JP2002228976A - Stereoscopic image display device and stereoscopic image display method - Google Patents

Stereoscopic image display device and stereoscopic image display method

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JP2002228976A
JP2002228976A JP2001025618A JP2001025618A JP2002228976A JP 2002228976 A JP2002228976 A JP 2002228976A JP 2001025618 A JP2001025618 A JP 2001025618A JP 2001025618 A JP2001025618 A JP 2001025618A JP 2002228976 A JP2002228976 A JP 2002228976A
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JP
Japan
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observer
stereoscopic image
image display
pupil
depth
Prior art date
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Application number
JP2001025618A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Sudo
敏行 須藤
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Mixed Reality Systems Laboratory Inc
Original Assignee
Mixed Reality Systems Laboratory Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stereoscopic image display device which makes stereoscopic display by utilizing the parallaxes between both eyes or supermultiple eyes and makes stereoscopic images well observable without fatigue and a stereoscopic image display method. SOLUTION: This stereoscopic image display device enables an observer to observe the stereoscopic images by making plural rays incident on the observer's pupils and focusing the adjustment of the observers eyes to the position where the rays intersect with each other. The display device described above has an optical system with which the depth of field in an observation vertical direction when observing the stereoscopic images is deeper than the depth of field in an observation horizontal direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は立体画像表示装置及
び立体画像表示方法に関し、特に立体画像を観察すると
きの観察者の目の負担を軽減し、疲れず自然な状態で良
好に観察することができる立体画像表示装置及び立体画
像表示方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional image display device and a three-dimensional image display method, and more particularly, to reducing a burden on an observer's eyes when observing a three-dimensional image, and making it possible to perform natural observation without fatigue. And a stereoscopic image display method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、立体像(立体物,3次元物
体)を再生する方法として様々な方式が試みられてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been tried as a method of reproducing a three-dimensional image (three-dimensional object, three-dimensional object).

【0003】これらのうち両眼視差を用いて観察者に立
体視を行わせる方法(例えば偏光メガネ方式やレンチキ
ュラ方式など)は広く利用されている。
[0003] Among these methods, a method of causing a viewer to perform stereoscopic vision using binocular parallax (for example, a polarized glasses method or a lenticular method) is widely used.

【0004】しかしながらこれらの方法は眼の調節機能
による立体認識と両眼視差による立体認識との間に矛盾
が生じるため、観察者は疲労や違和感を覚えることが少
なくない。そこで両眼視差のみに頼らず、眼のその他の
立体認識機能を満足する3次元像再生の方法がいくつか
試みられている。
However, in these methods, since inconsistency occurs between stereoscopic recognition by the accommodation function of the eyes and stereoscopic recognition by binocular parallax, the observer often feels tired and uncomfortable. Therefore, some methods of three-dimensional image reproduction satisfying other three-dimensional recognition functions of the eye without relying only on binocular parallax have been attempted.

【0005】「3次元画像コンファレンス2000」講
演論文集 pp95-98「光線再現方式による3次元像再生」
では光線の交点を用いて3D映像(立体映像)を表現す
る新しい立体表示方法が開示されている。
Proceedings of "3D Image Conference 2000" pp95-98 "3D Image Reproduction by Ray Reproduction Method"
Discloses a new stereoscopic display method for expressing a 3D image (stereoscopic image) using intersections of light rays.

【0006】この方式では図33に示すように,光線生
成手段(Light beam production)281,光線偏向手段
(Light beam deflection)282,光線出射点列(Emissi
on point array)283の3つの手段を用いて光線の交
点を形成することで立体像を表現する。光線生成手段2
81は微小径の平行光ビームを形成し,光線偏向手段2
82は平行光ビーム同士を3次元空間の任意の位置で交
わらせて光線交点を形成する。光線が偏向する点はすべ
て光線出射点列283として高密度に配置される。
In this method, as shown in FIG. 33, light beam generating means (Light beam production) 281 and light beam deflecting means
(Light beam deflection) 282, light emission point sequence (Emissi
A three-dimensional image is expressed by forming intersections of light rays using three means of on point array (283). Ray generating means 2
Numeral 81 denotes a parallel light beam having a small diameter,
Numeral 82 allows the parallel light beams to cross each other at an arbitrary position in the three-dimensional space to form a ray intersection. All the points where the light beam is deflected are arranged at a high density as a light beam emission point sequence 283.

【0007】上記文献によれば,交点を形成した光線が
2本以上同時に観察者284の瞳285に入射する状態
であれば,観察者の眼の焦点調節は立体像の近傍に導か
れ立体視するときの観察者の疲労や違和感が軽減され
る,としている。
According to the above document, if two or more rays forming the intersection point are simultaneously incident on the pupil 285 of the observer 284, the focus adjustment of the observer's eyes is guided to the vicinity of the stereoscopic image, and the stereoscopic vision is obtained. It is said that the fatigue and discomfort of the observer when doing it are reduced.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の両眼視差のみを
用いて観察者に立体像を認識させる方法においては観察
者の眼の調節による奥行きの認識と両眼視差による奥行
きの認識との間に矛盾が生じるため、観察者は疲労や違
和感を覚えることが少なくない。
In the conventional method of allowing a viewer to recognize a stereoscopic image using only the binocular parallax, a method is known in which the depth recognition by adjusting the observer's eyes and the depth recognition by binocular parallax. Observers often experience fatigue and discomfort due to inconsistencies.

【0009】又、図33に示す立体画像表示方法には次
のような問題点が存在する。
Further, the following problem exists in the stereoscopic image display method shown in FIG.

【0010】光線交点で立体像を表現する立体表示方法
において最も特徴的なのは観察者の眼の焦点調節が光線
交点位置に誘導され観察者の疲労や違和感が軽減され
る、という点である。光線交点を生成するにはきわめて
微小な間隔で多数の光線を生成する必要がある。この場
合、光線生成制御のための総情報量が必然的に増大する
ので立体知覚への影響の大きい水平方向の光線偏向のみ
を行い鉛直方向の光線偏向については行わないで(例え
ばある面において鉛直方向のみ光を拡散させるなどし
て)情報量の低減化を図るという方法がしばしば採用さ
れる。上記従来例も実際にはこの方法で情報量の低減化
を図っている。しかし、このような方法をとると観察者
の眼の調節はアンバランスな状態下に置かれることにな
る。つまり観察者の眼の水平方向の焦点調節が光線交点
位置に導かれても、鉛直方向の焦点調節は別の位置に合
ったままとなるため、観察者は非点収差が発生した像を
観察し続けることになってしまう。このことはせっかく
の調節誘導効果を低減させてしまう。
The most characteristic feature of the three-dimensional display method for expressing a three-dimensional image at the ray intersection is that the focus adjustment of the observer's eyes is guided to the ray intersection position, thereby reducing the fatigue and discomfort of the observer. To generate a ray intersection, it is necessary to generate a large number of rays at extremely small intervals. In this case, since the total amount of information for light beam generation control is inevitably increased, only light beam deflection in the horizontal direction that has a large effect on stereoscopic perception is performed, and light beam deflection in the vertical direction is not performed (for example, in a certain plane, the light beam is deflected in the vertical direction) A method of reducing the amount of information (for example, by diffusing light only in the direction) is often adopted. In the above conventional example, the information amount is actually reduced by this method. However, such an approach leaves the accommodation of the observer's eyes unbalanced. In other words, even if the horizontal focus adjustment of the observer's eye is guided to the ray intersection position, the vertical focus adjustment remains at another position, so that the observer can observe the image where astigmatism has occurred. Will continue to do so. This diminishes the regulation-inducing effect.

【0011】本発明は両眼視差を利用して立体像を観察
するときや超多眼立体表示を利用して立体画像を観察す
るとき、観察者が疲労せずに良好に立体画像を観察する
ことができる立体画像表示装置及び立体画像表示方法の
提供を目的とする。
According to the present invention, when observing a stereoscopic image using binocular parallax or observing a stereoscopic image using super-multi-view stereoscopic display, the observer can observe the stereoscopic image well without fatigue. It is an object of the present invention to provide a stereoscopic image display device and a stereoscopic image display method that can perform the method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の立体画
像表示装置は、観察者の瞳に対して複数の光線を入射さ
せ、該光線同士の交点位置に観察者の眼の調節を合焦せ
しめて立体画像を観察する立体画像表示装置において、
該立体画像を観察するときの観察鉛直方向の被写界深度
が観察水平方向の被写界深度よりも深くなる光学系を有
していることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image display apparatus in which a plurality of light beams are made incident on an observer's pupil, and the eye of the observer is adjusted at the intersection of the light beams. In a stereoscopic image display device that observes a stereoscopic image by scorching,
It is characterized by having an optical system in which the depth of field in the observation vertical direction when observing the stereoscopic image is deeper than the depth of field in the observation horizontal direction.

【0013】請求項2の発明の立体画像表示装置は、観
察者の瞳に対して複数の光線を入射させ、該光線同士の
交点位置に観察者の眼の調節を合焦せしめて立体画像を
観察する立体画像表示装置において、該立体画像を観察
するときの観察鉛直方向の被写界深度が再生される立体
像の奥行き範囲以上に深くなるような光学系を有してい
ることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image display device in which a plurality of light beams are made incident on an observer's pupil, and adjustment of the observer's eyes is focused on the intersection of the light beams to form a three-dimensional image. In the stereoscopic image display device to observe, characterized in that it has an optical system such that the depth of field in the observation vertical direction when observing the stereoscopic image is deeper than the depth range of the reproduced stereoscopic image. I have.

【0014】請求項3の発明の立体画像表示装置は、観
察者の瞳に対して複数の光線を入射させ、該光線同士の
交点位置に観察者の眼の調節を合焦せしめて立体画像を
観察する立体画像表示装置において、再生される立体像
の鉛直方向の視差が存在せず、かつ該立体画像を観察す
るときの観察鉛直方向の被写界深度が再生される立体像
の奥行き範囲以上に深くなるような光学系を有している
ことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image display device in which a plurality of light beams are made incident on an observer's pupil, and adjustment of an eye of the observer is focused on an intersection of the light beams to form a three-dimensional image. In the stereoscopic image display device to be observed, there is no vertical parallax of the reproduced stereoscopic image, and the observation depth of field when observing the stereoscopic image is greater than the depth range of the reproduced stereoscopic image. It is characterized by having an optical system that becomes deeper.

【0015】請求項4の発明は請求項1,2又は3の発
明において、前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍に
配置され,該射出瞳の鉛直方向の長さは観察者の瞳孔径
の1/4以下1/20以上であることを特徴としてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the exit pupil of the optical system is arranged near the pupil of the observer, and the vertical length of the exit pupil is determined by the pupil of the observer. It is characterized in that it is 1/4 or less and 1/20 or more of the diameter.

【0016】請求項5の発明は請求項1,2又は3の発
明において、前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍に
配置され,該射出瞳の鉛直方向の長さは1mm以下1/
10mm以上であることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the exit pupil of the optical system is disposed near the pupil of the observer, and the length of the exit pupil in the vertical direction is 1 mm or less.
It is characterized by being at least 10 mm.

【0017】請求項6の発明は請求項1,2又は3の発
明において、前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光の
鉛直方向の長さを制限する開口手段を有することを特徴
としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the optical system has an opening means for limiting a vertical length of light incident on the pupil of the observer. .

【0018】請求項7の発明は請求項1,2又は3の発
明において、前記光学系は射出瞳を形成するとともに,
画像情報を空中結像させて観察者に観察せしめることを
特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first, second or third aspect, the optical system forms an exit pupil.
It is characterized in that the image information is formed in the air to be observed by an observer.

