JPH0566361A

JPH0566361A - 各種映像の臨場感を増強する光学系並びにテレビジヨンを組み込んだ光学系

Info

Publication number: JPH0566361A
Application number: JP3125636A
Authority: JP
Inventors: Junichi Tanaka; 潤一田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1993-03-19
Also published as: WO1991018314A1; AU7782391A

Abstract

(57)【要約】【目的】単眼カメラによる各種の映像から得られる臨
場感を画面の大型化によらず、光学部品を用いる事によ
って高めるシステムを提供する。【構成】二対の反射鏡（１ａと１ｂ）により、映像を
肉眼で見た時の位置よりも左眼には左側、右眼には右
側、理想的には両眼それぞれの真正面の位置に、その映
像の虚像を成立させる事により、視差を０に近づける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は写真、映画、テレビジョ
ン画像等、映像一般を観賞する際に用いて、映像から得
られる臨場感を増強し、視覚上の観察力を高め、映像か
ら、より多くの情報を読みとる事を可能にする光学系に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】映像の臨場感を高めるために従来から用
いられている方法としては、左右一対の映像を用いる立
体映像による方法と、画面の大型化による方法とがあ
る。しかし現在まで一般に用いられている映像は殆どす
べてが単眼カメラによる映像であり、従って事実上、画
面の大型化が臨場感を高めるために用いられる殆ど唯一
の方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】映像類を大画面にする
方法は印画紙、印刷物、テレビ受像機、或いは映画等そ
れぞれにとって大きさに限度がある。またそれぞれの限
度内でも大型化にはコストがかかり、取扱いも不便にな
る。更に、それぞれの大きさの映像には、その大きさに
応じて適正な観賞距離が存在する。劇場映画の大画面で
も最前列では本来の効果が得られない。

【０００４】従来こういう問題を解決しようという気運
はあまりなく、それぞれの枠内で大型化を追及するのみ
であったと言える。それはただ大型化自体を課題と考
え、大型化が単眼カメラの臨場感を高めるという課題を
解決する手段の一つである事が十分に認識されていなか
ったからと考えられる。

【０００５】単眼カメラによる映像の臨場感を高める事
は、究極的には人が単眼すなわち片眼で実景を見た時と
同じ効果を再現する事にある。従って、片眼で実景を見
た印象と、単眼カメラで取った映像を両眼で見た印象と
の違いを明らかにする必要がある。

【０００６】両眼で単眼カメラの映像を見ると、視差に
よる正確な距離感のために映像全体が同一の距離に一つ
の平面として知覚できる。これが映像の持つ遠近法的情
報の知覚を妨害しているのである。従って片眼で映像を
観賞すると、より大きな臨場感が得られるのであるが、
この事実は気付かれる事が少い。従ってやはり片眼によ
る映像の観賞には欠陥があると考えるべきである。それ
は、片眼では眼の位置が顔面の中心から右か左へ片寄る
事と、視力の半分しか使用しない事による不安定感によ
ると思われる。従って両眼を用いながら視差が無いか、
０に近い状態で映像を観賞する方法が望まれるのであ
る。

【０００７】画面の大型化は映像を遠くから見る事によ
り、視差を小さくする手段という面を持っている。しか
し大型化だけでは、すでに述べたような問題がある。

【０００８】本発明は単眼カメラによる各種映像の臨場
感を高めるため、画面の大型化によらずに視差を消去又
は低減する方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】両眼の視差を０にするか
０に近づけるための、本発明における手段は以下の３種
類に大別できる。（イ）反射鏡、プリズム、ビームスプリッター等の光
学部品を用いて１つの映像からの光線に分割、反射、屈
折等の操作を加えて視差が０か０に近い状態で両眼に透
徹させる。（ロ）従来の実体鏡の光学系において、左右に相当す
る映像の代りに同一の複製映像を用いる。（ハ）実体鏡以外の立体映像技術において、左右に相
当する映像の替わりに両眼の距離だけ離れた同一の複製
画像を用いるもの。

