JP2006195084A - Display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、眼球から数センチ〜数十センチの距離に配置されて、画像情報に基づいて光を眼球に照射することによって、利用者に映像を認識させることができる表示装置に関する。 The present invention relates to a display device that is arranged at a distance of several centimeters to several tens of centimeters from an eyeball and that allows a user to recognize an image by irradiating the eyeball with light based on image information.
図22は、第1の従来の技術の表示装置1の構成を示す模式図である。第1の従来の技術では、点光源2から出射した光は、透過型フィルム3を通ってレンズ4によって集光される。集光された光は、瞳孔5を通って網膜6に達し、網膜6にフィルムと同一の画像が投影される。
FIG. 22 is a schematic diagram showing the configuration of the
第1の従来の技術では、点光源2から出射される光の光路はひとつに限られるためフィルム3によって形成された像は、ぼやけることなく網膜に達する。したがって、使用者の視力に関わらず、あるいは使用者の水晶体がどのような厚みであっても、すなわち使用者が近くを見ていたとしても、遠くを見ていいたとしても、使用者は、明瞭な画像を認識することが可能である(たとえば特許文献1参照)。
In the first prior art, since the light path of the light emitted from the
図23は、第2の従来の技術の表示装置7の構成を示す模式図である。第2の従来の技術では、光源8から出射された光は、第1レンズ9によって集光される。前記光源8から出射された光は、集光の過程でスキャンシステム10によって、たとえばラスターパターンで走査され、射出瞳拡大素子11上で焦点を結ぶ。射出瞳拡大素子11は、回折格子、拡散板、レンズアレイおよびファイバーフェースプレートなどによって実現される一旦集光した光を拡げる光学素子である。第1レンズ9によって集光された光は前記光を広げる光学素子によって拡げられ、第2レンズ12に向かう。第2レンズ12を通った光は、各画素毎に幅を持った平行光となり、眼球13へ向かう。角膜から瞳孔を通った光は、水晶体14に集光されて網膜15上で焦点を結び、画像を形成する(たとえば特許文献2参照)。
FIG. 23 is a schematic diagram showing the configuration of the
第1の従来の技術では、レンズ4によって集光された光が、瞳孔5を通る必要がある。そのため、瞳孔5の位置が観察者の眼球運動およびディスプレイの位置ずれなどによって変化した場合には、光が瞳孔を通らず、画像が認識できなくなるという問題があるが、第第2の従来の技術では、射出瞳拡大素子11および第2レンズ12によって、画素ごとの光を、幅を持った平行光とし、すなわち射出瞳の径を大きくすることによって、その平行光の幅の範囲は眼球運動やディスプレイの位置ずれなどにより瞳孔位置がずれても画像を認識することが可能としている。
In the first conventional technique, the light collected by the lens 4 needs to pass through the pupil 5. For this reason, when the position of the pupil 5 changes due to the eye movement of the observer and the displacement of the display, there is a problem in that light does not pass through the pupil and the image cannot be recognized. Then, the exit
図24は、第3の従来の技術の表示装置16の構成を示す模式図である。第3の従来の技術では、複数の点光源17から出射された光は、第1レンズ18によって液晶ディスプレイ19上で集光され、液晶ディスプレイ19によって変調されて第2レンズ20に向かう。第2レンズ20は、各光源17から出射した光を、幅を持った平行光として眼球21へと導く。この平行光のうち、瞳孔を通った光が水晶体によって集光されて網膜上に結像する。第3の従来の技術においても、第2の従来の技術と同様に、眼球の近傍では、各画素の光が幅を持った平行光として導かれているため、眼球運動およびディスプレイの位置ずれなどがあっても映像を見ることが可能としている。
FIG. 24 is a schematic diagram showing the configuration of the
第2および第3の従来の技術において共通している点は、眼球へ導かれる光を、いずれも平行光かそれに近いものとしている点である。平行光となった光を水晶体によって集光する場合には、水晶体を最も薄くする状態、つまり、眼は遠くを見る状態にしている必要がある。実際には水晶体の厚みはおよそ1m以上の距離のものを見る際にはほとんど変化せず、つまり、1m以上遠くを見る眼をしていれば、常にピントが合った状態を保つことができる。この特徴は、第1〜第3の従来の技術においては、顕著な長所であり、水晶体をほぼ調整する必要なく画像を明瞭に見ることができるので、目が疲れにくい表示装置を実現することができる。 The common point between the second and third conventional techniques is that the light guided to the eyeball is either parallel light or close to it. When the collimated light is collected by the crystalline lens, it is necessary to make the crystalline lens the thinnest, that is, the eye is in a state of looking far away. Actually, the thickness of the crystalline lens hardly changes when looking at a lens having a distance of about 1 m or more. In other words, if the eye is looking at a distance of 1 m or more, the focused state can always be maintained. This feature is a significant advantage in the first to third prior arts, and an image can be clearly seen without the need for almost adjusting the crystalline lens. it can.
しかしながら、前述した第2および第3の従来の技術における特徴は、第1の従来の技術と同様に以下に述べる欠点も生じる。人は、たとえば両目による視差や、像の重なり具合、自身の手の長さとの比較などの、さまざまな情報から距離感を得ているが、水晶体による焦点の調節によっても距離感を得ている。つまり人は、遠くを見る眼をしたときに焦点が合うものは遠くにあると認識し、近くを見る眼をしたときに焦点が合うものは近くにあると認識している。 However, the features of the second and third prior arts described above also have the following drawbacks as in the first prior art. People get a sense of distance from various information, such as parallax with both eyes, image overlap, and comparison with the length of their hands, but also get a sense of distance by adjusting the focus with the lens. . In other words, a person recognizes that an object that is in focus when looking into the distance is far away, and that an object that is in focus when looking into the vicinity is near.
ところが第1〜第3の従来の技術では、どのような眼の状態であっても焦点が合うため、観察者は、画像がどのような距離にあるのかを認識することができない。かなり近くを見る眼の状態のときには画像がぼやけるので、観察者は画像が近くにないことだけは認識できるが、ある程度以上遠くを見る眼をしている限りは、どのような眼の状態であっても焦点が合うため距離感がつかみにくいという問題がある。 However, in the first to third conventional techniques, since the focus is in any eye state, the observer cannot recognize what distance the image is. Since the image is blurred when the eye is looking very close, the observer can recognize only that the image is not close, but as long as he is looking far beyond a certain distance, what kind of eye condition is there? However, there is a problem that it is difficult to grasp the sense of distance because it is in focus.
このような問題は、単眼で画像を見る場合でも、両眼で立体画像を見る場合でも、違和感として認識される。これによって、長時間連続して使用するような状況では、観察者が「酔う」といった問題が生じる。また、両眼で立体画像を見る場合には、視差によって認識させる距離感と、眼の焦点から感じられる距離感が一致しないことによって、やはり観察者は、違和感を感じたり、「酔い」を生じたりするという問題がある。 Such a problem is recognized as a sense of incongruity whether the image is viewed with a single eye or a stereoscopic image is viewed with both eyes. This causes a problem that the observer “gets drunk” in a situation where the camera is used continuously for a long time. In addition, when viewing stereoscopic images with both eyes, the sense of distance recognized by the parallax does not match the sense of distance felt from the focus of the eyes, so that the observer still feels uncomfortable or produces “drunk” There is a problem that.
また表示装置の使用状況によっては、逆に、眼がどの距離を見ようとしている場合でも、観察者は、常に焦点が合った画像を認識したい場合もある。たとえば修理対象機器と図面を見比べるなど、現実の対象物と、表示装置によって表示される文字情報などを頻繁に繰り返し交互に見る必要があるような場合では、いちいち焦点を変えることが眼の疲労の原因と成り得る。この様な場合には、むしろどこの距離にあるかをきっちり観察者に認識させるよりは、とにかく常に焦点が合った画像とすることが有効である。 On the contrary, depending on how the display device is used, the observer may always want to recognize an image that is in focus, regardless of the distance the eye is looking at. For example, when it is necessary to frequently and alternately see the actual object and the character information displayed by the display device, such as comparing the repair target device with the drawing, changing the focus one by one It can be a cause. In such a case, it is more effective to make the image always in focus rather than having the observer recognize exactly where the distance is.
前述した第2および第3の従来の技術では、眼球運動およびディスプレイの位置ずれによる瞳孔位置の変化に対応するために、瞳孔に入射する光は略平行光であることが前提となっており、近くを見る眼をしているときには入射光は網膜で焦点を結ばない。そのため画像を明瞭に見ようとすると、観察者は遠くを見る眼をする必要があり、近くの実物を見ている状態から表示装置によって表示される画像を見ようとする際には、水晶体の厚みを変えて焦点を調節する必要があり、このことが眼球の疲労につながるという問題がある。 In the second and third conventional techniques described above, it is assumed that the light incident on the pupil is substantially parallel light in order to cope with changes in the pupil position due to eye movement and display displacement. Incident light does not focus on the retina when looking near. Therefore, when trying to see the image clearly, the observer needs to look into the distance, and when looking at the image displayed by the display device from the state of looking at the near real object, the thickness of the crystalline lens is reduced. There is a problem that it is necessary to adjust the focus by changing, which leads to eye fatigue.
したがって本発明の目的は、表示される画像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される表示装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a display device in which a sense of incongruity of a displayed image is reduced, and an observer can be prevented from getting drunk even when used continuously for a long time.
本発明は、相互に距離の異なる複数の画像部分を含む画像を表す第1画像情報を入力する入力手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
入力手段によって入力された第1画像情報が表す画像のうち、距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分を除く他の画像部分がぼやけるように第1画像情報を画像処理して、第2画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第2画像情報に基づいて、第2画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置である。
The present invention provides an input means for inputting first image information representing an image including a plurality of image portions having different distances from each other;
Distance measuring means for obtaining a distance at which the retina is focused based on the state of the eyeball;
Of the image represented by the first image information input by the input means, the first image information is subjected to image processing so that other image portions excluding the image portion of the distance corresponding to the distance obtained by the distance measurement means are blurred, Image processing means for generating second image information;
An illuminating unit that irradiates an eyeball with an image represented by the second image information based on the second image information generated by the image generating unit.
また本発明は、前記画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量に応じて、ぼやける程度が変化するように第2画像情報を生成することを特徴とする。 Further, according to the present invention, the degree of blurring of the image processing unit changes in accordance with the amount of deviation from the distance obtained by the distance measuring unit for an image portion having a distance corresponding to a distance different from the distance obtained by the distance measuring unit. The second image information is generated as described above.
また本発明は、前記画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなるように第2画像情報を生成することを特徴とする。 According to the present invention, the image processing unit is more blurred as the amount of deviation from the distance obtained by the distance measuring unit increases with respect to an image portion having a distance different from the distance obtained by the distance measuring unit. The second image information is generated as described above.
また本発明は、前記距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分がぼやける程度を変更する変更手段を含むことを特徴とする。 In addition, the present invention includes a changing unit that changes a degree to which an image portion having a distance corresponding to a distance different from the distance obtained by the distance measuring unit is blurred.
また本発明は、画像を表す第1画像情報を入力する入力手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離である場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像が明瞭となり、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像がぼやけるように第1画像情報を画像処理して第2画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第2画像情報に基づいて、第2画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置である。
The present invention also includes an input means for inputting first image information representing an image,
Distance measuring means for obtaining a distance at which the retina is focused based on the state of the eyeball;
When the distance obtained by the distance measuring means is a distance within a predetermined range, the image represented by the image information input by the input means becomes clear, and the distance obtained by the distance measuring means is not the distance within the predetermined range. In this case, image processing means for performing image processing on the first image information so as to blur the image represented by the image information input by the input means to generate second image information;
An illuminating unit that irradiates the eyeball with an image represented by the second image information based on the second image information generated by the image generating unit.
また本発明は、前記予め定める範囲の距離を設定する設定手段を有することを特徴とする。 The present invention is characterized by further comprising setting means for setting the distance within the predetermined range.
また本発明は、前記予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、1cm以上10m未満に選ばれることを特徴とする。 In the present invention, the absolute value of the difference between the maximum distance and the minimum distance among the distances in the predetermined range is selected from 1 cm to less than 10 m.
また本発明は、前記照射手段は、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなくように、入力手段によって入力された画像情報に基づいて光を眼球に照射することを特徴とする。 Further, in the present invention, when the distance obtained by the distance measuring means is not a distance within a predetermined range, the distance obtained by the distance measuring means has a large amount of deviation from the distance within the predetermined range. The eyeball is irradiated with light based on the image information input by the input means so that the degree of blurring is not so large.
また本発明は、前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記画像がぼやける程度を変更する変更手段を含むことを特徴とする。 In addition, the present invention includes a changing unit that changes the degree of blurring of the image when the distance obtained by the distance measuring unit is not within a predetermined range.
