TWI440960B - Stereoscopic image pickup device - Google Patents

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TWI440960B
TWI440960B TW99138705A TW99138705A TWI440960B TW I440960 B TWI440960 B TW I440960B TW 99138705 A TW99138705 A TW 99138705A TW 99138705 A TW99138705 A TW 99138705A TW I440960 B TWI440960 B TW I440960B
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Description

立體映像攝像裝置
本發明係有關一種立體映像攝像裝置，特別是有關一種就算是立體映像顯示裝置的機種不同，在顯示側亦能無調節且忠實地再現立體映像的立體映像攝像裝置。
以往，就提案、展示並販售有雙眼呈現立體視覺方式的電子立體映像攝像顯示系統。且一部份似已開始播送立體電視。
此等習知的電子立體映像攝像顯示系統由於依各機種而混合使用不同的系統故衍生需要在顯示側偏移圖像地作調節(例如，參考專利文獻1)。
又，最近提案在電子立體相片領域中，甚至是小型的遠距立體攝影機亦嘗試電子化，係因應被攝體距離而在攝影時調整左右單元的間隔以獲得最佳的立體映像(例如，參考專利文獻2)。
且亦提案一種與上述的遠距立體攝影機相反地將光軸間距設成比人的瞳孔間隔還小，用以進行拍攝近接的被攝體之微距立體攝影機(例如，參考專利文獻3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平08-275207號公報
[專利文獻2]日本特開平5-197045號公報
[專利文獻3]日本特表2009-047894號公報
利用包含有專利文獻1所記載之技術的習知方法進行的調整方法並不完備且難以廣泛實施。
專利文獻2記載一種因應攝影透鏡的焦距而讓攝影透鏡的光軸間距比人的瞳孔間隔還擴大的立體攝影機之技術。然而，該專利文獻2中雖圖示了相對於被攝體距離之攝影透鏡的光軸間距、及相對於攝影透鏡的焦距之光軸間距等的關係，但未記載攝影透鏡和攝像元件之相對配置關係，且有關如何構成〝攝像裝置〞亦不明。而且完全未就如何在攝影時利用取景器等來視認被攝體像及進行攝影相關的問題有所提及。
專利文獻3中記載一種將攝影透鏡的光軸間距設成比人的瞳孔間隔還小且適合於近接攝影的立體攝影機。然而，專利文獻3所記載僅止於有關專門縮小光軸間隔用的機構之事項，針對在立體視覺中用以取得最佳狀態的立體映像資料之光學上的解說完全沒有記載。
於是，有必要就算是立體映像顯示裝置的機種不同的情況，在顯示側亦能無調節且忠實地再現立體映像。又，為了同時將全部的映像立體化，遂衍生為了亦能適應於電視、電影等(以往的非立體)所進行的攝影技巧(例如，採用望遠透鏡之攝影技巧或微距攝影等)而應予解決之技術的課題，本發明乃以解決此課題為目的。
本發明係為達成上述目的而提案者，申請專利範圍第1項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置，其特徵為：將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且與人的瞳孔間隔相等的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，將該參考視窗的設定距離設成比瞳孔間隔的30倍的距離還遠和比瞳孔間隔的50倍的距離還近之間的任意距離，配合該參考視窗被左右各前述攝影透鏡縮小投影並成像於左右各前述攝像元件上的狀態之左右各參考視窗的投影像寬度，設置左右的前述攝像元件，讀出左右用的映像資料並作為標準立體映像資料送出。
根據此構成，透過在攝像單元，例如在立體攝影機設定參考視窗，送出圖像資料係被刻度化(帶有尺碼)且作為標準立體映像資料被送出。因而，就算是單獨地使用上述攝像單元、即立體攝影機，亦可於播放側的機器正確地再現攝影像的距離或尺寸，成為可超脫機器的種類及尺寸而將攝影資料共用為標準立體映像資料。
申請專利範圍第2項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置，其特徵為：將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且比人的瞳孔間隔還狹窄的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，設該參考視窗的設定距離為LW 、左右攝影透鏡之光軸間距為DL 、前述攝影透鏡的焦距為f、焦點調節量為Δf，則參考視窗的設定距離LW 和左右攝影透鏡之光軸間距DL 之關係配置成50>(LW /DL )>30、且左右的攝像元件的間隔Ds配置成Ds=DL (1+(f+Δf)/LW )的關係，讀出該左右用的映像資料並作為標準立體映像資料送出。
根據此構成，在被攝體距離小的近接攝影中設參考視窗的設定距離為LW 、且左右攝影透鏡之光軸間距為DL 時，在此等LW 、DL 等之關係中可具體地求得左右的攝像元件的間隔Ds的值。接著，參考視窗Wref 被左右各攝影透鏡縮小投影並成像於設定成此種間隔Ds的左右的攝像元件S上，且作為標準立體映像資料被送出。
申請專利範圍第3項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置，其特徵為：將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且比人的瞳孔間隔還寬的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，設該參考視窗的設定距離為LW 、左右攝影透鏡之光軸間距為DL 、前述攝影透鏡的焦距為f、焦點調節量為Δf，則參考視窗的設定距離LW 和左右攝影透鏡的光軸間距DL 之關係配置成50>(LW /DL )>30、且左右的攝像元件的間隔Ds配置成Ds=DL (1+(f+Δf)/LW )的關係，將該左右用的映像資料讀出並作為標準立體映像資料送出。
通常，在拍攝遠距被攝體之情況中，遠近感會不足，但根據此構成，由於將透鏡距離DL 設成比人的瞳孔間隔B還大的狀態、即DL >B的狀態，故可對遠距被攝體進行強調遠近感之攝影。
申請專利範圍第4項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置(模式1)，係將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且與人的瞳孔間隔相等的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，配合該參考視窗被左右各前述攝影透鏡縮小投影並成像於左右各前述攝像元件上的狀態之左右各參考視窗的投影像寬度，設置左右的前述攝像元件，讀出左右用的映像資料並作為標準立體映像資料送出，以如上構成的立體映像攝像裝置為基準(模式0)，使左右的攝像單元彼此的間隔疏遠且將光軸間距調節成比人的瞳孔間隔還大的任意位置。
根據此構成，左右各攝像單元為，維持將左右的攝像元件的間隔設成比左右攝影透鏡之光軸間距還稍大上一定的間隔之尺寸(亦即，攝像單元本身為模式0的狀態)地，使左右的單元彼此的間隔疏遠且將光軸間距設定在比瞳孔間隔還擴大的任意位置(模式1)時，則參考視窗自然被設定和光軸間距成比例，光軸間距被設定成比是基準位置(模式0)時還遠的距離。
申請專利範圍第5項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置(模式2)，係將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且與人的瞳孔間隔相等的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，配合該參考視窗被左右各前述攝影透鏡縮小投影並成像於左右各前述攝像元件上的狀態之左右各參考視窗的投影像寬度，設置左右的前述攝像元件，讀出左右用的映像資料並作為標準立體映像資料送出，以如上構成的立體映像攝像裝置為基準(模式0)，使左右的攝像單元彼此的間隔更接近且將光軸間距調節成比人的瞳孔間隔還小的任意位置。