【００１０】上記３種類の中で最も汎用性があるのは
（イ）であろう。これは視差の操作の仕方によって更に
次の３種に分けられる。（ａ）視差角を０にする事は出来るが、対象の形の見
え方は裸眼の時と変わらないもの。（ｂ）視差角を０にでき、対象の形の見え方は裸眼の
場合よりは左右差が小さいが、若干の視差は残るもの。（ｃ）視差角、対象の形の見え方共に左右差を０にで
きるもの。

【００１１】上記（ａ）の場合は左右又は片方の眼の直
前で、くさび型プリズムにより光線を曲げるだけで実現
できる（図４）。（ｂ）の場合は、左右共に顔面の中心
よりで受けとめた光線を左右それぞれ２枚の反射鏡で潜
望鏡の原理によって左右の眼に到達させる事によって実
現できる（図１）。

【００１２】上記（ロ）の方法は、光学系としては実体
鏡そのものである。実体鏡は古くから存在するものであ
るが、一般には殆ど用いられていない。しかし同一の複
製画像でも一定の効果が得られるのであれば、より広範
な応用の可能性が期待できる。（ハ）の場合も同様であ
る。

【００１３】上記すべての場合において、使用する人の
視力と目標の映像の距離に応じて調製された。凸レンズ
は凹レンズの眼鏡レンズの併用が望ましい。視差の無限
遠を見る時の状態に合わせて、眼の屈折力をも無限遠を
見る時の弛緩伏態にする事がこれらのシステムの使用を
容易にし、眼の疲労をも軽減できるからである。

【００１４】

【作用】前項の手段により、左右の眼球は無限塩を見る
時の状態になるか、それに近づく。従って映像表面の距
離を知覚する機能が弱められ、映像全体が一定の距離に
一つの平面として見える傾向が小さくなり、映像の持つ
遠近法的情報が妨害されず、より正確に知覚できるよう
になる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図面に即して説明する。実
施例１から７までは光学系であり、実施例８はテレビ画
面を組み込んだ一つの応用であり、実施例９は実施例１
他のマウント方法に関するものである。

【００１６】図１は実施例１の光学系である。左右両眼
の正面に反射面をそれぞれ両眼の中間方向に向けて４５
°傾けた反射鏡１ａと、両眼の中間に反射面を正面から
両外側に向けて４５°−ｘ／２傾けた一対の反射鏡１ｂ
からなる。２ｘが両眼の中央から両眼への距離の１／２
の位置における、映像の中心点Ｐの視差角に当たる。Ｐ
の距離Ｄに応じて反射鏡１ｂ又は１ａの角差を微調整す
る事により、常にＰの虚像を左右両眼それぞれの真正面
に作る事ができ、結果としての視差角を０にできるが、
Ｄが３０ｃｍ程度の場合、〔数１〕によりｘ／２は１．
５°、Ｄが１．５ｍのときで２０′程度である。近距離
に合わせて反射鏡（１ａと１ｂ）の角差を固定した場
合、遠距離の対象の虚像は両眼の真正面からやや外側寄
りになり、結果として視差角が負になるが、それでも使
用可能である。しかし大きく負になると左右両眼の像の
合一が不可能になるので、反射鏡（１ｂ）又は（１ａ）
の角度は微調整できる事が望ましい。視力調製レンズ
（３）は眼の屈接力をできるだけ無限遠を見る時の弛緩
状態に近づけるために、使用者の視力と目標の距離に応
じて調製されたものを使用する。近距離用と遠距離用の
ものを着脱できるのが望ましい。

【００１７】図２は作図によって求めた実施例１の視野
である。他の図同様、ひとみ距離を６．６ｃｍとし、反
射鏡（１ａ）の端を結ぶ線Ｘ−Ｘ´とひとみとの距離を
１ｃｍにとってある。この例では反射鏡（１ａ）の巾は
１５ｍｍ、反射鏡（１ｂ）の巾は３２ｍｍである。縦の
長さは巾よりも大きくできる。視野２α_１は左右１８°
づつで３６°であるが、これで眼から３０ｃｍ離れた書
物を見る場合〔数２〕により１９．５ｃｍ巾が視野に入
り、Ａ４版が殆ど視野に入る。