また本発明は、画像を表す画像情報を入力する入力手段と、
入力手段によって入力された画像情報に基づいて、この画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離に基づいて、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段とを有することを特徴とする表示装置である。
The present invention also includes an input means for inputting image information representing an image;
An irradiating means for irradiating the eyeball with an image represented by the image information based on the image information input by the input means;
Distance measuring means for obtaining a distance at which the retina is focused based on the state of the eyeball;
And a light adjusting means capable of adjusting the parallelism of the light reaching the eyeball so that the light emitted by the irradiating means is focused on the retina based on the distance obtained by the distance measuring means. Display device.
また本発明は、前記光調整手段は、光源が画像情報に基づいて発光している間、常に前記光の平行度を調整することを特徴とする。 Further, the invention is characterized in that the light adjusting means always adjusts the parallelism of the light while the light source emits light based on image information.
また本発明は、前記光調整手段によって、前記光の平行度を調整するか否かを選択する選択手段を有し、
前記照射手段は、選択手段によって光の平行度の調整することが選択されているときにのみ、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整することを特徴とする。
Further, the present invention has a selection means for selecting whether or not to adjust the parallelism of the light by the light adjustment means,
The irradiating means has a parallelism of the light reaching the eyeball so that the light irradiated by the irradiating means is focused on the retina only when the adjusting means is selected to adjust the parallelism of the light. It is characterized by adjusting.
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused based on a refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and a refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body.
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 According to the present invention, the distance measuring means obtains a distance at which the retina is focused based on the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body. It is characterized by that.
また本発明は、前記距離計測手段は、角膜および大気の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused based on a refractive index difference between the cornea and the atmosphere and a refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body.
また本発明は、前記距離計測手段は、角膜および大気の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 According to the present invention, the distance measuring means obtains the distance at which the retina is focused based on the reflected light generated from the refractive index difference between the cornea and the atmosphere and the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body. It is characterized by.
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差と、網膜によって反射される光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused based on a refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and light reflected by the retina.
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、網膜によって反射される反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused based on the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and the reflected light reflected by the retina. .
また本発明は、前記距離計測手段は、各反射光の位相差を検出することによって、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused by detecting a phase difference of each reflected light.
また本発明は、前記距離計測手段は、前記各反射光の位相差を、各反射光が干渉した後の光強度に基づいて検出すること特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit detects the phase difference between the reflected lights based on the light intensity after the reflected lights interfere.
また本発明は、前記距離計測手段は、前記各反射光の強度が、この反射光の波長によって変化することに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused based on the fact that the intensity of each reflected light varies depending on the wavelength of the reflected light.
また本発明は、前記距離計測手段は、可視領域の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused using light in a visible region.
また本発明は、前記距離計測手段は、可視領域外の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused using light outside the visible region.
また本発明は、前記距離計測手段は、照射手段によって眼球に照射される光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused by using light irradiated to the eyeball by the irradiating unit.
また本発明は、視線の方向を検出する視線検出手段を含み、
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、網膜に焦点が合う距離を補正することを特徴とする。
The present invention also includes line-of-sight detection means for detecting the direction of the line of sight,
The distance measuring unit corrects a distance at which the retina is focused based on a detection result of the line-of-sight detection unit.
また本発明は、視線の方向を検出する視線検出手段を含み、
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、視線の方向に平行な光によって、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
The present invention also includes line-of-sight detection means for detecting the direction of the line of sight,
The distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused by light parallel to the direction of the line of sight based on a detection result of the line of sight detecting unit.
また本発明は、前記距離計測手段は、照射手段が眼球に照射する光のうち、視線の方向に平行な光を選択して用いることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the distance measuring unit selects and uses light parallel to the direction of the line of sight among the light emitted from the irradiation unit to the eyeball.
本発明によれば、距離計測手段が眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求め、画像処理手段が、前記距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分を除く他の画像部分がぼやけるように第2画像情報を生成する。照射手段が、第2画像情報が表す画像を眼球に照射することによって、観察者は前記距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分について、明瞭な映像として認識させ、その他の画像部分について、ぼやけた映像として認識させることができる。したがって、観察者の網膜に焦点が合う距離に見えるべき映像のみを、観察者に明瞭に認識させることができ、言い換えれば観察者が対象物にピントを合わせた状態で認識する像と同じように、映像を認識させることができる。観察者が見ようとしている距離と、眼球に照射される画像とが、距離において一致するので、観察者が認識する映像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される。また観察者が実際の対象物を見る場合と同様に、映像を認識させることができるので、観察者は臨場感を得ることができる。 According to the present invention, the distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused based on the state of the eyeball, and the image processing unit removes an image portion having a distance corresponding to the distance obtained by the distance measuring unit. Second image information is generated so that the image portion is blurred. When the irradiation unit irradiates the eyeball with the image represented by the second image information, the observer recognizes the image portion of the distance corresponding to the distance obtained by the distance measurement unit as a clear image, and other image portions. Can be recognized as a blurred image. Therefore, it is possible to make the observer clearly recognize only the image that should be seen at a distance that is in focus on the retina of the observer, in other words, in the same way as an image that the observer recognizes with the object in focus. , Video can be recognized. The distance that the observer wants to see and the image irradiated to the eyeball match in distance, which reduces the sense of discomfort in the image recognized by the observer and makes the observer drunk even when used continuously for a long time It will be reduced. Moreover, since the image can be recognized in the same manner as when the observer sees the actual object, the observer can obtain a sense of reality.
また本発明によれば、画像処理手段が、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量に応じて、ぼやける程度が変化するように第2画像情報を生成するので、この第2画像情報を表す画像を認識する観察者に、複数の画像部分において距離が異なるように認識させることができる。これによって、観察者に、より実際に対象物を見る場合と同じように、第2画像情報が表す画像を認識させることができる。 Further, according to the present invention, the degree of blurring of the image portion having a distance corresponding to a distance different from the distance obtained by the distance measuring unit according to the amount of deviation from the distance obtained by the distance measuring unit. Since the second image information is generated so as to change, the observer who recognizes the image representing the second image information can be recognized so that the distances are different in a plurality of image portions. As a result, the observer can recognize the image represented by the second image information in the same manner as when the object is actually viewed.
また本発明によれば、画像処理手段が、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度を大きくなるように第2画像情報を生成するので、この第2画像情報を表す画像を認識する観察者に、複数の画像部分において網膜に焦点が合う距離から離反するほど、映像が大きくぼやけるように認識させることができる。これによって、観察者に、より実際に対象物を見る場合と同じように、第2画像情報が表す画像を認識させることができる。 According to the present invention, the image processing unit is more blurred as the amount of deviation from the distance obtained by the distance measuring unit increases with respect to the image portion having a distance different from the distance obtained by the distance measuring unit. Since the second image information is generated so as to be larger, the viewer who recognizes the image representing the second image information is more blurred as the distance from the distance at which the retina is focused on the plurality of image portions. Can be recognized. As a result, the observer can recognize the image represented by the second image information in the same manner as when the object is actually viewed.
また本発明によれば、変更手段によって画像要素がぼやける程度を変更することができるので、第2画像情報が表す画像を観察者の好みに応じたものとすることができる。 Further, according to the present invention, since the degree of blurring of the image element can be changed by the changing unit, the image represented by the second image information can be made according to the preference of the observer.
また本発明によれば、画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離である場合に、入力手段によって入力された第1画像情報が表す画像が明瞭となり、予め定める範囲の距離ではない場合に、第1画像情報が表す画像がぼやけるように第2画像情報を生成する。照射手段が、第2画像情報に基づいて、この第2画像情報が表す画像を眼球に照射する。これによって網膜に焦点が合う距離が、予め定める範囲の距離となったとき、言い換えれば観察者の眼が予め定める範囲の距離を見る状態となったときに、観察者は第2画像情報が表す画像を明瞭に認識することができるので、どの距離に画像があるか分からないといった距離感における観察者の違和感を低減することができ、さらにその結果として「酔い」を低減することができる。 Further, according to the present invention, the image processing means makes the image represented by the first image information input by the input means clear and predetermined when the distance obtained by the distance measuring means is a distance within a predetermined range. When the distance is not within the range, the second image information is generated so that the image represented by the first image information is blurred. Irradiation means irradiates the eyeball with an image represented by the second image information based on the second image information. Thus, when the distance at which the retina is focused becomes a distance in a predetermined range, in other words, when the observer's eyes are in a state of viewing a distance in the predetermined range, the observer is represented by the second image information. Since the image can be clearly recognized, it is possible to reduce an observer's uncomfortable feeling in the sense of distance that it is impossible to know where the image is, and as a result, it is possible to reduce “drunk”.
また本発明によれば、設定手段によって前記予め定める範囲の距離を設定することができるので、観察者の好みに応じて前記予め定める範囲の距離を設定することができ、観察者の好みに応じた画像を表示させることができる。 According to the invention, since the distance of the predetermined range can be set by the setting means, the distance of the predetermined range can be set according to the preference of the observer, and according to the preference of the observer. Displayed images.
また本発明によれば、予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、1cm以上10m未満に選ばれる。予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値が、1cm未満である場合、眼は細かく水晶体の焦点を制御する必要があるため、疲れてしまう。また予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値が、10m以上である場合、眼の焦点を大きくずらさないと画像がぼける効果が出ず、観察者が十分な距離感を得ることができない。予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値が、1cm以上10m未満に選ばれることによって、画像を見ることによる眼の疲れを防止して、かつ観察者が十分な距離感を得ることができる。 According to the present invention, the absolute value of the difference between the maximum distance and the minimum distance among the distances in the predetermined range is selected to be 1 cm or more and less than 10 m. When the absolute value of the difference between the maximum distance and the minimum distance among the distances in the predetermined range is less than 1 cm, the eyes are tired because it is necessary to finely control the focal point of the crystalline lens. In addition, when the absolute value of the difference between the maximum distance and the minimum distance among the distances in the predetermined range is 10 m or more, the effect of blurring the image is not obtained unless the focus of the eye is greatly shifted, and the observer is sufficiently A sense of distance cannot be obtained. The absolute value of the difference between the maximum distance and the minimum distance among the distances in the predetermined range is selected to be 1 cm or more and less than 10 m, thereby preventing eye fatigue due to viewing the image and allowing the observer to A sufficient sense of distance can be obtained.
また本発明によれば、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなくように、入力手段によって入力された画像情報に基づいて光を眼球に照射し、画像をぼかす程度を、予め定める距離の範囲から外れるほど多くすることによって、より表示される画像の距離感および現実感を増すことができる。 Further, according to the present invention, when the distance obtained by the distance measuring means is not a distance within a predetermined range, the distance obtained by the distance measuring means becomes more blurred as the amount of deviation from the distance within the predetermined range increases. In order to reduce the degree of the image to be displayed, by irradiating the eyeball with light based on the image information input by the input means so that the degree is not large, the degree of blurring the image is increased so as to be out of the predetermined distance range. A sense of distance and a sense of reality can be increased.
また本発明によれば、変更手段によって画像がぼやける程度を変更することができるので、観察者の好みに応じた画像を表示させることができる。 Further, according to the present invention, since the degree of blurring of the image can be changed by the changing means, it is possible to display an image according to the viewer's preference.
また本発明によれば、照射手段が、画像情報が表す画像を表示するように、入力手段によって入力された画像情報に基づいて光を眼球に照射し、調整手段が、距離計測手段によって求めた距離に基づいて、照射手段から照射される光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整するので、眼球の水晶体が、どのような厚みになっていても、画像を表示させることができ、たとえば実際に対象物を見ている状態から、表示される画像に視点をずらす際に、眼の焦点をずらす必要がなく画像を明瞭に認識することができる。したがって視点の切換えが頻繁に行われる場合であっても、観察者の眼の疲労を低減することができる。 According to the invention, the irradiation unit irradiates the eyeball with light based on the image information input by the input unit so that the image represented by the image information is displayed, and the adjustment unit obtains the distance measurement unit. Based on the distance, the parallelism of the light reaching the eyeball is adjusted so that the light emitted from the irradiation means is focused on the retina, so that the lens of the eyeball has any thickness, An image can be displayed. For example, when the viewpoint is shifted to a displayed image from a state where an object is actually viewed, it is possible to clearly recognize the image without shifting the focus of the eyes. Therefore, even when the viewpoint is frequently switched, it is possible to reduce the eye fatigue of the observer.
また本発明によれば、光調整手段が、光源が画像情報に基づいて発光している間、常に前記光の平行度を調整するので、眼球の水晶体が、どのような厚みになっていても、画像を表示させることができ、観察者が、リアルタイムに画像を明瞭に認識することができる。 Further, according to the present invention, the light adjusting means always adjusts the parallelism of the light while the light source emits light based on the image information, so that the lens of the eyeball has any thickness. The image can be displayed, and the observer can clearly recognize the image in real time.
