JPH10133306A

JPH10133306A - 三次元像撮像装置

Info

Publication number: JPH10133306A
Application number: JP8304252A
Authority: JP
Inventors: Kan Shen-Pin; カンシェン−ピン; Ryu Chun-Fa; リュウチュン−ファ
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＬＲ（単レンズ反射）カメラまたはＣＣＤ
（電荷結合素子）デジタルカメラのような像捕捉装置に
結合されて三次元像を形成することのできる三次元像撮
像装置を提供する。【解決手段】三次元像撮像装置は被写体の左眼視像と
右眼視像を捕捉するための少なくとも二つの孔を含む。
単純化された光学系が、それら二つの孔によりそれぞれ
受け入れられる光ビームを二つのシャッター手段または
高帯域偏光ビームスプリッタと光学的遅延器の組合わせ
により連続する期間に像感知装置へ導くために用いられ
る。単純化された光学系の使用により、この三次元像撮
像装置は一つのレンズユニットだけと、像感知装置に一
つのＣＣＤユニットあるいは１巻の写真フイルムだけを
必要とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に係り、よ
り具体的には、三次元像を形成するＳＬＲ（単レンズ反
射）カメラあるいはデジタルカメラのような像捕捉装置
に接続されることができる三次元像撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元像撮像装置は少なくとも二
つの異なる見る角度から撮られた同じ被写体の少なくと
も二つの像（以下、左眼視および右眼視と称される）を
重ね合わせることにより被写体の三次元像を撮ってい
る。したがって、これらの従来の三次元像撮像装置は三
次元像を形成するために少なくとも二つのカメラ、また
は二つのレンズを有する単一のカメラが備えられなけれ
ばならない。その三次元像はＣＣＤ（電荷結合素子）ユ
ニットあるいは写真フイルムのような像感知手段によっ
て捕捉される。

【０００３】ＣＣＤユニットによって、その三次元像は
コンピュータモニタ上での表示のために、または、表示
される前に特殊効果のためのデジタルの絵画的操作のた
めに直接、デジタルの形に変換されることができ、また
写真フイルムによって、その三次元像は写真のプリント
に現像されることができる。しかしながら、従来の三次
元像撮像装置は幾つかの欠点を有する。

【０００４】第１に、三次元像を捕捉するための二つの
カメラの使用は二つのＣＣＤユニットまたは像を記録す
るための２巻の写真フイルムを必要とすることにもな
る。これはシステムを複雑にし、かさばらせる。さら
に、二つのＣＣＤユニットからの２組の像データを単一
の三次元像を形成するように纏めるのは通常、困難であ
る。

【０００５】第２に、二つのレンズ付きの一つのカメラ
が用いられる場合でも、二つのＣＣＤユニットまたは２
巻の写真フイルムが必要とされ、これもやはりカメラ内
部の撮像装置を複雑にし、かさばらせる。その上、現在
の技術によるデジタルカメラで実施するには非常に高価
な部品を使用する必要がある。前述の理由から、従来の
三次元像撮像装置は未だ市場で競争できるにはほど遠
い。小型でかなり低いコストで作れる三次元像撮像装置
に対する要望がある。

【０００６】使用者が三次元像の三次元映像効果を見る
には幾つかの方法がある。第１に、フイルムに記録され
た像を写真に焼き付けた後、走査されてコンピュータに
入れられ、それからカラープリンタでプリントされ得
る。そのプリントアウトの上にレンチキュラーを置くこ
とにより、使用者はそれから三次元映像効果を見ること
ができる。

【０００７】第２に、ＣＣＤユニットにより感知された
それぞれの眺めの二つの像信号はコンピュータによりイ
ンターリーブ（交互配置）されて単一の像とされ、それ
がカラープリンタでプリントされ得る。このプリントア
ウトの上にレンチキュラーを置くことにより、使用者は
そこから三次元映像効果を見ることもできる。

