JP2000261832A - 三次元表示方法およびヘッドマウントディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 眼鏡なしで、かつ立体視の生理的要因間での
矛盾を抑制でき、さらに電気的に書き換え可能で、動画
表示が可能な三次元表示方法を提供する。 【解決手段】 観察者の左眼および右眼それぞれに対し
て、奥行き位置の異なる複数の表示面を配置し、前記観
察者の左眼および右眼に対する複数の表示面に二次元像
をそれぞれ表示して、三次元立体像を表示する三次元表
示方法であって、表示対象物体を観察者の右眼と左眼と
を結ぶ線上の一点から、前記複数の表示面へ射影した二
次元像を生成し、前記生成された二次元像の輝度を前記
観察者の左眼および右眼に対する複数の表示面毎に各々
独立に変化させて、前記生成された二次元像を前記観察
者の左眼および右眼に対する複数の表示面に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元表示方法お
よびヘッドマウントディスプレイ装置に係わり、特に、
三次元像を情報量を少なくして、電子的に動画再生でき
る三次元表示方法およびヘッドマウントディスプレイ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気的に書き換え可能な動画の立
体表示を行うヘッドマウントディスプレイ装置として、
図１８に示すような平面表示装置が知られている。この
図１８に示す平面表示装置は、液晶表示装置（ＬＣＤ）
（５３Ｌ，５３Ｒ）と凸レンズ（５４Ｌ，５４Ｒ）を用
いるものであり、以下、図１８に示す平面表示装置の原
理について説明する。３次元物体５０１を異なる方向か
ら見た像（これを視差像と呼ぶ）を、例えば、カメラ
（５２Ｌ，５２Ｒ）によって撮像する。このカメラ（５
２Ｌ，５２Ｒ）で撮影された映像を、それぞれ左右の液
晶表示装置（５３Ｌ，５３Ｒ）に入力し、表示する。観
察者は、左右の液晶表示装置（５３Ｌ，５３Ｒ）のそれ
ぞれ異なる表示画像を、それぞれ凸レンズ（５４Ｌ，５
４Ｒ）を通して、左右の眼（５５Ｌ，５５Ｒ）で別々に
観察する。これにより、観察者は、同時に左右の眼によ
り視差像５０６を観察でき、両眼視差による立体視が可
能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
１８に示すような平面表示装置では、奥行き方向の一定
の範囲における両眼視差を提示することはできるが、両
眼視差、輻輳と、眼のピントとの間に矛盾が生ずるた
め、自然な立体視が困難である。即ち、前記図１８に示
すような平面表示装置では、眼のピントは、凸レンズ
（５４Ｌ，５４Ｒ）の焦点距離と、液晶表示装置（５３
Ｌ，５３Ｒ）の位置により決定される位置に固定され
る。また、両眼の輻輳角の変化量を大きくとるために
は、液晶表示装置（５３Ｌ，５３Ｒ）のサイズを精細度
を保ちながらきわめて大きくする必要がある。このよう
に、前記図１８に示すような平面表示装置では、自然な
立体視にとって必要な両眼視差、輻輳、眼のピントとの
間に矛盾が生じ、疲労感を感じるという問題点があっ
た。

【０００４】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、眼鏡な
しで、かつ立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、
さらに電気的に書き換え可能で、動画表示が可能な三次
元表示方法を提供することにある。また、本発明の他の
目的は、眼鏡なしで、かつ立体視の生理的要因間での矛
盾を抑制でき、さらに電気的に書き換え可能で、動画表
示が可能なヘッドマウントディスプレイ装置を提供する
ことにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明ら
かにする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。即ち、本発明は、観察者の左眼およ
び右眼それぞれに対して、奥行き位置の異なる複数の表
示面を配置し、前記観察者の左眼および右眼に対する複
数の表示面に二次元像をそれぞれ表示して、三次元立体
像を表示する三次元表示方法であって、表示対象物体を
観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から、前記複数
の表示面へ射影した二次元像を生成し、前記生成された
二次元像の輝度を前記観察者の左眼および右眼に対する
複数の表示面毎に各々独立に変化させて、前記生成され
た二次元像を前記観察者の左眼および右眼に対する複数
の表示面に表示することを特徴とする。また、本発明
は、前記表示対象物体が、観察者に近い奥行き位置に表
示される物体である場合に、前記複数の表示面のうちの
観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度を高
くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の
輝度を低くし、また、前記表示対象物体が、観察者から
遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複
数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する前記
二次元像の輝度を低くし、観察者から遠い表示面に表示
する前記二次元像の輝度を高くすることを特徴とする。
また、本発明は、前記二次元像を、観察者の右眼と左眼
とを結ぶ線上の一点から見て重なるように前記複数の表
示面に表示し、かつ観察者の見る総体的な輝度が元の表
示対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示
面に表示される二次元像の輝度を変化させることを特徴
とする。また、本発明は、前記二次元像を、観察者の右
眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように前記
複数の表示面に表示し、かつ観察者の見る総体的な輝度
が元の表示対象物体の輝度と等しくなるように、前記複
数の表示面に表示される二次元像の各部位の輝度を表示
対象物体の奥行き位置に応じて変化させることを特徴と
する。また、本発明は、前記二次元像を順次切り替える
ことにより、三次元の動画像を生成することを特徴とす
る。また、本発明は、前記二次元像が奥行き方向に移動
する複数の物体像を含む場合で、当該物体の移動方向が
観察者に近づく方向である場合に、前記二次元像の切り
替えに同期して、前記複数の表示面に表示される前記物
体像の輝度を、観察者から遠い表示面から観察者に近い
表示面の順に順次高くし、また、前記二次元像が奥行き
方向に移動する複数の物体像を含む場合で、当該物体の
移動方向が観察者から遠ざかる方向である場合に、前記
二次元像の切り替えに同期して、前記複数の表示面に表
示される前記物体像の輝度を、観察者に近い表示面から
観察者から遠い表示面の順に順次高くすることを特徴と
する。

