JPH09218376A

JPH09218376A - 立体表示装置

Info

Publication number: JPH09218376A
Application number: JP8024346A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shibatani; 岳柴谷; Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】輻輳調節と焦点調節とにより得られた距離の
情報の不一致を減少させ、疲労感の少ない２眼式の立体
表示装置を提供する。【解決手段】本発明の立体表示装置は、輻輳角から注
視点までの距離を求める輻輳距離演算部５と、上記距離
に基づいて表示像面の表示サイズ（画角）を観察者に対
して常に一定に保ったまま、表示像面を両眼に対して前
後方向に移動させるために画像表示部２と結像光学系３
との移動量および移動方向を決定する制御部６と、上記
決定に基づいて画像表示部２と結像光学系３とを移動さ
せる駆動部７とを備えている。これにより、上記表示像
面までの距離、即ち焦点調節によって得られる距離を観
察者が輻輳調節によって認識している注視点までの距離
に近づけることができるので、両者の不一致による不快
感が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体視を可能にす
る立体表示装置、特に、ヘッドマウントディスプレイに
利用可能な２眼式の立体表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表示されるシーンがあたかも３次元空間
であるように見せる立体表示方法には、例えばホログラ
フィ法や２眼式の立体表示方法がある（光技術動向調査
報告書XI、光産業技術振興協会、３０２〜３１２頁、１
９９５年、３月）。上記ホログラフィ法は、ホログラム
を用いて物体からの光を再現し、どの方向からでも観察
できる方式である。しかしながら、ホログラフィ法で
は、動画像表示を行う場合、情報量が膨大なものとな
り、十分な再生能力を持った表示デバイスがない、フル
カラー化が難しいなど、実用化には解決すべき課題が多
い。

【０００３】一方、上記２眼式の立体表示方法は、原理
的に簡単、動画像表示が容易であるなどの理由から実用
化されている。２眼式の立体表示法は人間が左眼と右眼
との両方を用いて行う立体視を利用している。左眼と右
眼とは、数ｃｍ離れて位置しているので、人間は物体の
配置による視差のついた２つの平面画像を見ており、こ
の視差により立体視を行っている。即ち、２眼式の立体
表示法は、視差のついた２つの平面画像を左眼と右眼と
に別個に見せることで人間に立体感を与えている。これ
には、(1) ２つの画像表示手段（例えば、小型のＣＲＴ
やＬＣＤ）を用意し、それぞれを左右どちらかの眼にだ
け見えるようにする、(2) 視差を持った２つの平面画像
を例えば１個のＣＲＴにフィールド毎に左右画像を切り
替えて表示し、これに同期して左右の眼の前に置かれた
シャッターを作動させ、左右画像を別々に見せる方法な
どがある。

【０００４】尚、上記平面画像は、普段人間が実際に両
目で物を見るときと同様、物体の奥行きによって視差の
ついたものであり、人間の両眼の間隔と等しい距離だけ
離した２台のカメラで撮像して得たり、コンピュータに
よって物体の形状や配置情報に基づいて任意の視点から
の映像を計算することにより得られている。

【０００５】ここで、(1) の方法を用いた従来の２眼式
の立体表示装置の一例を図７に基づいて説明する。尚、
図７は片眼に画像を与える光学系のみの概略構成を示す
模式図である。同図において、例えば液晶表示素子から
なる画像表示部１００に映し出された平面画像は、レン
ズ１０１により一定の倍率に拡大され、レンズ１０２を
介して観察者の眼Ｅに入射する。これにより、観察者は
みかけ上、表示像面１０３を見ることになる。このよう
な光学系を左右それぞれの眼に用意することにより、左
眼と右眼とに視差画像を与えることができ、簡単に立体
視を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、人の眼は、
網膜の中心部位だけが解像力が高い等の高性能な機能を
有しているので、注意して見たい物体は、上記中心部位
にて詳しく観察する必要がある。このため、人は眼球
（視線）を常に内向きや外向きに動かしている。このよ
うな眼球の運動は、輻輳調節と呼ばれており、この輻輳
調節によって注視している物体までの距離が分かる。ま
た、人の眼は、注視している物体にピントを合わせる焦
点調節も行っている。