【００１８】実施例２は図３に示したように片方の眼に
実施例１の光学系を使用するものである。図の例では左
右各２０゜合計４０°の視野が得られる。この場合、左
右の眼の像の大きさに差が生じる。実験ではこの左右差
は２ｍ離れたテレビを見る場合、障害にはならないが、
近距離の書物を見る場合は左右の像の合一が不可能にな
る。

【００１９】実施例３は図４に示す光学系である。左右
両眼の前に頂角を外側に向けて設けたくさび型プリズム
（４）によりＰ点からの光は屈接して両眼に到達し、右
眼ではＰ点より右側、左側ではＰ点より左側にＰの虚像
を見る事になる。理想的な場合はＰの虚像が両眼それぞ
れの正面に見える時である。この場合、視差角の１／２
であるｘが、ちょうどプリズムの偏角に相当する。偏角
ｘとプリズムの頂角ｙとの関係は図５により〔数３〕の
関係になる。ｎはガラスの屈折率である。またひとみ距
離６．６ｃｍから〔数４〕が得られ、これら２式から
〔表１〕に示した映像の距離Ｄと適正なプリズムの頂角
ｙとの関係が得られる。この表から分かるように近距離
用に設計するとプリズムの頂角は１０°にもなり、これ
を使用すると虚像に歪みを生じ、色収差も現われる。ま
た形の見え方においては、左右の視差は裸眼の場合と同
じである事から考えても近距離用に設計するのは適切で
はない。偏角を５０′程度にとると、両眼或いは片眼に
使用する事により、２ｍ〜５ｍ程度までに調節できる。
またこの程度のものを近距離の書物等に用いても一定の
効果は得られる。

【００２０】実施例４は図６に示す光学系である。これ
は対象からの光をビームスプリッター（５ａ）で分割
後、実施例１と同じ原理で両眼の真正面に虚像を成立さ
せるものである。視差を完全に消去できるので遠近感の
効果が大きく、角度の微調整が不要というメリットがあ
る。しかし構造が複雑で外光を遮断する必要もあり、双
眼鏡のようなケース内にマウントする必要がある。それ
をゴーグルのように装着する事は可能と考えられる。こ
れは視野が図の例で左右２４°得られる。

【００２１】実施例５は図７に示す光学系である。左横
方向の映像から来た光はビームスプリッター（５ｂ）で
反射して左眼に入り、ビームスプリッターを透過した光
は反射鏡（１ａ）で反射して右眼に入る。図７は視野を
示す図であるが、またｈｅとｇｆは左右の眼に写る対象
の大きさの比を示している。実施例２と同様、この比は
近距離程大きくなり、両眼の像の合一が不可能になる。
また左右反転した映像を見る事になる。しかし使用でき
る条件下では視差が全く無いため、実施例４同様、遠近
感の効果は大きい。真横の、左右が反転した、有る程度
距離の離れた映像でなければ使用できないが、図８に示
しす用い方をすれば、これはメリットとなる。ここでは
大型テレビの映像の光を一度外部の鏡（１ｅ）で反射さ
せた後に、この光学系を用いて見るようにしている。こ
うする事により狭い部屋に大型テレビを持ち込む事が可
能になり、また前面にテレビを置く必要が無いので音響
機器の位置に自由度が広がるメリットもある。このシス
テムではビームスプリッター（５ｂ）と反射鏡（１ａ）
の角度は４５°に固定されているが、システム全体をＸ
−Ｘ′に平行な回転軸で角度調節できる構造にする事に
より、楽な姿勢での使用が可能になる。視野は図の例で
左右３０°。

【００２２】実施例６は図９に示した光学系である。図
の例では左側３０°前方からの光が右側では６０゜傾い
た反射鏡（１ａ右）の反射で右眼に達し、左側は６０．
５°傾いた反射鏡（１ａ左）の反射で左眼に達し、両眼
それぞれの正面に虚像を成立させている。図には描かれ
ていないが、視差角を２ｘとして、左側の反射鏡はｘだ
け右側より大きく傾いている。実施例１と同様、片方を
微調整できるのが望ましいが、近距離で用いる事はない
のでそれほど重要ではない。実施例５と同様図８のよう
に用いる事が可能である。これは最も構造が簡単で部品
も小さいものである。