根據此構成，左右各攝像單元為，係維持左右的攝像元件的間隔設定成比左右攝影透鏡之光軸間距還大上一定間隔的尺寸(亦即，攝像單元本身是模式0的狀態)地使左右的單元彼此的間隔接近並將光軸間距設定成比人的瞳孔間隔還小(模式2)，則參考視窗自然被以比例關係設定，光軸間距被設成比基準位置(模式0)時還近距離。
申請專利範圍第6項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置，係在由左右成一對之攝像單元所成的立體攝像裝置上分別安裝變焦透鏡，且該變焦透鏡的光軸呈相互平行狀態且攝像單元間隔可變構造，利用電位計、編碼器及其他位置檢測器檢測該變焦透鏡之變焦比的調整值，因應該調整值透過伺服馬達自動調整左右單元的間隔。
根據此構成，若調整變焦比，則左右單元的間隔被自動地調節，能以和一般的非立體攝影機同等的操作感覺進行使用。
申請專利範圍第7項所載之發明為提供如申請專利範圍第6項之立體映像攝像裝置，其中，將左右攝影透鏡之焦點調節距離固定成比參考視窗還遠的距離。
根據此構成，變得無需焦點調節而可將攝影透鏡的焦點位置固定化(相對於攝影機之攝影透鏡的光軸方向的位置關係固定在一定位置)。
申請專利範圍第8項所載之發明為提供如申請專利範圍第4、5、6項中任一項之立體映像攝像裝置，其中，將攝像單元的安裝基準面作成設於本體之上下各自的位置之上下對稱構造。
根據此構成，僅生產左右的單元任一方而另一方上下反轉作使用即可，可節省製造費用。
申請專利範圍第9項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置，係如申請專利範圍第1~7項中任一項之立體映像攝像裝置，其中，使用比前述參考視窗的投影像寬度還大寬度的前述攝像元件，且選擇性讀出前述參考視窗的投影像寬度相等之左右用立體映像資料，並作為標準立體映像資料送出。
根據此構成，攝像元件的寬度實際上是使用比參考視窗的投影像寬度還大者，在讀出時透過設定讀出範圍而進行確實的標準立體映像資料之送出。
申請專利範圍第10項所載之發明為提供一種立體映像攝像裝置，其除了申請專利範圍第1~7項中任一項之發明以外，更建構成：將立體螢幕設置於立體攝像裝置上，或藉無線或有線連接於立體攝像裝置上，於立體螢幕之顯示畫面上的左右用映像各自的左右同一位置，利用軟體將左右相同之以縱線為主體的準直圖案重疊顯示於顯示圖像(左右用顯示畫面框相同地重合的情況，左右用的準直圖案重疊而看成一個圖案)，準直圖案信號係送出僅作為螢幕顯示用的立體映像資料。
根據此構成，就算是左右攝影透鏡之光軸間距設成比人的瞳孔間隔大或小的間隔之情況，在立體視場上亦能始終於參考視窗的設定位置觀看準直圖案。亦即，可藉準直圖案視認參考視窗的位置，能始終拍攝最佳的立體映像。
申請專利範圍第1項所載之發明為，藉由在攝像裝置側，送出資料被自動地刻度化(尺碼化)且作為標準立體映像資料送出，而具有所謂在顯示裝置可正確地再現攝影像的距離或尺寸，就算是顯示裝置的機種不同的情況，在該顯示裝置側亦能無調節且忠實地再現立體映像的優點。
申請專利範圍第2項所載之發明為，左右攝影透鏡之光軸間距設成比人的瞳孔間隔還狹窄的間隔，且依據參考視窗的設定距離LW 、左右攝影透鏡之光軸間距DL 等來求取左右的攝像元件的間隔Ds，再由設成此間隔Ds的左右攝像元件讀出左右用的映像資料，藉此而具有所謂在近接攝影範圍中亦能正確地送出標準立體映像資料的優點。
申請專利範圍第3項所載之發明為，作成將透鏡距離(光軸間距)DL 設成比人的瞳孔間隔B還大的狀態、即DL >B，可進行強調遠距被攝體之遠近感的攝影。一般來說，在拍攝遠的被攝體之情況中會有遠近感不足的情形(一般來說，人在看遠的情況，會有遠近感不足的情形。這在以雙筒望遠鏡放大來看時亦同樣)，但具有透過將光軸間距設成大於瞳孔間隔，在拍攝遠景的情況亦可取得強調遠近感的立體映像之效果。
申請專利範圍第4項所載之發明為，在缺乏遠近感的遠景攝影中要進行強調遠近感之攝影的情況是具有效果的，其構成係僅使左右的攝像單元之間隔呈平行狀態(維持攝像元件的中心與光軸之偏移值在一定狀態)並疏遠，且將光軸間距設定成比人的瞳孔間隔還大即可，該情況之光軸間距可為任意的間隔，不但構成非常簡潔且能完全地解決光學的、視覺的問題。
申請專利範圍第5項所載之發明為，在近接攝影中具有效果的，在近接攝影時，亦可取得左右的視場(映像)之融合狀態良好的立體映像資料，其構成係僅使左右的攝像單元的間隔呈平行狀態(維持攝像元件的中心與光軸之偏移值在一定狀態)並接近，且將光軸間距設定成比人的瞳孔間隔還小之任意的間隔即可，不但是非常簡潔的構成且完全地解決光學上的、視覺上的問題。
申請專利範圍第6項所載之發明為，於被安裝成在導軌上呈相互平行狀態且可調節其間隔狀態的左右各攝像單元上安裝變焦透鏡，當利用電位計及其他的位置檢測器來檢測該變焦透鏡的倍率設定值，且因應檢測值來驅動伺服馬達單元藉以使間隔自動地調節來調整變焦透鏡的倍率時，則光軸距離係因應攝影透鏡的倍率調節位置(變焦比)而被自動地設定，因而在攝影時可進行非常簡便的操作。
申請專利範圍第7項所載之發明係如上述申請專利範圍第6項記載之立體映像攝像裝置，其中將焦點調節距離固定成比參考視窗的設定距離還遠的距離，且具有所謂藉由固定焦點調節得以提升攝影時的操作性之效果。
申請專利範圍第8項所載之發明為，透過將攝像單元的構造作成上下對稱，在未準備左右兩種單元之情況下只需使用左右同一單元並將單方作上下反轉地安裝即可，能減低製造費及流通的費用，又即使是在準備備用機的情況，亦具有所謂無需準備左右兩種、保養管理變容易的優點。
申請專利範圍第9項所載之發明除了申請專利範圍第1~7項所載的發明效果以外，更具有所謂透過使用更大寬度的攝像元件，於讀出時設定讀出範圍，使得機器的設計自由度增加，同時製造更容易且精度亦提升之效果。
申請專利範圍第10項所載之發明除了申請專利範圍第1~7項所載的發明效果以外，更具有所謂立體視覺的狀態之視認性顯著提升，且於攝影時能以與在顯示側觀賞立體電視的視聽者相同立體感之下視認攝影之效果。
本發明為達成所謂就算是立體映像顯示裝置的機種不同的情況，亦能在顯示側無調節且忠實地再現立體映像之目的，係藉如下方式實現，亦即將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且與人的瞳孔間隔相等的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，配合該參考視窗被左右各前述攝影透鏡縮小投影並成像於左右各前述攝像元件上的狀態之左右各參考視窗的投影像寬度，設置左右的前述攝像元件並讀出左右用的映像資料而作為標準立體映像資料。
[實施例1]
以下說明本發明的較佳實施例。本發明之實施例所涉及的立體映像攝像裝置之特徵為，立體攝影機之攝像元件的大小、及立體顯示裝置的顯示範圍及畫面尺寸不同的情況亦能共用立體映像資料，為能共通地認識所有的立體映像之距離感及尺寸而在攝影時設定參考視窗。接著，將此參考視窗作為視場框(左右的圖像框)進行攝影，作成顯示所需的標準立體映像資料予以送出。接著，透過在顯示側將標準立體映像資料顯示在和攝影側的參考視窗等價的參考尺寸(reference dimension)的畫面上而得以再現忠實的立體感。
例如，圖2的(a)、(b)中，設參考視窗Wref 的寬度為WW 、投影於攝像元件S的參考視窗內之像Iref 的寬度(攝像元件的寬度)為Ws、及設參考尺寸之顯示畫面寬度Eref 的寬度為WD ，則攝影倍率r為r=Ws/WW ，顯示倍率R為R=WD /Ws，r×R=1。依據上述數式，理解到可無關乎攝像元件S的寬度Ws之大小而容易將立體攝影機的送出圖像資料化成標準立體映像資料。