【０００６】また、本発明は、観察者から見て奥行き位
置がそれぞれ異なる複数の表示面に、それぞれ二次元像
を表示して三次元立体像を表示するヘッドマウントディ
スプレイ装置であって、前記複数の表示面と、観察者の
左眼および右眼との相対的位置を固定する第１の手段
と、表示対象物体を、観察者の左眼および右眼を結ぶ直
線上にある一点から、前記複数の表示面へ投影した二次
元像を生成する第２の手段と、前記像生成手段で生成さ
れた二次元像を、前記複数の表示面の少なくとも２つの
表示面に表示する第３の手段と、前記少なくとも２つの
表示面に表示される二次元像の輝度を、各表示面毎に各
々独立に変化させる第４の手段とを具備することを特徴
とする。また、本発明は、観察者の左目から見て奥行き
位置がそれぞれ異なる複数の表示面、および観察者の右
目から見て奥行き位置がそれぞれ異なる複数の表示面
に、それぞれ二次元像を表示して三次元立体像を表示す
るヘッドマウントディスプレイ装置であって、記左眼お
よび右眼用の複数の表示面と、観察者の左眼および右眼
との相対的位置を固定する第１の手段と、表示対象物体
を、観察者の左眼および右眼を結ぶ直線上にある一点か
ら、前記左眼および右眼用の複数の表示面へ投影した二
次元像を生成する第２の手段と、前記像生成手段で生成
された二次元像を、前記左眼および右眼用の複数の表示
面の少なくとも２つの表示面に表示する第３の手段と、
前記左眼および右眼用の少なくとも２つの表示面に表示
される二次元像の輝度を、前記左眼および右眼用の少な
くとも２つの表示面毎に各々独立に変化させる第４の手
段とを具備することを特徴とする。また、本発明は、前
記第３の手段が、複数の二次元表示装置と、前記複数の
二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥行き位置に
配置される二次元表示装置と組み合わされ、当該二次元
表示装置の表示を観察者の視線上の像として配置する全
反射鏡あるいは部分反射鏡と、前記観察者より最も遠い
奥行き位置に配置される二次元表示装置以外の二次元表
示装置と組み合わされ、各二次元表示装置の表示をそれ
ぞれ観察者の視線上の像として配置する部分反射鏡とか
ら構成されることを特徴とする。また、本発明は、前記
第３の手段が、複数の二次元表示装置と、前記複数の二
次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥行き位置に配
置される二次元表示装置と組み合わされ、当該二次元表
示装置の表示を観察者の視線上の像として配置する全反
射鏡とレンズの組み合わせ、あるいは部分反射鏡とレン
ズの組み合わせと、前記観察者より最も遠い奥行き位置
に配置される二次元表示装置以外の二次元表示装置と組
み合わされ、各二次元表示装置の表示をそれぞれ観察者
の視線上の像として配置する部分反射鏡とレンズの組み
合わせとから構成されることを特徴とする。また、本発
明は、前記第３の手段が、観察者から見て異なった奥行
き位置に配置される透過状態と散乱状態の切り替え制御
が可能な複数の散乱板と、前記各散乱板に二次元像を投
射する複数の投射型二次元表示装置と、前記複数の散乱
板と前記複数の投射型二次元表示装置との間に配置さ
れ、前記複数の散乱板の透過状態と散乱状態との切り替
えに同期して透過状態と遮断状態を切り替る複数のシャ
ッタとから構成されることを特徴とする。また、本発明
は、前記複数の表示面と観察者との間に、レンズ光学系
を設置したことを特徴とする。また、本発明は、前記第
４の手段が、前記表示対象物体が観察者に近い奥行き位
置に表示される物体である場合に、前記複数の表示面の
うちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝
度を高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次
元像の輝度を低くし、また、前記表示対象物体が観察者
から遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前
記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する
前記二次元像の輝度を低くし、観察者から遠い表示面に
表示する前記二次元像の輝度を高くすることを特徴とす
る。また、本発明は、前記第３の手段が、前記二次元像
を、観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重
なるように前記複数の表示面に表示し、前記第４の手段
が、観察者の見る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝
度と等しくなるように、前記複数の表示面に表示される
二次元像の輝度を変化させることを特徴とする。また、
本発明は、前記第３の手段が、前記二次元像を、観察者
の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように
前記複数の表示面に表示し、前記第４の手段が、観察者
の見る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等しく
なるように、前記複数の表示面に表示される二次元像の
各部位の輝度を表示対象物体の奥行き位置に応じて変化
させることを特徴とする。また、本発明は、前記第３の
手段が、前記像生成手段で生成された二次元像を順次切
り替えて表示し、三次元の動画像を表示することを特徴
とする。また、本発明は、前記第４の手段が、前記第１
の手段で生成された二次元像が、奥行き方向に移動する
複数の物体像を含む場合に、当該物体の移動方向が観察
者に近づく方向である場合に、前記第３の手段での二次
元像の切り替えに同期して、前記複数の表示面に表示さ
れる前記物体像の輝度を、観察者から遠い表示面から観
察者に近い表示面の順に順次高くし、また、当該物体の
移動方向が観察者から遠ざかる方向である場合に、前記
第３の手段での二次元像の切り替えに同期して、前記複
数の表示面に表示される前記物体像の輝度を、観察者に
近い表示面から観察者から遠い表示面の順に順次高くす
ることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一機能を有するものは同一符
号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 ［実施の形態１］以下の実施例では、像を配置する
「面」という表現を用いるが、これは光学などで多用さ
れる像面などと同様な表現であり、かつこのような像面
を実現する手段としては、種々の光学素子（例えば、レ
ンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素
子、波長板など）と二次元表示装置（例えば、ＣＲＴ、
液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディ
スプレイ、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤディスプレイ、
プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレ
イなど）を用いて、多くの光学的組み合わせ技術によ
り、実現可能なことは明らかである。また、以下の実施
例では、提示する三次元物体を主に２つの面に二次元像
として表示する場合について述べるが、これを２つ以上
の面としても同様な効果が期待できることは明らかであ
る。図１は、本発明の実施の形態１のヘッドマウントデ
ィスプレイ装置の原理を説明するための図である。本実
施の形態では、観察者１００の前面に、複数の面（１０
１，１０２）（例えば、面１０１が面１０２より観察者
１００に近い）を設定し、これらの面に複数の二次元像
を表示するために、例えば、二次元表示装置と種々の光
学素子とを用いて光学系１０３を構成する（詳細は、実
施の形態３以下で後述する。）。この二次元表示装置と
しては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤデ
ィスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレ
イ、ＤＭＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプ
レイ、線描画型ディスプレイなどが、また、光学素子と
しては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲
鏡、プリズム、偏光素子、波長板などが使用可能であ
る。ここで、観察者１００は、これらの面（１０１，１
０２）に表示された複数の二次元像と、観察者１００の
左目、右目との相対位置を固定するため、例えば、固定
治具１１０を装着する。