【０００８】第３に、ＣＣＤユニットにより感知された
それぞれの眺めの二つの像信号はコンピュータにより連
続的にインターリーブされて単一の像とされることがで
き、それがモニター上に表示され得る。その表示された
像のインターリーブに同期して左右の接眼素子が切り替
わるＬＣＤ（液晶表示）シャッタを着けることにより、
使用者はそのモニター上に表示された像の三次元映像効
果を見ることができる。

【０００９】第４に、もし被写体から反射された左右の
眺めの光ビームが異なって偏光されていれば、使用者は
それに対応して偏光されたガラスで作られた二つの接眼
レンズを持つ眼鏡を掛けることにより、重ね合わされた
像の三次元映像効果を見ることができる。

【００１０】第５に、異なる色フィルタがそれぞれの眺
めの二つの像の色分けのために用いられることができ
る。例えば、もし、左眼視像が赤色フィルタで処理され
右眼視像が青色フィルタで処理されていて、その二つの
像がインターリーブされてモニター上に表示されていれ
ば、使用者は赤の左接眼素子と青の左接眼素子を持つ眼
鏡を掛けることによりモニター像の色彩三次元映像効果
を見ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の三次元像撮像装
置の大きな欠点は、前述の三次元映像効果のどれを見る
にも、少なくとも二つのＣＣＤユニットまたは２巻の写
真フィルムが左眼視像と右眼視像をそれぞれ記録するた
めに用いられなければならないことである。そのため従
来の三次元像撮像装置の光学系の構造は複雑でかさば
り、また組み立てるのが難しい。したがって、三次元像
の記録のために１個のＣＣＤユニットまたは１巻の写真
フィルムだけが必要とされる新しい三次元像撮像装置に
対する要望がある。これが三次元像撮像装置を市場にお
いて、より競争力のあるものとすることをかなり可能に
するであろう。

【００１２】したがって、本発明の主な目的は、小型に
作られ得るように、三次元像の記録に１個のＣＣＤユニ
ットまたは１巻の写真フィルムだけを必要とする構造の
簡単な三次元像撮像装置を提供することである。

【００１３】本発明の他の目的は、従来の三次元像撮像
装置に比べ非常に低減されたコストで作られ得るように
構造の簡単な三次元像撮像装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述したような本発明の
目的に従って、新規で改良された三次元像撮像装置が提
供される。その三次元像撮像装置は一つのレンズユニッ
トと一つの像感知装置に結合されることができる光学ユ
ニットを含む。その像感知装置はＣＣＤユニットまたは
写真フィルムであってもよい。三次元像撮像装置の二つ
の主要な実施例が開示されている。

【００１５】三次元像撮像装置の第１の実施の形態にお
いて、光学ユニットは、被写体の左眼視像を表わす第１
の光ビームを受けるための左眼孔と、その被写体の右眼
視像を表わす第２の光ビームを受けるための右眼孔を含
む。第１および第２の光学的手段が第１および第２の光
ビームをそれぞれ第１および第２の光路に導くために用
いられる。第１および第２のシャッター手段がそれぞれ
前述の第１および第２の光学的手段に結合されている。
第１および第２のシャッター手段は第１および第２の光
ビームが連続する期間に通過して第３の光学的手段に行
けるように連続して開くように制御される。その第３の
光学的手段（ビームスプリッタ）は第１および第２の光
ビームの両方を共通の伝播路に導くために用いられる。
レンズユニットが、連続する期間の第１および第２の光
ビームを像感知装置の上に焦点合わせをするために、前
述の共通の伝播軸の上に結合されている。第１の光ビー
ムにより表わされる左眼視像と第２の光ビームにより表
わされる右眼視像はこのようにして連続的に像感知装置
により記録される。前述の像感知装置上の左眼視像と右
眼視像との重ね合わせが被写体の三次元像を形成する。