圖1係立體視覺的概念圖。設圖示的大型立體TV(顯示器寬度1800mm)為參考尺寸顯示畫面的電視，則各個尺寸的顯示畫面與其配置係成為圖示的關係。
圖3係更詳細地表示圖1的尺寸及配置關係，其中圖3係以相對於實際的尺寸比率，以越接近觀察者的位置變越大的尺寸比率來表現。那是為了避免作圖上的混雜之緣故。
圖3中，從觀察者的眼睛迄至圖示的左右並置顯示範圍與重疊顯示範圍之邊界線為止的距離Lx 為，
[數式1]
Lx =L0/(1+WP0 /B)
的關係，設Lo =2500mm、WP0 =1800mm，則在瞳孔間隔尺寸(左右眼的間隔)B=58mm時，Lx =2500/(1+1800/58)=78.04mm，瞳孔間隔尺寸B=72mm時，Lx =2500/(1+1800/72)=96.15mm。
在左右並置顯示範圍中是有需要用以區隔左右的視場之隔壁，實際的鑑賞距離75mm左右大概就是極限。又，75mm與可看清楚的距離相較下是非常地近，因而需要屈光度調節用的放大鏡，由於放大鏡的焦距比視距(Visual Distance)稍大者較好，所以在此情況使用的放大鏡的焦距大約適合80mm。又，瞳孔間隔(立體距離；Stereo Base)B係依各觀察者而稍有差異，但在鑑賞距離大的情況(重疊顯示範圍)，無限遠像的相應點之左右的間隔和瞳孔間隔B的稍微差異亦可忽略。
此外，在左右並置顯示範圍中，和瞳孔間隔B的差之裕度雖少，但透過調節屈光度調節透鏡的間隔得以緩和該差。
立體映像(立體相片)之左右的畫面間隔、即圖像距離，係根據圖3圖示之左右的瞳孔間隔B和迄至參考尺寸的顯示器Do 為止的距離Lo 而成為以下的關係。配置於任意距離LN 的顯示器DN之圖像距離DpN 係成為以下的值。
[數式2]
DPN =B(1-LN /Lo )
圖3中各個畫面寬度WP1 及WP2 係與迄至鑑賞者眼睛的距離成比例，但進入左右各眼的光線與參考尺寸的顯示器Do 所成之圖示的視角α是相同，所以圖3圖示之各個外觀上的畫面寬度係成為WP0 =WP1 =WP2 的關係，可觀看相同大小。
如上述，透過將參考尺寸顯示畫面的TV(圖1圖示的大型TV)標準立體映像資料表示成圖1圖示的關係配置，得以在從重疊顯示左右用的圖像之重疊顯示範圍迄至具有左右單獨的顯示面之左右並置顯示範圍為止的所有顯示範圍中使用共通的資料。在此情況，在圖示之各顯示器上只要將標準立體映像資料按左右各自規定的條件配置(位置及寬度)顯示即可。
圖2(a)、(b)係取得圖1圖示的關係配置之立體圖像資料的手段的立體攝影機之解說圖。圖2(a)係和圖1之立體視覺的狀態完全相同的狀態圖，是將圖2(b)設為立體攝影機的情況之關係圖。現在，設圖2(a)圖示的相等參考視窗之顯示器Eref 為圖1的參考尺寸顯示畫面之電視(圖1圖示的大型立體TV)的顯示器，在圖2(b)的立體攝影機設定參考視窗Wref ，攝影機之左右攝影透鏡的間隔設為瞳孔間隔尺寸B，則從圖2(a)的相等參考視窗之顯示器Eref 迄至觀察者左右各眼EL 及ER 為止的值與從圖2(b)的寬度WW 之參考視窗Wref 迄至左右各攝影透鏡LL 、LR 為止的值係成共軛關係。因此，配置在左右各視場角α內的攝像元件上之圖像資料係變得和人實際觀看圖1的參考尺寸顯示畫面的電視(圖示的大型立體TV)之情況相等。又，配置在視場角α內的攝像元件之尺寸(寬度)係由配置攝像元件的光軸方向的位置所決定。
圖2(b)中之攝像元件的寬度Ws係利用下列所計算，即
[數式3]
Ws=WW ×(f+Δf)/LW
又，設左右的攝像元件的間隔(倒像狀態之圖像距離)、即左右攝影透鏡之光軸間距(透鏡距離)為DL 時，圖示的Ds係以下列計算，即
[數式4]
Ds=DL (f+Δf)/W)，成為Ds>DL 的狀態。應以立體映像整體從遠景~近景清晰可見的方式調整焦點。那麼應將攝影透鏡之孔徑(光圈)的口徑設小地以泛焦(pan focus)狀態進行攝影。在以泛焦狀態進行攝影的情況，上述f+Δf亦可為近似於f+Δf。
投影於攝像元件上的像是倒立狀態，若為了使之正立而在左右各自的位置旋轉180°，則左右的畫面間隔、即圖像距離(顯示側=正像狀態)，係比人的瞳孔間隔B還小。又，由圖2(b)圖示之參考視窗Wref 和通過左右各攝影透鏡的主點且包挾參考視窗Wref 之窗WW 的線所構成的二個三角形(一部份重疊的二個三角形)、和由通過左右各攝影透鏡的主點且包挾左右各攝像元件S之兩端的線和攝像元件自身的面所構成之二個三角形，係分別形成以左右各攝影透鏡的主點呈點對稱的相似形狀。又，由於左右的單元是以圖示的中心線O為對稱線而左右對稱，故若以圖中之紙面的中心線O作為折疊線而重疊時，則左右的光軸Φ(L)和Φ(R)係一致地左右彼此重疊。因此，將圖2(b)的立體攝影機所攝影的立體映像於圖1之參考尺寸顯示畫面的TV(圖示的大型立體電視)的同一畫面位置上分時且交互、或藉偏光等同時地重疊放映而利用視場分離用眼鏡分別用左右眼觀看左右用的各畫面時，則無限遠像之相應點自然被表示在人的瞳孔間隔。因此，能再現最佳狀態的立體映像。此外，無需為了映像於參考尺寸的同一位置而準備特別的手段，在圖2(b)圖示之攝像元件S上的像於圖2(a)的顯示器上的顯示倍率，只需以顯示器D的畫面寬度WD 和攝像元件的寬度Ws之單純比的WD /Ws的倍率來表示即可。
又，圖1圖示的各個尺寸之左右各畫面寬度係由各個顯示裝置的配置距離和迄至參考尺寸顯示畫面的TV為止的距離之比所決定(圖3中，L1 /Lo =WP1 /WP0 )。因此，左右用的各顯示畫面寬度係單純比例，故容易算出。
此外，如同圖1所圖示，由於立體映像在所有的範圍中之無限遠的相應點應以人的瞳孔間隔來表示，所以無限遠=瞳孔間隔=左右攝影透鏡之光軸間距，且來自射入立體攝影機左右攝影透鏡之無限遠的相應點之光線係相互平行，故投影於攝像元件上的無限遠像的相應點係變成和光軸間距相等。因此，不論是任何的顯示器尺寸，要在左右的顯示畫面間設成無限遠的相應點的間隔=人的瞳孔間隔時，僅需將左右各攝像元件上的左右各攝影透鏡的光軸中心對應位置，設於在顯示畫面上左右的間隔會和人的瞳孔間隔成為相等的位置即可。亦即，不論是任何畫面尺寸的立體顯示裝置，都是以立體攝影機之左右各光軸為基準，於播放畫面的左右間，將攝像單元之左右的光軸間隔相應間隔表示成與人的瞳孔間隔相等的尺寸。
然而，上述的無限遠=瞳孔間隔乃屬理論，但在現實中人的瞳孔間隔是多樣的(不論人種，大致上是一定的，但幼兒的瞳孔間隔較窄)，因此在立體映像顯示裝置中應將無限遠像的間隔配合瞳孔間隔最狹窄的人作設定(比最狹窄的瞳孔間隔還稍窄)。這是因為通常人在看物體時，左右眼的視線彼此並無法在比相互平行還開狀態下進行觀察(雖非絕對，但並不容易)。為此，將立體映像顯示裝置上所顯示的無限遠像的間隔配合瞳孔間隔大的人作設定(將無限遠像的間隔設成和瞳孔間隔相等的尺寸)的情況，對瞳孔間隔狹窄的人而言變得不容易看。基於這理由，要表現自然的立體感時，理想的是將立體映像顯示裝置上的無限遠像的間隔設成瞳孔間隔=立體攝影機的光軸間距，但如同上述，理想的設定不見得眾人都可容易觀看。因此，在立體映像顯示裝置左右的畫面上要將無限遠像的相應點的間隔設成什麼樣的尺寸，例如，讓人看此種立體映像是以幾歲(幼兒)為對象呢？有必要檢討再作決定。
又，在進行雙眼呈現立體視覺的情況，可將無限遠和近景像融像的距離約為瞳孔間隔的30倍，大約是近點的極限值。亦即，參考視窗的設定距離之近距方向的極限值為眼睛寬度間隔的30倍，在設定成較其還近的距離之情況，變得難以將遠距離像和近距離像進行融像。另一方面，參考視窗的設定距離之遠距方向的極限值是人的瞳孔間隔的大致50倍。乍看下，雖認為在遠距方向不論多大都可設定，但在觀看比參考視窗還靠眼睛側放映的被攝體像(普遍認知是飛出的立體像)之情況，成為在左右的視場間，圖像框(參考視窗)未一致而看見複影，並不理想。
當人的瞳孔間隔設為65mm時，瞳孔間隔的30倍的距離為65×30=1950mm，大約2m就是近點的極限值，在拍攝2m以下的距離之情況，將攝像裝置左右的光軸間距設成比人的瞳孔間隔稍小是理想的。又，遠距方向的極限值係如同上述，瞳孔間隔的大致50倍是極限值，成為65×50=3250mm。此等尺寸會因瞳孔間隔的設定值而稍變動，若交換攝影透鏡則會脫離瞳孔寬度的30~50倍的值，但因為實際的上述立體視覺的條件(應在瞳孔寬度的30倍~50倍的距離觀看近點)是在實際觀看的觀賞側之現象，故即使是將左右攝影透鏡之光軸間距(透鏡距離)設小的情況、或設大的情況，左右的攝像元件的間隔亦可適用前述數式4。此外，將攝像裝置左右透鏡的光軸間距(透鏡距離)表示成顯示側的人之瞳孔間隔即可。