【0019】請求項8の発明は請求項1,2又は3の発
明において、前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光の
鉛直方向長さを制限する開口を含む眼鏡を有することを
特徴としている。
An eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the first, second or third aspect of the present invention, the optical system has spectacles including an opening for limiting a vertical length of light incident on a pupil of the observer. I have.

【0020】請求項9の発明の立体画像表示装置は、観
察者の瞳に対して複数の光線を入射させ、該光線同士の
交点位置に観察者の眼の調節を合焦せしめて立体画像を
観察する立体画像表示装置において、再生される立体画
像の鉛直方向の視差が存在せず,かつ再生される立体画
像の奥行き範囲が観察者の眼の鉛直方向の被写界深度の
範囲内となっていることを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image display device in which a plurality of light beams are made incident on an observer's pupil, and adjustment of the observer's eyes is focused on the intersection of the light beams to form a three-dimensional image. In the stereoscopic image display device to be observed, there is no vertical parallax of the reproduced stereoscopic image, and the depth range of the reproduced stereoscopic image is within the range of the depth of field of the observer's eyes in the vertical direction. It is characterized by having.

【0021】請求項10の発明の立体画像表示システム
は、請求項1から9のいずれか1項の立体画像表示装置
を頭部搭載型又は眼鏡型に適用していることを特徴とし
ている。
A three-dimensional image display system according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that the three-dimensional image display device according to any one of the first to ninth aspects is applied to a head mounted type or an eyeglass type.

【0022】請求項11の発明の立体画像表示装置は、
両眼視差を利用して観察者に立体像を認識せしめる立体
像表示装置において、観察者の眼の被写界深度が、再生
される立体像の奥行き範囲以上に深くなる光学系を含ん
でいることを特徴としている。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image display device,
BACKGROUND ART A stereoscopic image display device that allows a viewer to recognize a stereoscopic image using binocular parallax includes an optical system in which the depth of field of the viewer's eyes is deeper than the depth range of a reproduced stereoscopic image. It is characterized by:

【0023】請求項12の発明は請求項11の発明にお
いて、前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍に配置さ
れ、該射出瞳の径は観察者の瞳孔径の1/4以下1/2
0以上であることを特徴としている。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the exit pupil of the optical system is disposed near the pupil of the observer, and the diameter of the exit pupil is 1/4 or less of the pupil diameter of the observer. 2
It is characterized by being 0 or more.

【0024】請求項13の発明は請求項11の発明にお
いて、前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍に配置さ
れ、該射出瞳の径は1mm以下1/20mm以上である
ことを特徴としている。
According to a thirteenth aspect, in the eleventh aspect, the exit pupil of the optical system is arranged near a pupil of an observer, and the diameter of the exit pupil is not more than 1 mm and not more than 1/20 mm. I have.

【0025】請求項14の発明は請求項11の発明にお
いて、前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光束の径を
制限する開口手段を有することを特徴としている。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the optical system has an opening means for limiting a diameter of a light beam incident on a pupil of the observer.

【0026】請求項15の発明は請求項11の発明にお
いて、前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光束の径を
制限する開口を含む眼鏡を有することを特徴としてい
る。
According to a fifteenth aspect, in the eleventh aspect, the optical system includes spectacles including an opening for limiting a diameter of a light beam incident on a pupil of the observer.

【0027】請求項16の発明の立体画像表示装置は、
観察者の瞳に対して複数の光線を入射させ、該光線同士
の交点位置に観察者の眼の調節を合焦せしめて立体画像
を観察する立体画像表示装置において、再生される立体
像の奥行き範囲が観察者の眼の被写界深度の範囲内とな
っていることを特徴としている。
A three-dimensional image display device according to a sixteenth aspect of the present invention is:
In a three-dimensional image display device in which a plurality of light beams are made incident on an observer's pupil and the eyes of the observer are focused on the intersections of the light beams to observe a three-dimensional image, the depth of a three-dimensional image reproduced The range is within the range of the depth of field of the observer's eye.

【0028】請求項17の発明の立体画像表示システム
は、請求項11から16のいずれか1項の立体画像表示
装置を頭部搭載型又は眼鏡型に適用していることを特徴
としている。
A three-dimensional image display system according to a seventeenth aspect of the present invention is characterized in that the three-dimensional image display device according to any one of the eleventh to sixteenth aspects is applied to a head mounted type or an eyeglass type.

【0029】請求項18の発明の立体画像表示方法は、
請求項1から9又は請求項11から16のいずれか1項
の立体画像表示装置を用いて立体画像を観察することを
特徴としている。
The three-dimensional image display method according to claim 18 is
A stereoscopic image is observed using the stereoscopic image display device according to any one of claims 1 to 9 or 11 to 16.

【0030】請求項19の発明の立体画像表示用眼鏡
は、単眼視差又は両眼視差を利用して立体像を観察する
ときに用いる立体画像表示用眼鏡であって、観察者の眼
の被写界深度が、再生される立体像の奥行き範囲以上に
深くなる光学手段を含んでいることを特徴としている。
[0030] The stereoscopic image display glasses according to the nineteenth aspect of the present invention are stereoscopic image display glasses used for observing a stereoscopic image using monocular parallax or binocular parallax. It is characterized in that the depth of field includes optical means that is deeper than the depth range of the reproduced stereoscopic image.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】はじめに本発明の立体画像表示装
置(立体表示装置)の適用可能な技術分野について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a technical field to which a stereoscopic image display device (stereoscopic display device) of the present invention is applicable will be described.

【0032】本発明の立体画像表示装置は観察者の単眼
(瞳)に入射する複数の光線の交点で立体の奥行きを表
現するタイプの立体表示装置に適用可能である。まず
は、このタイプの立体表示装置について立体視の原理を
説明する。
The three-dimensional image display device of the present invention is applicable to a three-dimensional display device of a type in which the depth of a three-dimensional image is represented by the intersection of a plurality of light rays incident on a single eye (pupil) of the observer. First, the principle of stereoscopic vision for this type of stereoscopic display device will be described.

【0033】従来の多くの立体表示装置は両眼視差を用
いて立体画像を表現する。これは人間が立体を両眼で観
察するときに、右眼の網膜像と左眼の網膜像に視差が生
じており、立体知覚においてこの視差を大いに利用して
いることから、逆にこうした視差を持つ2枚の画像を左
右眼に独立に呈示すれば、立体認識が可能になるという
原理である。
Many conventional three-dimensional display devices express a three-dimensional image using binocular parallax. This is because when a human observes a three-dimensional object with both eyes, there is a parallax between the retinal image of the right eye and the retinal image of the left eye. The principle is that stereoscopic recognition becomes possible if two images having the following are independently presented to the left and right eyes.

【0034】図1はこの立体認識の原理の説明図であ
る。図1は立体(物体)2上の点1の奥行きを、両眼視
差を用いて認識している状態を示している。3は画像表
示面であり、立体2を表示している。画像表示面3上に
点1Rを表示してこれを右眼ERのみに呈示し、画像表
示面3上に点1Lを表示してこれを左眼ELのみに呈示
すると、眼の輻輳が点1の位置に合い、人間の視覚認識
系は点1Rと右眼ERを結ぶ直線と、点1Lと左眼EL
を結ぶ直線の交点位置に点1を立体的に認識することが
できる。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the three-dimensional recognition. FIG. 1 shows a state in which the depth of a point 1 on a solid (object) 2 is recognized using binocular parallax. Reference numeral 3 denotes an image display surface, on which a solid 2 is displayed. When the point 1R is displayed on the image display surface 3 and is presented only to the right eye ER, and the point 1L is displayed on the image display surface 3 and is presented only to the left eye EL, the convergence of the eye becomes point 1 And the human visual recognition system uses a straight line connecting the point 1R and the right eye ER, and a point 1L and the left eye EL
Can be three-dimensionally recognized at the intersection of the straight lines connecting.

【0035】ただし、このとき眼の水晶体の調節が点1
に合うわけではなく、眼の調節と輻輳との間に乖離が発
生する。この乖離が大きい場合、視覚認識系に無理な負
担がかかり、疲労や違和感の原因となる可能性があると
言われている。
However, at this time, the adjustment of the lens of the eye is point 1
However, there is a divergence between accommodation and convergence of the eye. It is said that if this deviation is large, an unreasonable load is imposed on the visual recognition system, which may cause fatigue and discomfort.

【0036】これに対して、従来例に示したように単眼
に入射する複数の光線同士の交点で立体像を形成するタ
イプの立体表示装置が登場している。
On the other hand, there has appeared a stereoscopic display device of the type which forms a stereoscopic image at the intersection of a plurality of light rays incident on a single eye as shown in the conventional example.

【0037】図2はこの立体認識の原理の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of the three-dimensional recognition.

【0038】図2は上記と同様立体2上の点1の奥行き
を、光線の交点を用いて認識している状態を示してい
る。3'は画像表示面である必要はなく、立体を表現す
る光線が最も細くなっている光線焦点面と考えることが
できる。(光線焦点面では光線の径が最小となってお
り、そこから光が発散しているように見えるので、焦点
位置での光線断面をここでは「光源」と呼ぶことにす
る。)光線の交点位置に観察者の調節を誘導するために
は図示したように複数の光線が指向性を持って眼の水晶
体の異なる位置に異なる角度で独立に入射することが必
要である。
FIG. 2 shows a state in which the depth of the point 1 on the solid 2 is recognized by using the intersection of the light rays in the same manner as described above. Reference numeral 3 'does not need to be an image display surface, and can be considered as a light beam focal plane where light beams representing a three-dimensional object are the thinnest. (Because the diameter of the light beam is the smallest at the light beam focal plane, and the light seems to diverge therefrom, the light beam cross section at the focal position is referred to herein as a "light source.") In order to guide the observer's adjustment to the position, as shown in the figure, it is necessary for a plurality of light rays to independently enter the different positions of the crystalline lens of the eye at different angles with directivity.

【0039】図2では眼の水晶体4の位置4L、4Rに
入射する光線がそれぞれ分離しており、かつ点1で交わ
っている。このような状況下では、人間の視覚認識系は
光線の交点1を光線の発散点と認識し、点1に眼のピン
トが合うよう水晶体の調節を行って、眼底5aに像点1
Eを形成することが可能となる。したがって、このよう
なタイプの立体表示装置においては従来の両眼視差方式
の立体表示装置とは異なり、観察者の眼の調節を立体像
近傍に誘導することができる。
In FIG. 2, the rays incident on the positions 4L, 4R of the crystalline lens 4 of the eye are separated from each other and intersect at the point 1. Under such circumstances, the human visual recognition system recognizes the intersection 1 of the light beam as the divergence point of the light beam, adjusts the crystalline lens so that the eye is in focus on the point 1, and sets the image point 1 on the fundus 5a.
E can be formed. Therefore, in a stereoscopic display device of this type, unlike a conventional binocular parallax stereoscopic display device, adjustment of the observer's eyes can be guided to the vicinity of a stereoscopic image.

【0040】しかし、この方式は光線生成のために膨大
な情報量を必要とするので,情報量を低減化するために
鉛直方向視差を破棄する方法がとられることが多い。こ
の場合,観察者の眼の焦点調節は非点収差を含むアンバ
ランスな状態下に置かれることになる。
However, since this method requires an enormous amount of information for generating light rays, a method of discarding the vertical parallax in order to reduce the amount of information is often used. In this case, the focusing of the observer's eye is placed under an unbalanced state including astigmatism.