また本発明によれば、選択手段によって光の平行度を調整するか否かを選択することができるので、観察者者が必要に応じて選択手段によって光の平行度の調整することを選択した場合、距離感は無いが、焦点の移動を少ない表示装置とすることができ、選択手段によって光の平行度の調整することを選択しない場合、焦点の移動は必要であるが、距離感のある表示装置とすることができる。 Further, according to the present invention, since it is possible to select whether or not the parallelism of light is adjusted by the selection means, the observer has selected to adjust the parallelism of light by the selection means as necessary. In this case, there is no sense of distance, but the display device can move the focal point less, and if the selection means does not choose to adjust the parallelism of the light, the focal point movement is necessary, but there is a sense of distance. It can be a display device.
また本発明によれば、距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて求める。水晶体および前房の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とによって、水晶体の厚みを求めることができ、この水晶体の厚みから網膜に焦点が合う距離を求めることができる。 According to the invention, the distance measuring means obtains the distance at which the retina is focused based on the refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and the refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body. The thickness of the crystalline lens can be obtained from the refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and the refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body, and the distance at which the retina is focused can be obtained from the thickness of the crystalline lens.
また本発明によれば、距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて求めることができる。 According to the invention, the distance measuring means determines the distance at which the retina is focused based on the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body. Can be sought.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、角膜および大気の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて求めることができる。 Further, according to the present invention, the distance measuring means can determine the distance at which the retina is focused based on the refractive index difference between the cornea and the atmosphere and the refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、角膜および大気の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて求めることができる。 According to the invention, the distance measuring means determines the distance at which the retina is focused based on the reflected light generated from the refractive index difference between the cornea and the atmosphere and the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the vitreous body. Can be sought.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差と、網膜によって反射される光とに基づいて求めることができる。 Further, according to the present invention, the distance measuring means can determine the distance at which the retina is focused based on the refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and the light reflected by the retina.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、網膜によって反射される反射光とに基づいて求めることができる。 Further, according to the present invention, the distance measuring means can determine the distance at which the retina is focused based on the reflected light generated from the refractive index difference between the crystalline lens and the anterior chamber and the reflected light reflected by the retina. .
また本発明によれば、前記距離計測手段は、各反射光の位相差を検出することによって、網膜に焦点が合う距離を求めることができる。 Further, according to the present invention, the distance measuring means can determine the distance at which the retina is focused by detecting the phase difference of each reflected light.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、前記各反射光の位相差を、各反射光が干渉した後の光強度に基づいて検出することができる。 According to the invention, the distance measuring unit can detect the phase difference between the reflected lights based on the light intensity after the reflected lights interfere.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、前記各反射光の強度が、この反射光の波長によって変化することに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることができる。 Further, according to the present invention, the distance measuring means can determine the distance at which the retina is focused based on the fact that the intensity of each reflected light varies depending on the wavelength of the reflected light.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、可視領域の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求める。可視領域の光を利用することによって、眼球への影響をより低く抑えつつ、網膜に焦点が合う距離の計測が可能である。 According to the invention, the distance measuring means obtains a distance at which the retina is focused using light in a visible region. By using light in the visible region, it is possible to measure the distance at which the retina is focused while suppressing the influence on the eyeball to a lower level.
また本発明によれば、距離計測手段は、可視領域外の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求める。可視領域外の光を利用することによって、測定のための光が、光照射手段によって照射される光に対してノイズとならないようにすることができ、表示される画像にノイズ成分が含まれてしまうことを防止することができる。 Further, according to the present invention, the distance measuring means obtains a distance at which the retina is focused using light outside the visible region. By using light outside the visible region, the light for measurement can be prevented from becoming noise relative to the light irradiated by the light irradiation means, and the displayed image contains a noise component. Can be prevented.
また本発明によれば、前記距離計測手段は、照射手段によって眼球に照射される光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めるので、光源および光学系部品を、特別に追加しなくてもよく、装置の構成を簡略化することができる。 Further, according to the present invention, the distance measuring means uses the light irradiated to the eyeball by the irradiating means to determine the distance at which the retina is focused. Therefore, the light source and the optical system parts need not be added specially. The configuration of the apparatus can be simplified.
また本発明によれば、視線検出手段によって、視線の方向を検出して、網膜に焦点が合う距離を補正する。視線の方向によっては、測定用の光の入射角に対して、水晶体が傾くと測定誤差となるが、この誤差の発生を抑制するために、眼球の傾きを視線方向検出手段によって検出し、視線方向のずれに応じて、網膜に焦点が合う距離を正確に求めることができる。 According to the invention, the direction of the line of sight is detected by the line-of-sight detection means, and the distance at which the retina is focused is corrected. Depending on the direction of the line of sight, a measurement error occurs when the lens tilts with respect to the incident angle of the light for measurement.To suppress this error, the inclination of the eyeball is detected by the line-of-sight direction detection means, and the line of sight is detected. The distance at which the retina is focused can be accurately determined according to the direction shift.
また本発明によれば、視線検出手段によって視線の方向を検出し、視線の方向に平行な光によって、網膜に焦点が合う距離を求めるので、水晶体に垂直に、あるいは予め定める角度で水晶体に入射する光を測定光とすることによって、眼球の傾きによる網膜に焦点が合う距離の測定誤差を低減して、網膜に焦点が合う距離を正確に求めることができる。 Further, according to the present invention, the direction of the line of sight is detected by the line-of-sight detection means, and the distance focused on the retina is obtained by the light parallel to the direction of the line of sight, so that it enters the lens perpendicularly to the lens or at a predetermined angle. By using the measurement light as the measurement light, the measurement error of the distance focused on the retina due to the tilt of the eyeball can be reduced, and the distance focused on the retina can be accurately obtained.
また本発明によれば、距離計測手段は、照射手段が眼球に照射する光のうち、視線の方向に平行な光を選択して用いるので、光源および光学系部品を特別に追加することなく、網膜に焦点が合う距離を正確に測定することができる。 Further, according to the present invention, since the distance measuring unit selects and uses light parallel to the direction of the line of sight among the light irradiated by the irradiation unit to the eyeball, without adding a light source and optical system parts specially, The distance at which the retina is focused can be accurately measured.
図1は、本発明の実施の一形態の表示装置30の構成を示す模式図である。表示装置30は、眼球31に画像情報が表す画像を照射して、具体的には、眼球31の網膜32に画像情報が表す画像を、光を用いて投影することによって、観察者に映像を認識させる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
表示装置30は、光源部品33と、光スキャン部品34と、第1レンズ35と、第2レンズ36と、ハーフミラー37と、入力部38と、画像信号処理回路39と、光源ドライバ41と、スキャンドライバ42と、水晶体厚み測定部43と、水晶体厚み信号変換部44とを含んで構成される。
The
まず表示装置30における光学系について説明する。表示装置30における光学系は、光源部品33と、光スキャン部品34と、第1レンズ35と、第2レンズ36とを含む。
First, the optical system in the
光源部品33は、半導体発光ダイオード(Light Emitting Diode:略称LED)、および半導体レーザダイオード(Laser Diode:略称LD)などの発光素子と、発光素子から出た光を細い平行光にするレンズおよびアパーチャなどの光学部品とを含んで構成される。発光素子から出た光は、前記光学部品によって細い平行光にされる。発光素子は、光源ドライバ33から与えられる光源制御出力信号に基づいて、発光する。 The light source component 33 includes a light emitting element such as a semiconductor light emitting diode (abbreviated as LED) and a semiconductor laser diode (abbreviated as LD), and a lens and an aperture for converting light emitted from the light emitting element into thin parallel light. Optical components. Light emitted from the light emitting element is made into a thin parallel light by the optical component. The light emitting element emits light based on a light source control output signal given from the light source driver 33.
前記光源部品33の発光素子は、単色の光を発するもののみによって構成してもよいし、あるいは、赤色、緑色および青色の光をそれぞれ出す三色の発光素子を組合せて構成してもよい。本実施の形態では、光源部品33は、3色の発光素子を組合せて構成され、これによって、フルカラーの映像を構成することも可能である。 The light-emitting element of the light source component 33 may be configured by only one that emits monochromatic light, or may be configured by combining three-color light-emitting elements that respectively emit red, green, and blue light. In the present embodiment, the light source component 33 is configured by combining light emitting elements of three colors, whereby a full color image can be configured.
前記光源部品33から出た細い平行光は、光スキャン部品34に入射する。光スキャン部品34は、後述するスキャンドライバ42からのスキャン出力信号に基づいて、光源部品33から入射する光の進行方向を変更する。光スキャン部品34は、たとえばミラーを有し、このミラーの角度を振って、すなわちミラーを角変位させて光の進行方向を変更する構成であってもよいし、音響光学素子および電気光学素子などによって実現してもよい。本実施の形態では、光スキャン部品34は、ミラーおよびミラーを変位させる駆動手段を有し、駆動手段にスキャン出力信号が与えられることによって、駆動手段がミラーを角変位させて、光源部品33から入射する光の進行方向を変更する。
The thin parallel light emitted from the light source component 33 enters the optical scanning component 34. The optical scan component 34 changes the traveling direction of light incident from the light source component 33 based on a scan output signal from a
光源部品33から入射する光を走査して、第1および第2レンズ35,36に入射させる。光スキャン部品34に入射した細い平行光は、光スキャン部品34によって、たとえばラスタースキャンなど、映像を構成するためのスキャンが施されて、第1および第2レンズ35,36に入射する。 The light incident from the light source component 33 is scanned and incident on the first and second lenses 35 and 36. The thin parallel light incident on the optical scanning component 34 is scanned by the optical scanning component 34 to form an image, such as a raster scan, and is incident on the first and second lenses 35 and 36.
第1および第2レンズ35,36は、凸レンズによって実現され、光スキャン部品34からの光は、第1レンズ35に入射し、第1レンズ35を透過した後、第2レンズ36に入射する。第2レンズ36を透過した光は、眼球31へと導かれる。
The first and second lenses 35 and 36 are realized by convex lenses, and light from the optical scanning component 34 enters the first lens 35, passes through the first lens 35, and then enters the second lens 36. The light transmitted through the second lens 36 is guided to the
第1および第2レンズ35,36に入射した細い平行光は、眼球31の水晶体45で集光するように光路を調整され、瞳孔46を通って網膜32に達する。この光路中で、細い平行光は、第1および第2レンズ35,36ならびに眼球31の水晶体45などを通る際に、屈折率によって変化を受けるが、十分に細い平行光であれば平行ビーム径が広がることなく、そのまま網膜まで達する。たとえば平行ビーム径は、10μm〜1mmとなるように選ばれる。
The thin parallel light incident on the first and second lenses 35 and 36 is adjusted in its optical path so as to be condensed by the
以上のように光源部品33から出た光は、光スキャン部品34でラスタースキャンされることによって、網膜32上に映像が投影される。画像情報は、映像を表す各画素の色および階調を表す。網膜32に投影される映像における各画素の色および階調を表現するために、光源部品33から出る光は、各画素ごとに出力を調整し、変調される。
As described above, the light emitted from the light source component 33 is raster-scanned by the optical scanning component 34, thereby projecting an image on the
次に、表示装置30における電気系に関して説明する。表示装置30における電気系は、入力部38と、画像信号処理回路39と、光源ドライバ41と、スキャンドライバ42とを含む。
Next, the electrical system in the
入力部38は、入力手段であって、外部から第1画像情報を入力するインタフェースである。入力部38から入力された第1画像情報は、画像信号処理回路39に与えられる。
The
画像信号処理回路39は、入力部38から与えられる画像情報に基づいて、光源ドライバ41に、光源部品33から出力する光を変調するための光源変調信号を与え、またスキャンドライバ42に、光スキャン部品34を制御するためのスキャン制御信号を与える。
The image
光源ドライバ41は、画像信号処理回路39から与えられる光源変調信号に基づいて、光源部品33の発光素子を駆動する。スキャンドライバ42は、画像信号処理回路39から与えられるスキャン制御信号に基づいて、光スキャン部品34を制御する。これらによって、結果的に網膜32に、入力部38から入力される画像情報に基づいて生成される光を照射して、映像を観察者に認識させることができる。照射手段は、光源ドライバ41およびスキャンドライバ42を含んで実現され、前述した光学系を使って、眼球31に第2画像情報が表す画像を眼球に照射する。
The
前記入力部38から入力される第1画像情報は、それぞれ異なる距離の複数の画像部分を含む画像を表す。すなわち第1画像情報は、3次元画像を表し、各画像部分を表す画像部分情報は、3次元情報を含む。
The first image information input from the
図2は、第1画像情報に含まれる3次元情報を概念的に説明する図である。たとえば第1画像情報が表す画像が、第1〜第3の画像部分47,48,49を含むとする。第1〜第3の画像部分47,48,49は、対象物の画像である。第1の画像部分47は、人を表す画像であり、第2の画像部分48は、車を表す画像であり、第3の画像部分49は、家を表す画像であるとする。第1〜第3の画像部分47,48,49を表す画像部分情報には、それぞれ距離情報が付随して記憶される。すなわち第1〜第3の画像部分47,48,49を表す画像部分情報は、それぞれ異なる距離を表す距離情報を含む。距離情報は、前記距離情報は、視線に沿う奥行き方向の距離を表し、水晶体45の中央から合焦位置までの距離を表す。網膜32に焦点が合う眼球31からの距離を表す。以後、網膜32に焦点が合う眼球31からの距離を、焦点距離と記載する場合がある。たとえば第1の画像部分47を表す画像情報は、眼球31から第1の距離Aであることを表す距離情報を含む。また第2の画像部分48を表す画像情報は、眼球31からの第2の距離Bであることを表す距離情報を含む。さらに第3の画像部分49を表す画像情報は、眼球31からの第3の距離Cであることを表す距離情報を含む。第1の距離A<第2の距離B<第3の距離Cに選ばれる。
FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating the three-dimensional information included in the first image information. For example, it is assumed that the image represented by the first image information includes first to
本実施の形態において、距離情報は、たとえば人および車などの対象物を1つの単位とした画像部分ごとに付随するが、本発明の他の実施の形態において、距離情報は、対象物毎である必要はなく、画素を1つの単位とした画像部分毎に付随させてもよい。 In the present embodiment, the distance information is attached to each image portion in which an object such as a person and a car is used as one unit. However, in another embodiment of the present invention, the distance information is provided for each object. It does not have to be, and may be attached to each image portion with a pixel as one unit.