【０００７】一般に、人が直接物体を見る場合、上記輻
輳調節によって得られた注視している物体までの距離
と、上記焦点調節によって得られた注視している物体ま
での距離とは必ず一致しており、輻輳調節と焦点調節と
は整合性がとれた状態になっている。

【０００８】ところが、図７に示した２眼式の立体表示
装置では、輻輳調節と焦点調節との整合性がとれない可
能性がある。つまり、上記立体表示装置では、表示像面
１０３が固定されているので、輻輳調節によって認識さ
れた注視する物体までの距離の情報と、焦点調節によっ
て得られた上記表示像面１０３までの距離の情報とが必
ずしも一致しない。このため、上記立体表示装置では、
輻輳調節と焦点調節とがアンバランスな状態になり、人
に違和感を与え、長時間、表示像面１０３を見続けると
疲労感が生じるという問題がある。

【０００９】上記の疲労感を和らげるためには、輻輳調
節による距離感に合わせて表示画面を前後させて上述し
た不一致を低減させるのがよい。これには、(3) ３次元
ＣＧ（コンピューター・グラフィック）を用いて画面を
作る方法、(4) 視差のある平面画像にパターンマッチン
グ処理を施す方法が考えられる。

【００１０】(3) の方法では、人の左右どちらか一方の
視線から画面上の注視点を検出し、その注視点に表示さ
れている物体を検索し、その配置情報から上記物体まで
の距離を求めて表示画面を移動させている。しかしなが
ら、３次元ＣＧ画面においても観察者が透明な物体を通
してその先にある物体を見ている場合や、鏡面に写った
物体を見ている場合などは、どちらの物体を見ているか
を判別することができない。

【００１１】また、(4) の方法では、平面画像が２台の
ＴＶカメラにて撮影して作られているので、２つの視点
からの映像としての記録しか残らず、撮影された各物体
の奥行き情報は存在しない。このため、物体の奥行き情
報を知るためには、注視点を含む領域を図形として切り
出すとともに、他方の眼に与える画像から同様の図形を
探し出し、それらの図形に対しパターンマッチング処理
を行いズレ量を求める。これにより、このズレ量から奥
行き情報を計算することができる。しかしながら、パタ
ーンマッチング処理をあらゆる図形に対して行うことは
困難であり、またこのような処理を行うためには、高速
画像処理が可能な高性能のコンピューターが必要とな
る。

【００１２】本発明の目的は、どのような立体画像にお
いても、輻輳調節により人が感じ取った注視点までの距
離と、焦点調節により人が感じ取った虚像までの距離と
の差を人の許容範囲内とすることにより、立体画像を長
時間見続けても、人に疲労感をほとんど感じさせない立
体表示装置を簡単な手段で提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明の立体表示装置は、左右それぞれ
の眼に見せる２次元画像を表示する画像表示手段と、上
記２次元画像の虚像を作り出す結像光学手段とを備えた
立体表示装置において、左右それぞれの眼に対して設け
られており、上記虚像の注視点を見ているときの視線の
方向を検出し、眼の輻輳角を求める視線検出手段と、上
記輻輳角に基づいて上記注視点までの距離を演算する輻
輳距離演算手段と、この輻輳距離演算手段の演算結果に
基づいて、上記虚像を両眼に近づく方向または遠ざかる
方向に移動させる虚像移動手段とを備えていることを特
徴としている。

【００１４】上記構成によれば、画像表示手段が表示し
た２次元画像は、結像光学手段を通過することにより虚
像として観察者の前方に作り出される。そして、観察者
が虚像内のある点を注視したときの視線方向を視線検出
手段が検知し、上記視線方向から眼の輻輳角を求める。

【００１５】続いて、輻輳距離演算手段が上記の点まで
の距離を上記輻輳角から演算し、この演算結果を虚像移
動手段に送出する。虚像移動手段は、上記演算結果に基
づいて、虚像の移動量および移動方向を決定し、虚像を
観察者に近づけたり、遠ざけたりする。

