JP4268415B2

JP4268415B2 - 立体視方法およびヘッドマウントディスプレイ装置

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Publication number: JP4268415B2
Application number: JP2003032697A
Authority: JP
Inventors: 篤史葛岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2004245889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体視方法及びヘッドマウントディスプレイ装置に関するものであり、左右眼の画像信号を、該左右眼のそれぞれに対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察する立体視方法、及びヘッドマウントディスプレイ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の立体視が可能なヘッドマウントディスプレイ装置としては、図８に示すような平面表示装置がある。図８に示す平面表示装置は、液晶表示装置（ＬＣＤ）８００Ｌ、８００Ｒと凸レンズ８０１Ｌ、８０１Ｒを用いるものであり、以下、図８に示す平面表示装置の原理について説明する。例えば、三次元物体８０２、８０４をそれぞれ異なる方向から見た像（これを視差像と呼ぶ）を、カメラ８０３Ｌ、８０３Ｒによって撮像する。このカメラ８０３Ｌ、８０３Ｒからの画像をそれぞれ左右の液晶表示装置８００Ｌ、８００Ｒに入力し、表示する。観察者１は、左右の液晶表示装置８００Ｌ、８００Ｒの別々な表示画像を、それぞれ別々の凸レンズ８０１Ｌ、８０１Ｒを通して、左右の眼で別々に観察する。これにより、観察者１は、同時に両眼により視差像を観察でき、両眼視差による立体視が可能となる。また、観察者１の左眼および右眼のそれぞれに対して、奥行き位置の異なる複数の表示面を配置し、表示対象物体を観察者１の左眼および右眼から見た視差像から、観察者１の左眼および右眼に対する各表示面に表示される二次元像が観察者１の左眼および右眼から見て重なるようにされた左眼および右眼用の複数の二次元像を生成し、観察者１に対する各表示面に表示される二次元像の輝度を、各表示面毎にそれぞれ独立に変化させるものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３３３２１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
立体視を行う際に、例えば、光学的手段を用いて立体画像８０２ａを３ｍ離れた位置で観察した場合、表示素子の枠および周辺部分が、同じく３ｍ離れた位置に見えるため、該枠および周辺部分より手前の奥行き位置であり、周囲の枠に掛かった立体画像部分８０４ａについては、枠よりも手前に見えるように視差を調整していても、枠よりも向こうに見えることから、立体画像における距離の知覚に矛盾が生じ、正常な立体視が阻害される問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するために為されたものであり、観察者が立体画像における知覚に矛盾が生じることなく、正常な立体視を行うことができる立体視方法及びヘッドマウントディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の立体視方法は、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察する立体視方法であって、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、前記三次元立体像がかかった表示素子の枠および周辺部分を遮光するように、遮光手段を左右眼と上記左右の表示素子との間に配置し、該遮光手段を介して、該左右の表示素子を左右眼のそれぞれにより観て三次元立体像を観察するものである。
これにより、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾を、観察者の近傍に枠を設置することにより抑制し、正常な立体視を行うことができる。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の立体視方法は、請求項１に記載の立体視方法において、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より、任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、該表示素子を遮光するように、上記遮光手段による遮光位置の位置制御を行うものである。
これにより、全ての画像信号において、立体画像における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができる。
【０００８】
また、本発明の請求項３に記載の立体視方法は、請求項２に記載の立体視方法において、上記遮光位置の位置制御は、上記左右眼の画像信号の１フレーム内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に該遮光位置を移動させるものである。
これにより、遮光位置が、立体画像における距離の知覚の矛盾がなくなる奥行き位置のうち、観察者から最遠方の奥行き位置となるため、遮光する領域を小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項４に記載の立体視方法は、請求項２に記載の立体視方法において、上記遮光位置の位置制御は、連続して観察する画像信号の内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に該遮光位置を移動させるものである。
これにより、観察する画像信号にあわせて遮光位置を移動させることなく、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の請求項５に記載の立体視方法は、請求項１ないし３のいずれかに記載の立体視方法において、上記左眼用の画像信号と上記右眼用の画像信号とを比較し、上記左右の表示素子に表示された表示対象物体の視差を求めて、上記遮光位置を、観察する表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に設定するように、位置情報を算出するものである。