以上に述べた表示装置30の構成は、網膜32に光を直接投影するタイプの一例であるが、本実施の形態では、前記構成に加えて、水晶体45の厚みを測定するための光学系の構成、および水晶体45の厚みに基づいて画像処理を行うための電気系の構成を有する。
The configuration of the
水晶体45の厚みを測定するための光学系は、ハーフミラー37を含む。ハーフミラー37は、光源部品33と光スキャン部品34との間に配置され、光源部品33から光スキャン部品34に向かう光を透過させ、光源部品33から出て眼球31まで到達した光のうち、眼球31内の各所で反射し、第1および第2レンズ35,36および光スキャン装置34を経て光源部品33に向かう光を水晶体厚み測定部43に導く。したがって前記水晶体厚み測定部43に導かれる光は、映像の一部を構成する。
The optical system for measuring the thickness of the
本発明のさらに他の実施の形態において、前記水晶体厚み測定部43は、光源を有し、この光源からハーフミラー37に光を照射して、眼球31に照射し、眼球31内の各所で反射して、再びハーフミラー37を介して水晶体測定部43に戻ってくる光を利用して、水晶体45の厚みを測定してもよい。
In still another embodiment of the present invention, the crystalline lens thickness measurement unit 43 includes a light source, irradiates the
本発明のさらに他の実施の形態では、水晶体厚み測定部43から映像を構成する光とは別の光を出力させて、この光をハーフミラーを通して眼球31に投影し、眼球31内の各所で反射した光を再びハーフミラーによって水晶体厚み測定部43に導いてもよい。
In yet another embodiment of the present invention, light different from the light constituting the image is output from the lens thickness measuring unit 43, and this light is projected onto the
水晶体45の厚みに基づいて画像処理を行うための電気系は、水晶体厚み測定部43と、水晶体厚み信号変換部44と、前述した画像信号処理回路39とを含む。水晶体厚み測定部43は、ハーフミラー37によって導かれる光を受光する受光素子を有し、この受光素子によって受光した受光量に基づいて、水晶体45の厚みを求める。水晶体厚み測定部43は、測定して得られた水晶体45の厚みを表す情報を、水晶体厚み信号変換部44に与える。
An electrical system for performing image processing based on the thickness of the
水晶体厚み信号変換部44は、水晶体厚み測定部43から与えられる水晶体45の厚みを表す情報を、予め定める形式の信号に変換することによって水晶体45の厚みを表す水晶体厚み信号を生成し、この水晶体厚み信号を画像信号処理回路39に与える。
The lens thickness signal converting unit 44 generates a lens thickness signal representing the thickness of the
画像信号処理回路39は、水晶体厚み信号変換部44から与えられる水晶体厚み信号に基づいて、眼球31がどの距離に焦点が合っているかを計算によって求める。前述した水晶体厚み測定部43、水晶体厚み信号変換部44および画像信号処理回路39を含んで距離計測手段が実現され、前述した光学系を使用して、網膜32に焦点が合う距離を求める。
The image
前記水晶体厚み測定部43において、水晶体45の厚みを測定する具体的な手法について説明する。図3は、眼球31の構造を模式的に示す図である。図3では、本発明と特に関係が無い部位については省略して示している。眼球31の表面51から、光が通る光路を辿って説明すると、まず眼球31の表面51から網膜32に向かって順番に角膜52、前房53、虹彩54によって領域が決まる瞳孔55、および水晶体45がある。さらに水晶体45の次には硝子体56があり、眼球31の最奥に網膜32があり、この網膜32の中の視細胞が光を感じる。眼球31を構成する角膜52、前房53、瞳孔46、水晶体45および硝子体56の組織は、可視光に対して透光性を有するが、それぞれ異なる屈折率を持つ。この屈折率の違いがあるが、水晶体45が網膜32へ向かう光の屈折角を調節することによって、網膜32上で焦点が合うようにしている。また角膜52は、大気との屈折率との差で眼球31内への光を大きく屈折させている。
A specific method for measuring the thickness of the
図4は、水晶体45と前房53との界面における屈折率の違いによって反射される第1反射光61と、水晶体45と硝子体56との界面における屈折率の違いによって反射される第2反射光62とを模式的に示す図である。
FIG. 4 shows the first reflected light 61 reflected by the difference in refractive index at the interface between the
水晶体厚み測定部43では、前記第1反射光61と、第2反射光62との干渉を利用して水晶体45の厚みを測定する。測定のための光が角膜52の表面に入射すると、水晶体45の表面側および裏面側、すなわち水晶体45の前房53と接する厚み方向の一表面側および水晶体45の硝子体56と接する厚み方向他表面側で、屈折率が変わる界面によって、それぞれ入射した光の一部が反射される。これら反射した第1および第2反射光61,62は、水晶体45の厚みの2倍分だけ光路長が異なるが、この測定用の光が、この光路長差よりも大きなコヒーレント長を有する光であれば、位相の違いによる干渉を生じる。図4において、水晶体45の厚みをdで示している。
The crystalline lens thickness measurement unit 43 measures the thickness of the
図5(1)および(2)は、前記第1反射光61と、第2反射光62と、第1反射光61および第2反射光62が干渉して生成される干渉光63の波形を示す図である。図5において、縦軸は光の強度を表し、横軸は時刻を表す。図5(1)および(2)では、第1反射光61、第2反射光62および干渉光63を同じグラフに示しているが、第1反射光61、第2反射光62および干渉光63において、縦軸の光の強度は、それぞれ別々の値となる。また図5(1)は、水晶体45の厚みがd1であるときの第1反射光61、第2反射光62および干渉光63の波形を示し、図5(2)は、水晶体45の厚みがd2であるときの第1反射光61、第2反射光62および干渉光63の波形を示す。前記d1≠d2である。
5A and 5B show the waveforms of the first reflected light 61, the second reflected light 62, and the interference light 63 generated by the interference of the first reflected light 61 and the second reflected light 62. FIG. FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents light intensity, and the horizontal axis represents time. 5 (1) and 5 (2), the first reflected light 61, the second reflected light 62, and the interference light 63 are shown in the same graph, but the first reflected light 61, the second reflected light 62, and the interference light 63 are shown. , The light intensity on the vertical axis has different values. FIG. 5 (1) shows waveforms of the first reflected light 61, the second reflected light 62, and the interference light 63 when the thickness of the
図5(1)および(2)に示すように、水晶体45の厚みによって、第1反射光61と第2反射光62とが強めあう位相関係にあれば、干渉光63の光の強度は、反射した第1反射光61または第2反射光62の強度よりも増し、弱めあう位相関係にあれば、干渉光63の光の強度は、反射した第1反射光61または第2反射光62の強度よりも減少する。したがって、第1および第2反射光61,62の干渉光63の光の強度を測定することによって、水晶体45の厚みを求めることができる。水晶体厚み測定部43は、前記干渉光43の光の強度を検出して、この光の強度から、水晶体45の厚みを表す情報を生成して出力する。
As shown in FIGS. 5 (1) and (2), if the first reflected light 61 and the second reflected light 62 have a phase relationship intensifying depending on the thickness of the
前述した第1および第2反射光61,62は、可視領域の光とする。このように可視領域の光を利用することによって、眼球31への影響をより低く抑えることができる。この可視領域の光は、光源部品33から眼球31に向かう光の一部が反射したものである。したがって、水晶体45の厚みを求めるために、光源および光学系部品を、特別に追加しなくてもよく、装置の構成をできるだけ簡略化することができる。
The first and second reflected lights 61 and 62 described above are light in the visible region. Thus, by using the light in the visible region, the influence on the
本発明のさらに他の実施の形態では、前記第1および第2反射光61,62は、可視領域外の光であってもよい。可視領域外の光は、たとえば赤外線および紫外線を含む。このように可視領域外の光を利用することによって、測定のための光が、映像を形成するための光に対してノイズとならないようにすることができ、表示される画像にノイズ成分が含まれてしまうことを防止することができる。 In still another embodiment of the present invention, the first and second reflected lights 61 and 62 may be light outside the visible region. The light outside the visible region includes, for example, infrared rays and ultraviolet rays. By using light outside the visible region in this way, the measurement light can be prevented from becoming noise relative to the light for forming an image, and the displayed image includes a noise component. Can be prevented.