【００１６】この結果、虚像を注視点に近づけることが
できるので、自然な虚像への焦点調節が可能になる。即
ち、輻輳調節と焦点調節とのずれが減少するので、観察
者の疲労感や違和感を大幅に軽減することができる。ま
た、表示する立体画像は表示される各物体の奥行き情報
を持つＣＧに限らず、奥行き情報を持たない２系統の自
然映像においても対応できる。さらに、必要な情報は両
眼の視線の角度だけであり、観察者が具体的に何を見て
いるかを判断する必要がないので、簡単な処理で、かつ
簡単な構成で立体視が可能になる。

【００１７】請求項２の発明の立体表示装置は、請求項
１に記載の立体表示装置において、上記虚像移動手段
が、上記結像光学手段の移動量および移動方向を決定す
る制御手段と、上記移動量および移動方向に応じて上記
結像光学手段を個別に移動させる駆動手段とを備えてい
ることを特徴としている。

【００１８】上記構成によれば、虚像を移動させると
き、制御手段は結像光学手段を構成する各光学素子につ
いての移動量と移動方向とを決定する。そして、この決
定に基づいて、駆動手段が上記光学素子をそれぞれ移動
させる。

【００１９】この結果、虚像を作り出す距離に応じて、
結像光学手段における各光学素子の移動量および移動方
向を最適に決定することができるので、虚像の注視点へ
の移動はより一層正確に行うことができ、さらに好適な
立体画像の観察を行うことができる。

【００２０】請求項３の発明の立体表示装置は、請求項
１に記載の立体表示装置において、上記制御手段が、虚
像の移動によっても、観察者から見た虚像の表示サイズ
が一定に保たれるように上記画像表示手段および結像光
学手段のそれぞれの移動量および移動方向を決定するこ
とを特徴としている。

【００２１】上記構成によれば、虚像が観察者に対して
前後方向に移動しても、制御手段は、上記虚像の表示サ
イズ、即ち画角が観察者に対して常に一定に保たれるよ
うに上記画像表示手段および結像光学手段の移動量およ
び移動方向を決定する。

【００２２】この結果、注視点への観察者の視線は、虚
像の移動に伴って前後方向に移動するだけで、虚像に対
して上下方向および左右方向に動かされることがないの
で、より自然な立体画像の観察を行うことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１ないし
図６に基づいて以下に説明する。図１および図２に示す
ように、本発明の立体表示装置は、画像供給部１、画像
表示手段としての画像表示部２、結像光学手段としての
結像光学系３、視線検知手段としての視線検知部４、輻
輳距離演算手段としての輻輳距離演算部５、虚像移動手
段の制御手段としての制御部６、および虚像移動手段の
駆動手段としての駆動部７から構成されている。

【００２４】画像供給部１は、左右両眼に与える３次元
表示用の視差画像信号を作成するものであり、装置本体
と一体化されていても良いし、独立して設けられていて
も良い。上記視差画像信号は、所定の間隔で配置された
２台のＴＶカメラが撮像しているリアルタイムの映像、
ＣＧ用コンピュータやＴＶゲーム機の映像、または立体
画像が記録されたＶＴＲテープに基づく映像などを利用
することができる。

【００２５】画像表示部２は、上記視差画像信号に基づ
く画像を表示するものであり、図２に示すように、左右
それぞれの眼に対応して設けられたＣＲＴ、液晶表示素
子、またはＬＥＤなどの画像表示素子２Ｒ・２Ｌから構
成されている。尚、Ｒ、Ｌはそれぞれ右眼用、左眼用で
あることを表すものであり、以降他の構成要素の符号に
ついても同様にＲ、Ｌを付記する。また、上記画像表示
素子２Ｒ・２Ｌは、接眼部１３の前方に配され、接眼部
１３に対して近づく方向または遠ざかる方向（図中の矢
印の方向）に移動可能に設けられている。

【００２６】ここで、画像表示部２の駆動方法を図３に
基づいて説明する。同図（ａ）に示すように、保持部１
６の一方の端部は画像表示部２を保持しており、画像表
示部２がガイド１７上を移動可能にしている一方、保持
部１６の他方の端部はスクリューシャフト１８の溝部１
８ａに嵌合している。また、スクリューシャフト１８は
図１に示した駆動部７に連結されている。

【００２７】このような構成において、制御部６からの
命令により駆動部７が駆動して、スクリューシャフト１
８が図中の矢印Ａの方向に回転する。この回転に応じて
保持部１６が溝部１８ａに沿って移動する。従って、画
像表示部２はガイド１７上を図中の矢印Ｂの方向に移動
することができる。

