JP2010256713A

JP2010256713A - 眼鏡および表示システム

Info

Publication number: JP2010256713A
Application number: JP2009108126A
Authority: JP
Inventors: Kajiro Ushio; 嘉次郎潮; Yutaka Ichihara; 裕市原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】きれいな立体画像を提示する。
【解決手段】表示装置に表示される画像を鑑賞するための眼鏡であって、表示装置は、観視者の左眼に対して与える左眼用画像および観視者の右眼に対して与える右眼用画像を互いに異なる偏光モードで表示し、右眼用画像を観視者の左眼の視界から遮断して、左眼用画像を観視者の左眼に与える左眼フィルタと、左眼用画像を観視者の右眼の視界から遮断して、右眼用画像を観視者の右眼に与える右眼フィルタと、左眼フィルタおよび右眼フィルタを、表示装置に対して傾き可能に保持する保持部と、を備える眼鏡を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、眼鏡および表示システムに関する。

従来、立体（３Ｄ）画像の提示技術が知られている。立体映像を提示する技術の一つとして、物体を右眼から見たときの右眼用画像および当該物体を左眼から見たときの左眼用画像を生成して、右眼用画像を観視者の右眼に対してのみに与え、左眼用画像を観視者の左眼に対してのみに与える技術がある（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平１０−１１７３６２号公報特開２００２−２６２３１０号公報特開平８−２０５２０１号公報

ここで、右眼用画像を観視者の偏光右眼のみに与え、左眼用画像を観視者の左眼のみに与える方法として、偏光の違い利用する方法が知られている。例えば、観視者に立体画像を提示する場合、表示装置は、第１回転方向の円偏光の右眼用画像を表示し、第１回転方向とは逆の第２回転方向の円偏光の左眼用画像を表示する。そして、右眼側に第１回転方向の円偏光を通過させる右眼フィルタと、左眼側に第２回転方向の円偏光を通過させる左眼フィルタとを有する偏光眼鏡を、観視者に装着させる。これにより、右眼用画像を観視者の右眼のみに与え、左眼用画像を観視者の左眼のみに与えることができる。

しかし、表示装置は、完全な円偏光を出力することは困難であり、直線偏光成分が多少含まれた円偏光（即ち、楕円偏光）を出力する。従って、表示装置に対して顔を左右に傾けると、右眼用画像の成分が左眼に漏れ、反対に左眼用画像の成分が右眼に漏れてしまい、観視者はきれいな立体画像を観ることができない。

本発明の一の態様においては、表示装置に表示される画像を鑑賞するための眼鏡であって、前記表示装置は、観視者の左眼に対して与える左眼用画像および前記観視者の右眼に対して与える右眼用画像を互いに異なる偏光モードで表示し、前記右眼用画像を前記観視者の左眼の視界から遮断して、前記左眼用画像を前記観視者の左眼に与える左眼フィルタと、前記左眼用画像を前記観視者の右眼の視界から遮断して、前記右眼用画像を前記観視者の右眼に与える右眼フィルタと、前記左眼フィルタおよび前記右眼フィルタを、前記表示装置に対して傾き可能に保持する保持部と、を備える眼鏡、および表示システムを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

図１は、実施形態に係る表示システム１０の構成例を示す。図２は、表示装置４０による表示例を示す。図３は、左眼用画像上の表示点、右眼用画像上の表示点、及び、観視者により知覚される像の一例を示す。図４は、本実施形態に係る眼鏡５０の一例を示す。図５は、眼鏡５０を装着した観視者の顔が表示装置４０に対して左右に傾いた場合における、当該眼鏡５０の状態の一例を示す。図６は、本実施形態の変形例に係る表示装置４０および眼鏡５０を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、実施形態に係る表示システム１０の構成例を示す。表示システム１０は、２次元の左眼用画像および右眼用画像を用いて立体的画像を提示する。以下では、与えられる２次元画像から、観視者の右眼に提示すべき右眼用画像および左眼に提示すべき左眼用画像を生成する例を説明するが、表示システム１０は、左眼用画像および右眼用画像を外部から受け取ってもよい。なお、表示システム１０に与えられる画像は、静止画像であっても、時間的に連続する複数の静止画像を含む動画像であってもよい。

表示システム１０は、生成部２０と、出力部３０とを備える。生成部２０は、与えられる２次元画像から、左眼用画像および右眼用画像のデータを生成して、出力部３０に供給する。