此外，將攝像裝置的透鏡距離對應尺寸於顯示側表示成人的瞳孔間隔雖理想，但以將顯示側的間隔設成比瞳孔間隔稍短者較佳的情況居多。此乃例如，在拍攝相對於攝像裝置的透鏡距離太近的被攝體之情況，遠近感會被強調(在此情況，遠近感會被強調，但會無法與遠景像產生融像)。在此情況，若在顯示側縮小瞳孔間隔(縮小左右的圖像的無限遠像之間隔)，則在顯示側減弱遠近效果而成為剛好的遠近效果。同時，如前述，是因為有瞳孔間隔較狹窄的人的緣故。這點，在利用立體觀景器等觀賞立體相片時，若調整視場透鏡的間隔則能適用廣範圍，故有利。但是實際上，由於電視等之觀賞距離較大，所以稍微的瞳孔間隔的差似乎不會造成問題。
在有關用在前述在近距攝影而將透鏡距離DL 設成比人的瞳孔間隔B還狹窄的情況，當然，將參考視窗Wref 的設定距離LW 設成比圖2(b)圖示的情況還近距離。但在顯示側中表示成圖2(a)圖示的狀態(Lo =2.5m)亦無妨。又，相反地，在拍攝較遠的被攝體之情況，在進行將所看見的遠近感不足(通常人在看遠的情況有遠近感不足的情況。這與以雙筒望遠鏡放大觀看時亦同樣)之遠距被攝體的遠近感予以強調的攝影時，與前述同樣地將透鏡距離DL 設成比人的瞳孔間隔B還大的狀態、即DL >B即可。此情況亦與前述同樣地可顯示成圖2(a)圖示的狀態。
圖4係圖2(b)圖示的狀態之攝影機的攝影透鏡交換成廣角透鏡之情況的狀態圖，為以廣角拍攝影同一寬度的被攝體，故對物距離變小，且，為使之成像於同一尺寸的攝像元件，故攝影透鏡的焦距變短。如圖4所圖示，在交換成短焦距的攝影透鏡的情況，立體視覺中之左右的視場呈一致的距離亦變短。若是裸眼直視現實景像之情況，在圖4圖示的虛線表示的位置之視場框Wref ’內包含有無限遠(相片攝影的無限遠)的情況中，在立體視覺，不可能同時看近景的物體和遠景的物體(人在觀看實際的景像之情況，在某一特定時間會瞬間看狹窄的視場並進行腦內處理，雖實際可見但會招致視神經疲勞)。但是，以此狀態(以短焦距的攝影透鏡進行攝影，在左右的視場短的攝影距離呈一致)的攝影機所攝影的立體圖像資料，在利用圖1表示的大型立體電視(參考尺寸顯示畫面的立體電視)觀看的情況，立體視覺的狀態變良好。在設定有圖4圖示之虛線表示的參考視窗Wref 時，在窗實際存在之情況，若由該窗直視實景時，則近景和遠景的視差大，故在立體視覺中不可能將左右的視場融像，但此立體映像資料若以圖1表示之設定狀態的各個顯示裝置來看的話，則圖4的虛線表示的參考視窗Wref ’可看見遠在圖示的實線表示的參考窗Wref 位置，故可作成一般的立體視覺。因此，在使用廣角攝影透鏡於狹窄場所的攝影中因為可接近被攝體進行攝影，故變得有利。
圖5與圖4的情況相反，係焦距長的透鏡之使用例。於攝影透鏡之焦距長的情況，左右攝影視場係在比標準的觀賞距離還遠的位置呈一致(圖示的虛線位置)，但此情況亦是，當利用圖1圖示的顯示裝置觀賞時，則實際上以虛線表現之應位在遠處的參考視窗Wref 〞係可在接近到實線表示的視場框Wref 之位置看見。
依據使用上述圖4及圖5的說明，當然亦可使用變焦透鏡來實施，且就算攝影透鏡的焦距如何變化亦只要是配合前述數式3及數式4的計算值之攝像元件S的寬度Ws及間隔Ds(就算攝像元件的寬度使用大寬度且設定讀出範圍亦會同等)。此外，即使變化立體攝影機之攝影透鏡的焦距，觀賞側的立體電視亦僅依例如圖1圖示的各個條件而事先設定成一定狀態即可。那是因為，從無限遠的相應點射入左右攝影透鏡之光線相互變平行，同時將攝影透鏡的光軸間距設成人的眼寬度之緣故。原因在於，投影於左右的攝像元件上的無限遠之相應點的間隔會變得與人的眼寬度相等之緣故。
如此一來，在交換攝影透鏡的情況，例如使用焦距長的透鏡或短的透鏡之情況，視揚的一致距離亦即〝參考視窗〞的設定距離自然地變化，雖然大大地脫離前述光軸間距的30~50倍的值，但此30~50倍係配置攝像元件用的基礎計算值，並非應以攝影所使用的透鏡來特定，例如，在以圖2說明之參考視窗和參考尺寸之關係(等價)來假想人實際觀看參考視窗的情況，只要進行和從瞳孔寬度的30~50倍的距離觀看的情況同等地設定即可，在變動光軸間距的設定值或攝影透鏡的焦距之情況，雖然參考視窗會變化且大大脫離人的瞳孔寬度的30~50倍，但實際的視覺效果會在觀賞側作用，因而可適用上述的說明及數式。
即使在針對相同的立體攝影機改變攝影透鏡的焦距之情況，由於左右一對的攝像元件之寬度及間隔是一定，所以在攝影透鏡的焦距變化的情況，左右的視場呈一致的攝影距離、即參考視窗的距離會變化。在立體映像中，儘管通常的任何情況，發生比左右視場呈一致的距離(參考視窗)還近的物體進入攝影視場的攝影狀態並不理想。立體攝影機中就算以立體視覺方式看取景器(螢幕)，亦極難視認出比左右視場一致的距離(參考視窗)還近的物體是否進入攝影視場，但透過將圖14圖示的準直圖案重疊顯示於螢幕的左右各畫面，得以提升視認性。
在電視播放用立體攝影機方面，以在觀察映像於立體取景器(立體螢幕)上之攝影視場的同時亦能直視實景者較佳。有關實現此種立體取景器(立體螢幕)方面，例如，將圖1圖示的12吋寬度的液晶顯示器安裝於立體電視攝影機。在攝影機的螢幕方面，12吋雖屬大尺寸種類，但如同圖示，可從350mm的位置觀看。在該情況，左右的像係交互地分時顯示。同時從安裝於顯示器的同步信號發送裝置發出同步用的紅外線。(圖示省略)此外，在分離左右視場的立體映像鑑賞用眼鏡左右安裝左右同一偏光板。且在其前面安裝液晶板。又，在眼鏡上安裝有傾斜角感測器。由前述LCD交互放出之左右的光線係相同且為一定方向的偏光。若前述眼鏡的偏光板設在與遮斷從LCD放出的偏光的方向正交之方向，則眼鏡的左右視場被關閉而變暗。其視場狀態係藉由安裝於眼鏡前面的液晶板使來自LCD的射入光被旋光90°或270°偏光方向而使左右雙方的視場一起呈開啟狀態變化成明亮可見。當依據和LCD上的顯示圖像同步地發送的紅外線而對安裝於眼鏡前面的液晶板交互施加電壓，則液晶因電壓而成為張緊狀態，從LCD放出的偏光維持在原樣的偏光方向而被眼鏡的偏光板遮光使視場變暗。同時若藉紅外線而和LCD同步地對眼鏡的液晶板交互地施加電壓，則左右的視場被交互地開閉，觀看LCD之左右的視場被分離而可呈現立體視覺。又，在將眼鏡傾斜的情況，LCD和眼鏡的偏光方向之相對方向關係會破壞而產生串擾，藉傾斜角感測器來控制並修正施加電壓以防止串擾。此外，電子攝像裝置中，取景器未必要和攝影機一體化。例如，若以USB纜線等將左右一對的攝影透鏡和左右一對的攝像元件構成的立體攝影機與筆記型電腦繋接，則PC化為取景器。
圖11係上述的立體電視攝影機之具體例，圖示的鏈線110是前述說明的參考視窗。此參考視窗乃實質的攝影機之視場，係在要利用立體攝影機攝影的實景上假想設定的視場框。此假想視場框係等同例如從家裏的窗戸等處觀看外面的景色之狀態。但是，實際的景像並未存在有框，當然，攝影師114係不僅穿過立體電視攝影機112地通過立體映像鑑賞用眼鏡113觀看攝影視場(圖示的參考視窗110)，亦可直視攝影視場外的景像。而且，若視線落在螢幕111時，則可在螢幕111上(內)看到和參考視窗110相同尺寸且相同距離感(實際的顯示尺寸雖不同，但可那樣地觀看)的立體映像。
圖11的螢幕111之顯示器寬度和恰當的視距之關係為，當圖3中設L1 =350mm，則左右用的各顯示畫面寬度係圖示的WP1 ，設WP1 =WPo ×L1 /Lo 、WPo =1800mm、Lo =2500mm，則左右各顯示畫面寬度WP1 係成為WP1 =1800×350/2500=252mm。設左右的畫面間隔、即圖像距離是圖3的DP1 、且前述數式2中，DP1 =B(1-L1 /Lo )，瞳孔間隔為B=65mm，則DP1 =65(1-350/2500)=55.9mm，左右的圖像顯示畫面之中心間隔距離、即圖像距離，係由與前述數式2相關連的項式中所說明的間隔來表示，將無限遠像之相應點的間隔表示成與人的瞳孔間隔相等之間隔、即65mm。圖3中，DP1 (R)是右側用的畫面，DP1 (L)是左側用的畫面。此時的顯示器DL 的尺寸(全寬度)係WP1 與DP1 的總計、即WP1 +DP1 =252+55.9=307.9mm。此尺寸比起12吋、即12×25.4=304.8mm還稍大，此乃視距本身是處理成10mm刻度的數值並予以表示的緣故，且實際上視距從稍遠處看亦無問題。