【００２８】また、同図（ｂ）に示すような駆動方法と
してもよい。この場合、画像表示部２はラック部１９が
設けられている移動部２０に保持されている。また、上
記ラック部１９は上記駆動部７に連結している歯車２１
に噛み合っている。従って、制御部６からの命令により
駆動部７が駆動すると、歯車２１は図中の矢印Ｃの方向
に回転し、この回転にしたがって移動部２０が図中の矢
印Ｄの方向に駆動され、画像表示部２が移動する。

【００２９】さらに、同図（ｃ）に示すような駆動方法
としてもよい。この場合、画像表示部２は固定部２２に
より固定されており、この固定部２２はケース２３内の
移動板２４に連結されている。この移動板２４はケース
２３の長手方向、即ち軸方向に移動可能に設けられてお
り、スプリング２５を介してケース２３に接続されてい
る。また、ケース２３には上記駆動部７に連結している
ポンプ２６が接続されている。

【００３０】このような構成において、制御部６からの
命令により駆動部７が駆動してポンプ２６がケース２３
内を増圧すると、移動板２４は図中の矢印Ｅの方向に移
動する一方、減圧すると、移動板２４は図中の矢印Ｆの
方向に移動する。従って、画像表示部２は上記矢印Ｅま
たはＦの方向に移動することができる。尚、ポンプ２６
は油圧ポンプや気圧ポンプなどを使用することができ
る。尚、駆動方法は図３（ａ）ないし（ｃ）に示した方
法だけに限られるものではなく、様々な方法を使用する
ことができる。

【００３１】結像光学系３は、上記画像表示部２が表示
した映像を拡大して所定の大きさとし、この映像を観察
者の眼に映すものであり、レンズ８Ｒ・８Ｌおよびレン
ズ９Ｒ・９Ｌから構成されている。また、上記レンズ８
Ｒおよびレンズ８Ｌまたはレンズ９Ｒおよびレンズ９Ｌ
は、図２の矢印の方向に一体的に移動する一方、レンズ
８とレンズ９とは独立して上記矢印の方向に移動可能に
設けられており、図３に示して上述した駆動方法で駆動
される。

【００３２】視線検知部４は、両眼の眼球運動を常時監
視し、虚像としての図４に示す表示像面１５に対する視
線の方向を左右それぞれの眼について検出し、図５に示
す眼の輻輳角αを算出するものである。そして、視線検
知部４は、赤外線照射素子１０Ｒ・１０Ｌ、結像レンズ
１１Ｒ・１１Ｌ、赤外線受光素子１２Ｒ・１２Ｌ、ハー
フミラー１４および図示しない画像処理部から構成され
ている。

【００３３】上記赤外線照射素子１０Ｒ・１０Ｌは、立
体像観察の妨げとならない方向から赤外線を接眼部１３
ののぞき窓１３Ｒ・１３Ｌにあてがわれる右眼Ｅ_Rおよ
び左眼Ｅ_Lにそれぞれ照射するものである。右眼Ｅ_Rお
よび左眼Ｅ_Lの像は、ハーフミラー１４にて結像レンズ
１１Ｒ・１１Ｌの方向へ反射され、結像レンズ１１Ｒ・
１１Ｌによって赤外線受光素子１２Ｒ・１２Ｌ上に結像
される。そして、結像された右眼Ｅ_Rおよび左眼Ｅ_Lの
像は、上記画像処理部において画像処理が施され、視線
方向の角度（図５のβおよびγ）を検出することができ
る。

【００３４】ここで、この検出方法の一例について以下
に説明する。一般に、瞳孔（黒眼）は白眼の部分とのコ
ントラストが十分あるので、黒眼の位置は２値化処理で
簡単に判定できる。そこで、上記画像処理部では、両眼
の画像からそれぞれの瞳孔の重心位置を上記２値化処理
で求めており、この重心位置から左右それぞれの眼の向
き、即ち上記視線方向の角度を求めることができる。