例えば、生成部２０は、与えられる２次元画像全体の位置を、それぞれ所定のシフト量でずらすことで、左眼用画像および右眼用画像を生成する。より具体的には、生成部２０は、一例として、左眼用画像および右眼用画像の水平方向における相対位置の差（以下、シフト量と称する）が、観視者の両眼間の瞳孔間距離Ｌと略一致するように２次元画像全体をシフトして、左眼用画像および右眼用画像を生成する。例えば、生成部２０は、２次元画像を左にＬ／２シフトした画像を左眼用画像とし、２次元画像を右にＬ／２シフトした画像を右眼用画像する。

ここで、瞳孔間距離は、人間の瞳間の距離（４０ｍｍから９０ｍｍ）であって、当該距離だけ離した位置に左眼用画像および右眼用画像を表示すると、人間が、左眼で見た左眼用画像の表示物と右眼で見た右眼用画像の表示物とを融合して一つの像として認識することができ、且つ、融合した像を無限遠に認識することができる距離である。この場合、観視者の両眼の視線は平行となっている。従って、生成部２０は、２次元画像を表示領域内において左右に０より大きく９０ｍｍ以下の距離分ずらした左眼用画像および右眼用画像を生成することが望ましい。

なお、人間は、両眼の視線が平行な状態から左右に２〜３度程度開いた方向にある対象でも、両眼融合視をできる場合がある。従って、左眼用画像と右眼用画像との間の距離は、左眼の視線が平行状態から左側に３度以下（好ましくは２度）、右眼の視線が平行状態から右側に３度以下（好ましくは２度）ずれる距離であってもよい。左眼用画像と右眼用画像との間の距離が、瞳孔間距離からずれてよい許容量は、観視者と表示面との間の距離が遠くなるほど大きくなる。

また、生成部２０は、一例として、左眼用画像および右眼用画像を生成する処理をコンピュータのソフトウェア演算により行ってもよい。これに代えて、生成部２０は、リアルタイムで伝送または再生されるビデオ信号に対してリアルタイムで画像処理を行ってもよい。

なお、生成部２０は、２次元画像から生成した左眼用画像および右眼用画像に限らず、異なる２つの撮像装置により撮像された視差を有する左眼用画像および右眼用画像を出力してもよい。例えば、左眼に対応する位置に配置された撮像装置により撮影された左眼用画像、および、右眼に対応する位置に配置された撮像装置により撮影された右眼用画像を出力してもよい。

出力部３０は、生成部２０が生成した左眼用画像および右眼用画像を用いて、立体的画像を観視者に提示する。出力部３０は、表示装置４０と、表示装置４０に表示される画像を鑑賞するための眼鏡５０とを有する。

表示装置４０は、観視者の左眼に対して与える左眼用画像および観視者の右眼に対して与える右眼用画像を互いに異なる偏光モードで表示する。即ち、表示装置４０は、左眼用画像を第１偏光モードの光で表示する。更に、表示装置４０は、右眼用画像を、第１偏光モードの光と分離が可能な第２の変更モードの光で表示する。

例えば、表示装置４０は、左眼用画像を第１回転方向の円偏光で表示し、右眼用画像を第１回転方向とは逆の第２回転方向の円偏光で表示する。また、例えば、表示装置４０は、左眼用画像を第１方向の直線偏光で表示し、右眼用画像を第１方向と直交する第２方向の直線偏光で表示してもよい。

眼鏡５０は、表示装置４０が表示した左眼用画像および右眼用画像を偏光フィルタにより分離して、観視者の対応する眼に提示する。即ち、眼鏡５０は、表示装置４０が表示した第１偏光モードの左眼用画像を偏光フィルタにより分離して左眼に与え、表示装置４０が表示した第２偏光モードの右眼用画像を偏光フィルタにより分離して右眼に与える。なお、眼鏡５０については、図４以降において更に説明する。

図２は、表示装置４０による表示例を示す。表示装置４０は、一例として、左眼用画素ラインと、右眼用画素ラインとを有する。

左眼用画素ラインは、一例として、表示領域内の水平ラインを垂直方向に１本ずつ交互に選択した場合における一方（例えば偶数ライン）である。また、右眼用画素ラインは、一例として、表示領域内の水平ラインを垂直方向に１本ずつ交互に選択した場合における、他方のライン（例えば奇数ライン）である。生成部２０は、一例として、２次元画像の左眼用画素ラインに対応する各画素の位置を左側にシフトさせて左眼用画像を生成するとともに、２次元画像の右眼用画素ラインに対応する各画素を右側にシフトさせて右眼用画像を生成する。

そして、生成部２０は、例えば瞳孔間距離分ずれた左眼用画像および右眼用画像を表示装置４０に与える。表示装置４０は、与えられた左眼用画像を左眼用画像ライン上に表示し、与えられた右眼用画像を右眼用画像ライン上に表示する。