【０００８】次に、図２に示すように、観察者１００に
提示したい三次元物体１０４を、観察者１００の左目と
右目とを結ぶ線上の一点から見て、面（１０１，１０
２）に投影した像（以下、２Ｄ化像と称する。）である
２Ｄ化像（１０５，１０６）を生成する。この２Ｄ化像
の生成方法としては、例えば、前記一点から三次元物体
１０４をカメラで撮影する方法、別の方向から撮影した
複数枚の二次元像から合成する方法、コンピュータグラ
フィックによる合成技術、あるいは、モデル化を用いる
方法など種々の方法がある。この２Ｄ化像（１０５，１
０６）を、図１に示すように、面１０１と面１０２の双
方に、前記一点から見て重なるように表示する。これ
は、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）のそれぞれの
中心や重心を視線上に配置することで可能となる。

【０００９】本発明における重要な要点は、前記構成を
有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の
輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保
ちつつ（即ち、観察者１００から見た総体的な輝度が三
次元物体１０４の輝度と等しくなるように）、三次元物
体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。そ
の変え方の一例を、以下に述ベる。なお、図３ないし図
６では、白黒図面であるため、分かりやすいように輝度
が高い方を濃く示している。例えば、三次元物体１０４
を、面１０１の位置に対応する奥行き位置に表示する場
合には、図３に示すように、面１０１上の２Ｄ化像１０
５の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、面１０
２上の２Ｄ化像１０６の輝度をゼロとする。次に、例え
ば、三次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかっ
て、三次元物体１０４を面１０１より面１０２側に少し
寄った奥行き位置に表示する場合には、図４に示すよう
に、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６
の輝度を少し上げる。さらに、例えば、三次元物体１０
４が観察者１００よりさらに遠ざかって、三次元物体１
０４を面１０１より面１０２側にさらに寄った奥行き位
置に表示する場合には、図５に示すように、２Ｄ化像１
０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさら
に上げる。遂に、例えば、三次元物体１０４を、面１０
２の位置に対応する奥行き位置に表示する場合には、面
１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度を三次元物体１０４の
輝度に等しくし、面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度は
ゼロとする。このように表示することにより、人の生理
的、または心理的要因、あるいは錯覚により、表示して
いるのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察
者１００には、あたかも面１０１と面１０２の中間に三
次元物体１０４が位置しているように感じられる。即
ち、例えば、面１０１と面１０２にほぼ等輝度の２Ｄ化
像（１０５，１０６）を表示した場合には、面１０１と
面１０２の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０４が
あるように感じられる。

【００１０】特に、観察者１００の左目と右目とを結ぶ
線上の一点として、左目と右目との間の一点を用いる場
合には、この効果を得られる信頼性が多くなる（簡単に
言うと多くの人が、あるいは多くの場合に効果が得られ
る。）。さらに、観察者１００の左右眼の中心位置を前
記一点として用いると、さらに効果が得やすくなるとと
もに、左右眼における、例えば、面（１０１，１０２）
から生じる二重像の大きさを小さくできる利点を有す
る。

【００１１】なお、前記説明においては、例えば、三次
元物体１０４全体の奥行き位置を、例えば、面１０１、
面１０２に表示した二次元像を用いて表現する方法およ
び装置について主に述べたが、本実施の形態１の方法
は、例えば、三次元物体自体が有する奥行きを表現する
方法および装置としても使用できることは明らかであ
る。この場合には、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々
の部位の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を
一定に保ちつつ（即ち、観察者１００から見た総体的な
輝度が三次元物体１０４の輝度と等しくなるように）、
三次元物体１０４の各部位が有する奥行き位置に対応し
て変えるようにすればよい。即ち、例えば、観察者１０
０から近い面１０１に表示される２Ｄ化像１０５では、
観察者１００に近い部位の輝度を高く、かつ遠い部位の
輝度を低くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に
変化させる。また、観察者１００から遠い面１０２に表
示される２Ｄ化像１０５では、観察者１００に近い部位
の輝度を低く、かつ遠い部位の輝度が高くなるようにそ
の奥行き位置に対応して徐々に変化させる。このように
表示することにより、観察者１００の生理的あるいは心
理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが二次元
像であっても、観察者１００にはあたかも奥行きを持っ
た三次元物体に体があるように感じられる。

【００１２】本実施の形態においては、前記図１８に示
す従来装置（平面表示装置）とは異なり、実際に像を表
示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上
存在するため、従来の装置にあった両眼視差、輻輳と、
ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労な
どを抑制できると考えられる。また、ピント調節自体
は、観察者１００が２つ以上の面を同時に見ることにな
るため、双方の像を最もぼけさずに見ることができる錯
覚位置に合致する。さらに、本実施の形態では、複数の
面の間にある三次元物体１０４も表現できることから、
三次元表示を行う場合のデータ量を大きく減らせる利点
も有する。また、本実施の形態は、観察者１００に固定
して装置を装着するため、観察者１００の動きや眼の動
きに対応して２Ｄ化像を表示しやすい利点を有する。な
お、ヘッドマウントディスプレイ装置とは、基本的には
表示装置を頭部に装着・固定するものであるが、観察者
１００の両眼と面との位置関係が変化しないように構成
された装置であれば、表示装置を頭部に装着しない装置
であっても、本発明が適用可能であることは明らかであ
る。また、本実施の形態は、二次元像の輝度の変化のみ
による人の生理的、心理的あるいは錯覚を利用している
ため、光源として、特にレーザー等のコヒーレント光源
を必要とせず、かつ、カラー化も容易である利点を有し
ている。また、本実施の形態は、機械的駆動部を含まな
いため、軽量化、信頼性の向上などに適している利点を
有する。なお、本実施の形態においては、二次元像を配
置する面の中で、主に２つの面に関してのみ記述し、か
つ観察者１００に提示する三次元物体１０４が２つの面
の間にある場合について説明したが、二次元像を配置す
る面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三次元
物体１０４の位置が異なる場あっても、同様な構成が可
能であることは明らかである。