又，反之若從顯示器尺寸來計算視距L1 時，則圖3中，L1 係成為，L1 =Lo (WP1 +DP1 -B)/(WPo -B)設WP1 +DP1 =12〞=304.8mm、B=65mm、WPo =1800mm、Lo =2500mm時，則視距L1 成為：L1 =2500(304.8-65)/(1800-65)=345.53mm。
再者，為了讓立體電視攝影機的螢幕之立體視覺的視認性容易，利用軟體將以縱線為主體的準直圖案重疊顯示於要顯示的左右的圖像各自上。圖14係圖11的立體電視攝影機112之螢幕111的詳細圖，在螢幕111(顯示器DL)上，利用軟體將準直圖案CP顯示於左右用的圖像各自重疊的位置。當然，準直圖案僅顯示於取景器，從立體攝影機送出的圖像資料僅作為攝像圖像資料。
若透過立體映像鑑賞用的眼鏡113使上述說明之立體電視攝影機112的液晶螢幕111呈現立體視覺，則能視認立體感的調整狀態。而且，觀看此立體電視攝影機的螢幕的立體映像，係能感受到和觀看接收此立體電視攝影機所攝影傳送的立體播送之立體電視的視聽者完全相同狀態的立體感。
再者，不論是非立體或是立體，在拍攝動畫的情況，在攝影的同時能察知事態的進行是重要的。因此，能始終同時看到螢幕和實景之此構成的電視攝影機之作用效果極大。
[實施例2]
本發明之實施例2的特徵為，實現了就算有視場範圍依攝影對象(景像)而顯著不同的情況，僅調整在導軌上相互平行地安裝之左右一對的攝像單元彼此的間隔，即可補償在遠距攝影中之不足的立體感，且在超微距的攝影中始終讓左右的映像之融合成為最佳狀態以取得立體映像資料。
[實施例1]所載之發明為本發明之基礎構成，可獲得與人觀看眼前實景的情況同等的感覺。在鑑賞通常的立體幻燈片/印刷品及電子立體靜像等之情況，利用此種立體攝影機就足夠，但是在電影或TV等中多用人在現實中感覺不到的映像。例如，就算實際看到荒野的枯木出現有騎馬的人之景像等，由於馬和人看似豆粒般的大小，實際上並無法分辨是什麼樣的人、朝向哪個方向？電影、電視等(以往的非立體映像)中，在此種景像的情況，大多採用特寫成藉望遠鏡窺視對象物的狀態之手法。此種遠方景像由於利用雙筒望遠鏡窺視，左右的視差還是小(光軸間距不足)，故實際上看起來同樣幾乎是2D(平面映像)，渴望不論是立體TV等或前述特寫攝影中都能有正確回應的立體感。
在欲滿足上述的要求方面，提案一種讓左右的攝像單元的間隔疏遠並將光軸間距擴大成比人的瞳孔間隔還大的立體攝影機(遠距立體攝影機)，但就左右疏離大的二個透鏡所投影的映像如何捕捉、且其左右的映像應如何地顯示並融像(立體視覺)的問題尚未解釋清楚。
又，不同於上述的遠距立體攝影機，在超微距被攝體的攝影中，即便是和人的瞳孔間隔相等之間隔的光軸間距，視差仍過大，變得難以將立體視覺中的左右映像融像。有關用在此超微距攝影方面，雖知一種有將攝影透鏡的光軸間距設定成比人的瞳孔間隔狹窄的間隔之微距立體攝影機，但微距立體攝影機中將左右的映像如何地融像才好這問題還未充分地解釋清楚。
圖6的實線表示係本發明的申請專利範圍第4項記載之立體映像攝像裝置的一實施例，虛線所表示的是與將光軸間距DL 設定成和人的瞳孔間隔B相等之間隔的狀態、即DL =B之本案的圖2(b)同一條件者，為說明方便起見，將此狀態稱為模式0(圖示記號m0 )。圖2(b)中，位在攝影機的中心延長線上的參考視窗之配置在和瞳孔間隔B相等的DL 的間隔之二個攝影透鏡所生成之投影像Iref 的左右間隔，係比左右攝影透鏡之光軸間距DL 還大。設參考視窗Wref 的設定距離為Lo 、左右攝影透鏡光軸間距為DL 、攝影透鏡的焦距為f、及設焦點調節量為Δf，則左右的投影像Iref 的間隔(與攝像元件的間隔Ds相等)係以前述數式[數4]的Ds=DL (1+(f+Δf)/LW )的式來計算。此外，立體映像因為是在泛焦狀態攝影，上述數式f+Δf亦可近似於f。
依據上述數式，則圖6的虛線所圖示的攝像裝置之模式0中的攝像元件的間隔Ds係由光軸間距DL 和參考視窗的投影比f/LW 來決定。亦即，攝像元件的間隔Ds相較於光軸間距DL ，係僅增加DL ×f/Lw (數式的L1 是模式0的狀態)的量。此外，由於僅將攝像單元整體平行移動，所以圖6中以實線圖示的攝像裝置之模式1的條件中的攝像元件的間隔DSE ，係以DSE =DL (DE /DL )+DL ×f/Lw (數式的LW 是模式0的狀態)的尺寸計算。
將上述以虛線表示的模式0之立體映像攝像裝置左右的攝像單元之光軸相對於攝像元件的偏移值維持原狀態且使左右的攝像單元彼此的光軸間距比人的瞳孔間隔還擴大的(圖示的DE )狀態稱為模式1(圖示記號m1)，且以實線表示。圖示例中，模式1之被擴大的光軸間距DE ，係表示成模式0之光軸間距DL 的3倍、即DE =3DL 。理論上不限於3倍，例如不論是10倍或超過10倍亦無問題，但因為在紙面上作圖的關係只例示到3倍。
以實線表示的模式1之攝像單元為，讓以虛線表示的模式0之單元如同上述，使攝像元件的偏移值維持原樣的狀態平行移動，使光軸間距擴大到圖示的DE 為止而成者。即使是在據大光軸間距的情況，由於攝像元件對攝影透鏡的偏移值不變，所以連結攝影透鏡的主點和攝像元件的兩端之線的角度不變化，在模式0的虛線和模式1的實線中，各個線彼此變相互平行。因此，如圖示，在模式1中，參考視窗Wref (m1)的寬度WW (m1)及距離L0 (m1)係自動地產生，且相對於模式0的情況是成比例地增大。
若將此模式1的狀態下攝影之立體映像顯示於圖1圖示的參考尺寸顯示畫面之大型立體TV，則圖2(b)之攝像元件的寬度Ws係在圖2(a)中的顯示器D上被表示成WD 的寬度。因此，模式1之參考視窗Wref (m1)的寬度WW (m1)，雖相對於模式0者被擴寬成光軸間距的倍數之DE /DL (圖6的圖示例中為3倍)，但在顯示畫面上中，成為可看見回復成模式0中的寬度，在此情況，參考視窗Wref 的位置亦可見於模式0的位置(圖1的大型立體電視)。又，由於擴大光軸間距(圖示例中為3倍)，所以無限遠的被攝體之相應點亦被以成比例的間隔(3倍)攝影，但在顯示側中始終以圖1圖示的狀態表示，無論攝影側的光軸間距為何，無限遠像的相應點還是以人的瞳孔間隔表示。因此，就算讓攝像單元的間隔從模式0的狀態變化成模式1的狀態，觀察者所看見的無限遠像始終呈平行，所以無限遠的被攝體看似無限遠，而近距離像方面，成為在模式0之參考視窗的位置Lo (m0)看見模式1之參考視窗Wref (m1)的位置Lo (m1)，成為更近地觀看近景(在比較上)(圖示例中7.5m(m1)看似2.5m(m10))，故被以與在被攝體之遠近點的相對距離大的情況同等地表示，遠近感增大，可在未妨礙立體視覺下容易地將左右的映像融像。
又，在不同於上述遠距立體攝影機的情況，即便是設定成人的瞳孔間隔的光軸間距，光軸間距相對於超微距被攝體仍過大。這在必需非常地接近被攝體進行攝影的情況，會是很大的障礙。其原因在於，在對物距離是非常近的近接攝影之情況，成為左右透鏡拍攝對稱物之完全不同的部分。因此，不可能將此種情況之立體視覺中的左右映像融像。特別在立體內視鏡中此種問題屢被提起。
圖7係用以應付上述問題之本案發明的申請專利範圍第5項記載的一實施例，虛線所圖示的是前述模式0的狀態，使模式0的光軸間距DL 接近攝像單元的間隔並將光軸間距縮小至圖示的DR 的狀態之由實線表示的圖稱為模式2。圖示例中，在模式2下之光軸間距DR 係表示成模式0的光軸間距DL 的1/3、即DR =DL /3的關係。
此情況亦與在模式1擴大的情況同樣(反對)地全部按比例縮小，參考視窗自動產生在圖示的實線表示之參考視窗Wref (m2)的位置(圖示的Lo (m2))。此外，若與模式1的情況同樣地將攝像元件所捕捉的映像放映於圖1圖示的大型立體電視(參考尺寸顯示畫面)，則圖5圖示的實線表示的模式2之參考視窗Wref (m2)看似虛線表示的模式0之參考視窗Wref (m0)的位置及大小。