【００２３】実施例７は図１０に示した光学系で、実施
例４の光学系に対物レンズ（６）と接眼レンズ（７）を
追加したものであり、３５ｍｍリバーサルフィルムや小
型テレビを拡大して観賞できるシステムである。光学系
としては双眼顕微鏡と同じであるが、対象が巾３５ｍｍ
と大きいため、実像が接眼レンズの視野に入るためには
対物レンズの倍率は等倍以下が適当である点で、顕微鏡
とは異なっている。接眼レンズの倍率は特に制限は無
い。対物レンズをビームスプリッターの前に設ける時
は、倍率を１以下にするためには実像を焦点距離の２倍
以内の範囲内に成立させるため、２ｆ内に反射光学系が
入るだけの長い焦点距離が必要で、システム全体が大き
くなる。

【００２４】実施例８は従来の実体鏡の光学系において
一対の立体写真の位置に小型テレビを組み込み、通常の
映像源の場合は左右に同一の映像を与え、立体映像源の
場合は左右に一対の立体映像を与えるシステムである。
帽子等の形式にマウントするのが適当である。

【００２５】実施例９は実施例１の光学系の眼がね枠へ
のマウント方法に関するものである。中央の左右一対の
反射鏡（１ｂ）をちょうつがいで接合し、ちょうつがい
の軸によって枠にとりつけ、微調整ネジ（８）でちょう
つがいを開閉する事により、左右対称に角度を微調整す
る。左右外側の反射鏡（１ａ）は４５°で固定して取り
つける。左右のレンズ枠には長方形又は正方形の視力調
製レンズ（３）を着脱できる長方形又は正方形の穴を設
けた遮光板（２）を取りつける。反射鏡（１ｂ）の一端
が枠内に入り込むので遮光板の一端はカットし、或いは
手前に曲げる事も可能である。

【００２６】上記実施例１、２、３、４、５、６、７の
光学系に色フィルター、偏光フィルター等を組み合わせ
る事により、該フィルターによって重なった左右一対の
立体画像を見るシステムにおいて、立体効果に変化を持
たせる事ができる。

【００２７】

【発明の効果】実施例に示した光学系はすべて〔課題を
解決するための手段〕の項に箇条書きで示した（イ）の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と（ロ）の何れかの範疇に入
る。従って、それぞれの範疇で少くとも一つの方式で実
験を行えば効果を確認できる。そこへまず（イ）の
（ｂ）に相当する実施例１の試作品での視覚的効果を報
告すると次のようになる。（１）目標の映像から１０ｃｍ〜２ｍ程度の距離で使
用したが、何れの場合も映像の枠の大きさが面積で２倍
程度に感じられた。例えば１４インチのテレビは２０イ
ンチ程度に感じられる。これは実景の場合も同様であ
る。（２）映像から感じとられる遠近感が深くなり、リア
リティーが増す。もとより正確な絶対的或いは相対的距
離の知覚が可能になる訳ではないが、感覚的に立体感が
増すといって差支えないと思われる。（３）撮映時のカメラアングルが、より正確に知覚さ
れる。これは臨場感に貢献するところが大である。（４）映像から複雑な立体や空間の形が、より早く、
かつ正確に把握できるようになる。（５）視野の中心部だけでなく、周辺部に対する注意
力が自然に高まってくる。多数の物が写っている雑然と
した写真でも、素早く多くの情報を読みとる事ができ
る。