【００１３】本実施の形態は、各二次元表示装置が動画
対応できる表示速度を有しているだけで、観察者からみ
て左右上方向には動画表示ができることは明らかであ
り、かつ、奥行き方向にも、複数の面の輝度変化を１フ
レーム毎に行っていけば可能であることは明らかであ
る。この場合には、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々
の部位の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を
一定に保ちつつ（即ち、観察者１００から見た総体的な
輝度が三次元物体１０４の輝度と等しくなるように）、
三次元物体１０４の奥行き位置の時間的変化に対応して
変化させることである。即ち、例えば、三次元物体１０
４が面１０１上にある場合には、面１０１上の２Ｄ化像
１０５の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、面
１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。

【００１４】次に、例えば、三次元物体１０４が、次第
に観察者１００より時間的に少し遠ざかり、面１０１よ
り面１０２側に時間的に少し寄ってくる場合には、三次
元物体１０４の奥行き位置の移動に対応させて２Ｄ化像
１０５の輝度を時間的に少し下げ、かつ２Ｄ化像１０６
の輝度を時間的に少し上げる。次に、例えば、三次元物
体１０４が観察者１００より時間的にさらに遠ざかり、
面１０１より面１０２側にさらに寄った位置に時間的に
移動する場合には、三次元物体１０４の奥行き位置の移
動に対応させて２Ｄ化像１０５の輝度を時間的にさらに
下げ、かつ２Ｄ化像１０６の輝度を時間的にさらに上げ
る。次に、例えば、三次元物体１０４が、遂に面１０２
上まで時間的に移動してきた場合には、三次元物体１０
４の奥行き位置の移動に対応させてこの上の２Ｄ化像１
０６の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくなるまで
時間的に変化させ、かつ面１０１上の２Ｄ化像１０５の
輝度がゼロとなるまで変化させる。このように表示する
ことにより、人の生理的あるいは心理的要因あるいは錯
覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０
６）であっても、観察者１００にはあたかも面（１０
１，１０２）の間を、面１０１から面１０２に三次元物
体１０４が奥行き方向に移動するように感じられる。ま
た、前記した二次元像は、１フレーム中に表示するので
あれば、同時に表示しても、別々の時間に表示しても、
あるいはある時間だけ同時に表示して、他の時間は別々
に表示しても、残像効果の原理から同様な効果が得られ
ることは明らかである。さらに、本実施の形態では、複
数の面の間にある三次元物体も表現できることから、三
次元表示を行う場合のデータ量を大きく減らせる利点も
有する。 ［実施の形態２］図７は、本発明の実施の形態２のヘッ
ドマウントディスプレイ装置の原理を説明するための図
である。本実施の形態では、観察者１００の右眼と左眼
の前面に、複数の面、例えば、面（１Ｒ１，１Ｒ２，１
Ｌ１，１Ｌ２）（例えば、面（１Ｒ１，１Ｌ１）が面
（１Ｒ２，１Ｌ２）より観察者１００に近い）を設定
し、これらの面に複数の二次元像を表示するために、例
えば、二次元表示装置と、種々の光学素子を用いて、光
学系１０３を右眼用と左眼用とに各々構築する（詳細
は、実施の形態３以下で後述する）。この二次元表示装
置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥ
Ｄディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディス
プレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型デ
ィスプレイなどが、また、光学素子としては、例えば、
レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲境、プリズム、偏光
素子、波長板などが使用可能である。ここで、観察者１
００は、これらの面（１Ｒ１，１Ｒ２，１Ｌ１，１Ｌ
２）に表示された複数の二次元像と、観察者１００の左
目、右目との相対位置を固定するため、例えば、固定治
具２１０を装着する。

【００１５】次に、図８に示すように、観察者１００に
提示したい三次元物体１０４を、観察者１００の左目と
右目とを結ぶ線上の一点から見て、面（１Ｒ１，１Ｒ
２，１Ｌ１，１Ｌ２）へ投影した像（以下、２Ｄ化像と
称する。）である２Ｄ化像（１Ｒ５，１Ｒ６，１Ｌ５，
１Ｌ６）を生成する。なお、図８では、右眼用の構成の
みを図示しているが、左眼用では、記号ＲをＬと読み代
えればよい。また、２Ｄ化像（１Ｒ５，１Ｒ６，１Ｌ
５，１Ｌ６）を生成する方法は、例えば、視線方向から
三次元物体１０４をカメラで撮影した二次元像を用いる
方法、別の方向からから撮影した複数枚の二次元像から
合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによ
る合成技術、あるいはモデル化を用いる方法など種々の
方法がある。これら２Ｄ化像（１Ｒ５，１Ｒ６，１Ｌ
５，１Ｌ６）を、図７に示すように、それぞれ面（１Ｒ
１，１Ｌ１）と、面（１Ｒ２，１Ｌ２）の双方に、観察
者１００の左眼と右眼とを結ぶ線上の一点からみて重な
るように表示する。これは、例えば、２Ｄ化像（１Ｒ
５，１Ｒ６，１Ｌ５，１Ｌ６）の各々の中心、あるいは
重心を視線上に配置することで可能となる。