以上係圖謀在遠距攝影的情況，擴大光軸間距以強調立體感(遠近感)(圖6)，或在近接攝影，縮小光軸間距而得以容易融合左右的視場者(圖7)，但在圖6的圖示中，若在模式1之參考視窗Wref (m1)的位置和模式0之參考視窗Wref (m0)的位置上分別放置相同大小的物體進行攝影時，則放置在模式1之參考視窗Wref (m1)的位置之物體，與模式0的情況相較之下，攝像元件上的投影像大小成為1/3的大小，雖強調了遠近感，但可攝影的最短距離、即參考視窗Wref (m1)的距離變遠，被攝體的形狀(例如人臉等)會因情況不同而變得無法識別。即便如此，亦有這樣的用途。也就是指例如從大都會的上空空拍都會的景像之情況等欲將某種程度的範圍(景色的寬度)納入視場的情況。但相反的，亦有所謂欲放大遠處物體進行觀看的要求。此種情況，僅使攝影透鏡的焦距伸長(交換攝影透鏡或使用變焦透鏡進行放大)即可，如圖8圖示，在模式1的狀態下使攝影透鏡的焦距伸長之情況，模式1的參考視窗Wref (m1)係產生於圖示的Wref (m10)之位置，在觀賞時可在模式0之參考視窗Wref (m0)的位置看見此參考視窗Wref (m10)。在此情況，由於是將位在遠處的窗以相同大小拿靠近，所以除了遠近感以外亦可觀看被攝體像放大。如上述，在擴大攝影透鏡的光軸間距，且攝影透鏡的焦距亦變更的情況下所產生之參考視窗的距離，係光軸間距的倍率×攝影透鏡的倍率，如圖8圖示例，在光軸間距擴大成瞳孔間隔的3倍之立體攝像裝置上安裝了焦距是模式0時的3倍之攝影透鏡的情況之參考視窗Wref (m10)係產生在9倍的距離(2.5×9=22.5m)處。
此外，如圖6及圖8圖示所說明，儘管是使光軸間距或是使攝影透鏡的焦距伸長，〝參考視窗〞的產生距離之設定距離還是會成比例地增大。因此，就算使用焦距長的攝影透鏡，亦有因應其程度，必需從較遠的位置進行攝影而無法獲得充分大小的圖像之情況。因此，因應攝影之目的在欲強調立體感的情況，增大光軸間距，在需要大的擴大像的情況，光軸間距不取過大而應優先地伸長(交換成長焦距的攝影透鏡或調節變焦比)攝影透鏡的焦距地進行攝影。
圖9係和上述的情況相反，就算是拍攝超微距的物體之圖7的模式2之狀態的攝像裝置亦必需更挨近地進行攝影的情形。那是因為在實體上並無法將被攝體距離取大的緣故(例如，內視鏡是典型的例子)。在此種情況，如圖示將模式2所設定的攝影透鏡的焦距交換成更短，則能更接近被攝影物體。此情況亦是，圖9圖示之參考視窗Wref (m20)的產生位置係只要於光軸間距的倍率乘上焦距的倍率即可，例如，圖9中將光軸間距DR 設成瞳孔間隔的1/3、攝影透鏡的焦距f交換成模式0的情況，則圖7圖示的模式2之參考視窗Wref (P2 )產生在圖9圖示的位置模式2之參考視窗Wref (m20)的位置，該情況之參考視窗的距離產生在1/9的距離(2.5×1/9=0.278m)。這個產生於圖9圖示的Lw (m20)的位置之參考視窗Wref (m20)在觀賞時看似在模式0之參考視窗Wref (m0)的位置。在此情況，由於將位在極近距離的窗以相同大小回到模式0之參考視窗的位置觀看，所以立體視覺中的遠近感變自然，在融像上並不困難。
此外，立體內視鏡等為了觀察腸管等的內壁，攝影距離係成為非常近距離，且裝置本身被要求超小型，所以必然需將光軸間距設成極短距離。為此，左右攝影透鏡之口徑及焦距亦被要求非常小。攝像元件亦隨之被要求小。若將單元間隔作成極小者，則左右的攝像元件彼此會干涉(相碰撞)所以將左右的單元作成一體構造者為宜。又，在此種情況，事先將圖2(b)的攝影透鏡的焦距f設成極短(模式0中)。圖2(b)中，當圖示的視場角α一定，則在攝影透鏡的焦距設短的情況，由於攝像元件的寬度Ws亦能作成較小，故能將裝置整體小型化。
而且，再將光軸間距例如縮小成1/10且將攝影透鏡的焦距縮小成1/10時，則模式0之參考視窗的距離LW =2500mm在模式2縮小成1/100，被設定在LW =2500/100=25mm的位置。如以上所述，本發明之申請專利範圍第5項記載的內容亦可應用於立體內視鏡等之超小型立體攝影機。
本發明的概念為，作為可從遠景攝影到近接攝影廣汎地應用的立體映像攝像裝置，係同前述，最近的TV攝影機(非立體)採用變焦透鏡的方式比交換攝影透鏡的方式還多。其主要理由是：在動畫攝影中進行交換透鏡的期間無法應付攝影以及在攝影中要連續地使用進行放大的手法之緣故，但在立體映像攝像裝置中亦有同樣的要求。此要求係如前述之擴大光軸間距的模式1之立體攝像裝置及縮小光軸間距的模式2之立體攝像裝置中所說明，即使變更左右的攝像單元的間隔並讓光軸間距變化成什麼樣的間隔，亦可在未變更攝像元件對攝影透鏡的光軸之位置(偏移值)之下獲得解決，故將安裝有變焦透鏡的左右的攝像單元設置於導軌上，以伺服馬達驅動左右的攝像單元的間隔，藉電位計、編碼器等的位置檢測器檢測變焦透鏡的倍率，當依據該檢測值來驅動並定位該伺服馬達時，則僅調節變焦透鏡的倍率，左右單元的間隔係被自動地設定(申請專利範圍第6項)。
此外，相對於變焦比(焦距的設定值之比)之光軸間距設定值，雖相對於模式0的狀態之光軸間距DL ，設定成和變焦比成比例的值者亦是一個方法，但此設定值並未受限定，亦可構成為變焦比和光軸間距不連動而各別地作調整(自動/手動的切換)。
圖10係本發明的立體映像裝置之模式1、模式2、模式10及模式20的構成圖。攝像裝置100為，搭載左右各自的攝像單元105的左右二個滑動件102以滑動接合狀態安裝於導軌101上。該左右的滑動件102各自連結齒條106而左右的齒條各自與設在中央部的小齒輪107對稱地囓合。因此，若以手動或伺服馬達使小齒輪107轉動，則左右的攝像單元105維持相互平行狀態的姿勢在導軌上對向地移動，其間隔可自由調節。
在擴大左右的攝像單元之模式1及模式10的情況倒沒有問題，但在縮小光軸間距之模式2及模式20的情況，左右的攝像單元彼此在機械結構上會發生干涉而變得難以將光軸間距設小。因此，在作成使如圖10的攝影透鏡104相對於攝像單元的外觀呈偏心的構造藉以縮小光軸間距的情況，變得較有利。但製作左右用的各單元，在製造方面是困難的，因而將和圖示的滑動件102抵接之攝像單元105的安裝面設在該攝像單元的上下之對稱位置，在安裝時只要反轉180°作使用即可。此情況的問題點為，導致攝像元件103的上下亦反轉。即使讓數位攝影機以光軸為中心旋轉，螢幕圖像看來還是不會旋轉(始終以正像狀態顯示)，那是因為螢幕本身亦會沿攝影透鏡的光軸中心旋轉的緣故，故需注意被送出外部的映像資料會受攝影機的姿勢所影響，180°的切換，乍看之下雖認為僅在輸出側可反轉，但會造成攝像元件103的讀出方向在上下左右對稱地反轉，招致左右的映像變得沒有同時性，故無法使用。因此，在將左右的單元對稱地安裝之狀態中，有必要將左右的攝像元件之讀出方向以可左右平行地進行的方式事先作切換。
在立體映像攝像裝置左右的攝像單元上各自安裝變焦透鏡，因應其變焦比的調節而將左右的單元連動調節係如同上述，但在外形上變焦透鏡必然會變得比單焦點透鏡還大。因此，亦有在某些情況下左右攝影透鏡彼此碰在一起無法將光軸間距縮小到拍攝的要求值之情形。因此，亦有僅在近接攝影準備安裝有外形小的透鏡之其他的微距攝影專用立體攝影機者較好的情況。
如上述，就算自由地調節左右的攝像單元的間隔觀賞時，亦僅是立體感變化，不會有看見左右的映像框複影，且亦不會產生所謂無法將遠近彼此的映像融像的問題。但立體映像具有所謂在攝影時，被攝體於任何情況都不映像在參考視窗Wref 跟前的問題。在模式1的狀態中，參考視窗Wref (m1)的距離Lo (m1)係因應調節光軸間距而明顯變化。又，在模式2中，參考視窗的產生距離之變化量的絕對值成為比模式1的狀態還小的值，但在如模式2那樣的近距離中的值之變化率並不小。因此，以於攝影時推定參考視窗的設定距離，且針對設定值以目測等方式攝影被攝體距離的方法而言，會產生所謂無法推測的問題。此問題係如同圖11圖示，當在立體取景器(螢幕)111之左右的顯示畫面的左右相同位置上，將以縱線為主體之左右相同的準直圖案CPR 及CPL 利用軟體重疊顯示於左右的映像時，則就算是在將攝像裝置的光軸間距調節成何種間隔之情況下，亦始終能在參考視窗的位置觀看圖案，能掌握攝影時的距離感。