【００２８】映像に対する効果は上記のように整理でき
る。次に条件による効果の差は次の通りである。（１）解像度の許す範囲内で、映像の近くで使用する
程効果が大きい。これは視覚の大きさが被写体の大きさ
の感覚に直結するからである。１４インチのテレビでは
８０ｃｍ〜１ｍ程度が解像度との兼ね合いで適当であっ
た。小さな写真では１０ｃｍ程度まで近づく事ができ
る。（２）映像の解像度が高い程効果が大きい。本発明は
映像に含まれている遠近法的情報を、より効率よく利用
するシステムであるから、これは当然の事であろう。従
って写真の方がテレビの場合よりも効果が大きい。今後
テレビの画質向上により、更に大きな効果が期侍でき
る。（３）視差以外の映像の臨場感に影響する要因、すな
わち動体視差と映像表面のテクスチャー、白色光の反射
で見るか、透過光で見るか、蛍光物質の発光によるもの
か、等々の映像表面の物理的性質の要因の効果と本シス
テムの効果は独立している。また表面の物理的性質の要
因は視差の要因に比べて小さい事がわかる。写真は動体
視差と表面の物理的性質、両方の要因で、映画、テレビ
に比べて臨場感が劣るが、本システムの使用により、そ
れを補って余りあるものになる。

【００２９】次に（イ）の（ａ）の範疇に入る実施例３
の実験結果であるが、これは遠距離用に設計する事でも
あり、実施例１程の目覚ましい効果は期待できないが、
基本的に同じ効果を持っている。偏角の小さい４〜５ｍ
用のもので近くの写真を見ても、大きな写真では実用に
なる程の効果は持っている。

【００３０】ビームスプリッターを用いる（イ）の
（ｃ）に属すタイプでは最も大きな立体感が得られる
が、映像の枠を大きく感じさせる効果は無い。これは原
理的に単眼の状態に最も近いからであろう。枠が大きく
感じられるためには或る程度視差が残っている必要があ
る。

【００３１】（ロ）の実体鏡方式は２枚の複製写真で実
験したが、効果は（イ）の（ｃ）に属す方式と全く同じ
である。

【００３２】その他の実施例はすべて上記何れかの方式
の変形か発展型であり、当然同様の効果を持つ筈であ
る。

【００３３】上記の効果を一言で表現すれば、各種の映
像からより早く、より多くの情報を読み取る事が可能に
なるという事である。これは映像の趣味的な観賞のみな
らず、学術、芸術、ビジネスにおける利用において大い
に貢献できる筈である。

【００３４】最後にこれらのシステム、特に実施例１の
映像以外の分野における活用の可能性について述べる。
左右両眼の間隔は約６．５ｃｍで固定されているが、こ
れはあらゆる場合に適正であるとは言えない。例えば至
近距離で、時にはルーペなども使用しながら細かい手作
業を行う場合である。この場合、両眼の間隔は大きす
ぎ、眼の疲労の一因となっていると思われる。視差角が
異常に大きくなる事に加え、両眼の像の形が違い過ぎ、
一つの対象として知覚するのに大きな心理的負担がかか
っていると考えられるのである。本システムを細かい手
作業や読書に使用して効率をあげ、眼の疲労を防止する
事が可能になる。この場合適正に調製された視力調製レ
ンズの併用は不可欠である。ちなみに、実施例１のシス
テムを用いて針に糸を通す事は可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の光学系を示す図

【図２】実施例１の視野を示す図

【図３】実施例２の視野を示す図

【図４】実施例３の光学系を示す図

【図５】くさび型プリズムの偏角と頂角の関係

【図６】実施例４の視野を示す図

【図７】実施例５の視野を示す図

【図８】実施例５の使用例

【図９】実施例６の視野を示す図

【図１０】実施例７の光学系を示す図

【図１１】実施例１の具体例

【符号の説明】

（１）は反射鏡（２）は遮光板（３）は視力調整レンズ（４）はくさび型プリズム（５）はビームスプリッター（６）は対物レンズ（７）は接眼レンズ（８）は微調整ねじ（Ｌ）は左眼の瞳位置（Ｒ）は右眼の瞳位置（Ｐ）は映像の中心点（α）は視野の１／２（ｘ）は視差角の１／２（Ｄ）は映像の距離（ｄ）は瞳の距離（Ｗ）は顔幅又は眼鏡幅