【００１６】三次元像撮像装置の第１の実施の形態にお
いて、第３の光学的手段は高帯域偏光ビームスプリッタ
であり、また、二つのシャッター手段は省かれてそれら
のスイッチング機能は一つの光学的遅延器（移相子）で
置き換えられる。その高帯域偏光ビームスプリッタは前
述の第１および第２の光路の交差するところに置かれ
て、第１の光ビームのＳ偏光成分を脇へ方向転換させる
一方、その第１の光ビームのＰ偏光成分を共通の伝播路
に導かれるようにし、また同時に、第２の光ビームのＰ
偏光成分を脇へ逸らす一方、その第２の光ビームのＳ偏
光成分を前述の共通の伝播路に導かれるようにすること
ができるものである。光学的遅延器は一緒にされた第１
の光ビームのＳ偏光成分と第２の光ビームのＰ偏光成分
を受けて、第１の光ビームと第２の光ビームのこれら二
つの部分がその中を連続的に通過させるように制御され
る。偏光子が前述の光学的遅延器を通過した光を偏光さ
せるために前述の光学的遅延器に結合されている。そこ
で、レンズユニットは偏光子を通過した光を像感知装置
上に結像させるために用いられる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１について述べると、そこには
本発明に従う三次元像撮像装置の望ましい実施例の斜視
図が示されている。この実施例では、三次元像撮像装置
は光学的ユニット１、レンズユニット２、左眼孔３、右
眼孔４、および像感知装置５を含んでいる。この三次元
像撮像装置は立体の被写体７を左眼と右眼の孔３、４か
らのそれぞれ異なる視角で眺めることにより、被写体７
の三次元像を捕捉するために用いられる。このようにし
て得られる二つの像は、それから光学的ユニット１によ
り単一の三次元像へと重ね合わされる。

【００１８】図１で、参照番号８は被写体７から反射さ
れて左眼孔３により受けられる光ビームを示し、また、
参照番号９は被写体７から反射されて右眼孔４により受
けられる光ビームを示している。レンズユニット２は一
端を光学的ユニット１の後ろに結合され、また、他端を
像感知装置５に結合されている。光学的ユニット１によ
り捕捉された三次元像は像感知装置５によって記録され
る。いろいろな実施例において、像感知装置５は三次元
像のデジタルな描出のためのＣＣＤユニット、または、
写真プリントへの三次元像の描出のための写真フイルム
とすることができる。

【００１９】図２は図１の三次元像撮像装置の詳細な内
部構造を示す。図示されているように、光学的ユニット
１は、第１の回動鏡１０、第１のＬＣＤ（液晶表示）シ
ャッター１１、ビームスプリッタ１２、第２の回動鏡１
３、第２のＬＣＤシャッター１４、および固定された鏡
１５を含み、また、レンズユニット２は、光学的ユニッ
ト１からの三次元像を像感知装置５の上に結ばせるため
の１群のレンズ１６、１７を含んでいる。他のいろいろ
な実施例では、ＬＣＤシャッター１１、１４は機械的シ
ャッター、または偏光子シャッターに置き換えられるこ
とができ、ビームスプリッタ１２は板状のビームスプリ
ッタまたは立方体状のビームスプリッタとすることがで
き、また、鏡１０、１３、１５は光ビームを望まれる方
向に反射または屈折することのできる平面鏡、曲面鏡、
またはプリズムのいずれかとすることができる。

【００２０】動作では、被写体７の左眼視を表わすビー
ム８は左眼孔３を経て、また、その右眼視を表わすビー
ム９は左眼孔４を経て、光学的ユニット１の内部に受け
入れられる。光学的ユニット１の内部では、光ビーム９
は第１の回動鏡１０により第１のＬＣＤシャッター１１
へ反射される。もし、第１のＬＣＤシャッター１１が開
かれていれば、反射された第１の回動鏡１０からのビー
ムはそこを通過してビームスプリッタ１２へ行く。ビー
ムスプリッタ１２において、光ビーム９は、例えば半分
（５０％）だけレンズユニット２へ反射される。

【００２１】同時に、左眼孔３に入るビーム８は第２の
回動鏡１３により第２のＬＣＤシャッター１４へ反射さ
れる。もし、第２のＬＣＤシャッター１４が開かれてい
れば、光ビーム８はそこを通過して固定された鏡１５へ
行き、その鏡１５が光ビーム８をビームスプリッタ１２
へ反射する。ビームスプリッタ１２は光ビーム８の半分
（５０％）がそこを通過してレンズユニット２へ行くよ
うにさせる。

