JP2000249973A

JP2000249973A - 映像表示装置

Info

Publication number: JP2000249973A
Application number: JP11052324A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ishibashi; 賢司石橋
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】観察者が観察する映像までの距離をその映像
が表す距離に一致させることにより、高い臨場感を提供
し得る小型の映像表示装置を提供する。【解決手段】映像を表示するスクリーンと、表示する
映像を生成するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と、視
度可変の接眼光学系を有する観察眼鏡とで映像表示装置
を構成し、接眼光学系を介して表示した映像の虚像を観
察する。ＰＣは生成する映像の奥行き方向の距離と観察
者からスクリーンまでの距離に基づいて接眼光学系の視
度を設定し、観察する虚像までの距離を映像が表す距離
に一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は映像表示装置に関
し、特に、視野の広い臨場感豊かな映像を提供する映像
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、バーチャルリアリティの分野で、
映像を広角スクリーンに表示することが行われている。
スクリーンには左眼用と右眼用の視差のある２つの映像
が表示され、観察者は２つの映像の光を選択的に左右の
眼に導くシャッターを備えた観察部材を眼前に装着し
て、スクリーン上に表示された映像を観察する。このよ
うな映像表示装置は、視差のある映像で立体感を表現す
ることに加えて、非常に視野の広い映像を表示すること
により、観察者にきわめて高い臨場感を提供することが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の映像
表示装置では、観察者はスクリーン上の実像を直接観察
することになり、眼から映像までの距離と、映像が表現
している奥行き方向の距離とに不一致が生じる。このた
め、違和感が生じて臨場感が低減することがあり、また
眼が疲労するという問題がある。

【０００４】この問題は、スクリーンと観察者との距離
を長くすることである程度解決することができる。例え
ば、観察者からスクリーンまでの距離を１．５ｍ程度と
すれば、その近傍の距離範囲だけでなく、数ｍ以遠の遠
距離を表した映像についても、違和感は大きく軽減され
る。しかしながら、数十ｃｍ程度の近距離を表す映像に
ついては、違和感が大きくなり、眼の疲労も増大する。
しかも、装置が大型化してしまい、通常の部屋に収容す
ることは難くなり、机上に設置することは不可能になっ
て、使用環境に大きな制約が生じる。

【０００５】スクリーンと観察者との距離を短くして数
十ｃｍにすれば、逆に遠距離を表した映像に違和感が生
じるのみならず、観察者がスクリーンにきわめて接近し
た状態になるから、見る方向によって観察する映像に大
きな歪みが生じる。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、観察者が観察する映像までの距離をその映像が表
す距離に一致させることにより、高い臨場感を提供し得
る小型の映像表示装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、３次元を表す映像を生成する生成部
と、生成部により生成された映像を表示する表示部より
成る映像表示装置に、観察者に装着され、表示部からの
光を観察者の眼に導いて表示部に表示された映像の虚像
を提供する視度可変の接眼光学系と、生成部によって生
成された映像の奥行き方向の距離に応じて接眼光学系の
視度を設定する視度設定手段を備える。

【０００８】この映像表示装置では、観察者は接眼光学
系を眼前に装着して、表示された映像の虚像を観察する
ことになる。観察する虚像までの距離は接眼光学系の視
度によって定まる。接眼光学系の視度は可変であり、表
示された映像が表す奥行き方向の距離に応じて視度設定
手段が設定するから、実際に観察する虚像までの距離と
映像が表す距離は一致する。したがって、観察者が違和
感を覚えることはなく、また、眼に負担がかかり難い。
しかも、違和感のない映像を提供しながらも観察者から
表示部までの距離を短くすることが可能になって、表示
部を小さくしても視野の広い映像を提供することができ
る。

【０００９】観察者から表示部までの距離を検出する距
離検出手段を備えて、視度設定手段が、映像の奥行き方
向の距離と観察者から表示部までの距離に応じて接眼光
学系の視度を設定するようにしてもよい。観察者が移動
した場合でも、それが接眼光学系の視度に反映されるた
め、観察する虚像までの距離と映像が表す距離が常時一
致する。