前述した画像信号処理回路39において、計算によって求めた眼球31に焦点が合う距離が、第1の距離Aであったとすると、画像信号処理回路39は、この結果に基づき、第1の距離Aにあるべき第1の画像部分である「人」を明瞭となり、逆にそれ以外の距離にある第2の画像部分である「車」および第3の画像部分である「家」は、ぼやけた画像となるように第1画像情報を画像処理して、第2画像情報を生成する。このように第1画像情報を処理した後、画像信号処理回路39は、生成した第2画像情報を、網膜32上で形成するために適切な光源変調信号およびスキャン制御信号に変換して光源ドライバ33およびスキャンドライバ34にそれぞれ出力する。画像処理手段は、画像信号処理回路39を含んで実現される。
In the image
図6(1),(2),(3)は、前記画像信号処理回路39によって、距離情報に基づいて画像処理を施した場合と、画像処理を施さない場合とにおいて、観察者が認識する映像を説明する図である。図6(1)は、前記画像処理を施さずに表示した場合に、すなわち第1画像情報が表す画像を観察者の眼球に照射したときに、観察者が認識する映像を示す。前記画像信号処理回路39によって、距離情報に基づいて画像処理を行わずに表示した場合は、3次元情報を含み奥行きのある画像情報であっても、全ての映像を明瞭に表示するので、観察者は、認識する映像に奥行き間を感じにくい。
6 (1), (2), and (3) are recognized by the observer when the image
図6(2)および(3)は、前記画像処理を施して表示した場合に、すなわち第2画像情報が表す画像を観察者の眼球に照射したときに、観察者が認識する映像を示す。図6(2)は、眼の焦点距離が、第1の距離Aに相当した場合における映像を示している。この場合、眼の焦点が合っている「人」の画像部分のみが明瞭に見え、他の「車」および「家」の画像部分はぼやけて見えるので、観察者は奥行き間を、はっきりと認識することができる。これは、人を表す画像部分が被写界深度内にあり、車および家を表す画像部分は、被写界深度外にある場合の見え方と同様である。画像信号処理部39は、「人」の画像部分よりも奥に見えるように「車」および「家」の画像部分をぼやかして、第2画像情報を生成する。
6 (2) and 6 (3) show images recognized by the observer when the image processing is performed and displayed, that is, when the image represented by the second image information is irradiated on the observer's eyeball. FIG. 6B shows an image when the focal length of the eye corresponds to the first distance A. In this case, only the part of the image of the person in focus is clearly visible, and the other parts of the car and house are blurred, so the observer can clearly see the depth. can do. This is the same as when the image portion representing a person is within the depth of field and the image portion representing a car and a house is outside the depth of field. The image
図6(3)は、眼の焦点距離が、第2の距離Bに相当した場合に、観察者が認識する映像を示す。この場合、眼の焦点が合っている「車」の画像部分のみが明瞭に見え、他の「人」および「家」の画像部分はぼやけて見えるので、観察者は奥行き間を、はっきりと認識することができる。このように表示装置30は、明瞭に表示する画像部分を除いて、他の画像部分をぼやかして表示する。これは、車を表す画像部分が被写界深度内にあり、人および家を表す画像部分は、被写界深度外にある場合の見え方と同様である。画像信号処理部39は、「車」の画像部分よりも手前に見えるように「人」の画像部分をぼやかし、「車」の画像部分よりも奥に見えるように「家」の画像部分をぼやかして、第2画像情報を生成する。観察者が認識する知覚像の大きさは、画像情報が表す画像の大きさ、および光学系の設定において決定される。
FIG. 6 (3) shows an image recognized by the observer when the focal length of the eye corresponds to the second distance B. In this case, only the image part of the “car” in which the eyes are in focus can be seen clearly, and the other “person” and “house” image parts appear blurred, so the observer can clearly recognize the depth. can do. As described above, the
画像信号処理回路39は、眼の焦点距離から離れている画像部分については、画像部分情報に付加されている距離情報が表す距離の、求めた焦点距離からのずれ量に応じて、ぼやける程度を変化させる。具体的には、ぼやかして表示する画像部分をぼやかす程度としては、眼の焦点距離から離れた距離情報が付加されている画像部分ほど、ぼやける程度が大きくなるように画像情報に画像処理を施す。このように画像信号処理回路39によって画像処理された第2画像情報に基づいて、網膜32上で形成するために適切な光源変調信号およびスキャン制御信号に変換して光源ドライバ33およびスキャンドライバ34にそれぞれ出力して、画像情報に基づく光を網膜32に照射することによって、観察者に、より強く遠近感を認識させることが可能である。画像信号処理回路39は、たとえば各画像部分を構成する画素のうち隣接する複数の画素の画素値を平均化することによって、ぼやけた画像を生成するが、画像信号処理回路39が画像部分をぼやかす処理は、これに限らない。
The image
たとえば同様の奥行き間のある、一部がぼやけて、一部が明瞭な映像は、元の画像情報をそのようなものとして作成することによっても達成することができるが、この場合、眼の焦点がどこに合っているかに関わらず明瞭な部分は固定され、映像に観察者の意図が反映されない。本実施の形態の表示装置30では、何処を見ようとするかという観察者の意思に応じて、映像を形成する画像に含まれる画像部分のうち、明瞭な部分とぼやける部分とを変化させることが可能となる。これによって観察者は、自己が見ている距離に見えるべき映像を認識することができ、言い換えれば自己が見ている距離に見えるべき映像にピントを合わせた状態とすることができる。これによって、観察者が見ようとしている距離と、明瞭な映像とが、距離において一致するので、利用者が認識する映像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される。さらに、観察者の眼球31の網膜32に焦点の合う視線の奥行き方向の距離によって、画像に含まれる一部の画像部分が明瞭に認識され、他の画像部分が不明瞭にぼやけて認識させることによって、観察者は臨場感を得ることができ、いわゆるバーチャルリアリティを体感することができる。
For example, a partially blurred and partially clear video between similar depths can also be achieved by creating the original image information as such, but in this case the focus of the eye Regardless of where it is, the clear part is fixed and the viewer's intention is not reflected in the image. In the
前述した従来の技術では、細い平行光で網膜に投影された光は、水晶体の厚みがどうであれ、網膜32上で小さな画素を形成することができるので、眼がどの距離を見ようとするかに関わらず常に映像に焦点が合い、そのため観察者はどのような距離に映像が在るかを認識することができず、違和感を覚えるという問題があった。しかしながら、本実施の形態の表示装置30では、観察者が自身の意図で焦点を変えると、すなわち、遠くを見ようとしたり、近くを見ようとしたりすると、その距離に対応した映像に焦点が合って、焦点の合う映像が明瞭に見えるため、映像の距離感を把握できるようになり、従来の技術で問題となっている違和感を軽減することが可能である。また観察者に、実際に風景などを見る場合と同じように、表示装置30によって映像を認識させることができる。
In the above-described conventional technique, the light projected onto the retina with thin parallel light can form small pixels on the
このような表示装置30は、片目で視差が無いような観察方法で、奥行き間を認識させたい場合に有効であり、視差を設ける必要なく、焦点の変化だけで、片目でも奥行き間を認識することが可能となり、片目での立体視が可能となる。
Such a
このように表示装置30は、観察者が見ようとする距離の映像を、明瞭に表示することにより距離感がつかみやすい3次元映像を観察者に認識させることができる。これによって、映像に現実感があり、インパクトのあるものとすることが可能となり、また違和感の少ない映像を観察者に認識させることができる。
In this way, the
本発明の他の実施の形態においては、水晶体厚み測定部43において、眼球31によって反射される反射光の強度、すなわち前述した干渉光63の強度が、波長によって変化することに基づいて、水晶体45の厚みを測定してもよい。本実施の形態において、水晶体厚み測定部43を除く他の構成は、前述した図1に示す表示装置30と同様な構成であるので、その説明を省略する。
In another embodiment of the present invention, in the lens thickness measurement unit 43, the intensity of the reflected light reflected by the
本実施の形態においては、眼球31に入射する光を、幅広い波長領域を持つものとする。同じ光路差がある光同士の干渉においても、光の波長が異なると位相関係は異なる。水晶体45の厚みをdとし、測定に用いる光の波長をλとし、nを整数とすると、以下の式1の関係を満たす波長の光は強め合うが、式2の関係を満たす波長の光は弱め合う。
2d=nλ …(1)
2d=(n+1/2)λ …(2)
したがって、反射光には強め合う波長と弱めあう波長が交互に現れる。
In the present embodiment, it is assumed that light incident on the
2d = nλ (1)
2d = (n + 1/2) λ (2)
Therefore, intensified wavelengths and depleted wavelengths appear alternately in the reflected light.
図7(1)および(2)は、反射波の波長と、光の強度との関係を表すグラフである。図7(1)および(2)に示すように、光の強度を強め合う、または光の強度を弱め合う周期を利用して、以下の式3によって水晶体45の厚みを求めることができる。ここでは、反射光の強度が最大となり、隣合う2つの波長を、それぞれλ1、λ2で表す。またλ1<λ2である。
d=λ1・λ2/2|λ1―λ2| …(3)
FIGS. 7A and 7B are graphs showing the relationship between the wavelength of the reflected wave and the light intensity. As shown in FIGS. 7 (1) and (2), the thickness of the
d = λ 1 · λ 2/ 2 | λ 1 -
式3からも判るように、水晶体45が厚いと強め合う波長の周期は小さくなり、逆に水晶体45が薄いと強め合う波長の周期は大きくなる。以上に述べた式1〜式3は、近似式であり、実際には屈折率の波長依存性など、各式に補正すべき項目を加えることによって測定精度を高めることが可能である。
As can be seen from
水晶体厚み測定部43は、眼球31からの反射光を受光素子によって受光して、前述したλ1およびλ2を求め、式3に基づいて水晶体45の厚みを求める。このような方法であっても、水晶体45の厚みを求めることができ、本実施の形態の表示装置は、前述の実施の形態の表示装置30と同様の効果を達成することができる。
The crystalline lens thickness measurement unit 43 receives the reflected light from the
本発明のさらに他の実施の形態では、水晶体厚み測定部43において、水晶体厚み測定部43は、角膜52および大気の屈折率差と、水晶体45および硝子体56の屈折率差とに基づいて、水晶体45の厚みを測定してもよい。この場合、水晶体厚み測定部43は、角膜52および大気の屈折率差から生じる第1反射光71と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、水晶体45の厚みを求める。本実施の形態において、水晶体厚み測定部43を除く他の構成は、前述した図1に示す表示装置30と同様な構成であるので、その説明を省略する。
In still another embodiment of the present invention, in the lens thickness measuring unit 43, the lens thickness measuring unit 43 is based on the refractive index difference between the
図8は、水晶体45と硝子体56との界面における屈折率の違いによって反射される第2反射光62と、角膜52および大気の屈折率差から生じる第3反射光71とを模式的に示す図である。
FIG. 8 schematically shows the second reflected light 62 reflected by the difference in refractive index at the interface between the
本実施の形態では、前述の実施の形態における第1反射光61に代えて、角膜52の表面、すなわち角膜52と大気との界面によって反射された第3反射光71と、前述した第2反射光62とを利用して、水晶体厚み測定部43が水晶体45の厚みを求める。角膜52と大気との間の屈折率の差は、水晶体45と前房53との間の屈折率の差よりも大きい。したがって、反射光も多いので測定のための光が強く検出されS/N比が向上するので、測定精度を高めることができる。この方法では、水晶体45そのものの厚みを測定することはできないが、水晶体45は厚みが変わる際には、表面側にも裏面側にも膨張または収縮するため、本方式によって水晶体45と硝子体との界面の位置の変化を見るだけでも、水晶体45の厚みの相対変化を知ることが可能であり、これによって水晶体45の厚みを求めることができる。
In the present embodiment, instead of the first reflected light 61 in the previous embodiment, the third reflected light 71 reflected by the surface of the
水晶体厚み測定部43において、水晶体45の厚みを求める原理は、前述した実施の形態の表示装置30と同様であり、前述した第1反射光61を第3反射光71に置き換えただけであるので、その説明を省略する。このような方法であっても、水晶体45の厚みを求めることができ、本実施の形態の表示装置は、前述の実施の形態の表示装置30と同様の効果を達成することができる。
In the crystalline lens thickness measurement unit 43, the principle of obtaining the thickness of the
本発明のさらに他の実施の形態では、水晶体厚み測定部43において、水晶体45および前房53の屈折率差と、網膜32によって反射される光とに基づいて水晶体45の厚みを測定してもよい。この場合、水晶体45および前房53の屈折率差から生じる第1反射光61と、網膜32によって反射される第4反射光72とに基づいて、水晶体45の厚みを求める。本実施の形態において、水晶体厚み測定部43を除く他の構成は、前述した図1に示す表示装置30と同様な構成であるので、その説明を省略する。
In still another embodiment of the present invention, the lens thickness measuring unit 43 may measure the thickness of the
図9は、水晶体45および前房53との界面における屈折率差の違いによって反射される第1反射光61と、網膜32によって反射される第4反射光72とを模式的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the first reflected light 61 reflected by the difference in refractive index at the interface between the
本実施の形態では、前述した第1反射光61と、前述した第2反射光61に代えて、網膜32によって反射される第4反射光72とを利用して、水晶体厚み測定部43が水晶体45の厚みを求める。網膜32が赤く見えることは「赤目」という言葉でよく知られるように、網膜32の反射率が非常に高いことを表している。したがって前述した第2反射光62に代えて、第4反射光64を利用することによって、測定のための光が強く検出されてS/N比が高くなるため測定精度を高めることができる。この方法では、水晶体45そのものの厚みを測定することはできないが、水晶体は厚み45が変わる際には、表面側にも裏面側にも膨張または収縮するため、本方式で水晶体45と前房53との界面の位置の変化を見るだけでも水晶体45の厚みの相対変化を知ることが可能であり、これによって水晶体45の厚みを求めることができる。
In the present embodiment, the lens thickness measuring unit 43 uses the first reflected light 61 described above and the fourth reflected light 72 reflected by the
水晶体厚み測定部43において、水晶体45の厚みを求める原理は、前述した実施の形態の表示装置30と同様であり、前述した第2反射光62を第4反射光72に置き換えただけであるので、その説明を省略する。このような方法であっても、水晶体45の厚みを求めることができ、本実施の形態の表示装置は、前述の実施の形態の表示装置30と同様の効果を達成することができる。
The principle of obtaining the thickness of the
図10は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置80の構成を示す模式図である。本実施の形態の表示装置80と、前述した図1に示す実施の形態の表示装置30とは、ハーフミラー37の設置位置が異なるのみであって、その他の構成は同様であるため、同様の構成には同様の参照符号を付して、その説明を省略する。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a
前述した図1に示す実施の形態の表示装置30では、水晶体45の厚みを測定するために配置されるハーフミラー37を、光源部品33と光スキャン部品34との間に配置しているのに対し、本実施の形態の表示装置80では、ハーフミラー37を第2レンズ36と眼球31の間に設置している。前記表示装置80と比較して、水晶体45の厚み測定の光学系を眼球31に近い位置に配したことによって、より高い検出感度で眼球31からの反射光を水晶体厚み測定部43によって受光することができ、これによって水晶体45の厚みを、より精度よく測定することができる。
In the
本発明のさらに他の実施の形態において、前記ハーフミラー37は、たとえば第1および第2レンズ35,36の間に配置されてもよく、また映像を投影するための光学系から外れた位置に配置されてもよい。このようにハーフミラー37の配置の自由度が高いので、測定精度および表示装置の形状、大きさなど種々の事情を考慮して設計することが可能である。
In still another embodiment of the present invention, the
図11は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置90の構成を示す模式図である。表示装置90は、光源部品33と、光スキャン部品34と、集光レンズ91と、射出瞳拡大素子92と、接眼レンズ93と、ハーフミラー37と、入力部38と、画像信号処理回路39と、光源ドライバ41と、スキャンドライバ42と、水晶体厚み測定部43と、水晶体厚み信号変換部44とを含んで構成される。表示装置90において、前述した図1に示す実施の形態の表示装置30と同様な構成は、同様な参照符号を付してその説明を省略する。本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、入力部38から入力される第1画像情報は3次元画像を表し、前述した3次元情報が含まれる。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a
集光レンズ91は、光源部品33から出た光を集光する。光スキャン部品34は、光源部品33から出た光が、集光レンズ91を通って集光される過程で、この光を、たとえばラスターパターンにスキャンする。スキャンされた光は、射出瞳拡大素子92上に集光される。光スキャン部品34によって、集光レンズ91からの光をスキャンすることによって、光源部品33から出た光は、射出瞳拡大素子92上で焦点を結び、一旦この素子の上で映像を形成する。 The condensing lens 91 condenses the light emitted from the light source component 33. The light scanning component 34 scans this light, for example, in a raster pattern in the process in which the light emitted from the light source component 33 is condensed through the condenser lens 91. The scanned light is collected on the exit pupil enlarging element 92. By scanning the light from the condensing lens 91 with the light scanning component 34, the light emitted from the light source component 33 is focused on the exit pupil enlarging element 92 and once forms an image on this element.