【0041】図3、図4は、上記の立体像表示方法にお
いて鉛直方向の視差を破棄した立体表示を行っている状
態のそれぞれ平面図と側面図である。
FIGS. 3 and 4 are a plan view and a side view, respectively, showing a state in which stereoscopic display is performed in which the parallax in the vertical direction is discarded in the above-described stereoscopic image display method.

【0042】図3からは3つの異なる指向性を持った光
線の水平成分が面PH上の点1で交わった後,すべて単
眼(瞳)4に入射していることがわかる。一方,図4か
らは光線の鉛直成分が面PV上の鉛直方向の拡散光学素
子6によって拡散されて単眼4に入射していることがわ
かる。
FIG. 3 shows that after the horizontal components of the three light beams having different directivities intersect at the point 1 on the surface PH, they all enter the monocular (pupil) 4. On the other hand, FIG. 4 shows that the vertical component of the light beam is diffused by the diffusion optical element 6 in the vertical direction on the surface PV and is incident on the monocular 4.

【0043】つまり,3次元像1の水平方向の結像面は
面PH,鉛直方向の結像面は面PVとなるため非点収差
が発生し、観察者の眼の調節機構がアンバランスな状態
となって眼の調節が3次元像1に合いづらくなる可能性
がある。
That is, since the horizontal image forming surface of the three-dimensional image 1 is the surface PH and the vertical image forming surface is the surface PV, astigmatism occurs, and the adjustment mechanism of the observer's eye is unbalanced. There is a possibility that the state of the eye becomes difficult to adjust to the three-dimensional image 1.

【0044】本発明はこうした問題点を解決している。
次に本発明の特徴を説明する。
The present invention has solved these problems.
Next, features of the present invention will be described.

【0045】図4のように光線の鉛直成分が 観察者の
瞳孔4いっぱいに拡がって入射すると眼の鉛直方向の被
写界深度が浅くなるため、眼底5aに形成される像のボ
ケは調節が面PVに合った時に最小となり,その他の位
置ではボケが大きくなる。したがって光の鉛直成分だけ
に着目した場合,眼の調節は面PVに合いやすい。
As shown in FIG. 4, when the vertical component of the light beam spreads over the entire pupil 4 of the observer and enters, the depth of field in the vertical direction of the eye becomes shallow, so that the blur of the image formed on the fundus 5a cannot be adjusted. It becomes minimum when the surface PV is matched, and becomes blurred at other positions. Therefore, when attention is paid only to the vertical component of light, the accommodation of the eye is easily matched to the surface PV.

【0046】しかし,図5のように光線の鉛直成分が観
察者の瞳孔4の微小な領域のみを通って入射すると,眼
の鉛直方向の被写界深度は深くなり,眼の調節位置に依
存せず眼底像のボケは小さくなる。つまり眼の調節は面
PVに限らずどの奥行き位置でも合いやすくなる。
However, as shown in FIG. 5, when the vertical component of the light beam enters through only a small area of the pupil 4 of the observer, the depth of field in the vertical direction of the eye becomes deep and depends on the accommodation position of the eye. Without this, the blur of the fundus image becomes smaller. That is, the eye can be easily adjusted at any depth position, not limited to the surface PV.

【0047】このような状態で図3のように交点を形成
した光線の水平成分が観察者の眼に入射してくれば,前
述したアンバランスな状態と比べて大幅に観察者の眼の
焦点調節が光線交点に合いやすくなる。
In such a state, if the horizontal component of the light beam forming the intersection as shown in FIG. 3 is incident on the observer's eye, the focal point of the observer's eye is significantly larger than in the unbalanced state described above. The adjustment is easier to match the ray intersection.

【0048】そこで本発明では,単眼に入射する複数の
光線の交点で立体の奥行きを表現する立体表示装置にお
いて,眼の鉛直方向の被写界深度を深くするような構成
を付与して観察者の眼の負担を軽減することを実現す
る。
Therefore, the present invention provides a stereoscopic display device that expresses the depth of a stereoscopic image at the intersection of a plurality of light rays incident on a single eye, by providing a structure that increases the depth of field in the vertical direction of the eye. To reduce the burden on the eyes.

【0049】前述したとおり,眼の鉛直方向の被写界深
度は,瞳孔に入射する光線の鉛直成分の入射範囲を小さ
くすることで深くすることができる。どの程度の被写界
深度が必要となるかは再生する立体像の奥行き範囲に依
存する。例えば,立体像の奥行き範囲が観察者の位置か
ら500mm〜1mの範囲であることがわかっている場
合,眼の鉛直方向の被写界深度が上記範囲を含むような
深さとなるよう装置を構成する。
As described above, the depth of field in the vertical direction of the eye can be increased by reducing the incident range of the vertical component of the light beam entering the pupil. The required depth of field depends on the depth range of the stereoscopic image to be reproduced. For example, if it is known that the depth range of the stereoscopic image is in the range of 500 mm to 1 m from the position of the observer, the apparatus is configured such that the depth of field in the vertical direction of the eye is set to include the above range. I do.

【0050】これとは逆に,装置構成によって定まる眼
の鉛直方向の被写界深度より,再生すべき立体像の奥行
き範囲を制限することも可能である。例えば,眼の鉛直
方向の被写界深度が観察者位置から500mm〜1mの
範囲であることがわかっている場合,再生する立体像の
奥行き範囲を上記範囲に制限する。具体的には光線の交
点の形成される位置が上記範囲を超えてしまうような場
合に立体像の奥行き方向の長さを圧縮して再生したり,
範囲外の点のみ範囲内に収まるように圧縮して再生した
り,というような作業を行って観察者の目の負担を軽減
することができる。
Conversely, the depth range of the stereoscopic image to be reproduced can be limited by the vertical depth of field of the eye determined by the device configuration. For example, if it is known that the depth of field of the eye in the vertical direction is in the range of 500 mm to 1 m from the observer position, the depth range of the reproduced stereoscopic image is limited to the above range. Specifically, when the position at which the intersection of light rays is formed exceeds the above range, the depth of the stereoscopic image in the depth direction is compressed and reproduced.
Work such as compressing and reproducing so that only points outside the range fall within the range can reduce the burden on the eyes of the observer.

【0051】(実施例1)特願平11−253340号
では頭部搭載型表示装置(HMD)を用いて単眼に入射
する複数の光線同士の交点によって立体の奥行きを表現
する立体表示装置を構成している。
(Embodiment 1) In Japanese Patent Application No. 11-253340, a stereoscopic display device that expresses the depth of a stereoscopic image by the intersection of a plurality of light beams incident on a single eye using a head mounted display device (HMD) is constructed. are doing.

【0052】図6は特願平11−253340号(先願
1)で開示されている立体画像表示装置の基本概念図で
ある。
FIG. 6 is a basic conceptual diagram of a three-dimensional image display device disclosed in Japanese Patent Application No. 11-253340 (prior application 1).

【0053】図6において、102は光学系であって画
像情報生成手段105と射出瞳制御手段106とを有し
ている。101は画像情報生成手段105によって生成
され表示される画像情報で,この場合虚像として結像し
ている。103は光学系102の射出瞳であって、光学
系102はこの射出瞳103が観察者の眼104の瞳孔
位置に一致するよう設計されている。したがって観察者
の眼104はこの射出瞳103を通して画像情報101
の全体を観察することができる。この先願では、射出瞳
103が複数の領域に分割されており、どの領域を通し
て観察者の眼104に画像情報101が呈示されるかは
射出瞳制御手段106によって高速に切り替えられる。
このとき、上記射出瞳103の分割制御に対応して表示
する画像情報101もまた画像情報生成手段105によ
って切り替えられる。
In FIG. 6, reference numeral 102 denotes an optical system having an image information generating means 105 and an exit pupil control means 106. Reference numeral 101 denotes image information generated and displayed by the image information generating means 105, and is formed as a virtual image in this case. An exit pupil 103 of the optical system 102 is designed so that the exit pupil 103 coincides with the pupil position of the eye 104 of the observer. Therefore, the observer's eye 104 passes the image information 101 through the exit pupil 103.
Can be observed as a whole. In this prior application, the exit pupil 103 is divided into a plurality of regions, and through which region the image information 101 is presented to the observer's eye 104 is switched at high speed by the exit pupil control means 106.
At this time, the image information 101 to be displayed in accordance with the division control of the exit pupil 103 is also switched by the image information generating means 105.

【0054】図7〜図10はこのことを説明する図であ
る。
FIGS. 7 to 10 are diagrams for explaining this.

【0055】図7において射出瞳制御手段106は射出
瞳103を分割し、分割射出瞳103−1を形成してい
る。このとき画像情報生成手段105は対応する画像と
して画像情報101−1を選択して表示している。微小
時間経過後、射出瞳制御手段106は図8のように分割
射出瞳103−2を形成する。このとき画像情報生成手
段105は対応する画像として画像情報101−2を切
り替えて表示する。
In FIG. 7, the exit pupil control means 106 divides the exit pupil 103 to form a divided exit pupil 103-1. At this time, the image information generating means 105 selects and displays the image information 101-1 as the corresponding image. After a lapse of a minute time, the exit pupil control means 106 forms the divided exit pupil 103-2 as shown in FIG. At this time, the image information generating means 105 switches and displays the image information 101-2 as a corresponding image.

【0056】同様にして、分割射出瞳103−3の形成
時は画像情報101−3を(図9)、分割射出瞳103
−4の形成時は画像情報101−4を(図10)切り替
えて表示する。
Similarly, when forming the divided exit pupil 103-3, the image information 101-3 (FIG. 9) is stored in the divided exit pupil 103-3.
At the time of forming -4, the image information 101-4 is switched and displayed (FIG. 10).

【0057】このように、射出瞳103の位置と表示さ
れる画像情報101の種類とは一対一で対応している。
なお、こうした切り替え動作は観察者の眼の残像許容時
間より短い周期で繰り返されるため、すべて観察者に意
識されることなく行うことができる。
As described above, the position of the exit pupil 103 and the type of the displayed image information 101 have one-to-one correspondence.
It should be noted that such a switching operation is repeated in a cycle shorter than the afterimage permissible time of the observer's eyes, so that all the switching operations can be performed without being noticed by the observer.

【0058】図11はこの立体画像表示装置を用いて光
線の交点による立体像再生を行う方法の説明図である。
120は再生する立体像,121−1〜4は画像情報1
01の画素である。分割射出瞳103−1が形成されて
いる間,点120と分割射出瞳103−1を通過する光
線を生成するために画素121−1に輝度が与えられ,
分割射出瞳103−2が形成されている間は,点120
と分割射出瞳103−2を通過する光線を生成するため
に画素121−2に輝度が与えられる。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a method of reproducing a three-dimensional image at the intersection of light rays using the three-dimensional image display device.
120 is a stereoscopic image to be reproduced, and 121-1 to 4 are image information 1
01 pixel. While the split exit pupil 103-1 is being formed, luminance is given to the pixel 121-1 to generate a light ray passing through the point 120 and the split exit pupil 103-1;
While the divided exit pupil 103-2 is formed, the point 120
In order to generate a light beam that passes through the divided exit pupil 103-2, luminance is given to the pixel 121-2.

【0059】同様にして分割射出瞳103−3,103
−4が形成されている間は画素121−3,121−4
に輝度が与えられる。もちろん,立体像が点像ではなく
複数の点像で構成されている場合は,複数の光線を同時
に生成するよう画像情報101の複数の画素に同時に輝
度を与えればよい。
Similarly, the divided exit pupils 103-3, 103
-4 are formed, the pixels 121-3 and 121-4 are formed.
Are given brightness. Of course, when the three-dimensional image is not a point image but a plurality of point images, it is only necessary to give luminance to a plurality of pixels of the image information 101 simultaneously so as to generate a plurality of light rays at the same time.