【００３５】また、本番の立体画像鑑賞の前に画面に視
差付きの点像を映して観察者に上記点像を注視させ、そ
のときの眼の位置を数ポイント分プリセット記憶してお
き、さらにはそのときの一番自然に見える虚像までの距
離も調整させるようにすれば、観察者の視機能の個人差
を吸収できるので、更に好ましい立体表示装置とするこ
とができる。

【００３６】また、他の検出方法としては、赤外線照射
素子１０の反射像も赤外線受光素子１２に映るようにし
ておき、黒眼の像に対する反射像（スポット状のハイラ
イト）の相対位置を検出することにより、視線方向を求
める方法もある（3D Image Conference'95講演論文集、
３次元画像コンファレンス'95 実行委員会）。

【００３７】輻輳距離演算部５は、上記輻輳角αから三
角測量の原理に基づいて観察者が注視する点までの距離
を演算するものである。この演算方法を図５に基づいて
以下に説明する。同図において、右眼Ｅ_Rが画像表示素
子２Ｒ上に表示された点Ｐ_Rを見る一方、左眼Ｅ_Lが画
像表示素子２Ｌ上に表示された点Ｐ_Lを見ているとす
る。この場合、観察者は、それぞれの視線を延長し、そ
れらの交点である点Ｐを見ていると認識する。

【００３８】このとき、両眼を結ぶ直線を底辺とし、こ
の底辺と右眼Ｅ_Rおよび左眼Ｅ_Lの視線の方向とがなす
内角をそれぞれβおよびγとすると、上述した輻輳角α
は、１８０°−（β＋γ）で求められ、両眼から点Ｐま
での距離Ｚは、Ｚ＝ｄ×ｓｉｎβ×ｓｉｎγ／ｓｉｎα
で求められる。但し、ｄは上記両眼の間隔である。

【００３９】制御部６は、上記距離Ｚに基づいて画像表
示部２の見かけの表示サイズ、即ち図４に示す画角θを
一定に保ったまま、図４に示した表示像面１５の見かけ
の表示位置を観察者に近づけたり、遠ざけたりするため
に、上記画像表示部２および結像光学系３のレンズ８・
９の移動量および移動方向を決定するものである。

【００４０】駆動部７は、上記移動量および移動方向に
応じて上記画像表示部２および結像光学系３を図２に示
す矢印の方向に移動させるものである。

【００４１】上記構成において、本発明の立体表示装置
の動作について以下に説明する。画像供給部１が作成し
た視差画像信号は、液晶表示素子２Ｒ・２Ｌに送出され
る。液晶表示素子２Ｒ・２Ｌに表示された画像は、それ
ぞれレンズ８Ｒ・９Ｒおよび８Ｌ・９Ｌを介して右眼Ｅ
_Rおよび左眼Ｅ_Lに映し出される。これにより、観察者
は、表示像面１５の位置に３次元画像を見ることにな
る。

【００４２】ここで、観察者が上記３次元画像内の物
体、例えば図５に示した点Ｐを見たとする。このとき、
視線検知部４が検知した視線方向の角度から、輻輳距離
演算部５が図５に示して上述した距離Ｚを求める。

【００４３】次に、制御部６が上記距離Ｚに基づいて画
像表示部２および結像光学系３のレンズ８・９の移動量
および移動方向を決定する。この制御方法を図６に基づ
いて以下に説明する。一般に、レンズの焦点距離をｆ、
画像表示手段とレンズとの距離をａ、レンズから虚像ま
での距離をｂとすると、距離ｂは幾何光学的に結像公式
１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂで求められ、虚像はｂ／ａの倍
率で拡大される。

【００４４】即ち、本立体表示装置では、同図（ａ）に
示すように、レンズ８の焦点距離をｆ₁、画像表示部２
とレンズ８との距離をａ₁、レンズ８から虚像１５ａま
での距離をｂ₁とすると、距離ｂ₁は１／ｆ₁＝１／ａ
₁＋１／ｂ₁で求められ、虚像１５ａは画像表示部２が
表示した画像をｂ₁／ａ₁倍に拡大したものとなる。

【００４５】そして、同図（ｂ）に示すように、レンズ
９の焦点距離をｆ₂、虚像１５ａとレンズ９との距離を
ａ₂、レンズ９から表示像面１５までの距離をｂ₂とす
ると、距離ｂ₂は１／ｆ₂＝１／ａ₂＋１／ｂ₂で求め
られ、表示像面１５は虚像１５ａのｂ₂／ａ₂倍、即ち
上記画像をｂ₁×ｂ₂／ａ₁×ａ₂倍に拡大したものと
なる。