これにより、画像信号を入力するだけで、遮光位置を求めることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項６に記載の立体視方法は、請求項１ないし４のいずれかに記載の立体視方法において、上記表示素子の遮光位置に応じて、遮光領域の大きさを変化させるものである。
これにより、遮光位置それぞれの位置において、最適な視野で立体視を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の請求項７に記載の立体視方法は、請求項６に記載の立体視方法において、上記遮光領域は、上記表示素子の遮光位置における、該表示素子の周辺部分の遮光を保持し、且つ観察者の視野が最も広く確保できる大きさに変化させるものである。
これにより、遮光位置それぞれの位置において、最適な視野で立体視を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の請求項８に記載の立体視方法は、請求項６または７に記載の立体視方法において、上記遮光手段に液晶表示素子を用いて、該液晶表示素子の透過率を制御することにより、上記遮光領域の大きさを変化させるものである。
これにより、遮光領域を容易に変更できる。
【００１５】
また、本発明の請求項９に記載の立体視方法は、請求項１に記載の立体視方法において、上記遮光手段を、上記表示素子に映し出す立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に設置するものである。
これにより、移動手段を用いることなく、低コストで、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことが実現できる。
【００１６】
また、本発明の請求項１０に記載の立体視方法は、請求項１ないし９のいずれかに記載の立体視方法において、上記表示素子の、上記遮光手段により視界から外れた箇所の画像信号を映し出さないものである。
これにより、画像を表示する消費電力を低減することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項１１に記載の立体視方法は、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察する立体視方法であって、上記左右の表示素子の周辺部分で表示する画像を、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に枠があるものと観察可能とする、左右眼の枠画像とし、三次元立体像とともに上記枠画像を観察するものである。
これにより、表示素子の周囲の枠が、該枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾を生じない位置に枠画像として観察でき、正常な立体視を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察するヘッドマウントディスプレイ装置であって、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、前記三次元立体像がかかった表示素子の枠および周辺部分を遮光するように、遮光手段を左右眼と上記左右の表示素子との間に配置し、該遮光手段を介して、該左右の表示素子を左右眼のそれぞれにより観て三次元立体像を観察するものである。
これにより、立体画像における距離の知覚の矛盾がなく、正常な立体視が行えるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は、連続して観察する前記左右眼の画像信号の内、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より、任意の距離だけ近い奥行き位置にて、該表示素子を遮光するように、遮光位置の位置制御を行う位置制御手段を備えたものである。
これにより、全ての画像信号において、立体画像における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視が行えるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項１４に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記位置制御手段は、観察する前記左右眼の画像信号の１フレーム内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に遮光位置を移動させるものである。
これにより、遮光位置が、立体画像における距離の知覚の矛盾がなくなる位置のうち、観察者から最遠方の奥行き位置となるため、遮光する領域を小さくすることができる。
【００２１】
また、本発明の請求項１５に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記左眼用の画像信号と上記右眼用の画像信号とを比較し、上記左右の表示素子に表示された表示対象物体の視差を求めて、上記遮光位置を、観察する表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に設定するように、位置情報を算出する位置検出手段を備えたものである。
これにより、画像信号の入力だけで遮光位置を求めることができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項１６に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は、上記表示素子の遮光位置に応じて、遮光領域の大きさを変化させる遮光領域制御手段を備えたものである。
これにより、遮光位置それぞれの位置で、最適な視野で立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００２３】