【0060】この装置において上記のような光線生成を
水平方向,鉛直方向ともに行おうとすると射出瞳103
を水平方向,鉛直方向の両方について分割する必要が生
じる。射出瞳103の分割数の増大は,一定時間内に表
示すべき画像情報101の枚数の増大を意味するため,
情報処理が増加してくる。
In this apparatus, if the above-described light beam generation is to be performed in both the horizontal direction and the vertical direction, the exit pupil 103
Need to be divided in both the horizontal and vertical directions. Since an increase in the number of divisions of the exit pupil 103 means an increase in the number of pieces of image information 101 to be displayed within a certain time,
Information processing increases.

【0061】そこで射出瞳103の分割を立体知覚への
影響の大きい水平方向についてのみ行い,鉛直方向につ
いては分割しないという方法をとって,上記情報量の低
減化を図る。このとき射出瞳103は正面から見た場合
図12のように縦長形状に分割される。
Therefore, the method of dividing the exit pupil 103 only in the horizontal direction, which has a large influence on stereoscopic perception, and not in the vertical direction, is intended to reduce the information amount. At this time, when viewed from the front, the exit pupil 103 is divided into a vertically long shape as shown in FIG.

【0062】本実施例では上記の開示例に対し,本発明
の目的である鉛直方向の被写界深度を深くする構成を付
与する。つまり,射出瞳103を正面から見た場合に図
13のように縦方向の射出瞳長が小さくなるように構成
し,その結果図5のように光線の鉛直成分が観察者の瞳
孔の微小な領域のみを通って入射して,眼の鉛直方向の
被写界深度が深くなるような構成を採用する。
In the present embodiment, a configuration for increasing the depth of field in the vertical direction, which is the object of the present invention, is added to the above disclosed example. That is, when the exit pupil 103 is viewed from the front, the length of the exit pupil in the vertical direction is configured to be small as shown in FIG. 13, and as a result, as shown in FIG. A configuration is adopted in which light enters only through the region and the depth of field in the vertical direction of the eye becomes deep.

【0063】図14は上記先願1について図5のような
被写界深度の深い状態を実現するための第1の構成例で
ある。観察者の眼104の直前に縦方向射出瞳制限窓
(被写界深度調整手段)107を設置し,射出瞳103
の縦方向長さを制限している。縦方向射出瞳制限窓10
7はHMDの筐体に取り付けられ,脱着可能な構成(不
図示)となっているので,2次元画像を観察する場合や
通常のステレオ画像を立体視する場合などは取り外して
観察することができる。縦方向射出瞳制限窓107は射
出瞳103と同じ位置に設置されるのが理想的だが,観
察者の眼にあたらないような配慮が必要なので,射出瞳
の縦方向の長さを制限する役割さえ果たすのであれば,
射出瞳103よりも多少眼から離れた位置に設置されて
いても良い。
FIG. 14 shows a first configuration example for realizing the state of deep depth of field as shown in FIG. A vertical exit pupil restriction window (depth of field adjustment means) 107 is installed just before the observer's eye 104, and the exit pupil 103
Has a limited vertical length. Vertical exit pupil restriction window 10
Reference numeral 7 is attached to the housing of the HMD and has a detachable configuration (not shown), so that it can be removed and observed when observing a two-dimensional image or stereoscopically viewing a normal stereo image. . Ideally, the vertical exit pupil restriction window 107 is set at the same position as the exit pupil 103, but it is necessary to take care that it does not hit the eyes of the observer. Even if it fulfills
It may be installed at a position slightly further from the eyes than the exit pupil 103.

【0064】第2の構成例として射出瞳103の縦方向
長さ自体を制限するべく,射出瞳103と光学的に共役
な関係の位置にある構成部品の縦方向の開口の長さを制
限する方法が挙げられる。
As a second configuration example, in order to limit the length of the exit pupil 103 in the vertical direction itself, the length of the vertical opening of the component in a position optically conjugate with the exit pupil 103 is limited. Method.

【0065】図15は上記先願1において射出瞳103
の分割制御を照明手段110によって行う実施例の図で
ある。照明手段110は画像表示手段109を背後から
照明するが,このとき凸レンズ(正レンズ)108によ
り照明手段110と射出瞳103は共役関係にある。し
たがって,照明手段110の点灯領域又は位置を制御す
ることで射出瞳103の分割制御が可能である。
FIG. 15 shows the exit pupil 103 in the prior application 1.
FIG. 7 is a diagram of an embodiment in which the lighting unit 110 performs the division control of FIG. The illuminating means 110 illuminates the image display means 109 from behind. At this time, the illuminating means 110 and the exit pupil 103 are in a conjugate relationship by the convex lens (positive lens) 108. Therefore, the division control of the exit pupil 103 can be performed by controlling the lighting area or the position of the illumination unit 110.

【0066】本実施例では射出瞳103の縦方向の長さ
を制限することが目的なので上記図15の構成において
図16に示すような縦方向長さが非常に短い分割照明手
段110を採用している。このような構成をとれば,表
示装置の側面図は図17のようなものとなり射出瞳10
3の縦方向長さが短くなり,観察者の眼の鉛直方向の被
写界深度を深くすることができる。
Since the purpose of this embodiment is to limit the length of the exit pupil 103 in the vertical direction, divided illumination means 110 having a very short vertical length as shown in FIG. ing. With such a configuration, the side view of the display device is as shown in FIG.
3 becomes shorter, and the depth of field of the observer's eyes in the vertical direction can be increased.

【0067】第3の構成例として射出瞳位置近傍に置か
れた分割開口の縦方向の長さを短くする方法が挙げられ
る。
As a third configuration example, there is a method of shortening the length in the vertical direction of the divided aperture placed near the exit pupil position.

【0068】図18は上記先願1において射出瞳103
の近傍に分割開口112を配置し,その開口位置を制御
することで射出瞳103の分割制御を行う実施例の図で
ある。本実施例では射出瞳103の縦方向の長さを制限
することが目的なので上記図18の構成において図19
に示すような縦方向の長さが非常に短い分割開口112
を採用している。このような構成をとれば,表示装置の
側面図は図17のようなものとなり射出瞳103の縦方
向長さが短くなり,観察者の眼の鉛直方向の被写界深度
を深くすることができる。
FIG. 18 shows the exit pupil 103 in the prior application 1.
FIG. 9 is a diagram of an embodiment in which a divisional aperture 112 is arranged near and the aperture position is controlled to control the division of the exit pupil 103. Since the purpose of this embodiment is to limit the length of the exit pupil 103 in the vertical direction, the configuration of FIG.
The split opening 112 having a very short vertical length as shown in FIG.
Is adopted. With such a configuration, the side view of the display device is as shown in FIG. 17, the vertical length of the exit pupil 103 is reduced, and the depth of field of the observer's eye in the vertical direction can be increased. it can.

【0069】第1,第2,第3の構成例ともに射出瞳1
03の開口の鉛直方向の長さは観察者の瞳孔径に比して
小さく設定される。目安として観察者の瞳孔径の1/4
以下1/20以上であれば,被写界深度が深くなると考
えられる。特に,射出瞳103の鉛直方向の長さを1m
m以下1/10mm以上とすることで被写界深度が十分
深くなる。
The exit pupil 1 is used in each of the first, second, and third configuration examples.
The length of the opening 03 in the vertical direction is set smaller than the pupil diameter of the observer. As a guide, 1/4 of the pupil diameter of the observer
Below 1/20, the depth of field is considered to be deep. In particular, the length of the exit pupil 103 in the vertical direction is 1 m.
By setting the length to 1 m or less, the depth of field becomes sufficiently deep.

【0070】(実施例2)特願平9−368961号
(先願2)では単眼に入射する複数の光線の交点で立体
の奥行きを表現する立体表示装置を液晶シャッターメガ
ネを用いて実現している。
(Embodiment 2) In Japanese Patent Application No. 9-368961 (prior application 2), a stereoscopic display device that expresses a stereoscopic depth at the intersection of a plurality of light rays incident on a single eye is realized using liquid crystal shutter glasses. I have.

【0071】図20は上記先願2の構成ブロック図であ
る。
FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the above-mentioned prior application 2. As shown in FIG.

【0072】図中200は画像分離手段としての立体観
察眼鏡、300は視差画像を高速に切り替え表示する表
示手段としてのモニタであり、立体観察用の画像情報を
表示している。400は視差画像の切り替えや立体観察
眼鏡200のスリット開口を制御するコントローラであ
り、映像ソースとのインターフェース機能も備えてい
る。コントローラ400はモニタの駆動回路401、立
体観察眼鏡200のスリットを制御する眼鏡駆動回路4
02、モニタ300に表示する視差画像情報と立体眼鏡
のスリット形成の同期をとるための同期回路403を有
している。
In the figure, reference numeral 200 denotes stereoscopic observation glasses as image separating means, and reference numeral 300 denotes a monitor as display means for switching and displaying parallax images at high speed, and displays image information for stereoscopic observation. Reference numeral 400 denotes a controller that controls the switching of parallax images and the slit opening of the stereoscopic glasses 200, and also has an interface function with a video source. The controller 400 includes a monitor driving circuit 401 and a glasses driving circuit 4 that controls a slit of the stereoscopic observation glasses 200.
02, a synchronization circuit 403 for synchronizing the parallax image information displayed on the monitor 300 with the slit formation of the stereoscopic glasses.

【0073】図21は上記立体観察眼鏡200の要部斜
視図である。図中201L、201Rは観察者が開口部
を通して観察できる観察手段としての観察枠、202
L,202R、203L、203Rは観察枠201の中
で光が遮断されている遮光部、204R、204Lは光
が透過可能なスリットであり、TSはスリット204の
幅を示している。スリット204は水平方向に高速にス
キャンされ、スリットの位置に対応した視差画像が同期
してモニタ300上に表示される。205は支持枠であ
る。
FIG. 21 is a perspective view of a main part of the stereoscopic observation glasses 200. In the drawing, 201L and 201R are observation frames as observation means that can be observed by an observer through the opening, 202
L, 202R, 203L, and 203R are light-shielding portions that block light in the observation frame 201, 204R and 204L are slits through which light can pass, and TS indicates the width of the slit 204. The slit 204 is scanned at high speed in the horizontal direction, and a parallax image corresponding to the position of the slit is displayed on the monitor 300 in synchronization. 205 is a support frame.

【0074】図22は上記立体観察眼鏡200を正面か
ら見た図である。スリット204の幅TSが観察者の瞳
孔よりも十分小さいとすれば、複数の異なる指向性を持
つ光線が単眼に入射することになり実施例1と同様に光
線の交点で立体の奥行きを表現することができる。しか
しながら、上記の構成では鉛直方向の眼の被写界深度が
浅く観察者の眼の調節機構がアンバランスな状態となっ
て眼の調節が立体像に合いづらくなる可能性がある。
FIG. 22 is a front view of the stereoscopic observation glasses 200. Assuming that the width TS of the slit 204 is sufficiently smaller than the pupil of the observer, a plurality of light beams having different directivities enter the monocular, and the depth of the solid is represented by the intersection of the light beams as in the first embodiment. be able to. However, in the above configuration, there is a possibility that the depth of field of the eye in the vertical direction is shallow, and the adjustment mechanism of the eye of the observer is in an unbalanced state, so that it is difficult to adjust the eye to a stereoscopic image.