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】

【表１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用者が見る対象からの光線に、光学部
品により分割、反射、屈折のいずれか又はそれらを組み
合わせた操作を加える事により、対象を肉眼で見た時に
見える位置よりも左眼には左側、右眼には右側の位置、
理想的には両眼それぞれの真正面に対象の虚像を成立さ
せる光学系。
【請求項２】使用者が見る正面の対象から両眼の中間
部に達した光を潜望鏡の原理で左右それぞれに反射鏡
（１ｂ）と反射鏡（１ａ）で２度反射させる事により、
肉眼で見える位置よりも左眼には左側、右眼には右側
に、理想的には両眼それぞれの真正面に虚像を成立させ
る光学系。
【請求項３】左眼、或いは右眼のみに適用した請求項
２の光学系。
【請求項４】使用者が見る対象からの光を両眼の直前
に頂角を外側に向けて設けたくさび型プリズム（４）に
よって屈折させる事により、肉眼で見える位置よりも左
眼には左側、右眼には右側、理想的には両眼それぞれの
真正面に虚像を成立させる光学系。
【請求項５】偏角が３°以下のくさび型プリズムを使
用する請求項４の光学系。
【請求項６】使用者が見る正面の対象から両眼の中間
部に到達した光をビームスプリッター（５ａ）で分割
後、その反射光を潜望鏡の原理で一方の眼前の反射鏡
（１ｃ）で反射させてその眼前に虚像を成立させ、ビー
ムスプリッターの透過光を潜望鏡の原理で反射鏡（１
ｂ）と反射鏡（１ａ）で２回反射させる事により、その
眼前に虚像を成立させる光学系。
【請求項７】使用者の顔前に対して真横方向の映像
（図７におけるＰ）からの光を、Ｐに近い側の眼前にＰ
に向けて４５°傾けたビームスプリッター（５ｂ）で分
割し、反射光をその眼に到達させ、透過光は他方の眼前
にビームスプリッターに平行に傾けた反射鏡（図７にお
ける１ａ）によってその眼に到達させる事により、両眼
それぞれの正面に虚像を成立させる光学系。
【請求項８】使用者の斜め前方の対象からの光を反射
面をＸ−Ｘ′軸から対象の方向に向けて５０°〜８５°
の範囲内で傾けて両眼の前に設けた反射鏡（図９におけ
る１ａ）で反射させる事により、両眼それぞれの正面付
近に虚像を成立させる光学系。
【請求項９】通常の視力矯正レンズ又は目標の対象を
眼の屈折力が弛緩状態で見られるように調整した視力調
製レンズ（３）を光路の途中に設けた請求項１、２、
３、４、５、６、７、８の光学系。
【請求項１０】色フィルター、偏光フィルター等の、
重なった一対の立体映像を見るためのフィルターを光路
の途中に設けた請求項１、２、３、４、５、６、７、
８、９の光学系。
【請求項１１】眼がねの枠、ゴーグル、帽子、或いは
双眼鏡の形式にマウントした請求項１、２、３、４、
５、６、７、８、９、１０の光学系。
【請求項１２】請求項４、５の光学系を形成するため
にレンズの入った既存の眼がね枠にクリップ等で左右同
時に、或いは左右独立に取り付け可能としたくさび型プ
リズム。
【請求項１３】請求項２の光学系における中央の一対
の反射鏡（１ｂ）をちょうつがいで接合し、ちょうつが
いの軸により眼がね枠に固定し（図１１）、微調整ネジ
（８）で左右対称方向に角度調節する機構。
【請求項１４】請求項１、２、３、６、７、８の光学
系を眼がね枠等にマウントするに際し、それぞれの光学
系における視野を確保できる大きさと形のレンズを嵌め
込む事のできる、該視野から大きくはみ出さない程度の
穴を有する遮光板（図１１における２）。
【請求項１５】請求項６の光学系に倍率が１以下の対
物レンズ（６）と接眼レンズ、及び３５ｍｍフィルム又
はそれと同程度の大きさの小型テレビ、或いはその両方
の搭載機構を設けた光学系。
【請求項１６】従来の実体鏡の光学系の左右一対の写
真の位置に一対の小型テレビ画面を設け、通常は同一映
像の信号を与え、立体映像信号の場合は左右にそれぞれ
の信号を与える機構。