【００１０】生成部が視差のある左眼用と右眼用の映像
を生成し、表示部が生成された左眼用と右眼用の映像を
表示し、接眼光学系が表示された左眼用の映像と右眼用
の映像の光を観察者の左眼と右眼に個別に導くようにす
るとよい。視差のある映像を与えて左右の眼に輻輳を生
じさせることにより立体感が高まり、臨場感が大きく向
上する。

【００１１】生成部が、接眼光学系の視度の変化に起因
して提供する虚像に変化が生じないように、設定される
接眼光学系の視度をあらかじめ考慮して映像を生成する
とよい。接眼光学系の視度が変化すると観察倍率が変わ
り虚像の大きさは変化するが、これを見込んで映像を生
成することで、距離と大きさに矛盾のない映像を提供す
ることが可能になる。

【００１２】視度設定手段は、接眼光学系の視度の変化
速度が所定速度を超えないように、接眼光学系の視度を
設定するものとすることができる。観察している虚像ま
での距離が急激に変化すると観察者の眼には負担がかか
り易いが、接眼光学系の視度の変化速度に上限を設ける
ことにより、虚像までの距離の急激な変化が防止され
て、眼の疲労が一層軽減される。

【００１３】観察者が観察している方向を検出する方向
検出手段を備えて、観察者が観察している方向が表示部
に向かう方向でないときに、視度設定手段が接眼光学系
の視度を所定視度に設定するようにするとよい。観察者
が表示部以外を向くのは映像ではなく現実の物体を見よ
うとしているときであり、このときは日常生活どおりに
物体が見えるようにすることが望ましい。日常での観察
者の眼鏡の使用の有無を考慮して所定視度を設定してお
くことで、これが達成される。

【００１４】観察者から表示部までの距離を検出する距
離検出手段を有する構成では、観察者から表示部までの
距離が接眼光学系の視度の設定可能な範囲外になったと
きに警告を発する警告手段を備えることができる。虚像
を観察している観察者には表示部までの距離が判り難い
が、観察者が大きく移動した場合でも警告により復帰を
促すことができて、違和感を覚える位置での観察を未然
に防ぐことが可能になる。また、観察者が誤って表示部
に衝突するのを避けることができる。

【００１５】視度設定手段は、観察者から表示部までの
距離が所定時間に所定量変化せず、かつ映像の奥行き方
向の距離が所定時間に所定量変化しないときに、接眼光
学系の視度を前回設定した視度に設定するものとすると
よい。ここで、２つの所定時間は小さく設定しておく。
この場合、観察者の位置と映像が表す距離の双方に大き
な変化がないときには視度を変化させないことになり、
観察する虚像までの距離が安定する。

【００１６】視度設定手段は、上記の場合でも、映像の
奥行き方向の距離が連続して変化しているときは、接眼
光学系の視度をその時点での映像の奥行き方向の距離と
観察者から表示部までの距離に応じて設定するものとす
ることもできる。このようにすると、映像が移動する物
体を表しているときに、その移動に接眼光学系の視度が
確実に追随して変化することになり、自然な映像を提供
することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の映像表示装置の一
実施形態について図面を参照しながら説明する。図１
に、本実施形態の映像表示装置１の全体の概略構成を示
す。映像表示装置１は、スクリーン１１、２つのプロジ
ェクタ１２Ｌ、１２Ｒ、パーソナルコンピュータ１３、
および観察眼鏡１４を備えている。

【００１８】スクリーン１１は凹面であり、映像を表す
光を後方から受けてその映像を表示する。スクリーン１
１は移動可能な大きさであり、室内の適所に設置され
る。プロジェクタ１２Ｌ、１２Ｒは映像を表す光をスク
リーン１１に投射するもので、プロジェクタ１２Ｌが左
眼用の映像の光、プロジェクタ１２Ｒが右眼用の映像の
光を投射する。プロジェクタ１２Ｌ、１２Ｒが投射する
光は偏光方向が互いに垂直な偏光であり、スクリーン１
１は投射された光の偏光方向を保持するように設定され
ている。