【0075】そこで本実施例は上記構成に対して、即ち
視差画像を表示する画像表示手段と、該画像表示手段か
らの光束を射出瞳位置へ導光する光学系と、該射出瞳を
複数の領域に空間的で、かつ時分割し、各領域への通過
光束を制御する射出瞳制御手段と、該射出瞳の各領域の
通過光束に対応して、該画像表示手段の視差画像を切換
制御手段を有し、観察者の単眼で服すの視差画像が認識
されるようにした構成において、鉛直方向の被写界深度
を深くするための構成を付与し眼の調節が立体像位置に
誘導されやすい像の再生を実現している。
Therefore, the present embodiment has the above configuration, that is, an image display means for displaying a parallax image, an optical system for guiding a light beam from the image display means to an exit pupil position, and a plurality of exit pupils. Exit pupil control means for spatially and time-divisionally controlling the passing luminous flux to each area, and switching control of the parallax image of the image display means corresponding to the passing luminous flux of each area of the exit pupil In the configuration that has means for recognizing the parallax image of the observer wearing a single eye, a configuration for increasing the depth of field in the vertical direction is provided, and the adjustment of the eye is guided to the stereoscopic image position The reproduction of the image which is easy to be realized is realized.

【0076】図23は本実施例にて用いる立体観察眼鏡
200を正面から見た図である。図中斜線部は光遮蔽領
域である。本構成は上記先願2の構成における観察枠2
01L,201Rの縦方向長さを大幅に短縮している。
このような構成をとれば,表示装置の側面図は図24の
ようなものとなり開口204(=射出瞳)の縦方向長さ
が短くなるため,観察者の眼の鉛直方向の被写界深度を
深くすることができる。
FIG. 23 is a front view of the stereoscopic observation glasses 200 used in this embodiment. The shaded area in the figure is the light shielding area. This configuration is the observation frame 2 in the configuration of the above-mentioned prior application 2.
The length in the vertical direction of 01L and 201R is greatly reduced.
With such a configuration, the side view of the display device is as shown in FIG. 24, and the vertical length of the opening 204 (= exit pupil) is reduced, so that the depth of field of the observer's eyes in the vertical direction is reduced. Can be deeper.

【0077】開口204の鉛直方向の長さは観察者の瞳
孔径に比して小さく設定される。目安として観察者の瞳
孔径の1/4以下1/20以上であれば,被写界深度が
深くなると考えられる。特に,開口204の鉛直方向長
さ1mm以下1/10mm以上とすることで被写界深度
が十分深くなる。
The length of the opening 204 in the vertical direction is set smaller than the pupil diameter of the observer. As a guide, if the diameter of the pupil of the observer is 1/4 or less and 1/20 or more, it is considered that the depth of field becomes deep. In particular, when the vertical length of the opening 204 is 1 mm or less and 1/10 mm or more, the depth of field becomes sufficiently deep.

【0078】(実施例3)特開平11−174377号
公報(先願3)では単眼に入射する複数の光線の交点で
立体の奥行きを表現する立体表示装置を特殊な眼鏡や頭
部搭載の装置などを使用せずに実現している。
(Embodiment 3) Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-174377 (prior application 3) discloses a stereoscopic display device that expresses the depth of a stereoscopic image by the intersection of a plurality of light beams incident on a single eye with a special eyeglass or head mounted device. It is realized without using such.

【0079】図25は上記先願3特許の立体像再生装置
の概略図である。図中501は画像表示器で,表示面上
には画像507が表示される。図中502は凸レンズ、
503は開口形成手段である。任意の位置の透過率を電
子的に切り替え、光学的な開口を形成することができ
る。画像表示器501と開口形成手段503はそれぞれ
画像制御装置505と開口制御装置506によって駆動
・制御される。二つの制御装置は信号線で接続されてい
て相互に同期をとることができる。開口504は一定周
期Tで開口形成手段503の全域を高速に移動する。
FIG. 25 is a schematic view of the three-dimensional image reproducing device of the above-mentioned three patents. In the figure, reference numeral 501 denotes an image display, on which an image 507 is displayed. In the figure, 502 is a convex lens,
Reference numeral 503 denotes an opening forming unit. The optical aperture can be formed by electronically switching the transmittance at any position. The image display 501 and the aperture forming unit 503 are driven and controlled by an image controller 505 and an aperture controller 506, respectively. The two control devices are connected by a signal line and can synchronize with each other. The opening 504 moves at high speed over the entire area of the opening forming means 503 at a constant period T.

【0080】図26を用いて上記装置を利用して複数の
光線の交点で立体像を再生する方法を説明する。画像表
示器501上には開口504の位置に同期して対応する
画像が選択され表示される。画像の選択は次のように行
われる。立体像1を再生する場合,開口504を出射す
る光線が常に立体像1を通過するように光線の光源とな
る画像501の強度分布を制御すればよい。
Referring to FIG. 26, a method of reproducing a stereoscopic image at the intersection of a plurality of light beams using the above-described apparatus will be described. A corresponding image is selected and displayed on the image display 501 in synchronization with the position of the opening 504. The selection of an image is performed as follows. When reproducing the three-dimensional image 1, the intensity distribution of the image 501 serving as a light source of the light may be controlled so that the light emitted from the opening 504 always passes through the three-dimensional image 1.

【0081】例えば開口504が図中504aの位置に
ある場合,立体像1と開口504を通る光線について凸
レンズ502の屈折作用を考慮した逆光線追跡を行い,
画素501aに輝度を与えるべきであることを求める。
つまり,開口位置が開口504aの時には画素501a
に輝度を与える。開口504が移動し図中開口504b
の位置にある場合も,同様にして画素501bに輝度を
与え,立体像1を通過する光線を生成することができ
る。
For example, when the aperture 504 is located at the position 504a in the figure, the ray passing through the three-dimensional image 1 and the aperture 504 is subjected to reverse ray tracing in consideration of the refraction of the convex lens 502, and
It is determined that luminance should be given to the pixel 501a.
That is, when the opening position is the opening 504a, the pixel 501a
To give brightness. The opening 504 moves and the opening 504b in the figure moves.
In the same way, the luminance can be given to the pixel 501b and a light ray passing through the three-dimensional image 1 can be generated.

【0082】こうした所作をすべての開口位置について
高速に繰り返せば,観察者は立体像1から光束が発散し
ているかのように認識することができる。もちろん,立
体像が点像ではなく複数の点像で構成されている場合
は,複数の光線を同時に生成するよう複数の画素に輝度
を与えればよい。
If these actions are repeated at high speed for all the aperture positions, the observer can recognize as if the luminous flux is diverging from the three-dimensional image 1. Of course, when the three-dimensional image is not a point image but a plurality of point images, it is only necessary to give luminance to a plurality of pixels so as to simultaneously generate a plurality of light beams.

【0083】上記先願3においても情報量の低減化のた
めに鉛直方向の光線偏向を省略する実施例が開示されて
いる。
The above-mentioned prior application 3 discloses an embodiment in which the light beam deflection in the vertical direction is omitted in order to reduce the amount of information.

【0084】図27はその実施例の概略図である。開口
504として図中に示すような鉛直方向に長い矩形スリ
ットが採用されている。この場合,開口の移動は水平方
向のみ行われるので,光線の偏向も水平方向のみであ
る。
FIG. 27 is a schematic diagram of the embodiment. As the opening 504, a rectangular slit that is long in the vertical direction as shown in the figure is employed. In this case, since the movement of the aperture is performed only in the horizontal direction, the light beam is also deflected only in the horizontal direction.

【0085】図28は上記構成の側面図である。画像5
07の鉛直方向の成分は凸レンズ502によって図中5
07'の位置に空中結像し,観察者はこの空中像を観察
することになる。ただし,画像の水平方向の成分に関し
ては光線の交点で奥行きが表現されるので観察者の眼の
調節機構がアンバランスな状態となって眼の調節が立体
像に合いづらくなる可能性がある。
FIG. 28 is a side view of the above configuration. Image 5
07 in the vertical direction by the convex lens 502 in FIG.
An aerial image is formed at the position 07 ', and the observer observes this aerial image. However, since the depth of the horizontal component of the image is expressed by the intersection of the light rays, the adjustment mechanism of the eye of the observer may be in an unbalanced state, and the adjustment of the eye may not be suitable for the stereoscopic image.

【0086】そこで本実施例は上記構成に対して鉛直方
向の被写界深度を深くするための構成を付与し眼の調節
が立体像位置に誘導されやすい像の再生を実現してい
る。
Therefore, in the present embodiment, a configuration for increasing the depth of field in the vertical direction is added to the above configuration, thereby realizing the reproduction of an image in which the adjustment of the eyes is easily guided to the stereoscopic image position.

【0087】図29,図30を用いて第1の構成例を説
明する。
The first configuration example will be described with reference to FIGS. 29 and 30.

【0088】図29は第1の構成例で採用する開口50
4の形状を示している。鉛直方向の長さを大幅に短縮
し,かつ水平方向(矢印方向)の移動のみ行う。
FIG. 29 shows an opening 50 used in the first configuration example.
4 shows the shape of FIG. The length in the vertical direction is greatly reduced, and only movement in the horizontal direction (arrow direction) is performed.

【0089】図30は上記開口504を用いた構成の側
面図である。開口504の鉛直方向の射出瞳は図中51
0の位置に結像する。観察者はこの射出510を通して
立体像508を観察する。このとき射出瞳510の鉛直
方向の長さは観察者瞳孔径よりも十分小さくなるよう設
計されているため,観察者の眼の鉛直方向の被写界深度
は深くなる。
FIG. 30 is a side view of a configuration using the above-described opening 504. The vertical exit pupil of the opening 504 is 51 in the figure.
An image is formed at the position of 0. The observer observes the stereoscopic image 508 through the emission 510. At this time, since the vertical length of the exit pupil 510 is designed to be sufficiently smaller than the observer pupil diameter, the depth of field of the observer's eye in the vertical direction becomes deep.

【0090】第2の構成例として,専用の観察用眼鏡を
用いて観察者の眼の鉛直方向の被写界深度を深くする構
成が挙げられる。
As a second configuration example, there is a configuration in which the depth of field in the vertical direction of the observer's eye is increased using dedicated observation glasses.

【0091】図31は第2の構成例で採用する観察用眼
鏡511を示している。観察用眼鏡511は,鉛直方向
に短く水平方向に長い矩形スリット開口512と光遮蔽
部材とで構成されている。スリット開口512の鉛直方
向長さは観察者の瞳孔径よりも十分小さくなるよう設計
されている。したがって,立体像観察時の側面図は図3
2のようになり,図30と同様に観察者の眼の鉛直方向
の被写界深度は深くなる。
FIG. 31 shows observation glasses 511 used in the second configuration example. The observation glasses 511 include a rectangular slit opening 512 that is short in the vertical direction and long in the horizontal direction, and a light shielding member. The vertical length of the slit opening 512 is designed to be sufficiently smaller than the pupil diameter of the observer. Therefore, the side view at the time of stereoscopic image observation is shown in FIG.
As shown in FIG. 30, the depth of field of the observer's eye in the vertical direction becomes deep as in FIG.

【0092】射出瞳510や開口512の鉛直方向長さ
は観察者の瞳孔径に比して小さく設定される。目安とし
て観察者の瞳孔径の1/4以下1/20以上であれば,
被写界深度が深くなると考えられる。特に,射出瞳51
0や開口512の鉛直方向長さ1mm以下1/10mm
以上とすることで被写界深度が十分深くなる。
The vertical lengths of the exit pupil 510 and the opening 512 are set smaller than the pupil diameter of the observer. As a guide, if it is 1/4 or less and 1/20 or more of the pupil diameter of the observer,
It is considered that the depth of field is increased. In particular, the exit pupil 51
0 and vertical length of opening 512 1 mm or less 1/10 mm
By doing so, the depth of field becomes sufficiently deep.