【００２２】第１と第２のＬＣＤシャッター１１、１４
は、それら二つのＬＣＤシャッター１１、１４が順次、
開けられるように制御する電子的制御器（図示されてい
ない）により連携して制御される。シャッターリリース
（図示されていない）が使用者によ押し下げられる度
に、第１の期間、第２のＬＣＤシャッター１４が閉じら
れたままでまず第１のＬＣＤシャッター１１が開けら
れ、それから第２の期間、第１のＬＣＤシャッター１１
が閉じられて第２のＬＣＤシャッター１４が開けられ
る。このシャッター機構は像感知装置５に第１の期間で
右眼視像を、それから第２の期間で左眼視像を記録させ
る。

【００２３】三次元像撮像装置からのいろいろな距離だ
け離れている被写体の三次元像を撮るために、第１およ
び第２の回動鏡１０、１３は図３Ａおよび３Ｂにそれぞ
れ示されているように、適切な向きに調節されることが
できる。図３Ａに示されている第１および第２の回動鏡
１０、１３の向きは遠くにある被写体の三次元像を考慮
したものであり、図３Ｂに示されているそれらの向きは
近くにある被写体の三次元像を考慮したものである。

【００２４】他のいろいろな改変において、色フィルタ
（図示されていない）が色分離の目的で光ビーム８、９
のための光学路に置かれることができる。偏光子（図示
されていない）も偏光視効果のために光ビーム８、９を
偏光させるのに用いられ得る。左眼孔３と右眼孔４の間
の間隔を調節することはその結果得られる三次元像に対
してズーム効果をもたらす。

【００２５】図４について述べると、そこには本発明に
従う三次元像撮像装置の他の望ましい実施例が示されて
いる。この概略図において、参照番号８Ｓと８Ｐは９０
゜の位相差をもって偏光される左眼視の光ビームのＳ偏
光成分とＰ偏光成分を示し、また、参照番号９Ｓと９Ｐ
は９０゜の位相差をもって偏光される右眼視の光ビーム
のＳ偏光成分とＰ偏光成分を示す。光学的ユニット１は
ここでは、第１の鏡１０、第２の鏡１３、第３の鏡１
５、高帯域偏光ビームスプリッタ１２、光学的遅延器
（移相子）２２、および偏光子２１を含んでいる。高帯
域偏光ビームスプリッタ１２の帯域幅は波長で４，００
０Ａ（オングストローム）から７，０００Ａまでの範囲
にある。

【００２６】動作において、光ビーム（８Ｓ，８Ｐ）は
左眼孔を通って光学的ユニット１の内部に受け入れられ
る。光学的ユニット１の内部では、光ビーム（８Ｓ，８
Ｐ）は第２の鏡１３と第３の鏡１５により高帯域偏光ビ
ームスプリッタ１２の前側に導かれる。高帯域偏光ビー
ムスプリッタ１２は、Ｓ偏光成分８Ｓを左に方向転換さ
せるけれどもＰ偏光成分８Ｐがその中を真っ直ぐに通過
してその後ろ側から出ていくのを許すように向けて置か
れる。

【００２７】同様に、光ビーム（９Ｓ，９Ｐ）は右眼孔
を通って光学的ユニット１の内部に受け入れられる。光
学的ユニット１の内部では、光ビーム（９Ｓ，９Ｐ）は
第１の鏡１０により、Ｓ偏光成分９Ｓをその後ろ側に方
向転換させるけれどもＰ偏光成分９Ｐがその中を通過し
てその左側から出ていくのを許す高帯域偏光ビームスプ
リッタ１２の右側に導かれる。

【００２８】上述のことの結果、左眼視の光ビームのＰ
偏光成分８Ｐと右眼視の光ビームのＳ偏光成分９Ｓが共
に高帯域偏光ビームスプリッタ１２の後ろ側から光学的
遅延器２２へ出ていく。電子的手段による制御のもと
で、光学的遅延器２２はＰ偏光光またはＳ偏光光がそこ
を通過するのを選択的に許すことができる。本発明によ
ると、光学的遅延器２２はＰ偏光ビーム８ＰとＳ偏光ビ
ーム９Ｓがそこを順次に通過するのを許すように制御さ
れる。光学的遅延器２２を通過した光はそれから次の偏
光子２１によって偏光され、レンズ１６、１７によって
像感知装置５の上に結像される。