【００１６】本実施の形態における重要な要点は、前記
構成を有する装置で、２Ｄ化像（１Ｒ５，１Ｒ６，１Ｌ
５，１Ｌ６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総
体的な輝度を一定に保ちつつ（即ち、観察者１００から
見た総体的な輝度が三次元物体１０４の輝度と等しくな
るように）、三次元物体１０４の奥行き位置に対応し
て、人間の眼の残像時間内で、変えることである。その
変え方の一例を、以下に述ベる。なお、両眼ともに同様
であるため、図９ないし図１２では右眼のみを記し、さ
らに、図９ないし図１２では、白黒図面であるため、分
かりやすいように輝度が高い方を濃く示している。例え
ば、三次元物体１０４を、面（１Ｒ１，１Ｌ１）上の位
置に対応する奥行き位置に表示する場合には、図９に示
すように、面（１Ｒ１，１Ｌ１）の２Ｄ化像（１Ｒ５，
１Ｌ５）の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、
面（１Ｒ２，１Ｌ２）上の２Ｄ化像（１Ｒ６，１Ｌ６）
の輝度はゼロとする。次に、例えば、三次元物体１０４
が観察者１００より少し遠ざかって、三次元物体１０４
を、面（１Ｒ１，１Ｌ１）より面（１Ｒ２，１Ｌ２）側
に少し寄った位置の奥行き位置に表示する場合には、図
１０に示すように、２Ｄ化像（１Ｒ５，１Ｌ５）の輝度
を少し下げ、２Ｄ化像（１Ｒ６，１Ｌ６）の輝度を少し
上げる。さらに、例えば、三次元物体１０４が観察者１
００よりさらに遠ざかって、三次元物体１０４を、面
（１Ｒ１，１Ｌ１）より面（１Ｒ２，１Ｌ２）側にさら
に寄った位置の奥行き位置に表示する場合には、図１１
に示すように、２Ｄ化像（１Ｒ５，１Ｌ５）の輝度をさ
らに下げ、２Ｄ化像（１Ｒ６，１Ｌ６）の輝度をさらに
上げる。遂に、例えば、三次元物体１０４を、面（１Ｒ
２，１Ｌ２）上に対応する奥行き位置に表示する場合に
は、図１２に示すように、面（１Ｒ２，１Ｌ２）上の２
Ｄ化像（１Ｒ６，１Ｌ６）の輝度を三次元物体１０４の
輝度に等しくし、面（１Ｒ１，１Ｌ１）上の２Ｄ化像
（１Ｒ５、１Ｌ５）の輝度をゼロとする。このように表
示することにより、人の生理的、心理的要因あるいは錯
覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１Ｒ５，１Ｒ
６，１Ｌ５，１Ｌ６）であっても、観察者１００には、
あたかも面（１Ｒ１，１Ｌ１）と面（１Ｒ２，１Ｌ２）
との中間に三次元物体１０４が位置しているように感じ
られる。即ち、例えば、面（１Ｒ１，１Ｌ１）と面（１
Ｒ２，１Ｌ２）とにほぼ等輝度の２Ｄ化像を表示した場
合には、面（１Ｒ１，１Ｌ１）と面（１Ｒ２，１Ｌ２）
の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０４があるよう
に感じられる。特に、観察者１００の左目と右目とを結
ぶ線上の一点として、左目と右目との間の一点を用いる
場合には、この効果を得られる信頼性が多くなる（簡単
に言うと多くの人が、あるいは多くの場合に効果が得ら
れる。）。さらに、観察者１００の左右眼の中心位置を
前記一点として用いると、さらに効果が得やすくなると
ともに、左右眼における、例えば、面（１０１，１０
２）から生じる二重像の大きさを小さくできる利点を有
する。

【００１７】なお、本実施の形態においても、前記実施
の形態１と同様、三次元物体自体が有する奥行きを表現
できることは明らかである。本実施の形態では、前記図
１８に示した従来装置とは異なり、実際に像を表示する
面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上存在す
るため、従来装置にあった両眼視差、輻輳と、ピント調
節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制
できると考えられる。また、本実施の形態では、ピント
調節自体は、観察者１００が２つ以上の面を同時に見る
ことになるため、双方の像を最もぼけさずに見ることが
できる錯覚位置に合致する。また、本実施の形態では、
左右眼に個別に装置を取り付けるため、観察者の動きや
眼の動きに対応して２Ｄ化像を表示しやすい利点を有す
る。また、本実施の形態では、２次元像の輝度の変化の
みによる人の生理的、心理的要因あるいは錯覚を利用し
ているため、光源として、特に、レーザーなどのコヒー
レント光源を必要とせず、かつカラー化も容易である利
点を有している。また、本実施の形態では、機械的駆動
部を含まないため、軽量化、信頼性の向上などに適して
いる利点を有する。なお、本実施例においては、二次元
像を配置する面の中で主に２つの面に関してのみ説明
し、かつ観察者１００に提示する三次元物体１０４が２
つの面の間にある場合について述べたが、二次元像を配
置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三
次元物体の位置が異なる場合であっても、同様な構成が
可能であることは明らかである。本実施の形態は、各二
次元表示装置が動画対応できる表示速度を有しているだ
けで、観察者からみて左右上方向には動画表示ができる
ことは明らかであり、かつ、奥行き方向にも、複数の面
の輝度変化を１フレーム毎に行っていけば可能であり、
前記実施の形態１と同様、動画表示ができることも明ら
かである。また、前記した二次元像は、１フレーム中に
表示するのであれば、同時に表示しても、別々の時間に
表示しても、あるいはある時間だけ同時に表示して、他
の時間は別々に表示しても、残像効果の原理から同様な
効果が得られることは明らかである。さらに、本実施の
形態では、複数の面の間にある三次元物体も表現できる
ことから、三次元表示を行う場合のデータ量を大きく減
らせる利点も有する。 ［実施の形態３］以下、前記各実施の形態に使用可能な
光学系１０３について説明する。図１３は、前記各実施
の形態に使用可能な光学系１０３の一例を示す図であ
る。図１３に示す光学系１０３は、複数の二次元表示装
置（２０１，２０２）と、全反射鏡２０３（例えば、反
射率／透過率＝１００／０）、部分反射鏡２０４（例え
ば、反射率／透過率＝５０／５０）とを使用するもので
ある。ここで、複数の二次元表示装置（２０１，２０
２）は、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤデ
ィスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレ
イ、ＤＭＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプ
レイ、線描画型ディスプレイなどで構成される。図１３
に示す光学系において、各々の配置を変えることによ
り、二次元表示装置２０１の２次元像が全反射鏡２０３
で反射し、部分反射鏡２０４を透過してできる面２０５
と、二次元表示装置２０２の二次元像が部分反射鏡２０
４を反射してできる面２０６とを奥行き方向に異なる位
置に配置することができる。図１３に示す光学系では、
鏡（全反射鏡２０３、部分反射鏡２０４）のみを用いる
ため、画質の劣化が少ない利点を有する。

