JP4353001B2 - ３次元画像撮像アダプター - Google Patents

Description

本発明は、左眼用および右眼用の画像を並列して表示し、両眼で対応した画像を見ることにより立体画像を鑑賞する３次元画像鑑賞システムにおける３次元画像撮像アダプター関する。

左眼と右眼の視差を利用して平面画像を立体的に見る３次元画像鑑賞システムはこれまでに数多く実用化されている。たとえば、左眼用の写真と右眼用の写真を左右に並べて置き、直視または光学系を通して見る方法（平行視法）はもっとも古くからある３次元画像鑑賞方法である。近年、この写真の代わりに１台のテレビ画面に左眼用画像と右眼用画像を並べて表示し、それを鑑賞する動画の３次元画像鑑賞システムが研究されており、その１例として、１個の撮像素子で左眼用画像と右眼用画像を並べて撮像する光学経路技術が下記特許文献１に開示されている。

このような、テレビ画面に左眼用画像と右眼用画像を並べて表示する方法は、表示画面を２分するため原理的に画角が半分になってしまい、広い視野が撮影できない欠点を持っている。この問題を改善するために、ワイドコンバージョンレンズを撮像カメラの左右の光路に設置する技術が下記特許文献２に開示されている。

一方、テレビ画面に映し出される画像の大きさは画面の寸法によって異なり、例えば画面が２０型以上になると左右画像の同じ絵柄部分の間隔が人間の眼幅より大きくなってしまうことが起きて、通常の人では左右の画像を同時に見ることができず、３次元画像の鑑賞が不可能になる。このような場合には、鑑賞者の視線の方向を外側に広げる目的で、それぞれ光軸をオフセットさせて組合わせた凹凸レンズを使用した専用メガネを用いることで楽に鑑賞できるようになる。
特開平０１−２７９２３５号公報 特開２００１−１９４５８７公報

しかしながら、前記のように凹凸レンズをオフセットさせて使うと、画像に左右の輪郭に色付き（色収差）が発生するようになり、高画質鑑賞の妨げとなる。
この色つきをなくすために色収差補正レンズを前記凹凸レンズと組合わせることも可能であるが、構造が複雑化しレンズ重量が増すのでメガネとしてはコストアップになり使い勝手が悪くなる問題を有している。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、鑑賞者の視線の方向を外側に広げる専用メガネで発生する色付きを改善すると共に、左右画像を並べて表示するために狭まった撮像範囲の広角化を同時に図る安価な３次元画像撮像アダプターを提供するものである。

本発明は、上記課題を解決する手段として以下の（１）、（２）に記載の構成からなる。すなわち、
（１）左右に並べて表示する左眼用画像と右眼用画像とを撮像する撮像カメラのレンズの前に装着する３次元画像撮像アダプターであって、
前記３次元画像撮像アダプターは、
前記レンズの光軸に対して左右にそれぞれ２つの反射面を使い、前記光軸を中心に略人間の眼幅の間隔で左右に撮像視野を分け、被写体像を左眼用画像と右眼用画像として取り込む左右画像取得手段と、
前記左右画像取得手段の左右の被写体側位置に、左右の視野の中心に対して光軸が外側にオフセットされた凹レンズを設ける補正レンズ設置手段と
を有することを特徴とする３次元画像撮像アダプター。
（２）左右に並べて表示する左眼用画像と右眼用画像とを撮像する撮像カメラのレンズの前に装着する３次元画像撮像アダプターであって、
前記３次元画像撮像アダプターは、
前記レンズの光軸に対して左右の一方に２つの反射面を使い、前記光軸に対し略人間の眼幅の間隔で左右に撮像視野を分け、被写体像を左眼用画像と右眼用画像として取り込む左右画像取得手段と、
前記左右画像取得手段における左右の光路上で、光路の中心が前記レンズから等距離の位置に、左右の視野の中心に対して光軸が外側にオフセットされた凹レンズを設ける補正レンズ設置手段と
を有することを特徴とする３次元画像撮像アダプター。

鑑賞者の視線の方向を外側に広げる専用メガネで発生する色付きを改善すると共に、左右画像を並べて表示するために狭まった撮像範囲の広角化を同時に図ることが可能となり、高画質でワイド感のある３次元画像の鑑賞ができるようになる。

以下、本発明の各実施形態に係る３次元画像撮像アダプターついて、図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る３次元画像鑑賞の仕組みを解説する図、図２は本発明の第１の実施形態における３次元画像撮像アダプターを示す平面図、図３は専用メガネにおける色収差の発生を説明するための図、図４は本発明の３次元画像撮像アダプターによる色収差の改善効果を説明する図である。図５は本発明の第２の実施形態における３次元画像撮像アダプターを示す平面図である。