また、本発明の請求項１７に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１６に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光領域制御手段は、該遮光領域を、上記表示素子の遮光位置における、該表示素子の周辺部分の遮光を保持し、且つ観察者の視野が最も広く確保できる大きさに変化させるものである。
これにより、遮光位置それぞれの位置で、最適な視野で立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項１８に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１６または１７に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は液晶表示素子を用いたものとし、上記遮光領域制御手段は、該液晶表示素子の透過率を制御することにより、上記遮光領域の大きさを変化させるものである。
これにより、遮光領域を容易に変更できるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００２６】
また、本発明の請求項１９に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に設置したものである。
これにより、移動手段を用いることなく、低コストで、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００２７】
また、本発明の請求項２０に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、請求項１２ないし１９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記表示素子は、上記遮光手段により視界から外れた箇所の画像信号を映し出さないものである。
これにより、ヘッドマウントディスプレイ装置の消費電力を低減することができる。
【００２８】
また、本発明の請求項２１に記載のヘッドマウントディスプレイ装置は、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察するヘッドマウントディスプレイ装置であって、上記左右の表示素子の周辺部分で表示する画像信号を、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に枠があるものと観察可能とする、左右眼の枠画像信号として保持し、表示対象物体とともに上記枠を表示する枠画像表示手段を備えたものである。
これにより、表示素子の周囲の枠が、該枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾を生じない位置に枠画像として表示され、正常な立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本実施の形態１のヘッドマウントディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。図において１０１は、右眼用表示素子１０２で表示した右眼用の画像を右眼用光学素子１０４を通して右眼で、左眼用表示素子１０３で表示した左眼用の画像を左眼用光学素子１０５を通して左眼で、それぞれ表示した画像を観察することにより、観察者１が両眼視差による立体視が可能となる画像表示装置である。右眼用表示素子１０２と左眼用表示素子１０３は、それぞれ同一スペックであり、例えば液晶ディスプレイ、ＣＲＴなどの画像を表示できるものであればよい。１０４は右眼用光学素子、１０５は左眼用光学素子であり、例えばレンズ、偏光素子等を使用する。
【００３０】
１０６は、画像表示装置１０１により表示される表示素子１０２、１０３の枠および周辺部分を観察者１から見えないようにする遮光装置（遮光手段）である。また、本実施の形態１における遮光装置１０６は、三次元立体像が表示素子１０２、１０３の枠に掛かって見える奥行き位置で観察者１に最も近い奥行き位置より、任意の距離だけ観察者１に近い奥行き位置にて、該枠および周辺部分を遮光するように、遮光位置を移動させることができる位置制御手段（図示せず）を備えている。
【００３１】
次に、遮光位置を決める位置制御手段を、図２を用いて説明する。図２は、観察者１が、遮光装置１０６を通して表示素子１０２、１０３のそれぞれに表示された二次元像の表示対象物体を立体視している様子を表す図、及び観察者１が観察する立体画像である。例えば、図２に示すように表示素子１０２、１０３の枠にかかって映し出される立体画像２００が、観察者１から見える表示素子１０２、１０３の位置（視差０）Ｔ１よりも手前の奥行き位置Ｔ２に表示される場合、位置制御手段は、立体画像２００が見える奥行き位置Ｔ２よりも、任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置で、表示素子１０２、１０３の周辺部分を遮光するように、遮光位置を移動させる。また、奥行き位置Ｔ２については、画像表示装置１０１で表示するために必要となる画像信号を作成する際に求めておき、その位置情報を画像信号と共にヘッドマウントディスプレイ装置に入力し、遮光位置の位置制御を行う。
【００３２】
ここで、位置制御手段は、左右眼の画像信号の１フレーム内で、観察する表示素子の枠に掛かった三次元立体像の奥行き位置の観察者に最も近い奥行き位置で、表示素子１０２、１０３の周辺部分を遮光するように、遮光位置を移動させてもよい。この場合、遮光位置が、立体画像における距離の矛盾がなくなる位置のうち、観察者から最遠方の奥行き位置となるため、遮光する領域を小さくすることができる。
【００３３】
また、連続して観察する画像信号の内で、表示素子１０２、１０３の枠にかかって映し出される立体画像の見える奥行き位置が変化する場合、表示素子１０２，１０３の枠にかかった表示対象物体が表示される奥行き位置で、観察者１に最も近い奥行き位置を基準位置とし、その基準位置で、表示素子１０２、１０３の周辺部分を遮光するように制御することにより、フレームごとに遮光位置の移動を行うより、移動回数を減少させることも可能である。
【００３４】
また、遮光装置１０６は、遮光位置により観察者１の視野が変化するのにあわせて、観察者１の視野が可能な限り広く確保できるように、遮光領域を変える遮光領域制御手段（図示せず）も備えている。