【００１８】図１４は、前記各実施の形態に使用可能な
光学系１０３の他の例を示す図である。図１４に示す光
学系１０３は、図１３に示す光学系にレンズ（２０７，
２０８）などを含めることにより、面の位置をよりフレ
キシブルに変更できるようにしたものである。図１４に
示す光学系において、即ち、複数の二次元表示装置（２
０１，２０２）と、全反射鏡２０３（例えば、反射率／
透過率＝１００／０）、部分反射鏡２０４（例えば、反
射率／透過率＝５０／５０）の構成に、例えば、凸レン
ズ（２０７，２０８）を加えて像位置を変えることによ
り、装置の大きさの制約などにより限られていた面２０
５と面２０６の位置関係をより柔軟に設定することがで
きる。勿論、凸レンズだけでなく組み合わせレンズなど
を用いたレンズ光学系を用いることにより、歪みなどの
点で有利なる場合もあることは通常のレンズ光学系と同
様である。また、この場合は虚像を用いる場合を例とし
て示したが、実像を用いる場合でも同様なことができる
ことは明らかである。

【００１９】図１５は、前記各実施の形態に使用可能な
光学系１０３の他の例を示す図である。図１５に示す光
学系１０３は、図１３に示す光学系に、さらに二次元表
示装置を追加したものである。即ち、複数の二次元表示
装置（２１１，２１２，２１３，２１４，２１５）と、
例えば、全反射鏡２１６（例えば、反射率／透過率＝１
００／０）、部分反射鏡２１７（例えば、反射率／透過
率＝５０／５０）、２１８（例えば、反射率／透過率＝
３３．３／６６．７）、２１９（例えば、反射率／透過
率＝２５／７５）、２２０（例えば、反射率／透過率＝
２０／８０）を用いて光学系を構成したものである。図
１５に示す光学系１０３において、各々の配置を変える
ことにより、二次元表示装置２１１の二次元像が全反射
鏡２１６を反射して部分反射鏡（２１７〜２２０）を透
過してできる面２２１と、二次元表示装置（２１２〜２
１５）の二次元像が各々部分反射鏡（２１７〜２２０）
で反射し、さらに部分反射鏡を透過してできる面（２２
２〜２２５）を、各々奥行き方向に異なる位置に配置す
ることができる。この図１５に示す光学系１０３では、
鏡のみを用いるため、画質の劣化が少ない利点を有す
る。なお、図１５では、二次元表示装置が５個の場合に
ついて述べたが、それ以外の個数でも同様な構成が可能
なことは明らかである。この場合においても、図１４の
ように、レンズ光学系を付加することにより、面の位置
を制御しやすくなることは同様に明らかである。

【００２０】図１６は、前記各実施の形態に使用可能な
光学系１０３の他の例を示す図である。図１６に示す光
学系１０３は、複数のプロジェクタ型二次元表示装置
（２３１，２３２，２３３，２３４，２３５）と、シャ
ッタ（２４１，２４２，２４３，２４４，２４５）と、
散乱板（２３６，２３７，２３８，２３９，２４０）と
を用いて、各プロジェクタ型二次元表示装置（２３１〜
２３５）からシャッタ（２４１〜２４５）を介して散乱
板（２３６〜２４０）に二次元像を投影することによ
り、複数の二元像を配置するための光学系を構成したも
のである。ここで、各プロジェクタ型二次元表示装置
（２３１〜２３５）は、例えば、ＣＴＲ型、ＬＣＤ型、
ＩＬＶ型、ＤＭＤ型等で構成される。また、散乱板（２
３６〜２４０）は、例えば、高分子分散型液晶素子、ホ
ログラフッィク高分子分散型液晶素子、液晶とマルチレ
ンズアレイの組合せ素子などのように、散乱状態／透過
状態、反射状態／透過状態を制御でき、さらに、シャッ
タ（２４１〜２４５）は、例えば、ツイストネマティッ
ク液晶素子、強誘電液晶素子、あるいは機械的シャッタ
素子などのように透過状態／遮断状態を制御できるもの
とする。散乱板（２３６〜２４０）を奥行き位置を変え
て配置し、これらの散乱板（２３６〜２４０）に、各プ
ロジェクタ型二次元表示装置（２３１〜２３５）の各々
のピント面を合わせて二次元像を投射し、かつ散乱板
（２３６〜２４０）の散乱状態／透過状態のタイミング
と、シャッタ（２４１〜２４５）の透過状態／遮断状態
のタイミングを合わせて駆動することにより、時分割
で、散乱板（２３６〜２４０）上に形成される面（２４
１〜２４５）の奥行き位置を制御できる。この図１６に
示す光学系１０３のように、プロジェクタ型二次元表示
装置（２３１〜２３５）を用いる場合には、装置のレイ
アウトの自由度が大きい利点を有する。なお、この図１
６に示す光学系１０３では、プロジェクタ型二次元表示
装置が５個の場合について述べたが、それ以外の個数で
も同様な構成が可能なことは明らかである。また、シャ
ッタ（２４１〜２４５）の代わりに、プロジェクタ型二
次元表示装置（２３１〜２３５）のランプをＯＮ／ＯＦ
Ｆしてもよいことは明らかである。

【００２１】前記各実施の形態では、ヘッドマウントデ
ィスプレイ装置付近、または内部あるいはこれより奥に
面がある場合について主に述べたが、これらの面を光学
装置を追加することにより、二次元表示装置より離し
て、あるいは前面に配置することも容易に可能である。
その一例を、図１７に示す。例えば、前記各実施の形態
に示す光学系３０１の前面に、例えば、レンズ光学系３
０３を配置することにより、内部の面３０２を外部の面
３０４の位置へ変換できることは明らかである。このよ
うな場合には、三次元像が空間に浮いて再現されるた
め、三次元像が装置内部や後方にある場合に比べ、人に
とってより三次元に感じやすいという利点を有する。以
上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態
に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲において種々変更可能であることは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。本発明によれば、立体視の生理的要因
間の矛盾を抑制でき、かつ情報量の少なくでき、電気的
に書き換え可能な三次元動画像を再生することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のヘッドマウントディス
プレイ装置の原理を説明するための図である。