射出瞳拡大素子92は、この射出瞳拡大素子92に入射した光を、透過方向、あるいはまたは反射方向に、予め定める角度に拡散して出射する機能を有する。射出瞳拡大素子92は、光拡散板、ファイバーフェースプレート、レンズアレイおよび回折格子などによって実現される。射出瞳拡大素子92上に形成された映像を構成する各画素の光は、射出瞳拡大素子92によって拡散されて接眼レンズ93へと向かう。 The exit pupil enlarging element 92 has a function of diffusing and emitting light incident on the exit pupil enlarging element 92 at a predetermined angle in the transmission direction or the reflection direction. The exit pupil enlarging element 92 is realized by a light diffusing plate, a fiber face plate, a lens array, a diffraction grating, and the like. The light of each pixel constituting the image formed on the exit pupil enlarging element 92 is diffused by the exit pupil enlarging element 92 and travels to the eyepiece lens 93.
接眼レンズ93は、射出瞳拡大素子92によって拡散された光を、予め定める幅をもった平行光にするとともに、眼球31の表面51へと導く。これによって、眼球31の表面51へ到達した幅を持った平行光のうち、瞳孔46を通った光は眼球31の水晶体45などによって集光して、網膜32上に焦点を結ぶ。射出瞳拡大素子92上で形成された映像の各画素の光は、眼球31の表面51に到達した際の入射角が異なっており、眼球31の水晶体45などによって網膜32上で焦点を結んだ際に、画素ごとに異なった位置に焦点を結ぶ。したがって、網膜32上に画素が並んだ映像が形成され、これを人が視神経により映像として認識することができる。射出瞳拡大素子92と、接眼レンズ93との間にハーフミラー37が配置され、ハーフミラーの光は、水晶体厚み測定部43へと導かれる。
The eyepiece 93 converts the light diffused by the exit pupil enlarging element 92 into parallel light having a predetermined width and guides it to the
本実施の形態の表示装置90においても、前述の図1に示す実施の形態の表示装置30と同様に、網膜32に焦点の合う距離に応じて、第2画像情報を生成し、この第2画像情報表す画像を眼球に照射することによって、観察者が奥行き間のある映像を認識することが可能となる。
Also in the
本実施の形態の表示装置90では、前述の図1に示す実施の形態の表示装置30と異なり、瞳孔46から入射する光は、細い平行光ではなく、幅を持った平行光となっている。眼球運動および表示装置の位置ずれなどによって、瞳孔46と表示装置90との相対位置がずれたとしても、平行光に幅を持たせていることによって映像を観察者に視認させることができる。
In the
このように幅を持った平行光を眼球31に照射する場合、前述の図1に示す実施の形態の表示装置30と異なり、光源部品33から出た光は水晶体45などの屈折によって網膜32上に焦点を結ぶ。したがって、観察者の意図によって、すなわち観察者が近くを見ることによって水晶体45が厚くなったり、遠くを見ることによって水晶体45が薄くなったりすると、映像を表し、眼球31に照射する光が、網膜32上に焦点を結ばない状況が生じる。眼球31に入射する光が、略平行光となるように照射される場合においては、遠くを見る眼をした時に網膜32上で焦点を結び、逆に近くを見る眼をすると網膜32上で焦点を結ばない。しかし、この場合の遠くを見る眼といっても、約1m以上の距離を見る状態であれば、常に網膜32上に焦点が合う状態となる。
When irradiating the
本実施の形態の表示装置90では、観察者が自身の意図で焦点を変えると、すなわち遠くを見ようとしたり、近くを見ようとしたりすると、その距離の映像が、焦点が合って明瞭に見えるため、映像の距離感を把握できるようになり、前述したような違和感を軽減することが可能である。ただし前述の図1に示す実施の形態の表示装置30との違いとして、前述の図1に示す実施の形態の表示装置30では略1mよりも近い距離を見る水晶体45の状態であっても、映像を明瞭に表示することができるが、本実施の形態の表示装置30では、そのような水晶体45の状態では、そもそも網膜32上に焦点を合わせることができないため明瞭な映像を表示することはできない。しかしながら、1m以上の距離見る場合には、前述の実施の形態と同様な効果を達成することができない。
In the
本実施の形態の表示装置90においても、片目で視差が無いような観察方法で、奥行き間を認識させたい場合に有効であり、視差を設ける必要なく、焦点の変化だけで、片目でも奥行き間を認識することが可能となり、片目での立体視が可能となる。
The
本発明のさらに他の実施の形態において、前述した図11に示す表示装置90において、ハーフミラー37の配置位置は、射出瞳拡大素子92と接眼レンズ93との間に限らず、接眼レンズ93と眼球31との間に配置されてもよく、また映像を投影するための光学系から外れた位置に配置されてもよい。このようにハーフミラー37の配置の自由度が高いので、測定精度および表示装置の形状、大きさなど種々の事情を考慮して設計することが可能である。
In still another embodiment of the present invention, in the
図12は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置100の構成を示す模式図である。表示装置100は、点光源アレイ101と、光学変調素子102と、集光レンズ91と、接眼レンズ93と、ハーフミラー37と、入力部38と、画像信号処理回路39と、光源ドライバ41と、光学変調素子ドライバ103と、水晶体厚み測定部43と、水晶体厚み信号変換部44とを含んで構成される。表示装置100において、前述した各実施の形態の表示装置と同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a display device 100 according to still another embodiment of the present invention. The display device 100 includes a point light source array 101, an optical modulation element 102, a condenser lens 91, an eyepiece lens 93, a
点光源アレイ101は、複数の発光素子がマトリクス状に並べられて形成される。点光源アレイ101の複数の発光素子の光軸は、互いに平行に延びる。点光源アレイ101は、光源ドライバ41から与えられる光源出力信号に基づいて発光する。点光源アレイ101から出た光は、集光レンズ91を通って集光され、光学変調素子102に入射する。
The point light source array 101 is formed by arranging a plurality of light emitting elements in a matrix. The optical axes of the plurality of light emitting elements of the point light source array 101 extend parallel to each other. The point light source array 101 emits light based on the light source output signal given from the
光学変調素子102は、光学変調素子ドライバ103から与えられる変調出力信号に基づいて、集光レンズ91から到来する入射光を、変調する。光学変調素子102は、液晶パネル、DLP(Digital Light Processing)、その他の回折を利用する素子、電気光学結晶および音響光学素子などによって実現される。本実施の形態では、カラーで表示することができる液晶パネルによって実現される。
The optical modulation element 102 modulates incident light coming from the condenser lens 91 based on the modulation output signal given from the optical
光学変調素子102に入射した光は、光学変調素子102によって、色および強度を変調され、接眼レンズ93に到達する。接眼レンズ93に到達した光は、接眼レンズ93を通って眼球31の表面51に達する。点光源アレイ101、集光レンズ91、光学変調素子102および接眼レンズ93によって、眼球31の表面51において、各画素に対応する光は、前述の図11に示す実施の形態の表示装置90と同様に、幅を持った平行光となり、眼球31に入射する。
The light incident on the optical modulation element 102 is modulated in color and intensity by the optical modulation element 102 and reaches the eyepiece lens 93. The light reaching the eyepiece lens 93 passes through the eyepiece lens 93 and reaches the
したがって各画素に対応する光が、方向の異なった、幅を持った平行光である点では、前述の図11に示す実施の形態の表示装置90と同様であり、このような平行光を形成する手段として、表示装置80では、光源部品33、光スキャン部品34および射出瞳拡大素子92などを使用しているが、この代わりに本実施の形態の表示装置90では、点光源アレイ101および光学変調素子102を使用して実現している。
Accordingly, the light corresponding to each pixel is parallel light having a different direction and having a width, which is similar to the
次に電気系に関して説明する。表示装置100は、図11に示す実施の形態の表示装置90と比較して、光学系の構成が異なることに応じて、電気系の構成の一部が異なる。入力部38から画像信号が画像信号処理回路39に入力されると、画像信号処理回路39は、入力された画像信号に基づいて光学変調素子変調信号を生成し、この光学変調素子変調信号を、光学変調素子102を制御する光学変調素子ドライバ103に出力する。前記光学変調素子変調信号に基づいて光学変調素子ドライバ103が光学変調素子102を制御することによって、映像が形成される。点光源アレイ101には、光源ドライバ41から光源出力信号が与えられる。光源出力信号が与えられると、点光源アレイ101は、常時同一輝度で点灯する。光源ドライバ41および光学変調素子ドライバ103を含んで、照射手段が実現される。本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、入力部38から入力される第1画像情報は3次元画像を表し、3次元情報が含まれている。
Next, the electrical system will be described. The display device 100 differs from the
接眼レンズ93と眼球31との間に、ハーフミラー37が設けられ、眼球31からの反射光が水晶体厚み測定部43に導かれる。
A
本実施の形態の表示装置100においても、前述の図1に示す実施の形態の表示装置30と同様に、網膜32に焦点の合う距離に応じて、第2画像情報を生成し、この第2画像情報表す画像を眼球に照射することによって、前述した図1に示す実施の形態の表示装置30と同様に、奥行き間のある映像を、観察者に認識させることが可能となり、前述の各実施の形態の表示装置と同様な効果を得ることができる。
Also in the display device 100 of the present embodiment, the second image information is generated according to the distance at which the
また本実施の形態の表示装置100においても、各画素の光が幅を持った平行光として眼球31に入射する点において、前述した図9に示す実施の形態の表示装置90と同じであるので、映像の距離感を持たせることができる点についても、同様の効果を発揮することできる。
The display device 100 of the present embodiment is the same as the
さらに表示装置100においても、片目で視差が無いような観察方法で、奥行き間を認識させたい場合に有効であり、視差を設ける必要なく、焦点の変化だけで、片目でも奥行き間を認識することが可能となり、片目での立体視が可能となる。 Furthermore, the display device 100 is effective when it is desired to recognize the depth between the observation methods with no parallax with one eye, and it is not necessary to provide the parallax, and the depth between the eyes can be recognized only by changing the focus. And stereoscopic viewing with one eye becomes possible.