【0093】本実施例はこのように観察者の眼の鉛直方
向の被写界深度を深くするための構成を付与しているの
で,眼の調節が立体像位置に誘導されやすい像の再生を
実現している。
Since the present embodiment is provided with a configuration for increasing the depth of field of the observer's eyes in the vertical direction, reproduction of an image in which the adjustment of the eyes is easily guided to the stereoscopic image position is performed. Has been realized.

【0094】次に本発明の両眼視差を利用した立体画像
表示装置の実施形態について説明する。
Next, an embodiment of a stereoscopic image display apparatus using binocular parallax according to the present invention will be described.

【0095】両眼視差を利用した立体視は、人間が立体
を両眼で観察するときに、右眼の網膜像と左眼の網膜像
に視差が生じており、立体知覚においてこの視差を大い
に利用していることから、逆にこうした視差を持つ2枚
の画像を左右眼に独立に呈示すれば、立体認識が可能に
なるという原理である。
In stereoscopic vision using binocular parallax, when a human observes a stereoscopic image with both eyes, a parallax occurs between the retinal image of the right eye and the retinal image of the left eye, and this parallax greatly increases in stereoscopic perception. On the contrary, if two images having such parallax are independently presented to the left and right eyes, the principle is that stereoscopic recognition becomes possible.

【0096】図1はこの立体認識の原理を示している。
図1は立体(物体)2上の点1の奥行きを、両眼視差を
用いて表現している状態を示している。
FIG. 1 shows the principle of the three-dimensional recognition.
FIG. 1 shows a state in which the depth of a point 1 on a solid (object) 2 is expressed using binocular parallax.

【0097】3は画像表示面である。画像表示面3上に
点1Rを表示してこれを右眼ERのみに呈示し、画像表
示面3上に点1Lを表示してこれを左眼ELのみに呈示
すると、眼の輻輳が点1の位置に合い、人間の視覚認識
系は点1Rと右眼を結ぶ直線と、点1Lと左眼を結ぶ直
線の交点位置に点1を立体的に認識することができる。
しかし、このとき眼の水晶体の調節が点1に合うわけで
はなく、眼の調節と輻輳との間に乖離が発生する。この
乖離が大きい場合、視覚認識系に無理な負担がかかり、
疲労や違和感の原因となる可能性があると言われてい
る。
Reference numeral 3 denotes an image display surface. When the point 1R is displayed on the image display surface 3 and presented only to the right eye ER, and the point 1L is displayed on the image display surface 3 and presented only to the left eye EL, the convergence of the eye becomes point 1 And the human visual recognition system can three-dimensionally recognize the point 1 at the intersection of the straight line connecting the point 1R and the right eye and the straight line connecting the point 1L and the left eye.
However, at this time, the adjustment of the crystalline lens of the eye does not coincide with the point 1, and a deviation occurs between the adjustment of the eye and the convergence. If this deviation is large, the visual recognition system will be overburdened,
It is said that it may cause fatigue and discomfort.

【0098】本発明はこうした問題点を解決するため以
下に示すような構成を採用している。
The present invention employs the following configuration to solve these problems.

【0099】図34のように光が観察者の瞳孔4いっぱ
いに拡がって入射すると眼の被写界深度が浅くなるた
め,眼底像のボケは調節が画像表示面3に合った時に最
小となり,その他の位置ではボケが大きくなる。したが
って眼の調節は面3に合いやすい。
As shown in FIG. 34, when the light spreads to fill the pupil 4 of the observer and enters, the depth of field of the eye becomes shallow, so that the blur of the fundus image is minimized when the adjustment matches the image display surface 3, and At other positions, the blur becomes large. Therefore, accommodation of the eye is easy to fit on the surface 3.

【0100】しかし,図35のように光が観察者の瞳孔
4の微小な領域のみを通って入射すると,眼の被写界深
度は深くなり、眼の調節位置に依存せず眼底像のボケは
小さくなる。つまり眼の調節は面3に限らずどの奥行き
位置でも合いやすくなる。
However, as shown in FIG. 35, when light enters only through a very small area of the pupil 4 of the observer, the depth of field of the eye becomes deep, and the blur of the fundus image does not depend on the accommodation position of the eye. Becomes smaller. In other words, the adjustment of the eye is not limited to the surface 3, and it is easy to match at any depth position.

【0101】このような状態で図1のように立体視が行
われれば,前述した観察者の眼の調節による奥行きの認
識と両眼視差による奥行きの認識との間に矛盾が発生し
にくくなるため,観察者の眼の負担が軽減される。
When stereoscopic vision is performed as shown in FIG. 1 in such a state, inconsistency is unlikely to occur between the depth recognition based on the adjustment of the observer's eyes and the depth recognition based on the binocular parallax. Therefore, the burden on the eyes of the observer is reduced.

【0102】そこで本発明では,両眼視差を利用する立
体像表示装置において眼の被写界深度を深くするような
構成(光学手段)を付与して観察者の眼の負担を軽減す
ることを実現している。
Therefore, in the present invention, a configuration (optical means) for increasing the depth of field of the eye in a stereoscopic image display device utilizing binocular parallax is provided to reduce the burden on the eyes of the observer. Has been realized.

【0103】前述したとおり,眼の被写界深度は,瞳孔
に入射する光線の入射範囲を小さくすることで深くする
ことができる。どの程度の被写界深度が必要となるかは
再生する立体像の奥行き範囲に依存する。例えば,立体
像の奥行き範囲が観察者位置から500mm〜1mの範
囲であることがわかっている場合,眼の被写界深度が上
記範囲を含むような深さとなるよう装置を構成する。
As described above, the depth of field of the eye can be increased by reducing the range of incidence of light rays entering the pupil. The required depth of field depends on the depth range of the stereoscopic image to be reproduced. For example, when it is known that the depth range of the stereoscopic image is in the range of 500 mm to 1 m from the observer's position, the apparatus is configured so that the depth of field of the eyes is set to include the above range.

【0104】これとは逆に,装置構成によって定まる眼
の被写界深度より,再生すべき立体像の奥行き範囲を制
限することも可能である。例えば,眼の被写界深度が観
察者位置から500mm〜1mの範囲であることがわか
っている場合,再生する立体像の奥行き範囲を上記範囲
に制限する。具体的には光線の交点の形成される位置が
上記範囲を超えてしまうような場合に立体像の奥行き方
向の長さを圧縮して再生したり,範囲外の点のみ範囲内
に収まるように圧縮して再生したり,というような作業
を行って観察者の目の負担を軽減することができる。
Conversely, the depth range of the stereoscopic image to be reproduced can be limited based on the depth of field of the eye determined by the device configuration. For example, when it is known that the depth of field of the eye is in a range of 500 mm to 1 m from the position of the observer, the depth range of the reproduced stereoscopic image is limited to the above range. Specifically, when the position where the intersection of the light rays is formed exceeds the above range, the depth of the stereoscopic image in the depth direction is compressed and reproduced, or only the points outside the range are included in the range. By performing operations such as compression and reproduction, the burden on the eyes of the observer can be reduced.

【0105】(実施例4)両眼視差を利用した立体視の
観察として、特殊な眼鏡を用いて立体像を観察者に認識
せしめる立体像表示装置において本発明は適用可能であ
る。
(Embodiment 4) As stereoscopic observation using binocular parallax, the present invention can be applied to a stereoscopic image display device in which a stereoscopic image is recognized by an observer using special glasses.

【0106】そのような装置には液晶シャッター眼鏡を
用いるものや偏光フィルター眼鏡を用いるものなどがあ
るが,いずれの場合も本発明を適用するためには眼鏡の
左右の光透過領域の大きさを制限して,観察者の瞳孔を
通過する光束の径を細くすれば良い。
Such devices include those using liquid crystal shutter glasses and those using polarizing filter glasses. In any case, in order to apply the present invention, the size of the left and right light transmission regions of the glasses must be reduced. The diameter of the light beam passing through the pupil of the observer may be reduced by limiting the diameter.

【0107】例えば図39のように,従来の立体視用眼
鏡600の前面に光透過領域制限窓(制御手段)601
を取り付け,本来左右の開口部602の全面を通過する
光束の径を細くすれば良い。このような構成をとれば,
表示装置の側面図および平面図は図35のようなものと
なり観察者の眼の被写界深度を深くすることができる。
なお,光透過領域制限窓601は着脱可能な仕様となっ
ている。
For example, as shown in FIG. 39, a light transmission area limiting window (control means) 601 is provided on the front of conventional stereoscopic glasses 600.
And the diameter of the light beam that originally passes through the entire surface of the left and right openings 602 may be reduced. With this configuration,
The side and plan views of the display device are as shown in FIG. 35, and the depth of field of the observer's eyes can be increased.
The light transmission area restriction window 601 has a detachable specification.

【0108】上記の構成例では光透過領域制限窓601
の径は観察者の瞳孔径に比して小さく設定している。目
安として観察者の瞳孔径の1/4以下であれば,被写界
深度が深くなると考えられる。好ましくは1/4以下、
1/20以上であれば良い。特に,光透過領域制限窓6
01の径を1mm以下とすることで被写界深度が十分深
くなる。好ましくは1mm以下、1/20mm以上であ
れば良い。
In the above configuration example, the light transmission area limiting window 601
Is set smaller than the pupil diameter of the observer. As a guide, if the diameter of the pupil of the observer is 1/4 or less, the depth of field is considered to be deep. Preferably 1/4 or less,
What is necessary is just 1/20 or more. In particular, the light transmission area limiting window 6
By setting the diameter of 01 to 1 mm or less, the depth of field becomes sufficiently deep. Preferably, it is 1 mm or less and 1/20 mm or more.

【0109】本実施例はこのように観察者の眼の被写界
深度を深くするための構成を付与しているので,眼の調
節が立体像位置に誘導されやすい像の再生を実現してい
る。
In this embodiment, since a configuration for increasing the depth of field of the observer's eye is provided, the reproduction of an image in which the adjustment of the eye is easily guided to the stereoscopic image position is realized. I have.

【0110】(実施例5)特殊な眼鏡を用いずに立体像
を観察者に認識せしめる立体像表示装置においても本発
明は適用可能である。そのような装置には大凸レンズ方
式やレンチキュラー方式,パララックスバリア方式など
があるが,いずれの場合も本発明を適用するためには観
察者の瞳孔位置での光束の径を細くする構成を付与す
る。
(Embodiment 5) The present invention is also applicable to a stereoscopic image display device that allows a viewer to recognize a stereoscopic image without using special glasses. Such a device includes a large convex lens system, a lenticular system, a parallax barrier system, and the like. In any case, in order to apply the present invention, a configuration in which the diameter of a light beam at the pupil position of the observer is reduced. I do.

【0111】例えば実施例4同様に図37のように,左
右の瞳孔に入射する光束径を細くするような光透過領域
制限窓601を有する専用眼鏡を観察者に装着させる。
観察者はこの眼鏡を装着し,光透過領域制限窓601を
通して立体像を観察する。
For example, as in the fourth embodiment, as shown in FIG. 37, the observer wears special glasses having a light transmission area limiting window 601 for reducing the diameter of a light beam incident on the left and right pupils.
The observer wears the spectacles and observes a stereoscopic image through the light transmission area restriction window 601.

