JP2005062389A - ディスプレイ装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 両眼の視線が外側を向き、その結果、目が疲れるという現象の発生を防止する手段を提供する。
【解決手段】 ディスプレイ装置の使用中、撮像装置４は、人間３の頭部を撮像し、撮像装置４の制御部は、画像処理により、その画像の中からマーカ５の画像を抽出し、画像表示装置１とマーカ５との距離を計算する。撮像装置４の制御部は、算出された観察距離を、図示しない制御装置に送る。この制御装置は、受信した観察距離と、予め記憶されている値とを比較し、受信した観察距離が記憶されている値の上限値を超えた場合には、眼をディスプレイに近づけるように促す警報を、受信した観察距離が記憶されている値の下限値を超えた場合には、眼をディスプレイから遠ざけるように促す警報を、それぞれ発信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディスプレイを見ている者に、立体的な表示を知覚させるディプレイ装置、及び光学装置に関するものである。

人間の視覚は、視認している物体を両目で見たときの両眼の輻輳角によって決定される物体までの距離と、水晶体が有する焦点調節作用の両方により、物体までの距離を知覚していると言われている。よって、本来は立体的な構造を有する画像を平面上に形成したものをみた場合には、それを立体的な構造を有するものとして知覚することができない。

しかしながら、両眼の輻輳角によって決定される物体までの距離と、水晶体が有する焦点調節作用によって決定される物体までの距離（実際の距離に対応する）とを異ならせた場合、平面に形成された画像が立体感を有するものとして知覚されることが知られており、このことを利用して、平面に形成された画像を立体画像として認知される装置が、例えば特開平４−１４６４１２号公報（特許文献１）に記載されている。

特許文献１に記載される装置の概要を図３に示す。図３において、（ａ）は通常の状態で平面２１上にある点Ｐを見ているときの図である。このとき右眼２２Ｒと左眼２２Ｌとの視線のなす半角θが輻輳角である。点Ｐから出た光線は、実線で示されるように直進して右眼２２Ｒと左眼２２Ｌに入るため、輻輳角に応じて知覚される眼球から点Ｐまでの距離と、点Ｐに焦点を合わせるために水晶体が伸縮することによって知覚される眼球から点Ｐまでの距離はともにｄで一致しており、これにより、平面上の点Ｐは、平面２１上にあるものとして知覚される。

（ｂ）は、右眼２２Ｒと左眼２２Ｌの前にそれぞれプリズム２３を置いた場合を示す図である。このとき、Ｐから出た光線はプリズム２３によって屈折して眼球に到達する。すなわち、図で破線で示したような光線が点Ｐからそれぞれ右眼２２Ｒと左眼２２Ｌに入る。よって、両眼の視線は一点鎖線で示すようなものとなり、輻輳角はθ’となって、両眼の視線の交点Ｐ’に物体Ｐが存在するように知覚される。よって、輻輳角によって決まる距離はｄ’となる。

しかし、一方、光線が点Ｐから両眼に至る距離にはほとんど変化がないため、点Ｐに焦点を合わせるために水晶体が伸縮することによって知覚される眼球から点Ｐまでの距離はｄである。従って輻輳角によって知覚される距離ｄ’と点Ｐに焦点を合わせることよって知覚される距離ｄの間に乖離が発生する。

このような場合に、画像が平面２１上にあるにもかかわらず、立体的、すなわち奥行きを持ったものとして認識されることは良く知られていることであり、特許文献１には、生理光学の教えるところによれば、画像の位置を明確に認識できないので、観察者は、２次元画像が本来持っている遠近の遠近の感知機能を発揮するようになり、これにより、画像が遠近感のある画像として知覚される、旨の記載がある。
特開平４−１４６４１２号公報

特許文献１に記載されるようなディスプレイ装置は、光学系により、眼球の輻輳作用により決定される前記眼球から前記画像までの距離（請求の範囲及び本明細書において「輻輳距離」という。）と、実際の前記眼球から前記画像までの距離（請求の範囲及び本明細書において「観察距離」という。）とを異ならせて、生理光学の作用により平面画像に遠近感を与えるものである。

しかしながら、このようなディスプレイ装置において、光学系と画像との距離が大きくなりすぎると、輻輳角がマイナスになり、人間の目が、無限遠を見ている状態よりさらに広がってしまって、脳が立体的な映像を知覚できなくなるという問題がある。この様子を図４により説明する。

図４（ａ）は正常な場合を示し、画像が形成される平面２１と右眼２２Ｒ、左眼２２Ｌとの間が近いので、プリズム２３で屈折された光線は、屈折された後も外側に向かって進み、右眼２２Ｒ、左眼２２Ｌに到達する。よって、右眼２２Ｒ、左眼２２Ｌの視線は内側を向き、前方のＰ’で交わる。