【００３５】
次に、遮光領域を変える方法について図３を用いて説明する。図において、遮光装置３０６は、遮光位置によって透過率を変えることができる液晶表示素子を用いたものである。そして、遮光領域制御手段は、遮光装置３０６の液晶表示素子の透過率を制御することによって、遮光領域を変える。図３のように観察者１から距離１０ａの位置で遮光する場合、距離１０ｂの位置で遮光する場合、それぞれの位置で黒く示した個所の透過率を下げることにより遮光領域を変えることができる。このとき、観察者１は、距離１０ａの位置と距離１０ｂの位置とで遮光する場合は、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）のように画像を観察する。図４（ａ）は、図３における距離１０ａの遮光位置で表示素子１０２、１０３を遮光した三次元立体像を表すものであり、観察者は、黒く示した箇所の、距離１０ａの遮光領域４０１ａが遮光された三次元立体像４０２ａを観察する。図４（ｂ）は、図３における距離１０ｂの遮光位置で表示素子１０２、１０３を遮光した三次元立体像を表すものであり、観察者は、黒く示した箇所の、距離１０ｂの遮光領域４０１ｂが遮光された三次元立体像４０２ｂを観察する。この場合、距離１０ｂの遮光領域４０１ｂは、距離１０ａの遮光領域４０１ａに比べて、視野を広く取ることができる。さらに、表示素子１０２、１０３は、遮光領域の変化により、観察者１の視界から外れた領域については、画像信号を表示しないようにすることができ、これにより、ヘッドマウントディスプレイ装置の消費電力を下げることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態１では、遮光位置について、位置情報を予め求めておく必要があるが、その位置情報が無い場合、人間が立体視可能な最近傍の位置で遮光するように遮光位置を制御、または、遮光装置を設置してもよい。また、遮光装置１０６による遮光領域は、実像を用いていたが、遮光装置１０６と観察者１との間に光学素子を設置し、遮光領域を虚像で表示し、光学素子を制御することにより、その虚像位置を移動させても同様の効果が得られる。
【００３７】
以上のような、本発明の実施の形態１に係るヘッドマウントディスプレイ装置は、左右眼から表示素子１０２、１０３の枠及び周辺部分が見えないように遮光する遮光装置１０６を、観察者１と表示素子１０２、１０３との間に備え、観察者に最も近い位置の立体画像より、任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置で表示素子１０２、１０３の枠及び周辺部分を遮光するので、立体画像における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができる効果が得られる。
【００３８】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るヘッドマウントディスプレイ装置は、画像信号のみの入力で遮光位置を求めるために、左眼用の画像信号と右眼用の画像信号とを比較し、表示対象物体の視差を求めるものである。
【００３９】
次に本発明の実施の形態２に係るヘッドマウントディスプレイ装置について説明する。なお、前述した実施の形態と同じ構成については同じ符号を用い、ここでの説明は省略する。
【００４０】
図５は、本実施の形態２のヘッドマウントディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。図５は基本的に図１の実施の形態１の構成と同じであり、実施の形態１と異なる点を以下に説明する。５０１は、ヘッドマウントディスプレイ装置に送られてくる左右眼の画像信号が画像表示装置１０１で表示される前に、観察する表示素子１０２，１０３の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で、観察者１に最も近い奥行き位置の位置情報を求め、その位置情報を遮光装置１０６に送る位置検出装置（位置検出手段）である。
【００４１】
次に位置検出装置５０１で行う位置検出方法について説明する。位置検出装置５０１では、まず、送られてくる左右眼用の画像を用いて視差を計算する。計算方法は左右眼用の画像の輝度パターンの相関を計算する相関マッチング方法や左右画像のエッジ情報のマッチングを行う方法等、多くの方法が提案されているが、ここでは例として輝度パターンの相関を計算する相関マッチング法について、図６を用いて説明する。図６において、大きさＮ×Ｍの左右眼用の画像を考える。図６（ａ）の左眼用の画像でｎ×ｎ画素（図では３×３画素）のブロック窓を考える。このブロック窓と同じ画像を図６（ｂ）の右眼用の画像で同じサイズの窓を用いて探し、この時の左右のブロック位置のずれを示すベクトル（Δｘ、Δｙ）の水平成分Δｘが、そのブロック窓の中心座標での画像の視差となる。基準となる左眼用の画像のブロック窓の位置を周辺（表示素子１０３の枠）に沿って移動し、全ての場合において右眼用の画像に対応するブロックの位置（視差）を求める。左眼用の画像を基準とした場合、視差の値が正のときは、観察者１から見える表示素子１０２、１０３の奥行き位置（視差０）より奥側を示し、視差の値が負のときは視差０の奥行き位置より手前側に表示対象物体が観察されることを示す。以上のようにして求めた視差の最小値（観察者１に最も近い奥行き位置に表示される表示対象物体の視差）に対して、人間が立体視可能な最近傍の位置とそのときの視差の値の比率から、遮光する位置を算出する。
【００４２】
そして、位置検出装置５０１は、以上のようにして得られた位置情報を、遮光装置１０６に送る。
【００４３】
以上のような、本発明の実施の形態２に係るヘッドマウントディスプレイ装置は、左眼用、及び右眼用の画像信号の相関を基に両画像の視差を求め、画像の奥行き位置を得ることにより、遮光位置を設定するための位置情報を求めることができ、上記画像信号と該位置信号とを用いて、実施の形態１と同様に、観察者における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができる効果が得られる。
【００４４】
（実施の形態３）