【図２】本発明の実施の形態１のヘッドマウントディス
プレイ装置における２Ｄ化像の生成方法を説明するため
の図である。

【図３】本発明の実施の形態１のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。

【図４】本発明の実施の形態１のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。

【図５】本発明の実施の形態１のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。

【図６】本発明の実施の形態１のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。

【図７】本発明の実施の形態２のヘッドマウントディス
プレイ装置の原理を説明するための図である。

【図８】本発明の実施の形態２のヘッドマウントディス
プレイ装置における２Ｄ化像の生成方法を説明するため
の図である。

【図９】本発明の実施の形態２のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。

【図１０】本発明の実施の形態２のヘッドマウントディ
スプレイ装置における三次元像の表示方法を説明するた
めの図である。

【図１１】本発明の実施の形態２のヘッドマウントディ
スプレイ装置における三次元像の表示方法を説明するた
めの図である。

【図１２】本発明の実施の形態２のヘッドマウントディ
スプレイ装置における三次元像の表示方法を説明するた
めの図である。

【図１３】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
一例を示す図である。

【図１４】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。

【図１５】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。

【図１６】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。

【図１７】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。

【図１８】従来の電気的に書き換え可能な動画の立体表
示を行うヘッドマウントディスプレイ装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

５２Ｌ，５２Ｒ…カメラ、５３Ｌ，５３Ｒ…液晶表示装
置（ＬＣＤ）、５４Ｌ，５４Ｒ，２０７，２０８…凸レ
ンズ、５５Ｌ，５５Ｒ…左右の眼、１００…観察者、１
０１，１０２，１Ｒ１，１Ｒ２，１Ｌ１，１Ｌ２，２０
５，２０６，２２１，２２２，２２３，２２４，２２
５，３０２，３０４…面、１０３，３０１…光学系、１
０４，５０１…三次元物体、１０５，１０６，１Ｒ５，
１Ｒ６，１Ｌ５，１Ｌ６…２Ｄ化像、１１０，２１０…
固定治具、２０１，２０２，２１１，２１２，２１３，
２１４，２１５…二次元表示装置、２０３，２１６…全
反射鏡、２０４，２１７，２１８，２１９，２２０…部
分反射鏡、２３１，２３２，２３３，２３４，２３５…
プロジェクタ型二次元表示装置、２３６，２３７，２３
８，２３９，２４０…散乱板、２４１，２４２，２４
３，２４４，２４５…シャッタ、３０３…レンズ光学
系、５０６…視差像。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年２月１０日（２０００．２．１
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】本実施の形態においては、前記図１８に示
す従来装置（平面表示装置）とは異なり、実際に像を表
示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも２つ以上
存在するため、従来の装置にあった両眼視差、輻輳と、
ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労な
どを抑制できると考えられる。また、ピント調節自体
は、観察者１００が２つ以上の面を同時に見ることにな
るため、双方の像を最もぼけさずに見ることができる錯
覚位置に合致する。さらに、本実施の形態では、複数の
面の間にある三次元物体１０４も表現できることから、
三次元表示を行う場合のデータ量を大きく減らせる利点
も有する。また、本実施の形態は、観察者１００に固定
して装置を装着するため、観察者１００の動きや眼の動
きに対応して２Ｄ化像を表示しやすい利点を有する。な
お、ヘッドマウントディスプレイ装置とは、基本的には
表示装置を頭部に装着・固定するものであるが、観察者
１００の両眼と面との位置関係が変化しないように構成
された装置であれば、表示装置を頭部に装着しない装置
であっても、本発明が適用可能であることは明らかであ
る。また、本実施の形態は、二次元像の輝度の変化のみ
による人の生理的、心理的あるいは錯覚を利用している
ため、光源として、特にレーザー等のコヒーレント光源
を必要とせず、かつ、カラー化も容易である利点を有し
ている。また、本実施の形態は、機械的駆動部を含まな
いため、軽量化、信頼性の向上などに適している利点を
有する。なお、本実施の形態においては、二次元像を配
置する面の中で、主に２つの面に関してのみ記述し、か
つ観察者１００に提示する三次元物体１０４が２つの面
の間にある場合について説明したが、二次元像を配置す
る面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三次元
物体１０４の位置が異なる場合であっても、同様な構成
が可能であることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上平 員丈 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5C061 AA29 AB12 AB16 AB17 AB18 5C080 AA05 AA07 AA10 AA18 BB05 CC04 DD01 EE17 EE26 FF09 GG02 JJ01 JJ06