【0112】このような構成をとれば,表示装置の側面
図および平面図は図35のようなものとなり観察者の眼
の被写界深度を深くすることができる。上記構成例では
光透過領域制限窓601の径は観察者の瞳孔径に比して
小さく設定される。目安として観察者の瞳孔径の1/4
以下であれば,被写界深度が深くなると考えられる。好
ましくは1/4以下、1/20以上であれば良い。特
に,光透過領域制限窓601の径を1mm以下とするこ
とで被写界深度が十分深くなる。好ましくは1mm以
下、1/20mm以上であれば良い。
With such a configuration, the side view and plan view of the display device are as shown in FIG. 35, and the depth of field of the observer's eyes can be increased. In the above configuration example, the diameter of the light transmission region restriction window 601 is set smaller than the pupil diameter of the observer. As a guide, 1/4 of the pupil diameter of the observer
If it is below, it is considered that the depth of field becomes deep. Preferably, it should be 1/4 or less and 1/20 or more. In particular, by setting the diameter of the light transmission area limiting window 601 to 1 mm or less, the depth of field becomes sufficiently deep. Preferably, it is 1 mm or less and 1/20 mm or more.

【0113】また,上記のような専用眼鏡を用いなくと
も,左右それぞれの眼で画像を観察するための射出瞳が
観察者の瞳孔よりも十分小さい径で空中結像しており,
かつそれぞれの射出瞳を通して観察者が画像を観察する
とき,本発明の目的とする「被写界深度の深い観察状
態」が可能となる。図38は大凸レンズ方式(大きな有
効位の正レンズを用いた方式)の立体像表示装置の構成
例の平面図である。
Also, without using the above-mentioned special glasses, the exit pupil for observing the image with the right and left eyes forms an aerial image with a diameter sufficiently smaller than the pupil of the observer.
In addition, when an observer observes an image through each exit pupil, an “observation state with a deep depth of field” as an object of the present invention becomes possible. FIG. 38 is a plan view of a configuration example of a three-dimensional image display device of a large convex lens system (a system using a large effective positive lens).

【0114】この構成例では液晶ディスプレイ703に
表示された画像707を,大凸レンズ702によって指
向性を与えられた照明光で観察者の左右の眼5R,5L
に振り分けて表示している。701は照明手段で,図中
706Lの領域と706Rの領域に発光部を有する。大
凸レンズ702はで画像707を表示可能な液晶ディス
プレイ703の近傍に配置される。発光部706L,7
06Rは大凸レンズ702によってそれぞれ図中の70
4L,704Rに射出瞳となって空中結像する。これら
の射出瞳位置はそれぞれ観察者の左右の眼の位置に一致
しており,観察者は射出瞳704L,704Rを通して
画像707の全貌を観察することができる。705は画
像および制御手段で,画像707の表示と照明手段70
1の発光部選択とを高速に同期をとって切り替え制御す
ることが可能である。この性質により本装置を用いて立
体像を表示することが可能である。
In this configuration example, the image 707 displayed on the liquid crystal display 703 is transformed into the left and right eyes 5R, 5L of the observer by illumination light provided with directivity by the large convex lens 702.
Is displayed. Reference numeral 701 denotes an illuminating unit having a light emitting unit in a region 706L and a region 706R in the figure. The large convex lens 702 is disposed near a liquid crystal display 703 capable of displaying an image 707. Light emitting unit 706L, 7
06R is indicated by 70 in FIG.
An exit pupil is formed at 4L and 704R to form an aerial image. These exit pupil positions correspond to the positions of the left and right eyes of the observer, and the observer can observe the entire image 707 through the exit pupils 704L and 704R. Reference numeral 705 denotes an image and control means for displaying an image 707 and illuminating means 70.
Switching control can be performed at high speed in synchronization with the selection of one light emitting unit. Due to this property, it is possible to display a three-dimensional image using the present device.

【0115】例えば,制御手段705によって発光部7
06Lのみに輝度を与えている時間には観察者は射出瞳
704Lを通してのみ画像707を観察することができ
る。そこでこの時間は画像707として左眼用の視差画
像を表示する。逆に,制御手段705によって発光部7
06Rのみに輝度を与えている時間には観察者は射出瞳
704Rを通してのみ画像707を観察することができ
るので,この時間は画像707として右眼用の視差画像
を表示する。上記の所作が観察者の残像許容時間内に繰
り返されれば,観察者は左右の眼でそれぞれに対応した
視差画像を独立に見るのと等価となり,両眼視差により
立体像を認識することができる。しかし,前述したよう
に両眼視差のみによる立体視では眼の調節と輻輳との間
に乖離が発生し,視覚認識系に無理な負担がかかって疲
労や違和感の原因となる可能性があると言われている。
For example, the light emitting unit 7 is
The observer can observe the image 707 only through the exit pupil 704L during the time when luminance is given only to 06L. Therefore, during this time, a parallax image for the left eye is displayed as the image 707. Conversely, the light emitting unit 7 is controlled by the control unit 705.
Since the observer can observe the image 707 only through the exit pupil 704R during the time when the luminance is given to only 06R, the parallax image for the right eye is displayed as the image 707 during this time. If the above actions are repeated within the afterimage allowable time of the observer, the observer is equivalent to independently viewing the corresponding parallax images with the left and right eyes, and can recognize the stereoscopic image by the binocular parallax. . However, as described above, in stereoscopic vision using only binocular disparity, there is a divergence between accommodation and convergence of the eyes, which places an excessive burden on the visual recognition system and may cause fatigue and discomfort. It is said.

【0116】そこで本実施例では上記構成例に射出瞳7
04の径を小さくする構成を付与し,観察者の眼の被写
界深度を深くする工夫をしている。図39、図40は本
実施例の平面図および側面図である。射出瞳704と光
学的に共役な光学部材である発光部706の径を小さく
し,射出瞳704の径が小さく制限している。このよう
な構成をとれば表示装置の側面図および平面図は図35
のようなものとなり射出瞳の径が制限され,観察者の眼
の被写界深度を深くすることができる。
Therefore, in this embodiment, the exit pupil 7 is added to the above configuration example.
The configuration of reducing the diameter of the lens 04 is provided so as to increase the depth of field of the observer's eye. 39 and 40 are a plan view and a side view of the present embodiment. The diameter of the light emitting unit 706, which is an optical member optically conjugate with the exit pupil 704, is reduced, and the diameter of the exit pupil 704 is limited to a small value. With such a configuration, the side view and the plan view of the display device are shown in FIG.
Thus, the diameter of the exit pupil is limited, and the depth of field of the observer's eye can be increased.

【0117】上記構成例では射出瞳704の径は観察者
の瞳孔径に比して小さく設定される。目安として観察者
の瞳孔径の1/4以下であれば,被写界深度が深くなる
と考えられる。好ましくは1/4以下、1/20以上で
あれば良い。特に,射出瞳704の径を1mm以下とす
ることで被写界深度が十分深くなる。好ましくは1mm
以下、1/20mm以上であれば良い。
In the above configuration example, the diameter of the exit pupil 704 is set smaller than the pupil diameter of the observer. As a guide, if the diameter of the pupil of the observer is 1/4 or less, the depth of field is considered to be deep. Preferably, it should be 1/4 or less and 1/20 or more. In particular, by setting the diameter of the exit pupil 704 to 1 mm or less, the depth of field becomes sufficiently deep. Preferably 1 mm
Hereinafter, it may be 1/20 mm or more.

【0118】本実施例はこのように観察者の眼の被写界
深度を深くするための構成を付与しているので,眼の調
節が立体像位置に誘導されやすい像の再生を実現してい
る。
In this embodiment, since the configuration for increasing the depth of field of the observer's eye is provided, the reproduction of an image in which the adjustment of the eye is easily guided to the stereoscopic image position is realized. I have.

【0119】[0119]

【発明の効果】本発明によれば、両眼視差を利用して立
体像を観察するときや超多眼立体表示を利用して立体画
像を観察するとき、観察者が疲労せずに良好に立体画像
を観察することができる立体画像表示装置及び立体画像
表示方法を達成することができる。
According to the present invention, when observing a stereoscopic image using binocular parallax or observing a stereoscopic image using super-multi-view stereoscopic display, the observer can be satisfactorily displayed without fatigue. A stereoscopic image display device and a stereoscopic image display method capable of observing a stereoscopic image can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る立体認識の原理説明図FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of stereoscopic recognition according to the present invention.

【図2】 本発明に係る立体認識の原理説明図FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of stereoscopic recognition according to the present invention.

【図3】 本発明に係る立体認識の原理説明図FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of stereoscopic recognition according to the present invention.

【図4】 本発明に係る立体認識の原理説明図FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of stereoscopic recognition according to the present invention.

【図5】 本発明に係る立体認識の原理説明図FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of stereoscopic recognition according to the present invention.

【図6】 本発明の立体画像表示装置の画像の表示方法
の説明図
FIG. 6 is an explanatory view of an image display method of the stereoscopic image display device of the present invention.

【図7】 本発明の立体画像表示装置の画像の表示方法
の説明図
FIG. 7 is an explanatory view of an image display method of the stereoscopic image display device of the present invention.

【図8】 本発明の立体画像表示装置の画像の表示方法
の説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram of an image display method of the stereoscopic image display device of the present invention.

【図9】 本発明の立体画像表示装置の画像の表示方法
の説明図
FIG. 9 is an explanatory diagram of an image display method of the stereoscopic image display device of the present invention.

【図10】 本発明の立体画像表示装置の画像の表示方
法の説明図
FIG. 10 is an explanatory diagram of an image display method of the stereoscopic image display device of the present invention.

【図11】 本発明の立体画像表示装置の画像の表示方
法の説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram of an image display method of the stereoscopic image display device of the present invention.

【図12】 観察者の瞳面上に入射する光束の説明図FIG. 12 is an explanatory diagram of a light beam incident on a pupil plane of an observer.

【図13】 観察者の瞳面上に入射する光束の説明図FIG. 13 is an explanatory diagram of a light beam incident on a pupil plane of an observer.

【図14】 本発明の実施形態1の一部分の説明図FIG. 14 is a diagram illustrating a part of the first embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の実施形態1の光学系の説明図FIG. 15 is an explanatory diagram of the optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の実施形態1の一部分の説明図FIG. 16 is a diagram illustrating a part of the first embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の実施形態1の光学系の説明図FIG. 17 is an explanatory diagram of an optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の実施形態1の光学系の説明図FIG. 18 is an explanatory diagram of the optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の実施形態1の一部分の説明図FIG. 19 is a diagram illustrating a part of the first embodiment of the present invention.

【図20】 本発明の実施形態2の要部概略図FIG. 20 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図21】 本発明の実施形態2の要部概略図FIG. 21 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図22】 本発明の実施形態2に関係する立体観察眼
鏡の説明図
FIG. 22 is an explanatory diagram of stereoscopic observation glasses related to Embodiment 2 of the present invention.

【図23】 本発明の実施形態2の立体観察眼鏡の説明
FIG. 23 is an explanatory diagram of the stereoscopic observation glasses according to the second embodiment of the present invention.

【図24】 本発明の実施形態2の立体観察眼鏡の開口
の説明図
FIG. 24 is an explanatory diagram of an opening of the stereoscopic observation glasses according to the second embodiment of the present invention.

【図25】 本発明の実施形態3に係る立体像再生装置
の説明図
FIG. 25 is an explanatory diagram of a stereoscopic image reproducing device according to Embodiment 3 of the present invention.

【図26】 図25の光学系の説明図26 is an explanatory diagram of the optical system of FIG. 25.

【図27】 先願の立体画像表示装置の一部分の説明図FIG. 27 is an explanatory diagram of a part of the stereoscopic image display device of the prior application.