実施の形態３に係るヘッドマウントディスプレイ装置は、立体画像における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うため、左右の表示素子の周辺部分で表示する画像信号を、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に枠があるものと観察可能とする、左右眼の枠画像として、表示対象物体とともに表示するものである。
【００４５】
図７を用いて本発明の実施の形態３に係るヘッドマウントディスプレイ装置について説明する。なお、前述した実施の形態と同じ構成については同じ符号を用い、ここでの説明は省略する。
【００４６】
図７は、本実施の形態３のヘッドマウントディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。図７に示す画像表示装置１０１は、基本的に図１の実施の形態１の構成と同じであり、実施の形態１と異なる点を以下に説明する。図において、７００は、左右眼の画像信号として表示素子１０２、１０３の周辺部分で表示する枠画像信号を記憶しておき、表示対象物体とともに枠画像を表示し、該表示対象物体とともに、枠画像の立体視を可能にする枠画像表示装置（枠画像表示手段）である。この枠画像表示装置７００で記憶させておく枠画像信号は、複数の奥行き位置で表示されるように視差を調整した複数のものを用意しておく。そして、該記憶させた枠画像信号から、位置情報で得られた表示奥行き位置よりも、観察者１に近い奥行き位置に表示される枠画像信号を選択し、ヘッドマウントディスプレイ装置に入力された画像信号と共に、枠画像として表示を行う。これにより、観察者１は、三次元立体像とともに、立体の枠画像９００を観察することができ、正常な立体視が可能になる。また、表示する枠のテキスチャーの種類を複数用意しておき、観察者１の好み及び、画像に合わせて選択し、枠を表示しても良い。
【００４７】
以上のような実施の形態３に係るヘッドマウントディスプレイ装置は、表示素子の周辺部分で表示する画像として、位置情報で得られた奥行き位置よりも観察者１に近い奥行き位置に枠が観察可能な枠画像を表示することにより、三次元立体像とともに、立体の枠画像を観察することができ、立体画像における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができる効果が得られる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に係る立体視方法によれば、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察する立体視方法であって、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、前記三次元立体像がかかった表示素子の枠および周辺部分を遮光するように、遮光手段を左右眼と上記左右の表示素子との間に配置し、該遮光手段を介して、該左右の表示素子を左右眼のそれぞれにより観て三次元立体像を観察するので、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾を、観察者の近傍に枠を設置することにより抑制し、正常な立体視を行うことができる効果がある。
【００４９】
また、本発明の請求項２に係る立体視方法によれば、請求項１に記載の立体視方法において、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より、任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、該表示素子を遮光するように、上記遮光手段による遮光位置の位置制御を行うので、全ての画像信号において、立体画像における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができる効果がある。
【００５０】
また、本発明の請求項３に係る立体視方法によれば、請求項２に記載の立体視方法において、上記遮光位置の位置制御は、上記左右眼の画像信号の１フレーム内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に該遮光位置を移動させるものであるので、遮光位置が、立体画像における距離の知覚の矛盾がなくなる奥行き位置のうち、観察者から最遠方の奥行き位置となるため、遮光する領域を小さくすることができる効果がある。
【００５１】
また、本発明の請求項４に係る立体視方法によれば、請求項２に記載の立体視方法において、上記遮光位置の位置制御は、連続して観察する画像信号の内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に該遮光位置を移動させるものであるので、観察する画像信号にあわせて遮光位置を移動させることなく、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができる効果がある。
【００５２】
また、本発明の請求項５に係る立体視方法によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の立体視方法において、上記左眼用の画像信号と上記右眼用の画像信号とを比較し、上記左右の表示素子に表示された表示対象物体の視差を求めて、上記遮光位置を、観察する表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に設定するように、位置情報を算出するので、画像信号を入力するだけで、遮光位置を求めることができる効果がある。
【００５３】
また、本発明の請求項６に係る立体視方法によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の立体視方法において、上記表示素子の遮光位置に応じて、遮光領域の大きさを変化させるので、遮光位置それぞれの位置において、最適な視野で立体視を行うことができる効果がある。
【００５４】
また、本発明の請求項７に係る立体視方法によれば、請求項６に記載の立体視方法において、上記遮光領域は、上記表示素子の遮光位置における、該表示素子の周辺部分の遮光を保持し、且つ観察者の視野が最も広く確保できる大きさに変化させるものであるので、遮光位置それぞれの位置において、最適な視野で立体視を行うことができる効果がある。
【００５５】