又，立體映像應以遠近的所有被攝體清晰可見的方式在泛焦狀態進行攝影係如同前述，但為作成泛焦狀態而將光圈縮成小口徑時，光量會不足。特別是在動畫的情況，每一張圖像的曝光時間被限制成一定，故在暗的環境變得不利。移動快速的被攝體亦同樣。但是，在本發明的立體映像攝像裝置上，始終必需在越過參考視窗而於另一側看見被攝體的狀態下進行攝影。這對調節焦點而言是有利的。其原因在於，焦點始終事先調節在參考視窗的另一側即可的緣故。
在圖2(b)圖示(模式0)中，若設參考視窗Wref 的寬度WW 為1800mm、攝影透鏡的焦距f=25mm，焦距f係成為從攝影透鏡的主點迄至參考視窗為止的距離(圖示的LW )、即2500mm的1/100，所以被縮小投影成1/100。因此，參考視窗寬度WW =1800mm在攝像元件上被縮小成1/100而放映成18mm的寬度。然而，實際上，從攝影透鏡的主點迄至攝像元件的表面為止的距離係如圖示僅變長了基於焦點調節的Δf之量。於是，若驗證此情況之Δf的值，則Δf=f2 /(LW -f)=252 /(2500-25)=0.2525，近似0.25mm、且實際的投影比雖成為(Δf+f)/LW =(0.25+25)/2500=1/99，但為可忽略的值。
其次，在模式10的狀態中，例如，使用變焦透鏡，攝影透鏡的焦距設成前述的f=25mm的5倍、即f=25×5=125mm，且使光軸間距連動地擴大成5倍的情況，如同前述，參考視窗的設定距離LW (m10)係設成LW (m10)=2500×5×5=62500mm(62.5m)。在此情況，讓焦點對焦於參考視窗之狀態的焦點調節量Δf，係成為Δf=f2 /(Lo -f)=1252 /(62500-125)=0.25050，近似0.25mm。
若與上述的模式10相反地，以將光軸間距縮成比瞳孔間隔還小的模式20作計算，例如，攝影透鏡的焦距設成模式0的情況的1/5、即f=25/5=5mm，光軸間距設成1/5，則參考視窗的設定距離LW (m20)設成：(1/5)2 =1/25的距離、即LW (m20)=2500/25=100mm，此情況，若在參考視窗調整焦點，則焦點調節量Δf係成為：Δf=f2 /(LW -f)=52 /(100-5)=0.2632，近似0.26mm。
如此一來，在模式20側，Δf的量會增加或該差是極微量。且，因為約有0.25mm會進入攝影透鏡的焦點深度內，所以Δf=0亦無妨，但是例如若欲在參考視窗的位置嚴密地進行對焦時，則將攝影透鏡從f值再前進0.25mm(朝被攝體方向)並固定即可。因此，在安裝變焦透鏡並使焦距和光軸間距以和模式0的狀態相互成為等倍數的狀態連動的情況，將透鏡之依焦點調節的Δf值事先鎖定在固定於0~0.25mm之間的定焦狀態是最好的方法。
圖12係本發明的立體螢幕之其他的實施形態，可將此圖12的立體螢幕120搭載於圖10圖示的立體映像攝像裝置100，抑或另外放置並以纜線或無線進行連結即可。如圖12圖示，若在立體螢幕120的顯示器121上利用軟體將圖14圖示的左右的準直圖案CPR 及CPL 各自重疊顯示於左右用映像，則可獲得和前述的圖11說明的螢幕111相同的視認效果。此立體螢幕120的顯示器121與保持視場分離用眼鏡130的透鏡板122係被外殻123固定。顯示器121係例如為LCD，且將左右用的映像以圖示的顯示器的寬度WD 上的PL 部分為左用映像、PR 部分為右用映像的方式分時顯示，使視場分離用眼鏡130同步地分離左右的視場而呈立體視覺。視場由於被外殻123覆蓋而使外光被遮光，所以就算是屋外的明亮環境下亦可鮮明地觀察立體螢幕的像。又，由於對顯示器固定視場分離用眼鏡，所以就算是觀察者歪著頸部的情況亦無發生串擾(Crosstalk)之虞。
如圖3中說明，立體螢幕的顯示器不論大或小都可依顯示的方法及視距而和參考尺寸顯示畫面同等地進行觀賞，但在考慮攜帶性的情況，以顯示器尺寸較小者為宜。在顯示器尺寸小的情況，就算是正常視力(對焦在裸眼看得清楚的距離)的人亦需要圖13圖示的屈光度修正透鏡(+屈光度)，且藉由將屈光度修正透鏡133朝光軸方向移動(未圖示)，可配合觀察者的屈光度作調節。
圖13係前述圖12之立體螢幕120的視場分離用眼鏡130之構成圖，其主體由偏光板132和液晶板131所構成。圖12的立體螢幕130之顯示器121若是LCD，則顯示光是偏光，若將圖13圖示的偏光板132配置在和顯示光的振幅方向正交方向(左右同時)，則顯示光被遮光而成為視場關閉狀態。而且，若在圖示的偏光板132的前方配置液晶板131，則LCD的顯示光被旋光90°或270°而成為視場開啟狀態。若在此狀態施加電壓予液晶板131，則扭轉的液晶張緊成直線狀並在未因液晶板131而被旋光之下維持原狀態地透射，故會被偏光板132遮光而關閉視場。透過與圖12圖示的顯示器121之顯示同步地對圖13圖示的液晶板131施加電壓以分離左右的視場而呈現立體視覺。此外，在上述的說明中，於圖13圖示的液晶板131上施加電壓的情況會成為視場關閉狀態，但若將偏光板132的方向配設成與圖12圖示的顯示器(LCD)121之表面的偏光板相同方向，則在液晶板施加電壓的情況成為視場開啟狀態。
此外，在顯示器是使用有機EL等之非偏光者的情況，若使用在圖13的液晶板131的前面再追加有一枚偏光板的所謂快門眼鏡，則同等地作動。又，在利用快門眼鏡觀看以市電頻率點亮的放電燈之情況會產生閃爍(flicker)，但在圖12的立體螢幕120中，外光被遮斷且透過視場分離用眼鏡130看見的光線只有顯示器的光線而已，所以就算視場分離用眼鏡130是快門眼鏡亦不會發生閃爍。
此外，本發明可在不逸脫本發明的精神下進行各種改變，且本發明當然可及於該改變者。
[產業上可利用性]
就算是立體映像顯示裝置的機種不同的情況，亦能在顯示側無調節且忠實地再現立體映像。又，在立體映像的攝影中，雖會有依攝影條件而感受到遠近感過多或不足之情況，但即使在任何條件亦可調節攝像單元的間隔以取得在立體視覺最佳的立體映像資料者，特別適合於立體電影、立體電視等之攝影，且為不可欠缺的。
Wref ．．．參考視窗
WW ．．．參考視窗的寬度
O∞．．．無限遠物體
Φ．．．光軸
DL ．．．光軸間距
Iref ．．．投影於攝像元件上之參考視窗的像
S．．．攝像元件
f．．．焦距
Δf．．．焦點調節量
α．．．視場角
Ws．．．攝像元件的寬度
Ds．．．攝像元件的間隔
D．．．顯示器
WD ．．．顯示器的寬度
Eref ．．．相等參考視窗
B．．．人的瞳孔間隔
EL ．．．左眼
ER ．．．右眼
Do ．．．參考尺寸的顯示器
D1 ．．．重疊顯示範圍之顯示器
D2 ．．．左右並置顯示範圍之顯示器
WP0 ．．．參考尺寸的顯示器的寬度
WP1 ．．．重疊顯示範圍之顯示器的寬度
WP2 ．．．左右並置顯示範圍之顯示器的寬度
DP1 ．．．重疊顯示範圍之顯示器的間隔
DP2 ．．．左右並置顯示範圍之顯示器的間隔
Lx ．．．左右並置顯示範圍和重疊顯示範圍之邊界線(原理上的)
LW ．．．參考視窗的距離
Lo ．．．參考尺寸顯示畫面的距離
L1 ．．．重疊顯示範圍之顯示器的距離
L2 ．．．並置顯示範圍之顯示器的距離
Wref ’．．．在安裝了廣角透鏡的情況之左右攝影視場的一致點
Wref 〞．．．在安裝了長焦點透鏡的情況之左右攝影視場的一致點
m0．．．模式0
m1．．．模式1
m10．．．模式10
m2．．．模式2
m20．．．模式20
DE ．．．擴大成比瞳孔間隔還寬廣的間隔之光軸間距
DSE ．．．光軸間距設成DE 的情況之攝像元件的間隔
DR ．．．縮小成比瞳孔間隔還狹窄的間隔之光軸間距
DSR ．．．光軸間距設成DR 的情況之攝像元件的間隔
100．．．攝像裝置
101．．．導軌
102．．．滑動件
103．．．攝像元件
104．．．攝影透鏡
105．．．攝像單元
106．．．齒條
107．．．小齒輪
110．．．參考視窗
111．．．螢幕
112．．．立體電視攝影機
113．．．立體映像觀賞用眼鏡
114．．．攝影師