【００４６】これにより、同図（ｃ）に示すように、眼
Ｅとレンズ９との間の距離をｃとすると、眼Ｅから表示
像面１５までの距離Ｌはｂ₂＋ｃとなる。

【００４７】そして、上記距離Ｌと表示像面１５の大き
さから画角θを求めることができる。そこで、本立体表
示装置では、上述した距離Ｚと距離Ｌとを一致させると
ともに、上記画角θが常に一定になるように制御部６が
画像表示部２およびレンズ８・９の移動方向および移動
量を決定する。

【００４８】例えば、上記距離Ｚが小さい場合、図４
（ａ）に示すように、制御部６は、表示像面１５が眼Ｅ
に近づくように、かつ上記画角θが常に一定になるよう
に画像表示部２および結像光学系３のレンズ８・９の移
動量および移動方向をそれぞれ決定する。

【００４９】一方、上記距離Ｚが大きい場合、図４
（ｂ）に示すように、制御部６は、表示像面１５が眼Ｅ
から遠ざかるように、かつ上記画角θが常に一定になる
ように画像表示部２および結像光学系３のレンズ８・９
の移動量および移動方向をそれぞれ決定する。

【００５０】そして、上記移動方向および移動量に基づ
いて駆動部７が画像表示部２および結像光学系３を所定
の方向に移動させる。

【００５１】これにより、観察者の輻輳調節により認識
した点Ｐまでの距離と、焦点調節により得られた表示像
面１５までの距離を一致させることができるので、両者
の不一致による不快感を著しく減少させることができ
る。また、表示される立体画像は、３次元ＣＧのみなら
ず、２台のＴＶカメラが撮像した映像などあらゆる映像
について利用できる。さらに、本装置では両眼の視線方
向のみで画像表示部２および結像光学系３の制御を行っ
ており、撮影された物体の奥行き情報を抽出する必要が
なくなるので、簡単な処理で、かつ簡単な構成で立体視
を実現することができる。

【００５２】ところで、上述した差は、必ずしも一致さ
せる必要はなく、人の視機能の許容範囲内に収めるよう
に、表示像面１５の見かけの位置を調整できればよい。
特に以下の理由から注視している物体の見かけ上の範囲
が１５０ｍｍ〜２ｍの近距離域で調整できれば上記不一
致による不快感を大幅に削減することができる。上記理
由とは、実際に物体を見る場合、近距離域においては、
物体までの距離変化に対して輻輳角や焦点調節量（水晶
体の厚み調整）の度合いが大きくなり、両者がずれた場
合の不一致感が大きくなる一方、遠距離になるほど上記
度合いが小さくなり、焦点調節を行わなくてもピントの
合う距離範囲が広がるからである。

【００５３】また、上記制御部６は、上述した移動量お
よび移動方向を決定する際、表示像面１５のみかけの大
きさ、即ち画角θが常に一定になるようにしているの
で、注視している物体の見かけの大きさが変化しない。
このため、見かけの表示像面１５が前後方向に移動して
も、上記物体への視線が上下左右に動かされることがな
い。即ち、視線は表示像面１５の見かけの前後移動に伴
い、方向は変えずに長さだけが伸縮する。これにより、
観察者は注視状態を妨害されることなく、より自然に表
示像面１５を注視することができる。

【００５４】以上のように、本発明の立体表示装置で
は、あらゆる立体画像において、注視している物体の距
離に応じて輻輳調節により得られる距離感と焦点調節に
より得られる距離感とを一致させるとともに、表示像面
１５の見かけの表示サイズを一定に保ち上記物体への視
線を動かさないように、制御部６が画像表示部２および
結像光学系３の移動量および移動方向を決定している。