また、本発明の請求項８に係る立体視方法によれば、請求項６または７に記載の立体視方法において、上記遮光手段に液晶表示素子を用いて、該液晶表示素子の透過率を制御することにより、上記遮光領域の大きさを変化させるので、遮光領域を容易に変更できる効果がある。
【００５７】
また、本発明の請求項９に係る立体視方法によれば、請求項１に記載の立体視方法において、上記遮光手段を、上記表示素子に映し出す立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に設置するので、移動手段を用いることなく、低コストで、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことが実現できる効果がある。
【００５８】
また、本発明の請求項１０に係る立体視方法によれば、請求項１ないし９のいずれかに記載の立体視方法において、上記表示素子の、上記遮光手段により視界から外れた箇所の画像信号を映し出さないので、画像を表示する消費電力を低減することができる効果がある。
【００５９】
また、本発明の請求項１１に係る立体視方法によれば、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察する立体視方法であって、上記左右の表示素子の周辺部分で表示する画像を、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に枠があるものと観察可能とする、左右眼の枠画像とし、三次元立体像とともに上記枠画像を観察するので、表示素子の周囲の枠が、該枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾を生じない位置に枠画像として観察でき、正常な立体視を行うことができる効果がある。
【００６０】
また、本発明の請求項１２に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察するヘッドマウントディスプレイ装置であって、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、前記三次元立体像がかかった表示素子の枠および周辺部分を遮光するように、遮光手段を左右眼と上記左右の表示素子との間に配置し、該遮光手段を介して、該左右の表示素子を左右眼のそれぞれにより観て三次元立体像を観察するので、立体画像における距離の知覚の矛盾がなく、正常な立体視が行えるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【００６１】
また、本発明の請求項１３に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は、連続して観察する前記左右眼の画像信号の内、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より、任意の距離だけ近い奥行き位置にて、該表示素子を遮光するように、遮光位置の位置制御を行う位置制御手段を備えたので、全ての画像信号において、立体画像における距離の知覚の矛盾をなくし、正常な立体視が行えるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【００６２】
また、本発明の請求項１４に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記位置制御手段は、観察する前記左右眼の画像信号の１フレーム内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に遮光位置を移動させるものであるので、遮光位置が、立体画像における距離の知覚の矛盾がなくなる位置のうち、観察者から最遠方の奥行き位置となるため、遮光する領域を小さくすることができる効果がある。
【００６３】
また、本発明の請求項１５に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１３ないし１５のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記左眼用の画像信号と上記右眼用の画像信号とを比較し、上記左右の表示素子に表示された表示対象物体の視差を求めて、上記遮光位置を、観察する表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に設定するように、位置情報を算出する位置検出手段を備えたので、画像信号の入力だけで遮光位置を求めることができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【００６４】
また、本発明の請求項１６に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１２ないし１４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は、上記表示素子の遮光位置に応じて、遮光領域の大きさを変化させる遮光領域制御手段を備えたので、遮光位置それぞれの位置で、最適な視野で立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【００６５】
また、本発明の請求項１７に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１６に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光領域制御手段は、該遮光領域を、上記表示素子の遮光位置における、該表示素子の周辺部分の遮光を保持し、且つ観察者の視野が最も広く確保できる大きさに変化させるものであるので、遮光位置それぞれの位置で、最適な視野で立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【００６６】
また、本発明の請求項１８に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１６または１７に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は液晶表示素子を用いたものとし、上記遮光領域制御手段は、該液晶表示素子の透過率を制御することにより、上記遮光領域の大きさを変化させるものであるので、遮光領域を容易に変更できるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【００６８】
