JPS61177889A - 立体テレビジョン画像の観察方法 - 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】 〔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
期して眼の前のシャッタを切換える時分割２眼式立体テ
レビジョン装置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、青色のカラーフィルタや偏光フィルタを
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。

更にその後に至って、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
チキュラ一方式やバリフォーカルミラ一方式、レーザー
光線を利用したホログラフィ−９計算機ホログラムとコ
ンピューターグラフィックスとの結合方式などがある。

一方、テレビジョンを立体視する方式もいろいろ考案さ
れた。テレビジョ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
レビジョン受像機を２台もしくはそれ以上（多眼式立体
テレビジョンの場合）必要とし、装置が複雑で高価にな
るという欠点があった・ そこで、１台のテレビジョン受像機を用いて立体像を得
るために、テレビジョンのインターレース走査を利用し
て各フィールド毎に左右の映像を交互に表示し、その表
示と同期したシャッ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）成立体テレビジョンまたは
ステレオビジ冒ンと呼ばれている。

上述したシャッタには、機械式シャッタおよび電子式シ
ャッタの両者が知られているが、　ＰＬＺＴ（Ｌｅａｄ
　Ｌａｎｔｈａｎｕｍ　Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　Ｔｉｔａ
ｎａｔｅ）セラミック素子を用いた電子式シャッタが一
般的である。

このＰＬＺＴに関する文献として、例えば、Ｊｏｈｎ　
　Ａ、ＲＯＳＥ　　ａｎｄ　　Ｌａｗｒｅｎｃｅ　　Ｅ
、ＭｃＣｈｅａｒｙ：”５ｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ　　
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　　ｕｓｉｎｇ
　ＰＬＺＴＥｌｅｃｔｒａ−Ｏｐｔｉｃ　Ｃｅｒａｍｉ
ｃｓ″Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　　ｔｈｅＳ、１．
Ｄ、　　Ｖｏｌ　　１９／２５ｅｃｏｎｄ　Ｑｕａｒｔ
ｅｒ（１１Ｊ７６）　ＰＥ１９−Ｐ２Ｏがある。また、
液晶を用いたシャッタに関する文献として、 乾敏部、近江栄美子、神谷貞義：“°液晶シャッタを用
いたタキストスコープ”日本眼科紀要Ｖｏｌ　３５　）
ｌａ、５（１９８４）　Ｐ２Ｏ３−９７１がある。

第２図に電子シャッタ式立体メガネを用いた従来の時分
割立体テレビジョンシステムを示す、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、フィールド画像ミクサ８を用いて１／１
３０　、秒毎に交互に切替え、もっ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、スイッチングパルス発生器１
４から送出される。

かかる時分割立体テレビジョン方式は、°°左右眼に対
して継時的に視差のある画像を５０ｍ５ｅｃ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図に示したフィールド切
替方式（１／Ｈ秒ｍ１９．９ｍ５ｅｃ）は、この立体視
成立条件（すなわち、１８．８ｍ５ｅｃ（５Ｑｍｓｅｃ
）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図に示すフィールド切替えによる従来の時
分割立体テレビジョン方式は、以下に述べる欠点をもっ
ている。

（り左右眼は、それぞれ、１フイ一ルド期間（１／ｆｉ
Ｏ秒）ずつ交互に情報が入ったり、遮断されたりするの
で、３０Ｈｚの大面積フリッカ−が画面上に生じる。し
かし、第３図に示すフリッカ−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のフリッカ−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ッカ−妨害を与えるこ
とになる。

（２）フィールド毎に左右のテレビジョンカメラの信号
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５
２５木）では垂直解像度が２８２．５木となり、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）成立体テレビジョ
ン方式のもつ欠点であるフリッカ−妨害と垂直解像度の
劣化を、高品位テレビジョン用ディ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ョン用ディスプレイ
とのコンパティビリティの条件の下で、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、フィールド周期は少くとも１
／８０　　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、前記フィールド周
期の１／２に時間軸圧縮変換して時分割合成し、前記左
右画像のフィールド周期と同じであって、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、フリッカ−の妨害を改善するために、従来ｌ／８
０　　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ッカ−は８０Ｈｚとな
り、現行ＮＴＳＣ方式のフリッカ−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はとんど目
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１Ｂ用
および右カメラ１８用にそれぞれフィールドメモリ７Ｆ
Ｍを２個づつ、合計４フイ一ルド分のメモリＩを用意し
、左右のカメラ１８．１８からの信号を一度、各フィー
ルドメモリＦＭに通常の速度（水平：　１５．７５　Ｋ
Ｈｚ　、垂直；　８０Ｈｚ）　テ書き込み、読み出しは
倍速度（水平：　３１．５ＫＨｚ　、垂直：　１２ＧＨ
ｚ）テ行ない、左右フィールドメモリの出力を１／１２
０秒毎に切換え、もって第１図（Ｂ）に示すように高品
位テレビジョンディスプレイ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・シジタル変換器
、　Ｄ／Ａは読出し用丙ジタル・アナログ変換器、５ｗ
１−５ｗ＜は切替えスイッチを示す。