【００２９】図５について述べると、そこには本発明に
従う三次元像撮像装置の更に他の望ましい実施例が示さ
れている。この実施例は、第２のＬＣＤシャッター１４
が、鏡１５に先行する代わりに、ここでは鏡１５に後続
して配置されていることを除いて、図２に示されている
実施例と実質的に同じである。図２の実施例と同様、こ
この二つのＬＣＤシャッター１１、１４も右眼孔からの
光と左眼孔からの光がビームスプリッタ１２とレンズ１
６、１７を通って像感知装置５に連続的に送られるよう
に開閉が制御される。

【００３０】これまでの説明は本発明の三次元像撮像装
置の他のいろいろな改変の内のいくつかだけである。更
に他の改変が可能である。これらの改変および同様な配
置の全てはこの発明の範囲と精神の中に包含され、それ
らは次の特許請求の範囲に規定されている。

【図面の簡単な説明】

本発明は添付図面を参照して次の望ましい実施例の詳細
な説明を読むことによって、より完全に理解でき、ここ
に、

【図１】本発明に従う三次元像撮像装置の斜視図であ
る。

【図２】図１の三次元像撮像装置における光学系の概略
の断面図である。

【図３】いろいろな距離にある被写体の三次元像を撮る
ための、図２の光学系における二つの平面鏡の調節を示
すために用いられる概略図である。

【図４】本発明に従う三次元像撮像装置の他の実施例の
概略図である。

【図５】本発明に従う三次元像撮像装置の更に他の実施
例の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596170000 Ｎｏ．195，ＣｈｕｎｇＨｓｉｎｇＲｏａｄ，Ｓｅｃ．４，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎｃｈｕ 31015，Ｔａｉｗａｎ, Ｒ．Ｏ．Ｃ. (72)発明者チュン−ファリュウ台湾ユンリン郡シロウチェン，シアナンサブ−ワード，アリー６，75号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）被写体の左眼視像を表わす第１の
光ビームを受けるための左眼孔と、（ｂ）前記被写体の右眼視像を表わす第２の光ビームを
受けるための右眼孔と、（ｃ）前記左眼孔により受けられた前記第１の光ビーム
を導くための第１の光学的手段と、（ｄ）前記右眼孔により受けられた前記第２の光ビーム
を導くための第２の光学的手段と、（ｅ）前記第１の光学的手段に光学的に結合され、前記
第１の光ビームを制御により通過させてやるための第１
のシャッター手段と、（ｆ）前記第２の光学的手段に光学的に結合され、前記
第２の光ビームを制御により通過させてやるための第２
のシャッター手段と、（ｇ）前記第１のシャッター手段と前記第２のシャッタ
ー手段に光学的に結合され、前記第１のシャッター手段
からの前記第１の光ビームと前記第２のシャッター手段
からの前記第２の光ビームを共通の伝播軸に導くための
第３の光学的手段と、（ｈ）前記共通の伝播軸に結合され、前記第１の光ビー
ムと前記第２の光ビームとを一つの焦点面上で合わせる
ためのレンズユニットと、（ｉ）前記レンズユニットに結合され前記焦点面にそろ
えられた、前記第１の光ビームにより表わされる左眼視
像と前記第２の光ビームにより表わされる右眼視像を連
続的に記録するための像感知装置とを有し、前記像感知装置上の左眼視像と右眼視像との重ね合わせ
が前記被写体の三次元像を形成する、被写体の三次元像
を撮るための三次元像撮像装置。
【請求項２】前記第１および第２のシャッター手段が
液晶装置シャッターである請求項１記載の三次元像撮像
装置。
【請求項３】前記第１および第２のシャッター手段が
機械的シャッターである請求項１記載の三次元像撮像装