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察者の左眼および右眼それぞれに対し
   て、奥行き位置の異なる複数の表示面を配置し、前記観
   察者の左眼および右眼に対する複数の表示面に二次元像
   をそれぞれ表示して、三次元立体像を表示する三次元表
   示方法であって、 表示対象物体を観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点
   から、前記複数の表示面へ射影した二次元像を生成し、 前記生成された二次元像の輝度を前記観察者の左眼およ
   び右眼に対する複数の表示面毎に各々独立に変化させ
   て、前記生成された二次元像を前記観察者の左眼および
   右眼に対する複数の表示面に表示することを特徴とする
   三次元表示方法。
2. 【請求項２】 前記表示対象物体が、観察者に近い奥行
   き位置に表示される物体である場合に、前記複数の表示
   面のうちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像
   の輝度を高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記
   二次元像の輝度を低くし、 また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置
   に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のう
   ちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度
   を低くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元
   像の輝度を高くすることを特徴とする請求項１に記載の
   三次元表示方法。
3. 【請求項３】 前記二次元像を、観察者の右眼と左眼と
   を結ぶ線上の一点から見て重なるように前記複数の表示
   面に表示し、かつ観察者の見る総体的な輝度が元の表示
   対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示面
   に表示される二次元像の輝度を変化させることを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の三次元表示方法。
4. 【請求項４】 前記二次元像を、観察者の右眼と左眼と
   を結ぶ線上の一点から見て重なるように前記複数の表示
   面に表示し、かつ観察者の見る総体的な輝度が元の表示
   対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示面
   に表示される二次元像の各部位の輝度を表示対象物体の
   奥行き位置に応じて変化させることを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の三次元表示方法。
5. 【請求項５】 前記二次元像を順次切り替えることによ
   り、三次元の動画像を生成することを特徴とする請求項
   １ないし請求項４のいずれか１項に記載の三次元表示方
   法。
6. 【請求項６】 前記二次元像が奥行き方向に移動する複
   数の物体像を含む場合で、当該物体の移動方向が観察者
   に近づく方向である場合に、前記二次元像の切り替えに
   同期して、前記複数の表示面に表示される前記物体像の
   輝度を、観察者から遠い表示面から観察者に近い表示面
   の順に順次高くし、 また、前記二次元像が奥行き方向に移動する複数の物体
   像を含む場合で、当該物体の移動方向が観察者から遠ざ
   かる方向である場合に、前記二次元像の切り替えに同期
   して、前記複数の表示面に表示される前記物体像の輝度
   を、観察者に近い表示面から観察者から遠い表示面の順
   に順次高くすることを特徴とする請求項５に記載の三次
   元表示方法。
7. 【請求項７】 観察者から見て奥行き位置がそれぞれ異
   なる複数の表示面に、それぞれ二次元像を表示して三次
   元立体像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置で
   あって、 前記複数の表示面と、観察者の左眼および右眼との相対
   的位置を固定する第１の手段と、 表示対象物体を、観察者の左眼および右眼を結ぶ直線上
   にある一点から、前記複数の表示面へ投影した二次元像
   を生成する第２の手段と、 前記像生成手段で生成された二次元像を、前記複数の表
   示面の少なくとも２つの表示面に表示する第３の手段
   と、 前記少なくとも２つの表示面に表示される二次元像の輝
   度を、各表示面毎に各々独立に変化させる第４の手段と
   を具備することを特徴とするヘッドマウントディスプレ
   イ装置。
8. 【請求項８】 観察者の左目から見て奥行き位置がそれ
   ぞれ異なる複数の表示面、および観察者の右目から見て
   奥行き位置がそれぞれ異なる複数の表示面に、それぞれ
   二次元像を表示して三次元立体像を表示するヘッドマウ
   ントディスプレイ装置であって、 前記左眼および右眼用の複数の表示面と、観察者の左眼
   および右眼との相対的位置を固定する第１の手段と、 表示対象物体を、観察者の左眼および右眼を結ぶ直線上
   にある一点から、前記左眼および右眼用の複数の表示面
   へ投影した二次元像を生成する第２の手段と、 前記像生成手段で生成された二次元像を、前記左眼およ
   び右眼用の複数の表示面の少なくとも２つの表示面に表
   示する第３の手段と、 前記左眼および右眼用の少なくとも２つの表示面に表示
   される二次元像の輝度を、前記左眼および右眼用の少な
   くとも２つの表示面毎に各々独立に変化させる第４の手
   段とを具備することを特徴とするヘッドマウントディス
   プレイ装置。
9. 【請求項９】 前記第３の手段は、複数の二次元表示装
   置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
   行き位置に配置される二次元表示装置と組み合わされ、
   当該二次元表示装置の表示を観察者の視線上の像として
   配置する全反射鏡あるいは部分反射鏡と、 前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元
   表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次
   元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として
   配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴とする
   請求項７または請求項８に記載のヘッドマウントディス
   プレイ装置。
10. 【請求項１０】 前記第３の手段は、複数の二次元表示
    装置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
    行き位置に配置される二次元表示装置と組み合わされ、
    当該二次元表示装置の表示を観察者の視線上の像として
    配置する全反射鏡とレンズの組み合わせ、あるいは部分
    反射鏡とレンズの組み合わせと、 前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元
    表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次
    元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として
    配置する部分反射鏡とレンズの組み合わせとから構成さ
    れることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の
    ヘッドマウントディスプレイ装置。
11. 【請求項１１】 前記第３の手段は、観察者から見て異
    なった奥行き位置に配置される透過状態と散乱状態の切
    り替え制御が可能な複数の散乱板と、 前記各散乱板に二次元像を投射する複数の投射型二次元
    表示装置と、 前記複数の散乱板と前記複数の投射型二次元表示装置と
    の間に配置され、前記複数の散乱板の透過状態と散乱状
    態との切り替えに同期して透過状態と遮断状態を切り替
    る複数のシャッタとから構成されることを特徴とする請
    求項７または請求項８に記載のヘッドマウントディスプ
    レイ装置。
12. 【請求項１２】 前記複数の表示面と観察者との間に、
    レンズ光学系を設置したことを特徴とする請求項７ない
    し請求項１１のいずれか１項に記載のヘッドマウントデ
    ィスプレイ装置。
13. 【請求項１３】 前記第４の手段は、前記表示対象物体
    が、観察者に近い奥行き位置に表示される物体である場
    合に、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に
    表示する前記二次元像の輝度を高くし、観察者から遠い
    表示面に表示する前記二次元像の輝度を低くし、 また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置
    に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のう
    ちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度
    を低くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元
    像の輝度を高くすることを特徴とする請求項７ないし請
    求項１２のいずれか１項に記載のヘッドマウントディス
    プレイ装置。
14. 【請求項１４】 前記第３の手段は、前記二次元像を、
    観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なる
    ように前記複数の表示面に表示し、 前記第４の手段は、観察者の見る総体的な輝度が元の表
    示対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示
    面に表示される二次元像の輝度を変化させることを特徴
    とする請求項７ないし請求項１３のいずれか１項に記載
    のヘッドマウントディスプレイ装置。
15. 【請求項１５】 前記第３の手段は、前記二次元像を、
    観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なる
    ように前記複数の表示面に表示し、 前記第４の手段は、観察者の見る総体的な輝度が元の表
    示対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示
    面に表示される二次元像の各部位の輝度を表示対象物体
    の奥行き位置に応じて変化させることを特徴とする請求
    項７ないし請求項１３のいずれか１項に記載のヘッドマ
    ウントディスプレイ装置。
16. 【請求項１６】 前記第３の手段は、前記像生成手段で
    生成された二次元像を順次切り替えて表示し、三次元の
    動画像を表示することを特徴とする請求項７ないし請求
    項１５のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプ
    レイ装置。
17. 【請求項１７】 前記第４の手段は、前記第１の手段で
    生成された二次元像が、奥行き方向に移動する複数の物
    体像を含む場合に、当該物体の移動方向が観察者に近づ
    く方向である場合に、前記第３の手段での二次元像の切
    り替えに同期して、前記複数の表示面に表示される前記
    物体像の輝度を、観察者から遠い表示面から観察者に近
    い表示面の順に順次高くし、 また、当該物体の移動方向が観察者から遠ざかる方向で
    ある場合に、前記第３の手段での二次元像の切り替えに
    同期して、前記複数の表示面に表示される前記物体像の
    輝度を、観察者に近い表示面から観察者から遠い表示面
    の順に順次高くすることを特徴とする請求項１６に記載
    のヘッドマウントディスプレイ装置。