まず、本発明の第１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本発明の第１の実施形態における３次元画像撮像アダプターは、左右に並べて表示する左眼用画像と右眼用画像とを撮像する撮像カメラのレンズの前に装着する３次元画像撮像アダプターであって、前記レンズの光軸に対して左右にそれぞれ２つの反射面を使い、前記光軸を中心に略人間の眼幅の間隔で左右に撮像視野を分け、被写体像を左眼用画像と右眼用画像として取り込む左右画像取得手段と、前記左右画像取得手段の左右の被写体側位置に、左右の視野の中心に対して光軸が外側にオフセットされた凹レンズを設ける補正レンズ設置手段とを有するものである。

図１において、液晶等のディスプレイによる表示画面１１には、後述する撮像カメラにより撮像された左眼用画像１２と右眼用画像１３が左右に並べて表示されている。このときの両画像の大きさと相対位置は使用するディスプレイの表示画面の大きさによって異なってくるが、本発明の構成では、画面上で両画像の同一絵柄部分の間隔が鑑賞者の目幅よりも広くなるように表示されている場合が好適である。

鑑賞者１６は、左眼１７と右眼１８の直前に置かれた左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５を通して表示画面１１を見るようになっている。
このとき、左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５は、後述するように両眼の視線の方向をそれぞれ外に向ける働きをもっており、その結果、左眼は左眼用画像１２を、右眼は右眼用画像１３をそれぞれ無理なく観察することができるようになる。

そして、両眼で観察した２つの画像は、同一絵柄部分が重なる形で頭の中で合成され、更に、左右の画像中にわずかな位置のずれがあるとその部分は手前若しくは奥に見えて画像が立体的に見えるようになる。

図２は、上記の鑑賞システムで表示される左右画像を撮像する撮像カメラと左右画像をつくり出す３次元画像撮像アダプターを示している。
図２において、撮像カメラ２５のレンズ２４の前に設けられた３次元画像撮影アダプターは、凹レンズ２１ａとミラー２２ａ、同２３ａから構成された左眼画像の光路と、凹レンズ２１ｂとミラー２２ｂ、同２３ｂから構成された右眼画像の光路とを有する。
入来した左右の被写体像は図示した光路を経て撮像カメラ２５のレンズ２４に入り、撮像カメラ内部の撮像素子（図示せず）で画像信号に変換される。この画像信号は、直接かあるいは既知の録画再生手段を経て図１に示した表示画面１１に表示される。

このとき、凹レンズ２１ａおよび２１ｂはそれぞれ一枚の凹レンズを２分割した一方を使うもので光軸（２分割する前のレンズの中心）を外側に向けてセットされている。このように配置すると撮像素子が撮像する画像の範囲は広く（広角に）なる。但し、このとき左画像は右へ、右画像は左に撮像範囲がシフトするので、左右のミラー２２ａ、２２ｂはこのシフト量を考慮して設置角度を設定する必要がある。
なお、一例として、本実施例では、凹レンズのパワーは−４ｄｐ（ディオプタ）、材料のアッベ数は４１を用いている。

次に、図１に戻り、左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５の構造と働きについて説明する。同図に示すように、左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５は、それぞれ中心から半分に切った凸レンズと凹レンズを用い、凸レンズはレンズの中心が鑑賞者の両眼の外側に、凹レンズは中心が内側になるよう重ねて配置したものである。
このようなレンズを通して見ることにより、左眼用画像１２は右方向に、右眼用画像１３は左方向に視線がシフトしたことに相当し、本来なら目幅より広い間隔の左右の表示画像は重ね合すのが困難であったものが無理なく重ね合せられるようになる。

なお、本実施例で使用する左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５のパワーは、一例として表示画面１１の大きさが４０インチのとき、凸レンズを＋３．０ｄｐ、凹レンズを−２．５ｄｐとし、このときの観賞距離を１．５ｍ〜２ｍとしたときが良好であった。

次に、図３、図４を用いて本発明における色収差の補正を説明する。
一般にレンズは光軸（中心）から外れるほど色収差が大きくなる（倍率色収差）。したがって、レンズを図１の専用メガネのように光軸をオフセットする使い方をした場合、材料の波長分散のため、色によって像のシフト量が変化し、図３に示すように左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５を通過すると波長による屈折量の違いが現れ、例えば、青は大きく屈折し、赤は少なく屈折する。その結果左右の眼に対しては内側に青、外側に赤の輪郭が見えるようになる。この色収差は高画質な３次元画像鑑賞の妨げになる。

そこで、この専用メガネで発生する色収差を打ち消すために、予め撮像カメラ側で逆の色収差を発生させておくことが考えられる。
図４は本実施例における色収差改善効果を説明した図である。図２の光軸を外側に向けてセットされた凹レンズ１２ａおよび１２ｂの作用により、撮像した画像は、図４に示すように表示画面上では例えば白い点が内側の輪郭に赤、外側の輪郭に青がはみ出して表示される。しかし、この色収差のある白い点を前記専用メガネで見ると色収差が相殺されて白い点として見えるようになる。