表示装置４０は、一例として、左眼用画素ライン上に、第１偏光モードの光（例えば第１回転方向の円偏光または第１方向の直線偏光）を出力させるための光学素子を有する。また、表示装置４０は、一例として、右眼用画素ライン上に、第２偏光モードの光（例えば第２回転方向の円偏光または第２方向の直線偏光）を出力させるための光学素子を有する。これにより、表示装置４０は、第１偏光モードの左眼用画像および第２偏光モードの右眼用画素ラインを並行して出力することができる。

図３は、左眼用画像上の表示点、右眼用画像上の表示点、及び、観視者により知覚される像の一例を示す。人間が近距離の２次元画像を見ている場合、左眼に与えられている画像と右眼に与えられているが画像とは同一ではなく視差がある。人間は、この視差から、見ているものが２次元画像であると認識する。また、人間が無限遠（例えば１０ｍ以上）の物体を見ている場合、左眼に与えられている画像と右眼に与えられているが画像とは、視差がなく同一となる。人間は、無限遠を見ている場合、左眼に与えられている画像と右眼に与えられている画像との間に視差が無いことにより、見ている物体及び景色等に立体感および臨場感を感じる。

表示システム１０は、観視者の瞳孔間距離と同じだけ左右に距離ずらした視差のない（即ち、互いに同じ）左眼用画像および右眼用画像を生成する。そして、表示システム１０は、左眼用画像を観視者の左眼に与え、右眼用画像を観視者の右眼に与える。この結果、表示システム１０は、観視者の左眼および右眼の視線を平行状態とする、即ち、観視者の視線を輻輳させない（左眼および右眼の視線を交差させない）状態とすることができる。これにより、表示システム１０は、観視者を、無限遠を見ている状態にすることができる。即ち、例えば、図３に示されるように、表示システム１０は、観視者に、Ａ点（黒丸の点）およびＢ点（三角の点）をともに無限遠に位置する点として知覚させることができる。

このように表示システム１０は、観視者に無限遠を見ている状態として且つ左眼と右眼とに視差のない画像を与えることにより、観視者に立体的を感じる画像を提供することができる。例えば、表示システム１０は、例えば風景画像等に、窓から外を見たような臨場感を与えることができる。また、表示システム１０は、マクロ撮影などの近距離撮影の画像に、虫眼鏡でみたような実物感を与えることができる。

表示システム１０が、以上のような臨場感および実物感といった現実感を画像に与えることができる理由は、以下のように推定される。表示システム１０は、観視者の視線を輻輳させないので、視差による像の位置の特定をさせることができない。しかし、視差が無い場合であっても、人間は、経験常識から導き出される実際の対象物の大きさと画角から、像の位置を推定している。そして、人間は、このような位置の推定を無意識かつ瞬時に行い、立体感とともに実寸の感覚を得る。従って、表示システム１０は、表示システム１０は、観視者の視線を輻輳させなくても、以上のような現実感を画像に与えることができると推定される。

また、人間は、動画像を見ている場合、遠くの物体は動きが小さく、近くの物体は動きが大きく感じる。人間は、動画像を見ている場合、視差よりも、このような物体の動きに、より強く立体感を感じる。従って、表示システム１０は、動画像を表示する場合には、観視者に立体感をより強く感じさせることができる。

さらに、表示システム１０は、書割り効果と呼ばれる平面が立って見える現象、および、箱庭効果と呼ばれる、奥行きおよび飛び出し感を強調することによって画面の横方向の拡がり感を低下させる現象を発生させない。従って、表示システム１０によれば、自然な立体感および臨場感を有する立体的画像を提供することができる。

また、表示システム１０は、観視者の視線を輻輳させないので、視覚の輻輳と調節との不一致が生じず、不快感を少なくすることができる。また、表示システム１０は、画面よりも遠い位置に立体像を知覚させるので、枠（例えば、窓枠および虫眼鏡の枠等）を通してみるような感覚を観視者に与えることができる。従って、表示システム１０によれば、画面より前に飛び出して見える像が画面枠で不自然に切断される現象が生じず、自然な立体的画像を観視者に提供することができる。

図４は、本実施形態に係る眼鏡５０の一例を示す。図５は、眼鏡５０を装着した観視者の顔が表示装置４０に対して左右に傾いた場合における、当該眼鏡５０の状態の一例を示す。

眼鏡５０は、観視者が表示装置４０に表示される画像を鑑賞する場合において、当該観視者の顔に装着して用いられる。眼鏡５０は、左眼フィルタ６２と、右眼フィルタ６４と、保持部６６とを有する。