しかし、（ｂ）に示すように、画像が形成される平面２１と右眼２２Ｒ、左眼２２Ｌとの間が遠くなると、プリズム２３で屈折した光が、内側に向かって進んで右眼２２Ｒ、左眼２２Ｌに到達するようになる。すると、右眼２２Ｒ、左眼２２Ｌの視線は外側を向き、その結果、両眼の視線が交わらなくなる。従って、平面２１に形成された画像が二重に見えることになり、それを観察しようとする結果、目が疲れるという現象を起こす。

逆に、画像が形成される平面２１と右眼２２Ｒ、左眼２２Ｌとの間が近くなりすぎると、ＰとＰ’との距離が短くなり、立体感を生じるという効果が十分に発揮されない可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、輻輳距離と、観察距離とを異ならせる作用を有する光学系を有するディプレイ装置、光学装置において、両眼の視線が外側を向き、その結果、目が疲れるという現象の発生を防止する手段、十分な立体感を生じる距離で画像を観察することが容易となる手段の少なくとも一方を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、画像を形成する画像形成装置と、人体に装着され、前記人体の眼球の輻輳状態により決定される前記眼球から前記画像までの輻輳距離と、実際の前記眼球から前記画像までの観察距離とを異ならせる作用を持つ光学系とを有するディプレイ装置であって、前記観察距離を測定する距離測定装置と、前記距離測定装置が測定する前記観察距離が所定範囲にないときに警報を発する警報手段とを有することを特徴とするディスプレイ装置（請求項１）である。

前述のように、画像と前記光学系との距離が遠くなると、画像の特定の点を見たときの両眼の視線が交わらなくなり、その点が二重に見えるという問題点が発生する。本手段においては、観察距離を測定し、その観察距離が所定範囲より大きいときに警報を発するようにすれば、前記光学系が不適当に装着されていることが認識でき、目が疲れるのを事前に防止することができる。又、その観察距離が所定範囲より小さいときに警報を発するようにすれば、立体感が十分に得られない距離でディスプレイ装置を使用することを防止することができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記光学系が、少なくとも２つのマークを有する眼鏡を有し、前記距離測定装置は、前記マークを撮像する撮像装置を有することを特徴とするもの（請求項２）である。

例えば、背景技術で説明したプリズムを、眼鏡方式として人体に装着できるようにすれば、使い勝手の良いものとすることができる。本手段においては、光学系が有する眼鏡に２つ以上のマークを付けておき、そのマークを撮像装置によって撮像することにより、眼鏡と画像が形成される平面との距離を測定する。撮像装置により撮像されるマーク間の距離は、撮像装置と眼鏡の光学系との距離に反比例するので、これより、撮像装置と眼鏡との距離が分かり、よって、眼鏡と画像が形成される平面との距離も分かる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記眼球の瞳の間隔を測定する瞳間隔測定装置を併せて有し、前記警報手段は、前記所定範囲を、前記瞳間隔測定装置の出力に応じて決定する機能を有することを特徴とするもの（請求項３）である。

画像を見たときに視線が交わらなくなる条件は、厳密に言うと、眼鏡方式の光学系と画像が形成される平面との距離のみでなく、両眼の瞳間隔にも依存する。前記第１の手段及び第２の手段においては、このことを考慮していないが、人間の瞳間隔はほぼ一定とみなせるので、大まかな警報表示とする場合には、これで十分である。本手段においては、警報の精度をより上げるため、瞳間隔測定装置で測定した瞳間距離をもとにして、前記所定範囲を調整している。特に、第２の手段を用いる場合には、撮像装置により、眼鏡方式の光学系と画像が形成される平面との距離と同時に、瞳間隔も測定することができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、所定面に形成された画像を観察する光学装置であって、人体の眼球の輻輳状態により決定される前記眼球から前記画像までの輻輳距離と、実際の前記眼球から前記画像までの観察距離とを異ならせる作用を持ち、かつ前記人体に装着される光学系を有し、さらに、前記観察距離を測定する距離測定装置と、前記距離測定装置が測定する前記観察距離が所定範囲にないときに警報を発する警報手段とを有することを特徴とする光学装置（請求項４）である。

本手段は、前記第１の手段から画像形成装置を除外したものである。すなわち、特定の画像形成装置を有せず、一般の紙面に印刷される等、形成済みの画像を観察するために用いられるものである。従って、本手段の作用効果は、前記第１の手段と同じである。