【００１９】パーソナルコンピュータ１３は、スクリー
ン１１に表示する映像を生成するとともに、映像表示装
置１の全体を制御する。パーソナルコンピュータ１３
は、表示内容である仮想物体の３次元座標を記憶してお
り、その座標に基づいて視差のある２つの映像を生成す
る。生成された２つの映像は映像信号としてプロジェク
タ１２Ｌ、１２Ｒに与えられ、プロジェクタ１２Ｌ、１
２Ｒが映像信号に基づいて映像を表す光を生成して投射
することで、スクリーン１１上に２つの映像が重なって
形成される。

【００２０】観察者Ｕは、観察眼鏡１４を眼前に装着し
て、スクリーン１１の前方からその表示映像を観察す
る。スクリーン１１には両側部と中央下部に３つの超音
波発生器１５、１６、１７が備えられており、観察眼鏡
１４には前面両側部と中央下部に３つの超音波検出器１
８、１９、２０が備えられている。超音波発生器１５、
１６、１７はパーソナルコンピュータ１３によって制御
され、超音波検出器１８、１９、２０の出力はパーソナ
ルコンピュータ１３に与えられる。パーソナルコンピュ
ータ１３は超音波発生器１５、１６、１７からの超音波
の到達時間によって超音波検出器１８、１９、２０それ
ぞれの位置を特定し、これによりスクリーン１１を基準
とした観察者Ｕの位置と向きを検出する。

【００２１】観察眼鏡１４の光学系の構成を図２に示
す。観察眼鏡１４には、両眼に対応して、１対の接眼光
学系２１Ｌ、２１Ｒと１対の偏光板２２Ｌ、２２Ｒが備
えられている。接眼光学系２１Ｌ、２１Ｒを介してスク
リーン１１の映像を見ることで、観察者は表示された映
像そのものではなく、その虚像を観察することになる。

【００２２】左眼用の偏光板２２Ｌはプロジェクタ１２
Ｌが投射する光の偏光成分を透過させ、右眼用の偏光板
２２Ｒはプロジェクタ１２Ｒが投射する光の偏光成分を
透過させるように設定されており、左眼用の映像の光は
左眼のみに、右眼用の映像の光は右眼のみに導かれる。
これにより、視差のある映像が左右の眼に個別に導かれ
て、観察者は立体感のある映像を観察することができ
る。以下、接眼光学系２１Ｌ、２１Ｒを総称して符号２
１で表し、偏光板２２Ｌ、２２Ｒを総称して符号２２で
表す。

【００２３】接眼光学系２１の視度は可変である。視度
可変とするために、接眼光学系２１は、正のパワーを有
するレンズ２１Ｐと負のパワーを有するレンズ２１Ｎで
構成されている。これらのレンズ２１Ｐ、２１Ｎは光軸
方向に可動であり、両者間の距離が変化することで接眼
光学系２１の視度が変わる。

【００２４】接眼光学系２１の視度はパーソナルコンピ
ュータ１３によって設定される。パーソナルコンピュー
タ１３による接眼光学系２１の視度設定の原理を図３に
示す。パーソナルコンピュータ１３は、３次元座標の原
点をスクリーン１１上に置いて映像を生成する。そし
て、その映像が表そうとしている物体のスクリーン１１
に対して垂直方向の座標、すなわち奥行き方向の距離
（以下、表示物体距離ＤＯという）に虚像が位置するよ
うに、観察者からスクリーン１１までの距離（以下、観
察距離ＤＳという）を考慮して接眼光学系２１の視度を
設定する。