本発明のさらに他の実施の形態では、図12に示す実施の形態の表示装置100において、ハーフミラー37は、光学変調素子102と接眼レンズ93との間に配置されてもよく、また映像を投影するための光学系から外れた位置に配置されてもよい。このようにハーフミラー37の配置の自由度が高いので、測定精度および表示装置の形状、大きさなど種々の事情を考慮して設計することが可能である。
In still another embodiment of the present invention, in the display device 100 of the embodiment shown in FIG. 12, the
また本発明の他の実施の形態では、図12に示す実施の形態の表示装置100において、点光源アレイ101は、常時同一輝度で点灯するのではなく、フィールドシーケンシャル方式を使用したり、瞳孔の位置によって使用する点光源素子を切換えたりする構成としてもよい。この場合には、点光源アレイ101において予め定める点滅および輝度調節が必要となり、この制御を光源ドライバ41が入力される光源制御信号に従って実施する。
In another embodiment of the present invention, in the display device 100 of the embodiment shown in FIG. 12, the point light source array 101 does not always light with the same luminance, but uses a field sequential method, The point light source element to be used may be switched depending on the position. In this case, predetermined blinking and luminance adjustment are required in the point light source array 101, and this control is performed in accordance with a light source control signal input to the
図13は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置110の構成を示す模式図である。本実施の形態の表示装置110は、前述した図11に示す実施の形態の表示装置90の構成に付加して、変更手段であるピントぼかし量手動調節部111を有する構成であって、その他の構成は前述した図11に示す実施の形態の表示装置90と同様であるので、同様の構成には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a
表示装置110では、眼球31の焦点距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分がぼやける程度を調整することができる。つまり表示装置110は、眼の焦点距離と一致していない距離の画像部分をぼやかすが、画像部分がぼやける程度をピントぼかし量手動調節部111によって調整することができる。ピントぼかし量手動調節部111は、たとえば可変抵抗のような機械的に電気特性を変える部品によって実現される。可変抵抗における抵抗値を変えることによって、画像信号処理回路39において、前記可変抵抗の抵抗値に応じて、映像がぼやける程度を決定して、画像情報の画像処理を行う。映像がぼやける程度を、ピントぼかし量手動調節部111によって、手動で調整することができるので、異なる距離情報が付加された画像部分について、それぞれが全くぼやけない明瞭な状況から、距離情報に応じて激しくぼやける状況まで、観察者が認識する映像を調節することができる。これによって観察者の好みに応じた表示を行うことができ、利便性を向上せることができる。
The
本発明のさらに他の実施の形態においては、前述したピントぼかし量手動調節部111は、たとえばキーボードおよびマウスなどの指令入力部および表示部を有し、表示部の画面上に映像がぼやける量を表す情報を表示させ、キーボードおよびマウスなどを操作することによって、観察者が表示画面を見ながら調整することができる構成としてもよく、またその他、観察者の操作入力に応じて映像がぼやける程度を変更することができる構成であればよい。 In still another embodiment of the present invention, the above-described focus blur amount manual adjustment unit 111 includes a command input unit such as a keyboard and a mouse and a display unit, for example, and an amount of blurring of an image on the screen of the display unit. By displaying the information to be displayed and operating the keyboard and mouse, etc., the viewer may be able to make adjustments while watching the display screen. Any configuration that can be changed is acceptable.
図14は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置120の構成を示す模式図である。本実施の形態の表示装置120は、図11に示す実施の形態の表示装置90と同様な構成であり、同様の構成には同様の参照符号を付してその説明を省略する。前述の図11に示す実施の形態の表示装置90との相違点は、入力部38から入力される第1画像情報は、3次元画像を表すのではなく、2次元画像であるという点である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration of a
図15(1)および(2)は、表示装置120の画像信号処理部39における画像処理の方法を説明する図である。前述した各実施の形態において述べたように、従来の技術の表示装置を使用すると、奥行き方向に関して、映像がどの距離に存在するか観察者には認識させることができない。これは観察者にとって不自然に感じられ、違和感を伴う。
FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining an image processing method in the image
この違和感を解消するために表示装置120では、画像信号処理回路39が、水晶体厚み測定部43において水晶体45の厚みを測定した結果を用いて、表示する画像情報に画像処理を施す。表示装置120では、観察者が認識することができる映像の仮想の距離、言い換えれば虚像として表示される仮想のディスプレイの位置が予め設定されており、画像信号処理回路39は、予め設定される仮想ディスプレイの位置に、映像が形成されるように画像情報を画像処理し、光学変調信号およびスキャン制御信号を生成して、光源ドライバ41およびスキャンドライバ42にそれぞれ与える。
In order to eliminate this uncomfortable feeling, in the
画像信号処理回路39は、図15(1)に示すように、眼の焦点距離が、映像の仮想の距離と一致したとき、言い換えれば前記焦点距離と、仮想のディスプレイの位置までの距離とが一致したとき、映像を明瞭に表示するように、第1画像情報を画像処理して第2画像情報を生成する。
As shown in FIG. 15 (1), the image
また画像信号処理回路39は、図15(2)に示すように、眼の焦点距離が、仮想の映像距離と一致していないとき、言い換えれば前記焦点距離と、仮想のディスプレイの位置までの距離とが一致したとき、映像をぼやかして表示するように、第1画像情報を画像処理して第2画像情報を生成する。これによって、観察者の眼は、ある固定された距離の映像を見ることになり、その距離よりも焦点距離が近くなったり、遠くなったりした場合には、映像がぼやけて見えるので、どこに映像があるか距離感がつかめないといった違和感を軽減することができる。
Further, as shown in FIG. 15B, the image
また画像信号処理回路39は、映像の仮想の距離と、眼の焦点距離とが一致しない場合に、映像をぼやけたものとして表示するように画像処理するが、そのぼやける程度は、映像の仮想の距離と、眼の焦点距離とが離れるほど大きくする。これによって、観察者は、焦点距離が近づいているのか、離反しているのかを感覚的に認識することができ、焦点距離を仮想の映像の距離に調節しやすくなる。
The image
また本実施の形態の表示装置120は、ピントぼかし量手動調節部111および仮想ディスプレイ位置手動調節部121をさらに有する。表示装置120は、眼の焦点距離と映像の仮想の距離とが一致しない場合、映像をぼやかして表示させるが、映像がぼやける程度をピントぼかし量手動調節部111によって調整することができる。ピントぼかし量手動調節部111は、たとえば可変抵抗のような機械的に電気特性を変える部品によって実現される。可変抵抗における抵抗値を変えることによって、画像信号処理回路39において、前記可変抵抗の抵抗値に応じて、映像がぼやける程度を決定して、画像情報の画像処理を行う。映像がぼやける程度を、ピントぼかし量手動調節部111によって、手動で調整することができるので、観察者の好みに応じて映像を表示させることができる。
The
また仮想ディスプレイ位置手動調節部121は、映像の仮想の距離を、観察者の意図で可変とするためのものである。すなわち、観察者によっては映像の仮想の距離が、近いほうが見やすい場合と、遠いほうが見やすい場合があると想定され、これを解決する手段として、表示装置120では映像の仮想の距離を可変とする。仮想ディスプレイ位置手動調節部121は、たとえば可変抵抗器およびロータリーエンコーダのような機械的に電気的調整を可能とする部品を用いて実現される。画像信号処理回路39は、仮想ディスプレイ位置手動調節部121の状態に基づいて、虚像として表示される仮想のディスプレイの位置を設定する。仮想ディスプレイ位置手動調節部121を操作することによって、観察者の好みに応じた焦点距離の範囲で明瞭な映像が表示されるように調整することができ、利便性を向上させることができる。
The virtual display position manual adjustment unit 121 is for changing the virtual distance of the video according to the intention of the observer. That is, depending on the observer, it is assumed that the virtual distance of the video is easier to see when it is closer and the distance of the video is easier to see, and as a means for solving this, the
本発明のさらに他の実施の形態においては、仮想ディスプレイ位置手動調節部121は、たとえばキーボードおよびマウスなどの指令入力手段を有し、設定を変更するための情報を表示させて、キーボードおよびマウスなどを操作することによって、表示される情報を見ながら観察者が調整する構成としてもよく、その他その具体的手法にはこだわらない。 In still another embodiment of the present invention, the virtual display position manual adjustment unit 121 has command input means such as a keyboard and a mouse, for example, and displays information for changing the settings, such as a keyboard and a mouse. It is possible to adopt a configuration in which the observer adjusts while viewing the displayed information by operating, and other specific methods are not particular.
このように表示装置120は、距離感のはっきりした映像を観察者に認識させることができ、違和感の少ない映像を観察者に認識させることができる。また観察者が非常に近距離に視点を合わせたときであっても、遠くの距離に視点を合わせた場合であっても、観察者に明瞭に映像を認識させることができる。これによって、たとえば表示装置120によって眼球31に投影される画像と、実際の対象物とを交互に見る必要があるときには、視点を切替える必要がないので、観察者の眼の疲労を軽減することができる。
As described above, the
本発明のさらに他の実施の形態において、前述した図14に示す実施の形態の表示装置120において、画像処理回路39は、眼の焦点距離が、予め定める範囲の距離である場合に、映像を明瞭に認識させるように、画像情報を画像処理し、眼の焦点距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、映像をぼやかして表示するように、画像情報を画像処理してもよい。前述した表示装置120においては、明瞭な映像を表示する焦点距離の領域があまりに狭いと、観察者は眼の焦点を常に微妙にコントロールする必要があり、眼が疲れる可能性がある。本実施の形態の表示装置では、そのような問題が発生することが防止される。少なくとも明瞭な映像を表示する予め定める距離の範囲のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、1cm以上10m未満に選ぶ。これによって映像を見る観察者の目の疲労を軽減することができる。予め定める距離の範囲のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、いわゆる被写界深度にあたる。予め定める範囲の距離を表す情報は、予め定められていてもよく、仮想ディスプレイ位置手動調整部121によって距離を表す情報を入力することによって設定することができる構成としてもよい。
In still another embodiment of the present invention, in the
図16は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置130の構成を示す模式図である。表示装置130は、前述した図11に示す実施の形態の表示装置90と同様の構成を有し、前述した図11に示す実施の形態の表示装置90の構成に加えて、接眼レンズ移動部131および手動ON/OFF切替部132とを有する。本実施の形態の表示装置130と、前述した前述した図11に示す実施の形態の表示装置90との相違点は、主として表示装置130の接眼レンズ93が光学系の軸線に平行な、図16の矢符Fで示す方向に可動であることである。本実施の形態において、入力部38から入力される画像情報は、3次元画像ではなく、2次元画像を表す。画像処理回路39は、入力部38から与えられる画像情報を光源変調信号およびスキャン制御信号に変換して、出力する。
FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration of a
接眼レンズ移動部131は、水晶体厚み信号変換部44から与えられる水晶体厚み信号に基づいて、接眼レンズを光学系の軸線方向に移動させる。接眼レンズ93を光学系の軸に平行な方向に可動であるため、略平行に眼球31に入射する各画素の光につき、その平行光の平行度を制御することができる。
The eyepiece moving unit 131 moves the eyepiece in the axial direction of the optical system based on the lens thickness signal provided from the lens thickness signal converting unit 44. Since the eyepiece 93 is movable in a direction parallel to the axis of the optical system, the parallelism of the parallel light can be controlled for each pixel light incident on the
画像を表す光を、略平行光として眼球31に入射させるタイプの表示装置においては、その特徴として観察者が近く見る眼をすると、つまり水晶体45を厚くすると、焦点が合わないという問題がある。この問題は、特に近くの立体映像を認識する場合に、近く見えるような視差を両眼で設けた際に、眼の焦点から距離感と視差から得られる距離感が一致しないという問題を生じる。
In a display device of a type in which light representing an image is incident on the
本実施の形態の表示装置130では、近くを見る眼をしても焦点が合うように、眼球31へ向かう平行光の平行度を調整することができる。
In the
図17(1)および(2)は、表示装置130によって眼球31へ向かう平行光の平行度を調整する様子を説明する図である。水晶体45の厚みがd1であって、水晶体45が薄い状態の場合、つまり遠くを見る眼をしている場合には、眼球31への光を平行に近づけることによって、網膜32に焦点を合わせることができる。また逆に水晶体45が厚い状態の場合、つまり近くを見る眼をしている場合には眼球31への光を広がりつつ近づくような非平行光にすることによって、網膜32に焦点を合わせることができる。表示装置130では、水晶体厚み測定部43によって測定した水晶体45の厚みを表す情報を、水晶体厚み信号変換部44を介して接眼レンズ移動部131に入力し、接眼レンズ移動部131が、水晶体厚み信号に基づいて、接眼レンズ93を移動させることによって、焦点距離がどのような距離であっても、網膜32に焦点を合わせて明瞭な映像を観察者に認識させることができる。接眼レンズ移動部131は、接眼レンズ93を、水晶体45が厚いときほど眼球31から遠ざける方向に移動させることによって、眼球31に照射される光を、眼球31に近づくに連れて広がる光とすることができる。接眼レンズ93、接眼レンズ移動部131を含んで眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段が実現される。
FIGS. 17A and 17B are diagrams for explaining how the parallelism of parallel light traveling toward the
手動ON/OFF切替部132は、選択手段であり、切替えスイッチによって実現される。接眼レンズ移動部131は、手動ON/OFF切替部132のスイッチング状態に応じて、能動化または不能動化し、すなわち手動ON/OFF切替部132のスイッチング状態がON状態であれば、接眼レンズ移動部131は能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて観察者の網膜32に焦点が合う距離を求めて、この距離に焦点が合うように接眼レンズ93を移動させ、OFFであれば不能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて対物レンズ93を移動させない。手動ON/OFF切替部132は、観察者が手動で操作することができる。これによって、観察者の観察者の好みおよび映像の内容によって、スイッチング状態を切換えて、利便性を向上させることができる。
The manual ON /
前述した表示装置130において接眼レンズ移動部131は、光源部品33が画像情報に基づいて発光している間、常に前記光の平行度を調整する構成としてもよい。この場合、観察者は常に明瞭な映像を認識することができる。したがって、たとえば修理対象機器と図面を見比べるなど、現実の対象物と、表示装置によって表示される文字情報などを頻繁に繰り返し交互に見る必要があるような場合では、常に焦点が合った画像とすることによって、観察者の眼の疲労を軽減させることができる。
In the
本実施の形態の表示装置130では、図11に示す実施の形態の表示装置90に接眼レンズ起動部131および手動ON/OFF切替部132とを付加した構成としているが、本発明の他の実施の形態の表示装置において、図12に示す実施の形態の表示装置100に接眼レンズ起動部131および手動ON/OFF切替部132とを付加することによって同様の効果を得ることができる。また接眼レンズ131を移動させて、焦点を網膜32に合わせる構成は、接眼レンズ93によって眼球31への光を、広がりを持つ平行光として眼球31に入射させる様々な構成の表示装置に適用することができる。
The
図18は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置140の構成を示す模式図である。表示装置140は、前述した図18に示す実施の形態の表示装置130と同様な構成であり、前述した図16に示す実施の形態の表示装置130と異なる点は、この表示装置130では、眼球31へ向かう光の平行度を調整するために接眼レンズ93を移動させているが、本実施の形態の表示装置140では、接眼レンズ93は固定しており、それ以外の光学系、すなわち光源部品33、集光レンズ91、光スキャン部品34および射出瞳拡大素子92を、図18の矢符Fで示す光学系の軸線方向に移動させる構成としていることである。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of a
表示装置140は、前述した図16に示す実施の形態の表示装置130と同様の構成を有し、表示装置130における接眼レンズ移動部131に代えて、光学系移動部141を有する。
The