左眼フィルタ６２は、当該眼鏡５０が観視者に装着された状態において、左眼に対応する位置に配置される。左眼フィルタ６２は、右眼用画像を観視者の左眼の視界から遮断して、左眼用画像を観視者の左眼に与える。即ち、左眼フィルタ６２は、表示装置４０から出力された第１偏光モードの光を通過させて左眼に与えて、第２偏光モードの光を遮断する。

例えば、表示装置４０が左眼用画像を第１回転方向の円偏光で表示した場合には、左眼フィルタ６２は、第１回転方向の円偏光を通過して第２回転方向の円偏光を遮断する偏光フィルタであってよい。また、例えば、表示装置４０が左眼用画像を第１方向の直線偏光で表示した場合には、左眼フィルタ６２は、第１方向の直線偏光を通過して第２方向の直線偏光を遮断する偏光フィルタであってよい。

右眼フィルタ６４は、当該眼鏡５０が観視者に装着された状態において、右眼に対応する位置に配置される。右眼フィルタ６４は、左眼用画像を観視者の右眼の視界から遮断して、右眼用画像を観視者の右眼に与える。即ち、右眼フィルタ６４は、表示装置４０から出力された第２偏光モードの光を通過させて右眼に与えて、第１偏光モードの光を遮断する。

例えば、表示装置４０が右眼用画像を第２回転方向の円偏光で表示した場合には、右眼フィルタ６４は、第２回転方向の円偏光を通過して第１回転方向の円偏光を遮断する偏光フィルタであってよい。また、例えば、表示装置４０が右眼用画像を第２方向の直線偏光で表示した場合には、右眼フィルタ６４は、第２方向の直線偏光を通過して第１方向の直線偏光を遮断する偏光フィルタであってよい。

保持部６６は、当該観視者の耳に掛けられて、当該眼鏡５０を当該観視者の顔に装着可能とする。また、保持部６６は、当該眼鏡５０が観視者に装着された状態において、左眼フィルタ６２を左眼に対応する位置に保持し、右眼フィルタ６４を右眼に対応する位置に保持する。

更に、保持部６６は、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を、表示装置４０に対して傾き可能に保持する。そして、保持部６６は、表示装置４０に対する当該眼鏡５０の傾きに応じて、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を傾かせる。

例えば、保持部６６は、観視者が当該眼鏡５０を顔に装着して表示装置４０の表示面に正対した状態において、観視者が顔を表示装置４０の表示面の垂直方向に対して右または左に傾かせた場合、顔の傾きとは逆方向に左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を傾かせる。即ち、保持部６６は、観視者が当該眼鏡５０を顔に装着した状態において、顔の傾きに関わらず、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の表示装置４０の表示面の垂直方向に対する傾きを一定とする。

保持部６６は、表示装置４０の表示面の垂直方向が重力方向に一致していれば、例えば、図４および図５に示されるように、重力方向に対する左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の傾きが一定となるように、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を傾かせてもよい。例えば、保持部６６は、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の上部側の一点を回転可能に保持して、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の重力方向に対する傾きを、自重により一定としてもよい。

これにより、保持部６６は、当該眼鏡５０の傾きに関わらず、表示装置４０から出力された光の光軸に対する左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の回転角を一定とすることができる。従って、当該眼鏡５０が表示装置４０の表示面に対して左右に傾いた場合であっても、右眼用画像が左眼フィルタ６２を通過して左眼に漏れる成分、および、左眼用画像が右眼フィルタ６４を通過して右眼に漏れる成分を小さくすることができる。

また、表示装置４０が完全な円偏光の左眼用画像および右眼用画像を出力する場合、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４は、左右に傾いても、逆眼に与えられるべき画像を完全に遮断できる。しかし、表示装置４０は、完全な円偏光を発光ことは困難であり、多少、直線偏光の成分を含んだ円偏光を発光する。即ち、表示装置４０は、右眼用画像および左眼用画像を楕円偏光で出力する。

従って、左眼フィルタ６２は、このような楕円偏光の光に対して適切に光学特性が調整されている場合、左右に傾けば、右眼用画像を左眼へ漏らしてしまう。また、右眼フィルタ６４は、このような楕円偏光の光に対して適切に光学特性が調整されている場合、左右に傾けば、左眼用画像を右眼へ漏らしてしまう。このことから、保持部６６は、以上のように左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を傾かされることにより、表示装置４０が円偏光（正確には楕円偏光）を出力する場合にも、右眼用画像が左眼フィルタ６２を通過して左眼に漏れる成分、および、左眼用画像が右眼フィルタ６４を通過して右眼に漏れる成分を小さくすることができる。