また、本発明の請求項１９に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記遮光手段は、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に設置したものであるので、移動手段を用いることなく、低コストで、表示素子の周囲の枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾をなくし、正常な立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【００６９】
また、本発明の請求項２０に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、請求項１２ないし１９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、上記表示素子は、上記遮光手段により視界から外れた箇所の画像信号を映し出さないものであるので、ヘッドマウントディスプレイ装置の消費電力を低減することができる効果がある。
【００７０】
また、本発明の請求項２１に係るヘッドマウントディスプレイ装置によれば、左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察するヘッドマウントディスプレイ装置であって、上記左右の表示素子の周辺部分で表示する画像信号を、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に枠があるものと観察可能とする、左右眼の枠画像信号として保持し、表示対象物体とともに上記枠を表示する枠画像表示手段を備えたので、表示素子の周囲の枠が、該枠に掛かった立体画像部分の距離における知覚の矛盾を生じない位置に枠画像として表示され、正常な立体視を行うことができるヘッドマウントディスプレイ装置を提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヘッドマウントディスプレイ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるヘッドマウントディスプレイ装置の遮光位置を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における遮光装置の遮光領域を示す図
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態１における距離１０ａの位置で遮光した場合に、観察される画像の一例を示す図、（ｂ）は本発明の実施の形態１における距離１０ｂの位置で遮光した場合に、観察される画像の一例を示す図。
【図５】本発明の実施の形態２におけるヘッドマウントディスプレイ装置の構成図
【図６】視差の計算方法を説明する図
【図７】本発明の実施の形態３におけるヘッドマウントディスプレイ装置の構成図
【図８】従来の立体視が可能なヘッドマウントディスプレイ装置を示す図
【符号の説明】
１観察者
１０１画像表示装置
１０２表示素子（右眼用）
１０３表示素子（左眼用）
１０４光学素子（右眼用）
１０５光学素子（左眼用）
１０６、３０６遮光装置
２００立体画像
４０１ａ、４０１ｂ遮光領域
４０２ａ、４０２ｂ三次元立体像
５０１位置検出装置
７００枠画像表示装置
９００立体枠画像

Claims

左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察する立体視方法であって、
表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、前記三次元立体像がかかった表示素子の枠および周辺部分を遮光するように、遮光手段を左右眼と上記左右の表示素子との間に配置し、
該遮光手段を介して、該左右の表示素子を左右眼のそれぞれにより観て三次元立体像を観察する、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項１に記載の立体視方法において、
表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より、任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、該表示素子を遮光するように、上記遮光手段による遮光位置の位置制御を行う、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項２に記載の立体視方法において、
上記遮光位置の位置制御は、上記左右眼の画像信号の１フレーム内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に該遮光位置を移動させるものである、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項２に記載の立体視方法において、
上記遮光位置の位置制御は、連続して観察する画像信号の内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に該遮光位置を移動させるものである、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載の立体視方法において、
上記左眼用の画像信号と上記右眼用の画像信号とを比較し、上記左右の表示素子に表示された表示対象物体の視差を求めて、上記遮光位置を、観察する表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に設定するように、位置情報を算出する、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項１ないし４のいずれかに記載の立体視方法において、
上記表示素子の遮光位置に応じて、遮光領域の大きさを変化させる、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項６に記載の立体視方法において、
