材をも含むことを特徴とする請求項３記載の立体視装置。
5. ５．前記光路部材が、 観視者の左右それぞれの眼に向かっての左右光路の収斂を調整する部材と、 観視者の左右の眼における左右光路の両眼間隔を調整する部材と を含み、 多様な観視者が使用できるように装置を構成したことを特徴とする請求項１記載 の立体視装置。
6. ６．前記類似左右画像の並置表示を、２つの画像がスクリーンを半分ずつ占める ように公知のビデオスクリーンで提供し、 歪像復元レンズ部材が左右画像を、それぞれの画像がビデオスクリーンいっぱい の２次元縦横比に復元されるように水平方向に拡張することを特徴とする請求項 １記載の立体視装置。
7. ７．それぞれが水平圧縮された類似左右画像の並置表示に基づき観視者に３次元 効果を与える方法において、表示された左右画像を左右光路に沿って観視者の左 右の眼にそれぞれ伝達し、 光路に沿って観視者の左右の眼に伝達される左右画像のそれぞれを、画像が正常 な２次元縦横比に復元するように水平方向に拡張するステップを含み、観視者が 正常な２次元縦横比で３次元画像を知覚できるようにすることを特徴とする立体 視方法。
8. ８．前記光路に沿って観視者の左右それぞれの眼に伝達される画像を、観視者の 眼が画像を拡大された形で受けるように拡大するステップをも含むことを特徴と する請求項７記載の方法。
9. ９．前記観視者の左右それぞれの眼に向かっての左右光路の収斂を調整し、 観視者の左右の眼における左右光路の両眼間隔を調整する ステップをも含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
10. １０．前記類似左右画像の並置表示を公知のビデオスクリーンによって、２つの 画像がスクリーンの半分ずつを占めるように提供し、 拡張ステップによって表示左右画像を、各画像がビデオスクリーンいっぱいの２ 次元縦横比に復元されるように拡張する ことを特徴とする請求項７記載の方法。
11. １１．観視者が立体視装置を通して見るため、コンパチブルビデオプレイヤーで 再生して公知のビデオスクリーン上に表示できる立体ビデオ録画において、コン パチブルビデオプレイヤーによって読取られ、それぞれが水平方向に１／２に圧 縮され、ビデオスクリーンのほぼ全高を占める等サイズの類似左右画像をビデオ スクリーン上に並置表示する信号発生手段を含み、立体視装置が表示左右画像を 、ビデオスクリーンいっぱいの２次元縦横比に復元された画像となるように水平 方向に２倍に拡張しながら観視者の左右それぞれの眼に伝達し、３次元効果を実 現することを特徴とする立体録画法。