更に、前記凹レンズ１２ａおよび１２ｂはレンズパワーがマイナスであるから、前述したように、視野を広げる（広角化）作用があり、左右画像を並べて表示することによって画角が狭くなる欠点を改善する効果もある。

次に、本発明の第２の実施形態について、図５を用いて説明する。
本発明の第２の実施形態における３次元画像撮像アダプターは、左右に並べて表示する左眼用画像と右眼用画像とを撮像する撮像カメラのレンズの前に装着する３次元画像撮像アダプターであって、前記レンズの光軸に対して左右の一方に２つの反射面を使い、前記光軸に対し略人間の眼幅の間隔で左右に撮像視野を分け、被写体像を左眼用画像と右眼用画像として取り込む左右画像取得手段と、前記左右画像取得手段における左右の光路上で、光路の中心が前記レンズから等距離の位置に、左右の視野の中心に対して光軸が外側にオフセットされた凹レンズを設ける補正レンズ設置手段とを有するものである。

図５は、本発明の第２の実施形態における３次元画像撮像アダプターであるが、第１の実施形態と異なる点はこの部分だけであるので他の説明は省略する。
図５の３次元画像撮像アダプターは、左右の光路の一方に２枚のミラーを用い、他方はミラーを省略したものである。すなわち、同図において、左側の光路はミラー５２と同５３によりそれぞれ略直角に光路が曲げられている。一方右側の光路はミラーが設置されていない。このとき、左右の光路の間隔は略人間の眼幅の間隔に設定されている。

左右の光路にはそれぞれ凹レンズ５１ａ、５１ｂが図の位置に配置されている。この２つの凹レンズは、前記第１の実施形態における図２の２つの凹レンズ２１ａ、２１ｂと同様に、それぞれ一枚の凹レンズを２分割した一方を使うものでレンズの光軸を外側に向けてセットされている。
この２つの凹レンズの位置は撮像カメラ２５のレンズ２４の先端からの距離（光路長）が等しい点になっている。こうすることにより、左右の被写体像の大きさが揃うようになる。
なお、本実施例では、２つの凹レンズ５１ａ、５１ｂから被写体までの距離が左右で違っているので、厳密にはピント位置や被写体像の大きさ等が左右で異なってくるが、その量は微小であり実用上は許容できる量である。

第２の実施形態における３次元画像撮像アダプターは、前記第１の実施形態における３次元画像撮像アダプターと同様に、２つの凹レンズ５１ａ、５１ｂの働きで撮像視野の広角化と色収差の補正効果を持っており、加えて、ミラーを２枚省略したシンプルな構成であるから小型化、低価格化が図れる特徴を有するものである。

本発明に係る３次元画像鑑賞の仕組みを解説する図である。 本発明の第１の実施形態における３次元画像撮像アダプターを示す平面図である。 専用メガネにおける色収差の発生を説明するための図である。 本発明の３次元画像撮像アダプターによる色収差の改善効果を説明する図である。 本発明の第２の実施形態における３次元画像撮像アダプターを示す平面図である。

符号の説明

１１・・表示画面、 １２・・左眼用画像、 １３・・右眼用画像、 １４・・左眼用レンズ、 １５・・右眼用レンズ、 １６・・鑑賞者、 １７・・左眼、 １８・・右眼
２１ａ、２１ｂ・・凹レンズ、 ２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ・・ミラー ２４・・撮像カメラのレンズ、 ２５・・撮像カメラ
５１ａ、５１ｂ・・凹レンズ、 ５２、５３・・ミラー

Claims (2)

1. 左右に並べて表示する左眼用画像と右眼用画像とを撮像する撮像カメラのレンズの前に装着する３次元画像撮像アダプターであって、
   前記３次元画像撮像アダプターは、
   前記レンズの光軸に対して左右にそれぞれ２つの反射面を使い、前記光軸を中心に略人間の眼幅の間隔で左右に撮像視野を分け、被写体像を左眼用画像と右眼用画像として取り込む左右画像取得手段と、
   前記左右画像取得手段の左右の被写体側位置に、左右の視野の中心に対して光軸が外側にオフセットされた凹レンズを設ける補正レンズ設置手段と
   を有することを特徴とする３次元画像撮像アダプター。
2. 左右に並べて表示する左眼用画像と右眼用画像とを撮像する撮像カメラのレンズの前に装着する３次元画像撮像アダプターであって、
   前記３次元画像撮像アダプターは、
   前記レンズの光軸に対して左右の一方に２つの反射面を使い、前記光軸に対し略人間の眼幅の間隔で左右に撮像視野を分け、被写体像を左眼用画像と右眼用画像として取り込む左右画像取得手段と、
   前記左右画像取得手段における左右の光路上で、光路の中心が前記レンズから等距離の位置に、左右の視野の中心に対して光軸が外側にオフセットされた凹レンズを設ける補正レンズ設置手段と
   を有することを特徴とする３次元画像撮像アダプター。
   
   

Images