【００２５】図３（ａ）に示したように、投射された光
はスクリーン１１で拡散されて、拡散光束として偏光板
２２に入射する。この光は偏光板２２を透過して、レン
ズ２１Ｎに入射し、その負のパワーでさらに拡散光束と
されて、レンズ２１Ｐに入射する。レンズ２１Ｐに入射
した光は、その正のパワーにより拡散の度合いを減じら
れて、観察者の眼Ｅに入射する。眼Ｅに入射する光は、
位置Ｏから直接到来する光と等価になり、観察者にはス
クリーン１１上の映像が位置Ｏに存在するかのように認
識される。

【００２６】図３（ｂ）は、図３（ａ）よりも観察者が
スクリーン１１に近づいた状態を表している。このと
き、接眼光学系２１もスクリーン１１に近づくことにな
り、視度が図３（ａ）のままだと、眼Ｅに入射する光は
位置Ｏから到来する光と等価にはならない。そこで、パ
ーソナルコンピュータ１３は、レンズ２１Ｐとレンズ２
１Ｎの間隔を変えることにより、眼Ｅに入射する光を位
置Ｏから到来する光と等価にする。これにより、虚像は
位置Ｏに保たれる。

【００２７】こうして、実際に観察している虚像とそれ
が表す距離とが一致した違和感のない映像が、観察者に
提供される。

【００２８】パーソナルコンピュータ１３は、上記の視
度の設定に加えて、観察者の左右の眼の輻輳が虚像に対
して正しく合うようにする。このために、生成する左眼
用の映像の位置と右眼用の映像の位置を、表示物体距離
に応じて変える。輻輳設定の原理を図４に示す。

【００２９】図４（ａ）は、スクリーン１１よりも遠方
に位置する物体を表示している状態を表している。この
とき、スクリーン１１上には、観察者から見て、左眼用
の映像ＭＬは左側に、右眼用の映像ＭＲは右側に表示さ
れる。また、接眼光学系２１Ｌ、２１Ｒはそれぞれ、全
体として正のパワーに設定されることになる。

【００３０】図４（ｂ）は、スクリーン１１よりも手前
に位置する物体を表示している状態を表している。この
ときは逆に、スクリーン１１上には、観察者から見て、
左眼用の映像ＭＬが右側に、右眼用の映像ＭＲが左側に
表示される。また、接眼光学系２１Ｌ、２１Ｒはそれぞ
れ、全体として負のパワーに設定されることになる。

【００３１】いずれの場合も、観察者の左右の眼ＥＬ、
ＥＲの輻輳は観察している虚像までの距離に一致し、き
わめて自然な映像が観察者に提供される。

【００３２】接眼光学系２１の視度を変化させると観察
倍率も変化する。この原理を図５に示す。図５（ａ）
は、比較的遠方に位置する物体を表示している映像に視
度を合わせた状態を表している。このとき、スクリーン
１１の比較的広い範囲からの光が眼Ｅに入射し、観察倍
率は小さくなる。図５（ｂ）は、図５（ａ）と同じ観察
距離で、比較的近くに位置する物体を表示している映像
に視度を合わせた状態を表している。このとき、スクリ
ーン１１の比較的狭い範囲からの光が眼Ｅに入射し、観
察倍率は大きくなる。

【００３３】観察倍率が変化することは、観察する虚像
の大きさが変化するということである。パーソナルコン
ピュータ１３は、遠い物体が小さく、近い物体が大きく
見えるように映像を生成するが、生成する映像の大きさ
を表示物体距離のみに基づいて設定すると、視度の変化
により虚像の大きさが変わって、映像の大きさと表示物
体距離が一致しなくなる。そこで、パーソナルコンピュ
ータ１３は、表示物体距離に加えて、設定しようとして
いる接眼光学系２１の視度を考慮して、映像を生成す
る。これにより、表示物体距離を正しく表す映像が提供
される。これは、観察者が動いて観察距離が変化するこ
とによる視度の変化においても、当てはまる。

【００３４】スクリーン１１のどの部位に対しても正対
する状態となるように、観察者はスクリーン１１の曲率
中心に位置して観察することが望ましい。しかしなが
ら、この条件を課すと観察者を束縛することになって、
装置の使い勝手が悪くなる。そこで、映像表示装置１で
は、スクリーン１１の曲率中心から所定の範囲内で、観
察者が自由に位置を変えられるようにしている。したが
って、観察者の位置によっては、スクリーン１１を斜め
方向から観察するという状況も生じる。