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ャッタ式メガネＧＬＳも、従来
の２倍の速度である１／１２０秒で切替え、各フィール
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）に示したフィールドメモリ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１５．７．５Ｈｚ）、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）　テ、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図に示すブロック図は、フィールドメモリ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ＮＴ
ＳＣ方式の場合、サンプリング周波数は３ｆｓｃ（ｆｓ
ｃ：カラー副搬送波３．５８ＭＨｚ）または４ｆｓｃ（
１４，３ＭＨｚ）に選ぶことが多い、したがって、読み
出しのサンプリング周波数は８ｆｓｃ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）成立体テレビジョ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１８．１８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った時点から、第１
ブイールドの情報を倍速度１／１２０秒で左カメラ用フ
ィールドメモリから読み出し１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ｌ／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ャー
小であり、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）がフィ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ｌ／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ョン方式の２倍もし
くは４倍の速度で動作させると共に、電子シャッタ式立
体メガネもそれと同期して切換えることにより、同様な
立体テレビジョ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
品位テレビジョン用ディ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、フィールドメモ
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、高品位テレビジ黛ン
用ディ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式ン用ディスプレイは、フィール
ド周波数が８０Ｈｚ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木が無効となるが、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５２
５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、高品位テレビジョン用投写形ディスプレイを
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１
表面反射鏡Ｍによって全反射され、ハーフミラ−Ｈｌｆ
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秒シャッタ付メガネ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。

投写管としては、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木で投写
が可能なカラー投写管（例えば高輝度インデックストロ
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、円偏光フィ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１Ｏ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Ｐ
Ｒ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−）ＩＮ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
光フィルタを、右眼には右旋回の円偏光フィルタを装着
してスクリーン上の画像を観察する。かかる円偏光フィ
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ィルタが例えば左眼０°に対し
右眼９０°の直線偏光フィルタであるために、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１円偏光フィルタにはかかる欠点が
ないことである。また、液晶シャッ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、上述した円偏光フィルタの動作原理を示す
０円偏光フィルタは、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、１７４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ィルターを得
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、円偏光フィルタの透過率はほ
とんど直線偏光フィ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
を行っ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
ィ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勿論である。

更に、高品位テレビジョン用受像機が水平偏向周波数３
４ｋＨｚまたは８４ｋＨｚのいずれでも動作し得る場合
には、フィールドメモリからの水平読み出しを８４ｋＨ
ｚ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
ョ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
のであった。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。

１１３１３９）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、したがって、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、現行テレビジョン方式および高品位テレビジョン
方式における注視点分布の測定結果（山田・福田、　１
１１８４年テレビジョ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）に示すようになっている。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、全画面領域にわたって、左右
カメラ間の視差情報を与える必要はなく、はぼ第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。これによっ
て、フィ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１３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）式立体テレビジョン方式
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、１Ｂ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５Ｂ
はゲート信号発生部、Ａ／ＤはアナログΦディジタル変
換器を示す、このアナログ−ディジタル変換器から得ら
れるディジタル出力は、第１図（Ａ）・に示した４個の
フィールドメモリＦＭと同様のフィ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、高品位テレビジョン用ディスプレイ（
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）式立体テレビジョン方式の欠点
である、大面積フリッカ−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ョン装置には、
以上述べた説明からも明らかなように、現行テレビジョ
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
レビジョン方式を説明する図、 第２図は電子シャッタを用いた従来の時分割立体テレビ
ジョンシステムを説明する図、 第３図はフリッカ−に対する視覚特性を示す線図、 第４図および第５図（Ａ）、（Ｂ）はフィールドメモリ
の動作態様を説明する図、 第６図はフィ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図はフィ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ィスプ
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
テレビジョ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・・・フィールド画像ミクサ、 １０・・・テレビモニタ、 １２・・・メガネ、 １４・・・スイッチングパルス発生器、１８．１８・・
・テレビカメラ、 ２０・・・スイッチングパルス発生器、Ａ／Ｄ・・・ア
ナログ・ディジタル変換器、Ｄ／Ａ・・・ディジタル・
アナログ変換器。 Ｆ）Ｉ・・・フィールドメモリ、 Ｓ貿１−５Ｗ４・・・切替スイッチ、 ＣＲＴ・・・高品位テレビジョン ディスプレイ　、 ＧＬＳ・・・メガネ、 ５０．５２・・・視野制限回路、 ５４．５８・・・ゲート信号発生部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）フィ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、前記フィールド周期の１／２に時間軸圧縮変
   換して時分割合成し、前記左右画像のフィールド周期と
   同じであって、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ようにしたことを特徴と
   する立体テレビジョン方式。 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、左右両画像をフィールド毎に交互に、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、前記左右画像をフィ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ョン方式。 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ョン方式
   。 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ョン方式。 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
   ジョン方式。 ６）前記第２の光学手段は、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ョン方式。