【００５５】これにより、どのような立体画像において
も、上述した両距離感の不一致による不快感が減少し、
自然な立体画像の観察を行うことができる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明の立体表
示装置は、左右それぞれの眼に見せる２次元画像を表示
する画像表示手段と、上記２次元画像の虚像を作り出す
結像光学手段とを備えた立体表示装置において、左右そ
れぞれの眼に対して設けられており、上記虚像の注視点
を見ているときの視線の方向を検出し、眼の輻輳角を求
める視線検出手段と、上記輻輳角に基づいて上記注視点
までの距離を演算する輻輳距離演算手段と、この輻輳距
離演算手段の演算結果に基づいて、上記虚像を両眼に近
づく方向または遠ざかる方向に移動させる虚像移動手段
とを備えている構成である。

【００５７】これにより、輻輳調節によって認識された
虚像の注視点までの距離と、焦点調節によって得られた
虚像までの距離との差を人の許容範囲内に収めることが
できるので、観察者の疲労感や違和感を大幅に軽減する
ことができるという効果を奏する。また、表示する立体
画像は３次元ＣＧに限らず、２系統の自然映像において
も対応できるという効果を併せて奏する。さらに、物体
の奥行き情報を抽出する必要がなくなるので、簡単な処
理で、かつ簡単な構成で立体視を行うことができるとい
う効果も奏する。

【００５８】請求項２の発明の立体表示装置は、請求項
１に記載の立体表示装置において、上記虚像移動手段
が、上記結像光学手段の移動量および移動方向を決定す
る制御手段と、上記移動量および移動方向に応じて上記
結像光学手段を個別に移動させる駆動手段とを備えてい
る構成である。

【００５９】これにより、虚像が作り出される距離に応
じて、結像光学手段を構成する各光学素子の移動量およ
び移動方向を適宜変更することができるので、虚像の注
視点への移動はより一層正確に行うことができ、さらに
好適な立体画像の観察を行うことができるという効果を
奏する。

【００６０】請求項３の発明の立体表示装置は、請求項
１に記載の立体表示装置において、上記制御手段が、虚
像の移動によっても、観察者から見た虚像の表示サイズ
が一定に保たれるように上記画像表示手段および結像光
学手段のそれぞれの移動量および移動方向を決定する構
成である。

【００６１】これにより、注視点への観察者の視線は、
虚像の移動に伴って前後方向に移動するだけで、虚像に
対して上下方向および左右方向に動かされることがない
ので、より自然な立体画像の観察を行うことができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体表示装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】実施の形態にて使用した立体表示装置の光学系
の概略構成を示す斜視図である。

【図３】（ａ）ないし（ｃ）は、図２に示した画像表示
部および結像光学系の駆動方法を例を示した概略の説明
図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）は表示像面と結像光学系と
観察者の眼との位置関係を示した説明図である。

【図５】観察者の両眼から注視している物体までの距離
を求めるための視線の角度の関係を示す図である。

【図６】（ａ）ないし（ｃ）は、画像表示部および結像
光学系の各レンズと虚像との距離関係を示す図である。

【図７】従来の立体表示装置の光学系の概略構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

２画像表示部（画像表示手段）３結像光学系（結像光学手段）４視線検知部（視線検知手段）５輻輳距離演算部（輻輳距離演算手段）６制御部（制御手段）７駆動部（駆動手段）１５表示像面（虚像）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】左右それぞれの眼に見せる２次元画像を表
示する画像表示手段と、上記２次元画像の虚像を作り出
す結像光学手段とを備えた立体表示装置において、左右それぞれの眼に対して設けられており、上記虚像の
注視点を見ているときの視線の方向を検出し、眼の輻輳
角を求める視線検出手段と、上記輻輳角に基づいて上記注視点までの距離を演算する
輻輳距離演算手段と、この輻輳距離演算手段の演算結果に基づいて、上記虚像
を両眼に近づく方向または遠ざかる方向に移動させる虚
像移動手段とを備えていることを特徴とする立体表示装
置。
【請求項２】上記虚像移動手段は、上記結像光学手段の
移動量および移動方向を決定する制御手段と、上記移動
量および移動方向に応じて上記結像光学手段を個別に移
動させる駆動手段とを備えていることを特徴とする請求
項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】上記制御手段は、虚像の移動によっても、
観察者から見た虚像の表示サイズが一定に保たれるよう
に上記画像表示手段および結像光学手段のそれぞれの移
動量および移動方向を決定することを特徴とする請求項
１に記載の立体表示装置。