【００３５】スクリーン１１に対して斜め方向から観察
すると、観察者からスクリーン１１までの距離が一様で
なくなり、その距離差によって観察される虚像に歪曲が
生じる。これを防止するために、パーソナルコンピュー
タ１３は、検出した観察者の向きも考慮に入れて映像を
生成する。こうして生成された映像の虚像は、その距離
および大きさの点で表示物体距離を正しく表し、輻輳も
表示物体距離に合致し、しかも歪みのないきわめて自然
なものとなる。

【００３６】映像の観察中に、観察者が一時的に現実の
物体を見ることもある。このとき、接眼光学系２１の視
度が映像に基づいて設定されたままだと、現実の物体が
不自然に見えてしまう。この不都合を回避するために、
映像表示装置１では、観察者の視力に適した視度を観察
開始前にパーソナルコンピュータ１３に記憶させてお
き、観察中に観察者の向きがスクリーン１１から外れた
ときは、パーソナルコンピュータ１３が接眼光学系２１
の視度を記憶した視度に自動的に設定するようにしてい
る。

【００３７】観察眼鏡１４には接眼光学系２１の視度を
手動操作によって設定する操作部が設けられており、観
察者は観察眼鏡１４を装着した状態で操作部を操作し
て、現実の物体が最も自然に見える視度に設定する。こ
の視度をパーソナルコンピュータ１３が記憶する。この
ようにすることで、日常生活で眼鏡を使用している観察
者でも、映像観察中に、現実の物体を自然に見ることが
できる。なお、観察開始前に上記操作をしないときに
は、パーソナルコンピュータ１３は、観察者が日常生活
で眼鏡を使用していないと判断して、値０を視度として
記憶する。

【００３８】図６に、観察者が一時的に現実の物体を観
察している状態を示す。接眼光学系２１の視度は観察者
の眼Ｅに適する値になっており、日常と同じく物体は自
然に見える。

【００３９】パーソナルコンピュータ１３が行う処理の
流れを図７に示す。図７の流れは１回の映像の提供にお
ける処理を示したものであり、ステップ＃５から＃９０
までのサイクルを繰り返すことにより一連の映像が提供
される。

【００４０】まず、表示内容である３次元データを再設
定し（＃５）、超音波発生器１５、１６、１７と超音波
検出器１８、１９、２０によって視点位置すなわち観察
者の位置と観察方向を検出する（＃１０）。次いで、観
察者がスクリーン１１方向を向いているか否かを判定す
る（＃１５）。

【００４１】観察者がスクリーン方向を向いているとき
には、観察者からスクリーンまでの距離すなわち観察距
離ＤＳを算出し（＃２０）、生成する映像の奥行き方向
の距離すなわち表示物体距離ＤＯを求める（＃２５）。
スクリーン１１は凹面であるが、観察距離ＤＳは観察者
の位置と観察方向から容易に算出される。表示物体距離
ＤＯは観察方向に沿ったスクリーンからの距離とする。
映像に含まれる物体が大きい場合は、そのうちの主要な
部位をあらかじめ定めておき、スクリーンからその部位
までの距離を表示物体距離ＤＯとしてもよい。

【００４２】次いで、所定時間前からの観察距離の変化
量ΔＤＳを算出して、それが所定量ＤＳＣ未満であるか
否かを判定する（＃３０）。観察距離の変化量ΔＤＳ
は、今回のサイクルでの観察距離ＤＳと、直前のサイク
ルでの観察距離ＤＳ１またはｎ回前のサイクルでの観察
距離ＤＳｎとから、ΔＤＳ＝｜１−ＤＳ１／ＤＳ｜、ま
たはΔＤＳ＝｜１−ＤＳｎ／ＤＳ｜によって求める。な
お、変化量ΔＤＳを全く別の評価法で求めるようにして
もよい。所定量ＤＳＣは小さな値とし、評価法に応じて
定める。