以上説明したように、本発明によれば、輻輳距離と、観察距離とを異ならせる作用を有する光学系を有するディプレイ装置、光学装置において、両眼の視線が外側を向き、その結果、目が疲れるという現象を軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるディスプレイ装置を使用している状態を上方から見た概要図である。ディスプレイ装置を構成する画像表示装置１は、例えば液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の２次元画像表示装置であり、垂直平面内に２次元画像を表示する。この画像を、人間３が、プリズム眼鏡２を装着して観察する。

画像表示装置１の上面には、画像の視野を遮らない位置に、撮像装置４が取り付けられている。撮像装置４としては、ＣＣＤカメラ、ビデオカメラ等のディジタル式撮像装置が使用できる。ディスプレイ装置の使用時、プリズム眼鏡２を装着した人間３の頭部が、破線で示す撮像装置４の視野に入るようになっている。画像表示装置１と撮像装置４は、図示しない制御装置に結合されている。

図２に示すように、プリズム眼鏡２の前部の左右両端部には、マーカ５が、撮像装置４からプリズム眼鏡２を見たときに、最も互いに遠く離れる位置に設けられている。ディスプレイ装置の使用中、撮像装置４は、人間３の頭部を撮像し、撮像装置４の制御部は、画像処理により、その画像の中からマーカ５の画像を抽出し、マーカ５の間隔を計算する。一般に撮像装置で撮像されるマーカ５の間隔は、画像表示装置１とプリズム眼鏡２の距離（観察距離）に逆比例するので、予め、所定の観察距離においてマーカ５の間隔を撮像装置４で撮像し、撮像された間隔を記憶しておけば、これらの値を基準として、撮像装置４で観察されたマーカ５の間隔より、観察距離を算出することができる。

撮像装置４の制御部は、算出された観察距離を、図示しない制御装置に送る。この制御装置は、受信した観察距離と、予め記憶されている値とを比較し、受信した観察距離が記憶されている値の上限値を超えた場合には、眼をディスプレイに近づけるように促す警報を、受信した観察距離が記憶されている値の下限値を超えた場合には、眼をディスプレイから遠ざけるように促す警報を、それぞれ発信する。この警報は、画像表示装置１に表示してもよいし、その他音声による警報等、公知の任意の手段をとることができる。たとえば、プリズム眼鏡２に小型のスピーカを設けて、スピーカから警報音を発するようにしてもよい。

又、撮像装置４によりプリズム眼鏡２の装着者の両眼の瞳の間隔を計測し（撮像装置４で撮像された両眼の瞳間の距離と、画像表示装置１とプリズム眼鏡２の距離とに基づいて算出する）これにより、警報を発する上限値、下限値を決定するようにしてもよい。

なお、観察距離を測定する手段は、撮像装置に限られず、たとえば、プリズム眼鏡２に周知の光学式等の距離測定装置を設け、画像表示装置１との距離を測定するようにしてもよい。

さらに、以上の実施の形態においては、画像表示装置１により画像を形成して表示するものについて説明したが、通常の本等、既に画像が形成されているものを見る場合には、画像表示装置１が不要となることは言うまでもない。この場合には、距離測定装置は、プリズム眼鏡２に設け、それと、画像間の距離を測定するようにすることが好ましい。

本発明の実施の形態の１例であるディスプレイ装置を使用している状態を上方から見た概要図である。 プリズム眼鏡を前から見た概要図である。 従来のディプレイ装置の構成を示す概要図である。 従来のディスプレイ装置の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１…画像表示装置
２…プリズム眼鏡
３…人間
４…撮像装置
５…マーカ

Claims (4)

1. 画像を形成する画像形成装置と、人体に装着され、前記人体の眼球の輻輳状態により決定される前記眼球から前記画像までの輻輳距離と、実際の前記眼球から前記画像までの観察距離とを異ならせる作用を持つ光学系とを有するディプレイ装置であって、前記観察距離を測定する距離測定装置と、前記距離測定装置が測定する前記観察距離が所定範囲にないときに警報を発する警報手段とを有することを特徴とするディスプレイ装置。
2. 前記光学系が、少なくとも２つのマークを有する眼鏡を有し、前記距離測定装置は、前記マークを撮像する撮像装置を有することを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のディスプレイ装置であって、前記眼球の瞳の間隔を測定する瞳間隔測定装置を併せて有し、前記警報手段は、前記所定範囲を、前記瞳間隔測定装置の出力に応じて決定する機能を有することを特徴とするディスプレイ装置。
4. 所定面に形成された画像を観察する光学装置であって、人体の眼球の輻輳状態により決定される前記眼球から前記画像までの輻輳距離と、実際の前記眼球から前記画像までの観察距離とを異ならせる作用を持ち、かつ前記人体に装着される光学系を有し、さらに、前記観察距離を測定する距離測定装置と、前記距離測定装置が測定する前記観察距離が所定範囲にないときに警報を発する警報手段とを有することを特徴とする光学装置。
   
   

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