このように、眼鏡５０は、表示装置４０の表示面に対して顔が左右に傾いた場合であっても、右眼用画像と左眼用画像とを確実に分離して、観視者の両眼に与えることができる。これにより、眼鏡５０によれば、観視者の顔の傾きおよび体勢等に関わらず、きれいな立体的画像を観視者に提示することができる。

なお、保持部６６は、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を手動により回転させる調整機構を有してもよい。これにより、観視者が例えば寝転んだ場合等に、観視者自身が手動により左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を最適な傾きに調整することができる。

また、保持部６６の調整機構は、観視者の体勢に応じて左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の傾きを段階的に切り替えてもよい。例えば、保持部６６の調整機構は、観視者が椅子に座って画像を鑑賞する場合における左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の傾き位置と、寝転んで画像を鑑賞する場合における左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４の傾き位置とを切り替える構成であってもよい。

図６は、本実施形態の変形例に係る表示装置４０および眼鏡５０を示す。また、本変形例に係る表示装置４０は、検出部７２と、送信部７４とを更に有する。検出部７２は、表示装置４０に対する観視者の顔の傾きを検出する。検出部７２は、一例として、観視者の顔を撮像して、撮像した画像から表示装置４０に対する観視者の顔の傾きを検出する。

送信部７４は、検出部７２により検出された傾き情報を眼鏡５０へと送信する。送信部７４は、一例として、傾き情報を眼鏡５０へ無線により送信する。

本変形例に係る眼鏡５０は、送信部７４から送信された傾き情報を受信する受信部を更に有する。また、本変形例に係る眼鏡５０の保持部６６は、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を光軸に対して自動で回転させる回転機構を有する。そして、保持部６６は、受信部により受信された表示装置４０に対する観視者の顔の傾きに応じて、左眼フィルタ６２および右眼フィルタ６４を傾かせる。

このような本変形例に係る眼鏡５０によれば、表示装置４０の表示面に対して顔が左右に傾いた場合に、観視者が手動で調整等することなく、右眼用画像と左眼用画像とを確実に分離して、観視者の両眼に与えることができる。これにより、眼鏡５０によれば、観視者が座ったり寝転んだりと体勢を変更する場合であっても、常にきれいな立体的画像を提示することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０表示システム、２０生成部、３０出力部、４０表示装置、５０眼鏡、６２左眼フィルタ、６４右眼フィルタ、６６保持部、７２検出部、７４送信部

Claims

表示装置に表示される画像を鑑賞するための眼鏡であって、
前記表示装置は、観視者の左眼に対して与える左眼用画像および前記観視者の右眼に対して与える右眼用画像を互いに異なる偏光モードで表示し、
前記右眼用画像を前記観視者の左眼の視界から遮断して、前記左眼用画像を前記観視者の左眼に与える左眼フィルタと、
前記左眼用画像を前記観視者の右眼の視界から遮断して、前記右眼用画像を前記観視者の右眼に与える右眼フィルタと、
前記左眼フィルタおよび前記右眼フィルタを、前記表示装置に対して傾き可能に保持する保持部と、
を備える眼鏡。
前記保持部は、前記表示装置に対する当該眼鏡の傾きに応じて、前記左眼フィルタおよび前記右眼フィルタを傾かせる
請求項１に記載の眼鏡。
前記保持部は、重力方向に対する前記左眼フィルタおよび前記右眼フィルタの傾きが一定となるように、前記左眼フィルタおよび前記右眼フィルタを傾かせる
請求項１から２の何れかに記載の眼鏡。
前記表示装置に対する前記観視者の顔の傾きを検出する検出部を更に備え、
前記保持部は、前記顔の傾きに応じて、前記左眼フィルタおよび前記右眼フィルタを傾かせる
請求項１から２の何れかに記載の眼鏡。
観視者の左眼に対して与える左眼用画像および前記観視者の右眼に対して与える右眼用画像を互いに異なる偏光モードで表示する表示装置と、
前記表示装置に表示される画像を鑑賞するための眼鏡と、
を備え、
前記眼鏡は、
前記右眼用画像を前記観視者の左眼の視界から遮断して、前記左眼用画像を前記観視者の左眼に与える左眼フィルタと、
前記左眼用画像を前記観視者の右眼の視界から遮断して、前記右眼用画像を前記観視者の右眼に与える右眼フィルタと、
前記左眼フィルタおよび前記右眼フィルタを、前記表示装置に対して傾き可能に保持する保持部と、
を有する
表示システム。