【００４３】観察距離の変化量ΔＤＳが所定量ＤＳＣ以
上のときは、表示物体距離ＤＯと観察距離ＤＳから、設
定すべき接眼光学系２１の視度ＤＰを算出する（＃６
０）。そして、算出した視度ＤＰが設定可能な範囲内で
あるか否かを判定する（＃６５）。算出した視度ＤＰが
設定可能な範囲内にあれば、その視度ＤＰでの観察倍率
βを算出する（＃７５）。もし、算出した視度ＤＰが設
定可能な範囲から外れていれば、警告を発するととも
に、設定可能な限界値を視度ＤＰとしておく（＃７
０）。警告は、表示する映像にメッセージまたはマーク
を加えることによって行ってもよく、あるいは音で報知
するようにしてもよい。

【００４４】その後、表示しようとしている物体の３次
元座標を観察倍率β、視点位置および観察方向に基づい
て処理して、左眼用と右眼用に視差のある２つの映像を
生成し（＃８５）、プロジェクタ１２Ｌ、１２Ｒにそれ
らの映像を表示させ、接眼光学系の視度を設定する（＃
９０）。そして、ステップ＃５に戻って処理を繰り返
す。

【００４５】ステップ＃３０の判定で、観察距離の変化
量ΔＤＳが所定量ＤＳＣ未満のときは、所定時間前から
の表示物体距離の変化量ΔＤＯを算出して、それが所定
量ＤＯＣ未満であるか否かを判定する（＃３５）。この
判定結果が真であることは、観察距離と表示物体距離の
双方があまり変化していないことを意味する。

【００４６】表示物体距離の変化量ΔＤＯも、今回のサ
イクルでの表示物体距離ＤＯと、直前のサイクルでの表
示物体距離ＤＯ１またはｍ回前のサイクルでの表示物体
距離ＤＯｍとから、ΔＤＯ＝｜１−ＤＯ１／ＤＯ｜、ま
たはΔＤＯ＝｜１−ＤＯｍ／ＤＯ｜によって求める。な
お、ここでのサイクル数ｍと観察距離の変化量ΔＤＳを
求めるときのサイクル数ｎは、同じであっても異なって
いてもよい。また、変化量ΔＤＯを全く別の評価法で求
めるようにしてもよい。所定量ＤＯＣは小さな値とし、
評価法に応じて定める。

【００４７】表示物体距離の変化量ΔＤＯが所定量ＤＯ
Ｃ未満のときは、表示物体距離が連続して変化している
か否かを判定する（＃５０）。この判定は、例えば、前
１０サイクルでの表示物体距離の変化量を記憶してお
き、それらが連続して正であるか、あるいは逆に連続し
て負であるかに基づいて行う。表示物体距離の変化量が
連続して正または負であれば、映像中の物体は遠ざかり
つつあるか近づきつつあることになる。表示物体距離が
連続して変化しているときはステップ＃６０に進み、そ
うでないときには、前サイクルで設定した視度を設定す
べき視度ＤＰとして（＃５５）、ステップ＃６５に進
む。後者の処理では、接眼光学系の視度は更新されない
ことになる。

【００４８】表示物体距離の変化量ΔＤＯが所定量ＤＯ
Ｃ以上のときは、表示物体距離の変化量ΔＤＯが所定量
ＤＯＡを超えているか否かを判定する（＃４０）。この
所定量ＤＯＡは所定量ＤＯＣの十倍以上の大きな値であ
る。所定量ＤＯＡも表示物体距離の変化量ΔＤＯの評価
法に応じて定める。変化量ΔＤＯが所定量ＤＯＡ以下の
ときは、ステップ＃６０に進み、そうでないときには、
視度の変化速度が許容し得る制限速度になるように視度
の変化に制限を加えて（＃４５）、ステップ＃６０に進
む。後者の処理により、表示物体距離が大きく変化した
ときでも、観察中の虚像位置が急激に変化することが防
止され、眼への負担が軽減される。