【図28】 図27の光学系の説明図FIG. 28 is an explanatory diagram of the optical system of FIG. 27;

【図29】 本発明の実施形態3の一部分の説明図FIG. 29 is an explanatory diagram of a part of the third embodiment of the present invention.

【図30】 本発明の実施形態3の光学系の説明図FIG. 30 is an explanatory diagram of an optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図31】 本発明の実施形態3の一部分の説明図FIG. 31 is an explanatory view of a part of the third embodiment of the present invention.

【図32】 本発明の実施形態3の光学系の説明図FIG. 32 is an explanatory diagram of an optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図33】 従来の立体画像表示装置の要部外略図FIG. 33 is a schematic view showing an essential part of a conventional stereoscopic image display device.

【図34】 眼球の説明図FIG. 34 is an explanatory diagram of an eyeball.

【図35】 本発明に係る眼球の説明図FIG. 35 is an explanatory diagram of an eyeball according to the present invention.

【図36】 本発明の実施形態4の一部分の説明図FIG. 36 is an explanatory view of a part of the fourth embodiment of the present invention.

【図37】 本発明の実施形態5の一部分の説明図FIG. 37 is an explanatory view of a part of the fifth embodiment of the present invention.

【図38】 本発明の実施形態5の光学系の説明図FIG. 38 is an explanatory diagram of an optical system according to a fifth embodiment of the present invention.

【図39】 本発明の実施形態5の光学系の説明図FIG. 39 is an explanatory diagram of an optical system according to a fifth embodiment of the present invention.

【図40】 本発明の実施形態5の光学系の説明図FIG. 40 is an explanatory diagram of an optical system according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 物体点 2 物体 3 画像表示面 4 瞳 5 単眼 101 画像情報 102 光学系 103 射出瞳 104 眼球 105 画像情報生成手段 106 射出瞳制限手段 121 画素 107 縦方向射出瞳制限窓 108 正レンズ 109 画像表示手段 110 照明手段 200 画像観察眼鏡 300 表示手段 600 立体視用眼鏡 601 光透過領域制限窓 602 開口部 701 照明手段 702 正レンズ 703 液晶ディスプレイ 704 射出瞳 705 制御手段 706 発光部 707 画像 Reference Signs List 1 object point 2 object 3 image display surface 4 pupil 5 monocular 101 image information 102 optical system 103 exit pupil 104 eyeball 105 image information generation means 106 exit pupil restriction means 121 pixel 107 vertical exit pupil restriction window 108 positive lens 109 image display means 110 Illumination unit 200 Image observation glasses 300 Display unit 600 Stereoscopic glasses 601 Light transmission area limiting window 602 Opening 701 Illumination unit 702 Positive lens 703 Liquid crystal display 704 Exit pupil 705 Control unit 706 Light emitting unit 707 Image

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】観察者の瞳に対して複数の光線を入射さ
せ、該光線同士の交点位置に観察者の眼の調節を合焦せ
しめて立体画像を観察する立体画像表示装置において、
該立体画像を観察するときの観察鉛直方向の被写界深度
が観察水平方向の被写界深度よりも深くなる光学系を有
していることを特徴とする立体画像表示装置。
1. A stereoscopic image display apparatus for observing a stereoscopic image by causing a plurality of light beams to enter a pupil of an observer, focusing an adjustment of an eye of the observer at an intersection of the light beams, and
A stereoscopic image display device comprising an optical system in which the depth of field in the observation vertical direction when observing the stereoscopic image is deeper than the depth of field in the observation horizontal direction.
【請求項2】観察者の瞳に対して複数の光線を入射さ
せ、該光線同士の交点位置に観察者の眼の調節を合焦せ
しめて立体画像を観察する立体画像表示装置において、
該立体画像を観察するときの観察鉛直方向の被写界深度
が再生される立体像の奥行き範囲以上に深くなるような
光学系を有していることを特徴とする立体画像表示装
置。
2. A stereoscopic image display apparatus for observing a stereoscopic image by causing a plurality of light beams to enter a pupil of an observer, focusing an adjustment of an eye of the observer at an intersection of the light beams, and
A stereoscopic image display device comprising an optical system such that the depth of field in the observation vertical direction when observing the stereoscopic image is deeper than the depth range of the reproduced stereoscopic image.
【請求項3】観察者の瞳に対して複数の光線を入射さ
せ、該光線同士の交点位置に観察者の眼の調節を合焦せ
しめて立体画像を観察する立体画像表示装置において、
再生される立体像の鉛直方向の視差が存在せず、かつ該
立体画像を観察するときの観察鉛直方向の被写界深度が
再生される立体像の奥行き範囲以上に深くなるような光
学系を有していることを特徴とする立体画像表示装置。
3. A stereoscopic image display apparatus for observing a stereoscopic image by causing a plurality of light beams to enter a pupil of an observer, focusing an adjustment of an eye of the observer at an intersection of the light beams, and observing a stereoscopic image.
An optical system in which there is no vertical parallax of the reproduced stereoscopic image and the depth of field in the observation vertical direction when observing the stereoscopic image is deeper than the depth range of the reproduced stereoscopic image. A stereoscopic image display device comprising:
【請求項4】前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍に
配置され,該射出瞳の鉛直方向の長さは観察者の瞳孔径
の1/4以下1/20以上であることを特徴とする請求
項1,2又は3の立体画像表示装置。
4. An optical system according to claim 1, wherein an exit pupil of the optical system is arranged near a pupil of the observer, and a length of the exit pupil in a vertical direction is not more than 4 and not less than 1/20 of the pupil diameter of the observer. The stereoscopic image display device according to claim 1, 2 or 3.
【請求項5】前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍に
配置され,該射出瞳の鉛直方向の長さは1mm以下1/
10mm以上であることを特徴とする請求項1,2又は
3の立体画像表示装置。
5. An exit pupil of the optical system is disposed near a pupil of an observer, and a length of the exit pupil in a vertical direction is 1 mm or less.
The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the length is 10 mm or more.
【請求項6】前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光の
鉛直方向の長さを制限する開口手段を有することを特徴
とする請求項1,2又は3の立体画像表示装置。
6. A three-dimensional image display apparatus according to claim 1, wherein said optical system has an opening means for limiting a vertical length of light incident on a pupil of an observer.
【請求項7】前記光学系は射出瞳を形成するとともに,
画像情報を空中結像させて観察者に観察せしめることを
特徴とする請求項1,2又は3の立体画像表示装置。
7. The optical system forms an exit pupil,
4. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the image information is formed into an aerial image to be observed by an observer.
【請求項8】前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光の
鉛直方向長さを制限する開口を含む眼鏡を有することを
特徴とする請求項1,2又は3の立体画像表示装置。
8. A three-dimensional image display apparatus according to claim 1, wherein said optical system has glasses including an opening for limiting a vertical length of light incident on a pupil of an observer.
【請求項9】観察者の瞳に対して複数の光線を入射さ
せ、該光線同士の交点位置に観察者の眼の調節を合焦せ
しめて立体画像を観察する立体画像表示装置において、
再生される立体画像の鉛直方向の視差が存在せず,かつ
再生される立体画像の奥行き範囲が観察者の眼の鉛直方
向の被写界深度の範囲内となっていることを特徴とする
立体画像表示装置。
9. A stereoscopic image display apparatus for observing a stereoscopic image by causing a plurality of light beams to be incident on an observer's pupil, focusing the adjustment of the observer's eye at the intersection of the light beams,
There is no vertical parallax in the reproduced stereoscopic image, and the depth range of the reproduced stereoscopic image is within the range of the depth of field of the observer's eyes in the vertical direction. Image display device.
【請求項10】請求項1から9のいずれか1項の立体画
像表示装置を頭部搭載型又は眼鏡型に適用していること
を特徴とする立体画像表示システム。
10. A three-dimensional image display system, wherein the three-dimensional image display device according to any one of claims 1 to 9 is applied to a head mounted type or an eyeglass type.
【請求項11】両眼視差を利用して観察者に立体像を認
識せしめる立体像表示装置において、観察者の眼の被写
界深度が、再生される立体像の奥行き範囲以上に深くな
る光学系を含んでいることを特徴とする立体画像表示装
置。
11. A stereoscopic image display device that allows an observer to recognize a stereoscopic image using binocular parallax, wherein the depth of field of the observer's eyes is greater than the depth range of the reproduced stereoscopic image. A stereoscopic image display device comprising a system.
【請求項12】前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍
に配置され、該射出瞳の径は観察者の瞳孔径の1/4以
下1/20以上であることを特徴とする請求項11の立
体画像表示装置。
12. An optical system according to claim 11, wherein an exit pupil of said optical system is arranged near a pupil of an observer, and a diameter of said exit pupil is not more than 4 and not less than 1/20 of the pupil diameter of the observer. Eleventh stereoscopic image display device.
【請求項13】前記光学系の射出瞳は観察者の瞳孔近傍
に配置され、該射出瞳の径は1mm以下1/20mm以
上であることを特徴とする請求項11の立体画像表示装
置。
13. The stereoscopic image display apparatus according to claim 11, wherein an exit pupil of said optical system is arranged near a pupil of an observer, and a diameter of said exit pupil is not more than 1 mm and not less than 1/20 mm.
【請求項14】前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光
束の径を制限する開口手段を有することを特徴とする請
求項11の立体画像表示装置。
14. A three-dimensional image display apparatus according to claim 11, wherein said optical system has an opening means for limiting a diameter of a light beam incident on a pupil of an observer.
【請求項15】前記光学系は観察者の瞳孔に入射する光
束の径を制限する開口を含む眼鏡を有することを特徴と
する請求項11の立体画像表示装置。
15. The three-dimensional image display device according to claim 11, wherein said optical system has glasses including an opening for limiting a diameter of a light beam incident on a pupil of an observer.
【請求項16】観察者の瞳に対して複数の光線を入射さ
せ、該光線同士の交点位置に観察者の眼の調節を合焦せ
しめて立体画像を観察する立体画像表示装置において、
再生される立体像の奥行き範囲が観察者の眼の被写界深
度の範囲内となっていることを特徴とする立体画像表示
装置。
16. A stereoscopic image display apparatus for observing a stereoscopic image by causing a plurality of light beams to enter a pupil of an observer, focusing an adjustment of an eye of the observer at an intersection of the light beams, and observing a stereoscopic image.
A stereoscopic image display device wherein a depth range of a reproduced stereoscopic image is within a range of a depth of field of an observer's eye.
【請求項17】請求項11から16のいずれか1項の立
体画像表示装置を頭部搭載型又は眼鏡型に適用している
ことを特徴とする立体画像表示システム。
17. A three-dimensional image display system, wherein the three-dimensional image display device according to claim 11 is applied to a head mounted type or an eyeglass type.
【請求項18】請求項1から9又は請求項11から16
のいずれか1項の立体画像表示装置を用いて立体画像を
観察することを特徴とする立体画像表示方法。
18. The method according to claim 1, wherein the first and second embodiments are different from the first and second embodiments.
A three-dimensional image display method characterized by observing a three-dimensional image using the three-dimensional image display device according to any one of the above.
【請求項19】単眼視差又は両眼視差を利用して立体像
を観察するときに用いる立体画像表示用眼鏡であって、
観察者の眼の被写界深度が、再生される立体像の奥行き
範囲以上に深くなる光学手段を含んでいることを特徴と
する立体画像表示用眼鏡。
19. Stereoscopic image display glasses used when observing a stereoscopic image using monocular parallax or binocular parallax,
A pair of glasses for displaying stereoscopic images, comprising optical means for increasing the depth of field of the observer's eyes to a depth range of a reproduced stereoscopic image.
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