光学系移動部141は、枠体142と、枠体142を移動させる枠体移動部143を有する。光源部品33、集光レンズ91、光スキャン部品34および射出瞳拡大素子92は、枠体142に固定される。表示装置140では、水晶体厚み測定部43によって測定した水晶体45の厚みを表す情報を、水晶体厚み信号変換部44を介して枠体移動部143に入力し、枠体移動部143が、水晶体厚み信号に基づいて、枠体142を移動させることによって、焦点距離がどのような距離であっても、網膜32に焦点を合わせて明瞭な映像を観察者に認識させることができる。枠体移動部143は、枠体142を、水晶体45が厚いときほど眼球31から遠ざける方向に移動させることによって、眼球31に照射される光を、眼球31に近づくに連れて広がる光とすることができる。光源部品33、集光レンズ91、光スキャン部品34、射出瞳拡大素子92光学系移動部141を含んで眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段が実現される。これによって、前述した実施の形態の表示装置130と同様な効果を達成することができる。
The optical system moving unit 141 includes a frame body 142 and a frame
手動ON/OFF切替部132は、選択手段であり、切替えスイッチによって実現される。光学系移動部141は、手動ON/OFF切替部132のスイッチング状態に応じて、能動化または不能動化し、すなわち手動ON/OFF切替部132のスイッチング状態がON状態であれば、光学系移動部141は能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて観察者の網膜32に焦点が合う距離を求めて、この距離に焦点が合うように枠体142を移動させ、OFFであれば不能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて枠体142を移動させない。手動ON/OFF切替部132は、観察者が手動で操作することができる。これによって、観察者の観察者の好みおよび映像の内容によって、スイッチング状態を切換えて、利便性を向上させることができる。
The manual ON /
図19は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置150の構成を示す模式図である。表示装置150は、前述した図11に示す実施の形態の表示装置90の構成に加えて、視線方向検出装置151を含む構成であって、同様な構成には同様な参照符号を付して、その説明を省略する。
FIG. 19 is a schematic diagram showing a configuration of a
視線方向検出装置151は、観察者の視線の方向を検出する。視線方向検出装置151は、たとえば点光源から近赤外線を観察者の眼球に照射して、瞳孔および角膜耀面における近赤外線の反射像を利用する角膜反射法によって、視線を検出する。視線方向検出装置151は、検出した結果を表す視線情報信号を水晶体厚み信号変換部44に与える。 The line-of-sight detection device 151 detects the direction of the line of sight of the observer. The line-of-sight detection device 151 detects the line of sight by, for example, a corneal reflection method that irradiates the observer's eyeball with a near-infrared ray from a point light source and uses a near-infrared reflection image on the pupil and the corneal ridge. The line-of-sight direction detection device 151 gives a line-of-sight information signal representing the detected result to the lens thickness signal conversion unit 44.
図20(1)および(2)は、水晶体厚み測定部43によって水晶体45の厚みを測定する場合に生じうる測定誤差について説明するための図である。図20(1)は、水晶体45の光軸が、測定光の進行方向に対して平行となっているときの眼球31の模式図であり、図20(2)は水晶体45の光軸が、測定光に進行方向に対して仮想一平面内で予め定める角度θだけ傾斜しているときの眼球31の模式図である。
20A and 20B are diagrams for explaining measurement errors that may occur when the thickness of the
水晶体45の厚みをdとしたとき、水晶体45の光軸が、測定光の進行方向に対して平行となっているとき、水晶体45と前房53との界面で反射される第1反射光61と、水晶体45と硝子体56との界面で反射される第2反射光62との光路差は、2dである。しかしながら、水晶体45の光軸が、測定光の進行方向に対して、仮想一平面内で予め定める角度θだけ傾斜しているとき、第1反射光61と第2反射光62との光路差は2d/cosθとなる。したがって、図20(2)のように、水晶体45の光軸が、測定光に進行方向に対して仮想一平面内で予め定める角度θだけ傾斜しているとき、1/cosθが2dに乗算されることになり、測定誤差が生じる。
When the thickness of the
前記視線方向検出装置151は、観察者の視線の方向を検出することによって、前述した水晶体45の光軸と、測定光の進行方向に対して、仮想一平面内で傾斜する角度θを求める。視線方向検出装置151は、前記角度θを求め、誤差となる係数1/cosθを補正するな傾き補正信号を水晶厚み信号変換部44に与える。水晶厚み信号変換部44は、水晶厚み信号変換部44から与えられる傾き補正信号に基づいて、水晶体厚み測定部43から与えられる水晶体45の厚みを表す情報を補正して、水晶体厚み信号に変換して、画像信号処理回路39に与える。したがって信号処理装置39において、網膜に焦点が合う距離を正確に求めることができる。
The line-of-sight direction detection device 151 obtains an angle θ that is inclined in a virtual plane with respect to the optical axis of the
図21は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置160の構成を示す模式図である。表示装置160は、前述した図11に示す実施の形態の表示装置90の構成に加えて、視線方向検出装置151を含む構成であって、同様な構成には同様な参照符号を付して、その説明を省略する。表示装置160では、水晶体45の厚みを測定するための測定光として、光源部品33から網膜32に投影する光の一部を用いる。
FIG. 21 is a schematic diagram showing a configuration of a
視線方向検出装置151は、観察者の視線の方向を検出して、検出した観察者の視線の方向を表す視線方向信号を出力する。 The line-of-sight direction detection device 151 detects the direction of the observer's line of sight and outputs a line-of-sight signal indicating the detected line of sight of the observer.
水晶体厚み測定部43は、視線方向検出装置151から与えられる視線方向信号に基づいて、観察者の視線の方向に平行である光であり、言い換えれば水晶体45の光軸に平行に入射する光を、映像を表示するための光から選択して、水晶体45の厚みの測定に利用する。
The lens thickness measurement unit 43 is light that is parallel to the direction of the observer's line of sight based on the line-of-sight signal given from the line-of-sight direction detection device 151, in other words, light that is incident parallel to the optical axis of the
視線方向検出装置151によって検出された視線の方向の傾きを表す視線方向信号は、水晶体厚み測定部43に与えられ、水晶体厚み測定部43はこの視線方向信号に基づき、眼球31に入射する入射光のうち、どの角度の入射光を水晶体45の厚みの測定に使用するかを決定する。水晶体厚み測定部43は、決定した入射光の角度に対し、その角度の画素を形成するスキャンのタイミングを、スキャンドライバ42から与えられる信号から読み取り、適切なタイミングで、これに同期して水晶体45の厚み測定を測定する。
A line-of-sight direction signal representing the inclination of the direction of the line of sight detected by the line-of-sight direction detection device 151 is given to the lens thickness measuring unit 43, and the lens thickness measuring unit 43 receives incident light incident on the
選択された映像を表示するのための光によって測定した水晶体45の厚みは、常に水晶体45に、この水晶体45の光軸に平行に入射するから、前述したような視線の方向によって発生する測定光の傾きが、基本的に発生することが無く、常に正しく水晶体45の厚みを測定することが可能である。したがって、水晶体45の厚みを、視線方向の傾きによる誤差を生じることなく測定することが可能となる。
Since the thickness of the
前述した各実施の形態の表示装置は、両眼で映像を見る場合、および単眼で映像を見る場合の何れの場合であっても適用することができる。本発明のさらに他の実施の形態の表示装置において、本発明の範囲内で、前述した各実施の形態の表示装置を組合せて表示装置を構成してもよい。 The display device according to each of the above-described embodiments can be applied to any case of viewing an image with both eyes and viewing an image with a single eye. In the display device of still another embodiment of the present invention, the display device may be configured by combining the display devices of the above-described embodiments within the scope of the present invention.
30,80,90,100,110,120,130,140,150,160
33 光源部品
34 光スキャン部品
35 第1レンズ
36 第2レンズ
38 入力部
39 画像信号処理回路
43 水晶体厚み測定部
44 水晶体厚み信号変換部
91 集光レンズ
92 射出拡大素子
93 接眼レンズ
101 点光源アレイ
102 光学変調素子
111 ピントぼかし量手動調節部
131 接眼レンズ移動部
141 光学系移動部
151 視線方向検出装置
30, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160
33 Light source component 34 Optical scanning component 35 First lens 36
Claims (27)
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
入力手段によって入力された第1画像情報が表す画像のうち、距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分を除く他の画像部分がぼやけるように第1画像情報を画像処理して、第2画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第2画像情報に基づいて、第2画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置。 Input means for inputting first image information representing an image including a plurality of image portions having different distances from each other;
A distance measuring means for obtaining a distance at which the retina is focused based on the state of the eyeball;
Of the image represented by the first image information input by the input means, the first image information is subjected to image processing so that other image portions excluding the image portion of the distance corresponding to the distance obtained by the distance measurement means are blurred, Image processing means for generating second image information;
A display device comprising: irradiation means for irradiating an eyeball with an image represented by second image information based on second image information generated by the image generation means.
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離である場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像が明瞭となり、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像がぼやけるように第1画像情報を画像処理して第2画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第2画像情報に基づいて、第2画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置。 Input means for inputting first image information representing an image;
Distance measuring means for obtaining a distance at which the retina is focused based on the state of the eyeball;
When the distance obtained by the distance measuring means is a distance within a predetermined range, the image represented by the image information input by the input means becomes clear, and the distance obtained by the distance measuring means is not the distance within the predetermined range. In this case, image processing means for performing image processing on the first image information so as to blur the image represented by the image information input by the input means to generate second image information;
A display device comprising: irradiation means for irradiating an eyeball with an image represented by second image information based on second image information generated by the image generation means.
入力手段によって入力された画像情報に基づいて、この画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離に基づいて、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段とを有することを特徴とする表示装置。 Input means for inputting image information representing an image;
An irradiating means for irradiating the eyeball with an image represented by the image information based on the image information input by the input means;
Distance measuring means for obtaining a distance at which the retina is focused based on the state of the eyeball;
And a light adjusting means capable of adjusting the parallelism of the light reaching the eyeball so that the light emitted by the irradiating means is focused on the retina based on the distance obtained by the distance measuring means. Display device.
前記照射手段は、選択手段によって光の平行度の調整することが選択されているときにのみ、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整することを特徴とする請求項10記載の表示装置。 A selection means for selecting whether or not to adjust the parallelism of the light by the light adjustment means;
The irradiating means has a parallelism of the light reaching the eyeball so that the light irradiated by the irradiating means is focused on the retina only when the adjusting means is selected to adjust the parallelism of the light. The display device according to claim 10, wherein the display device is adjusted.
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、網膜に焦点が合う距離を補正することを特徴とする請求項13〜24のいずれか1つに記載の表示装置。 Gaze detection means for detecting the gaze direction,
The display device according to any one of claims 13 to 24, wherein the distance measuring unit corrects a distance at which the retina is focused based on a detection result of the line-of-sight detection unit.
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、視線の方向に平行な光によって、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項13〜24のいずれか1つに記載の表示装置。 Gaze detection means for detecting the gaze direction,
25. The distance measuring unit obtains a distance at which the retina is focused by light parallel to the direction of the line of sight based on a detection result of the line of sight detecting unit. Display device.
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