【００４９】ステップ＃１５の判定で、観察者がスクリ
ーン１１方向を向いていないときには、前述のように、
観察開始前の操作で記憶した視度を設定すべき視度ＤＰ
とする（＃８０）。これで、観察者の眼には現実の室内
がごく自然に映ることになる。次いで、ステップ＃８５
に進む。

【００５０】なお、ここでは、プロジェクタ１２Ｌ、１
２Ｒとスクリーン１１との距離、プロジェクタ１２Ｌ、
１２Ｒの投射画角については説明しなかったが、これら
には適当な所定値が設けられており、その値を用いて、
映像表示装置１は、観察者にとって視度と輻輳の一致し
た、きわめて自然な臨場感の高い映像を提供することが
できる。

【００５１】観察者の位置と向きを検出するために、本
実施形態では超音波を利用したが、ジャイロや地磁気を
利用することも可能であり、光学的に検出することもで
きる。観察方向も頭部の向きだけでなく、視線を検出す
る装置を備えて、視線の方向を併用するようにしてもよ
い。

【００５２】また、接眼光学系を２つのレンズで構成す
る例を示したが、さらに多くのレンズを使用してもよ
く、あるいは、電気光学的にパワーを変えることができ
る素子を用いることも可能である。スクリーンについて
も、観察者を取り囲むように複数枚配置して、より広い
３次元空間を表現するようにしてもよい。さらに、本実
施形態では偏光方向の違いによって左眼用の映像と右眼
用の映像を分離するようにしたが、時間的に分離する方
法を採用することもできる。

【００５３】

【発明の効果】本発明の映像表示装置によるときは、実
際に観察する虚像までの距離と映像が表す距離が一致す
るため、観察者が違和感を覚えることはなく、臨場感が
高まるとともに、眼の疲労が軽減される。しかも、違和
感のない映像を提供しながらも比較的小さな表示部によ
り視野の広い映像を提供することが可能になり、装置の
全体構成を小型化することができる。

【００５４】特に、観察者から表示部までの距離を検出
し、映像の奥行き方向の距離と観察者から表示部までの
距離に応じて接眼光学系の視度を設定するようにした構
成では、観察者が移動した場合でも虚像までの距離と映
像が表す距離が一致するため、観察者は自由な位置で、
また自由な姿勢で映像を観察することができる。

【００５５】また、視差のある左右の映像を生成して表
示し、両映像の光を左右の眼に個別に導くようにするこ
とで、左右の眼の輻輳によって立体感が高まり、臨場感
を大きく向上させることができる。

【００５６】また、設定される接眼光学系の視度をあら
かじめ考慮して映像を生成することで、接眼光学系の視
度の変化によって虚像の大きさが変化することが防止さ
れて、距離と大きさに矛盾のない自然な映像を提供する
ことができる。

【００５７】さらに、接眼光学系の視度の設定に際し、
その変化速度が所定速度を超えないようにすることで、
虚像までの距離の急激な変化が防止されて、眼の疲労が
さらに軽減される。

【００５８】観察者が観察している方向を検出して、観
察者が表示部以外を向いているときに、接眼光学系の視
度を所定視度に設定するようにした構成では、観察の途
中でも現実の物体を日常どおりに見ることができるた
め、使い勝手のよい装置となる。

【００５９】しかも、観察者から表示部までの距離が接
眼光学系の視度の設定可能な範囲外になったときに警告
を発するようにすることで、違和感を覚える位置での観
察を未然に防ぐことが可能になり、また、観察者が誤っ
て表示部に衝突する事故を回避することができる。

【００６０】また、観察者から表示部までの距離の変化
と映像の奥行き方向の距離の変化が共に小さいときに、
接眼光学系の視度を前回設定した視度に設定して、視度
を変化させないようにすることで、頻繁に視度が変化す
ることが防止されて、安定した映像を提供することがで
きる。