120．．．立體螢幕
121．．．顯示器
122．．．透鏡板
123．．．外殻
130．．．視場分離用眼鏡
PL ．．．顯示畫面(左)
PR ．．．顯示畫面(右)
131．．．液晶板
132．．．偏光板
133．．．屈光度修正透鏡
CP．．．準直圖案
圖面係顯示有關本發明的實施例之立體映像攝像裝置。
[圖1]係涉及與本實施例相關連之技術事項的立體視覺之概念圖。
[圖2(a)~(b)]係圖1的參考尺寸顯示畫面(圖示的大型立體TV)和送出標準立體映像資料的立體攝影機之關係圖，(a)是顯示參考尺寸顯示畫面的圖，(b)是顯示立體攝影機的圖。
[圖3]係圖1的詳細說明圖。
[圖4]係圖2(b)的立體攝影機安裝了廣角攝影透鏡的情況之說明圖。
[圖5]係圖2(b)的立體攝影機安裝了長焦點攝影透鏡的情況之說明圖。
[圖6]係立體映像攝像裝置的光軸間距設成比人的瞳孔間隔還大的尺寸之情況(模式1)的解說圖。
[圖7]係立體映像攝像裝置的光軸間距設成比人的瞳孔間隔還小的尺寸之情況(模式2)的解說圖。
[圖8]係立體映像攝像裝置的光軸間距設成比人的瞳孔間隔還大的尺寸(圖6)，且安裝於長焦距的攝影透鏡(望遠透鏡)之情況(模式10)的解說圖。
[圖9]係立體映像攝像裝置的光軸間距設成比人的瞳孔間隔還小的尺寸(圖7)，且安裝於短焦距的攝影透鏡(廣角透鏡)之情況(模式20)的解說圖。
[圖10]係本發明的立體映像攝像裝置之一實施例。
[圖11]係具備立體螢幕的電視攝影機之一實施形態。
[圖12]係立體螢幕的其他實施形態。
[圖13]係圖12立體螢幕的視場分離用眼鏡及屈光度修正用眼鏡的剖面圖。
[圖14]係表示顯示於圖11及圖12的立體螢幕上之圖案的一例圖。
Wref ．．．參考視窗
Ww ．．．參考視窗的寬度
∞．．．無限遠
O∞．．．無限遠物體
Φ(R)、Φ(L)．．．光軸
DL ．．．光軸間距
Iref (R)、Iref (L)．．．投影於攝像元件上之參考視窗的像
S．．．攝像元件
f．．．焦距
Δf．．．焦點調節量
α．．．視場角
Ws．．．攝像元件的寬度
Ds．．．攝像元件的間隔
D．．．顯示器
WD ．．．顯示器的寬度
Eref ．．．相等參考視窗
EL ．．．左眼
ER ．．．右眼
B．．．人的瞳孔間隔

Claims (10)

  1. 一種立體映像攝像裝置，其特徵為：將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且與人的瞳孔間隔相等的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，將該參考視窗的設定距離設成比瞳孔間隔的30倍的距離還遠和比瞳孔間隔的50倍的距離還近之間的任意距離，配合該參考視窗被左右各前述攝影透鏡縮小投影並成像於左右各前述攝像元件上的狀態之左右各參考視窗的投影像寬度，設置左右的前述攝像元件，讀出左右用的映像資料並作為標準立體映像資料送出。
  2. 一種立體映像攝像裝置，其特徵為：將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且比人的瞳孔間隔還狹窄的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，設該參考視窗的設定距離為LW 、左右攝影透鏡之光軸間距為DL 、前述攝影透鏡的焦距為f、焦點調節量為Δf，則參考視窗的設定距離LW 和左右攝影透鏡之光軸間距DL 之關係配置成50>(LW /DL )>30、且左右的攝像元件的間隔Ds配置成Ds=DL (1+(f+Δf)/LW )的關係，讀出該左右用的映像資料並作為標準立體映像資料送出。
  3. 一種立體映像攝像裝置，其特徵為：將具備攝影透鏡和攝像元件的攝像單元中之前述攝影透鏡的光軸設成左右平行且比人的瞳孔間隔還寬的間隔，在該攝像單元的攝影視場設定一個屬假想視場框的參考視窗，設該參考視窗的設定距離為LW 、左右攝影透鏡之光軸間距為DL 、前述攝影透鏡的焦距為f、焦點調節量為Δf，則參考視窗的設定距離LW 和左右攝影透鏡的光軸間距DL 之關係配置成50>(LW /DL )>30、且左右的攝像元件的間隔Ds配置成Ds=DL (1+(f+Δf)/LW )的關係，將該左右用的映像資料讀出並作為標準立體映像資料送出。
  4. 一種立體映像攝像裝置，係作成左右二個攝像單元固定成一定間隔或間隔可變式構造的立體映像攝像裝置，該立體映像攝像裝置的光軸間距設成與人的瞳孔間隔相等之間隔且左右的光軸相互平行，在該攝像單元的左右攝影透鏡之視場設置一個屬假想視場框的參考視窗，將該參考視窗的設定距離設成比瞳孔間隔之30倍的距離還遠和瞳孔間隔之50倍的距離還近之間的任意距離，配合該參考視窗被左右各攝影透鏡投影的參考視窗的投影像寬度，設置左右各自的攝像元件，將該左右用映像資料讀出並作為標準立體映像資料送出，以如上構造的立體映像攝像裝置為基準，使該立體映像攝像裝置左右的攝像單元彼此的間隔增大並將左右攝影透鏡之光軸間距設定成比人的瞳孔間隔還大，藉此使攝影時之參考視窗的設定距離隨著光軸間距的設定值而自動地成比例增大同時強調遠近感。
  5. 一種立體映像攝像裝置，係作成左右二個攝像單元固定成一定間隔或間隔可變式構造的立體映像攝像裝置，該立體映像攝像裝置的光軸間距設成與人的瞳孔間隔相等之間隔且左右的光軸相互平行，在左右攝影透鏡之視場設置一個屬假想視場框的參考視窗，將該參考視窗的設定距離設成比瞳孔間隔之30倍的距離還遠和瞳孔間隔之50倍的距離還近之間的任意距離，配合該參考視窗被左右各攝影透鏡投影的參考視窗的投影像寬度，設置左右各自的攝像元件，將該左右用映像資料讀出並作為標準立體映像資料送出，以如上構造之立體映像攝像裝置為基準，使該立體映像攝像裝置左右的攝像單元的間隔縮小並將左右攝影透鏡的間隔設定成比人的瞳孔間隔還小，藉此而和光軸間距的設定值成比例地縮小在攝影時之參考視窗的設定距離，且在超微距攝影中使左右的視場之融合成最佳狀態。
  6. 一種立體映像攝像裝置，係作成左右二個攝像單元在導軌上呈滑動接合狀態且間隔可變式構造的立體映像攝像裝置，該立體映像攝像裝置的光軸間距設成與人的瞳孔間隔相等之間隔且左右的光軸相互平行，在左右攝影透鏡之視場設置一個屬假想視場框的參考視窗，將該參考視窗的設定距離設成比瞳孔間隔之30倍的距離還遠和瞳孔間隔之50倍的距離還近之間的任意距離，在左右攝影透鏡之視場設置一個屬假想視場框的參考視窗，配合該參考視窗被左右各攝影透鏡投影的參考視窗的投影像寬度，設置左右各自的攝像元件，將該左右用映像資料讀出並作為標準立體映像資料送出，以上構造之立體映像攝像裝置建構成：在以前述光學的條件為基準的立體映像攝像裝置左右的單元上安裝變焦透鏡，以位置檢測器檢測該變焦透鏡之投影比調節量，因應變焦透鏡的調節位置而將左右單元的間隔利用伺服馬達等來驅動調節。
  7. 如申請專利範圍第6項之立體映像攝像裝置，其中將左右攝影透鏡之焦點調節距離固定成比參考視窗還遠的距離。
  8. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項之立體映像攝像裝置，其中將攝像單元的安裝基準面作成設於本體之上下各自的位置之上下對稱構造。
  9. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之立體映像攝像裝置，其中使用比上述參考視窗的投影像寬度還大寬度的上述攝像元件，且選擇性讀出參考視窗的投影像寬度相等之左右用立體映像資料，並作為標準立體映像資料送出。
  10. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之立體映像攝像裝置，其中建構成：設置電子立體取景器，且利用軟體將左右相同的準直圖案疊影顯示於該電子取景器之左右用顯示畫面的同一位置而同時進行立體映像和前述準直圖案之立體視覺，藉以視認參考視窗的設定位置，其中電子立體取景器係利用左右各眼觀看立體映像之左右用的各映像而呈現立體視覺。
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