置。
【請求項４】前記第１および第２のシャッター手段が
偏光子シャッターである請求項１記載の三次元像撮像装
置。
【請求項５】前記第３の光学的手段が少なくとも板状
のビームスプリッタを含む請求項１記載の三次元像撮像
装置。
【請求項６】前記第３の光学的手段が少なくとも立方
体状のビームスプリッタを含む特許請求の範囲第１項記
載の三次元像撮像装置。
【請求項７】前記第１の光学的手段が第１の回動鏡を
含み、また前記第２の光学的手段が第２の回動鏡を含
み、前記第１および第２の回動鏡がそれらの向きをいろいろ
な被写体距離に合わせて調節可能である請求項１記載の
三次元像撮像装置。
【請求項８】前記第１および第２の光学的手段が、前
記第１および第２の光ビームの色分離のための少なくと
も一つの色フィルタを含む請求項１記載の三次元像撮像
装置。
【請求項９】前記第１および第２の光学的手段が、前
記第１および第２の光ビームの偏光のための少なくとも
一つの偏光子を含む請求項１記載の三次元像撮像装置。
【請求項１０】前記第１および第２のシャッター手段
が電子的手段により連続して開くよう制御される請求項
１記載の三次元像撮像装置。
【請求項１１】前記像感知装置が三次元像を記録する
ためのＣＣＤユニットを含む請求項１記載の三次元像撮
像装置。
【請求項１２】前記像感知装置が三次元像を記録する
ための写真フイルムを含む請求項１記載の三次元像撮像
装置。
【請求項１３】（ａ）被写体の左眼視像を表わす第１
の光ビームを受けるための左眼孔と、（ｂ）前記被写体の右眼視像を表わす第２の光ビームを
受けるための右眼孔と、（ｃ）前記左眼孔により受けられた第１の光ビームを第
１の光路に導くための第１の光学的手段と、（ｄ）前記右眼孔により受けられた第２の光ビームを前
記第１の光路と交差する第２の光路に導くための第２の
光学的手段と、（ｅ）前記第１および第２の光路の交差するところに置
かれ、前記第１の光ビームの第２の偏光成分を脇へ方向
転換させる一方、前記第１の光ビームの第１の偏光成分
を共通の伝播路に導かれるようにし、また、同時に、前
記第２の光ビームの第１の偏光成分を脇へ逸らす一方、
前記第２の光ビームの第２の偏光成分を前記共通の伝播
路に導かれるようにすることのできる高帯域偏光ビーム
スプリッタと、（ｆ）前記共通の伝播路の上に結合され、前記第１の光
ビームの第１の偏光成分と前記第２の光ビームの第２の
偏光成分とを連続的に通過させるように制御されること
のできる光学的遅延器手段と、（ｇ）前記光学的遅延器手段に結合され、その光学的遅
延器手段を通過する光を偏光させるための偏光子手段
と、（ｈ）前記偏光子手段に結合され、その偏光子手段を通
過した光を焦点面上に結像させるためのレンズユニット
と、（ｉ）前記レンズユニットに結合され前記焦点面にそろ
えられた、前記第１の光ビームの第１の偏光成分により
表わされる左眼視像と前記第２の光ビームの第２の偏光
成分により表わされる右眼視像とを連続的に記録するた
めの像感知装置を有し、前記像感知装置上の左眼視像と右眼視像との重ね合わせ
が前記被写体の三次元像を形成する、被写体の三次元像
を撮るための三次元像撮像装置。
【請求項１４】前記第１の光学的手段が前記第１の光
ビームを前記高帯域偏光ビームスプリッタの第１の側面
に導くための二つの鏡を含み、また、前記第２の光学的手段が前記第２の光ビームを前記高帯
域偏光ビームスプリッタの第２の側面に導くための一つ
の鏡を含む請求項１３記載の三次元像撮像装置。
【請求項１５】前記像感知装置が三次元像を記録する
ためのＣＣＤユニットを含む請求項１３記載の三次元像
撮像装置。
【請求項１６】前記像感知装置が三次元像を記録する
ための写真フイルムを含む請求項１３記載の三次元像撮
像装置。