【００６１】観察者から表示部までの距離の変化と映像
の奥行き方向の距離の変化が共に小さい場合でも、映像
の奥行き方向の距離が連続して変化しているときには、
接眼光学系の視度をその時点での映像の奥行き方向の距
離と観察者から表示部までの距離に応じて設定すること
で、移動する物体を表す映像に不自然さが生じることが
避けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の映像表示装置の全体構
成を示す図。

【図２】上記映像表示装置の観察眼鏡の光学系の構成
を示す図。

【図３】上記映像表示装置における接眼光学系の視度
設定の原理を示す図。

【図４】上記映像表示装置における輻輳設定の原理を
示す図。

【図５】上記映像表示装置における接眼光学系の視度
の変化による観察倍率の変化の原理を示す図。

【図６】上記映像表示装置における現実の物体を観察
しているときの接眼光学系の視度設定を示す図。

【図７】上記映像表示装置における映像の提供に関す
る制御処理を示すフローチャート。

【符号の説明】

１映像表示装置１１スクリーン（表示部）１２Ｌプロジェクタ（左眼用）１２Ｒプロジェクタ（右眼用）１３パーソナルコンピュータ（生成部、視度設定手
段、警告手段）１４観察眼鏡１５、１６、１７超音波発生器（距離検出手段、方向
検出手段）１８、１９、２０超音波検出器（距離検出手段、方向
検出手段）２１接眼光学系２１Ｌ接眼光学系（左眼用）２１Ｒ接眼光学系（右眼用）２１Ｐ凸レンズ２１Ｎ凹レンズ２２偏光板２２Ｌ偏光板（左眼用）２２Ｒ偏光板（右眼用）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元を表す映像を生成する生成部と、
生成部により生成された映像を表示する表示部より成る
映像表示装置において、観察者に装着され、表示部からの光を観察者の眼に導い
て表示部に表示された映像の虚像を提供する視度可変の
接眼光学系と、生成部によって生成された映像の奥行き方向の距離に応
じて接眼光学系の視度を設定する視度設定手段を備える
ことを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】観察者から表示部までの距離を検出する
距離検出手段を備え、視度設定手段は、映像の奥行き方向の距離と観察者から
表示部までの距離に応じて接眼光学系の視度を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】生成部は視差のある左眼用と右眼用の映
像を生成し、表示部は生成された左眼用と右眼用の映像
を表示し、接眼光学系は表示された左眼用の映像と右眼
用の映像の光を観察者の左眼と右眼に個別に導くことを
特徴とする請求項１または請求項２に記載の映像表示装
置。
【請求項４】生成部は、接眼光学系の視度の変化に起
因して提供する虚像に変化が生じないように、設定され
る接眼光学系の視度をあらかじめ考慮して映像を生成す
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の映
像表示装置。
【請求項５】視度設定手段は、接眼光学系の視度の変
化速度が所定速度を超えないように、接眼光学系の視度
を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に
記載の映像表示装置。
【請求項６】観察者が観察している方向を検出する方
向検出手段を備え、視度設定手段は、観察者が観察している方向が表示部に
向かう方向でないときに、接眼光学系の視度を所定視度
に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に
記載の映像表示装置。
【請求項７】観察者から表示部までの距離が接眼光学
系の視度の設定可能な範囲外になったときに警告を発す
る警告手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の
映像表示装置。
【請求項８】視度設定手段は、観察者から表示部まで
の距離が所定時間に所定量変化せず、かつ映像の奥行き
方向の距離が所定時間に所定量変化しないときに、接眼
光学系の視度を前回設定した視度に設定することを特徴
とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項９】視度設定手段は、観察者から表示部まで
の距離が所定時間に所定量変化せず、かつ映像の奥行き
方向の距離が所定時間に所定量変化しないときでも、映
像の奥行き方向の距離が連続して変化しているときは、
接眼光学系の視度をその時点での映像の奥行き方向の距
離と観察者から表示部までの距離に応じて設定すること
を特徴とする請求項８に記載の映像表示装置。