上記遮光領域は、上記表示素子の遮光位置における、該表示素子の周辺部分の遮光を保持し、且つ観察者の視野が最も広く確保できる大きさに変化させるものである、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項６または７に記載の立体視方法において、
上記遮光手段に液晶表示素子を用いて、該液晶表示素子の透過率を制御することにより、上記遮光領域の大きさを変化させる、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項１に記載の立体視方法において、
上記遮光手段を、上記表示素子に映し出す立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に設置する、
ことを特徴とする立体視方法。
請求項１ないし９のいずれかに記載の立体視方法において、
上記表示素子の、上記遮光手段により視界から外れた箇所の画像信号を映し出さない、
ことを特徴とする立体視方法。
左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に２次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察する立体視方法であって、
上記左右の表示素子の周辺部分で表示する画像を、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に枠があるものと観察可能とする、左右眼の枠画像とし、
三次元立体像とともに上記枠画像を観察する、
ことを特徴とする立体視方法。
左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に２次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察するヘッドマウントディスプレイ装置であって、
表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より任意の距離だけ観察者に近い奥行き位置にて、前記三次元立体像がかかった表示素子の枠および周辺部分を遮光するように、遮光手段を左右眼と上記左右の表示素子との間に配置し、
該遮光手段を介して、該左右の表示素子を左右眼のそれぞれにより観て三次元立体像を観察する、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記遮光手段は、連続して観察する前記左右眼の画像信号の内、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置より、任意の距離だけ近い奥行き位置にて、該表示素子を遮光するように、遮光位置の位置制御を行う位置制御手段を備えた、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記位置制御手段は、観察する前記左右眼の画像信号の１フレーム内で、表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に遮光位置を移動させるものである、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１２ないし１４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記左眼用の画像信号と上記右眼用の画像信号とを比較し、上記左右の表示素子に表示された表示対象物体の視差を求めて、上記遮光位置を、観察する表示素子の枠にかかった三次元立体像の奥行き位置で観察者に最も近い奥行き位置に設定するように、位置情報を算出する位置検出手段を備えた、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１２ないし１４のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記遮光手段は、上記表示素子の遮光位置に応じて、遮光領域の大きさを変化させる遮光領域制御手段を備えた、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１６に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記遮光領域制御手段は、該遮光領域を、上記表示素子の遮光位置における、該表示素子の周辺部分の遮光を保持し、且つ観察者の視野が最も広く確保できる大きさに変化させるものである、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１６または１７に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記遮光手段は液晶表示素子を用いたものとし、
上記遮光領域制御手段は、該液晶表示素子の透過率を制御することにより、上記遮光領域の大きさを変化させるものである、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１２に記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記遮光手段は、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に設置したものである、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
請求項１２ないし１９のいずれかに記載のヘッドマウントディスプレイ装置において、
上記表示素子は、上記遮光手段により視界から外れた箇所の画像信号を映し出さないものである、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。
左右眼の画像信号を、左右眼に対応する左右の表示素子に二次元像を表示して、左右眼により三次元立体像を観察するヘッドマウントディスプレイ装置であって、
上記左右の表示素子の周辺部分で表示する画像信号を、立体視可能な表示対象物体の観察者に最も近い奥行き位置より、観察者に近い奥行き位置に枠があるものと観察可能とする、左右眼の枠画像信号として保持し、表示対象物体とともに上記枠を表示する枠画像表示手段を備えた、
ことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ装置。