JPH10239634A - 立体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 眼の疲労の少ない自然な立体映像を表示する
ことができる立体映像表示装置を提供する。 【解決手段】 焦点測定装置１は、眼から注視点までの
視距離を検出する。画像生成装置２は、複数の画素から
成る原画像の画像データと、各画素についての距離デー
タと、視距離と、に基づいてピンボケ処理が施された画
像の表示データを生成する。表示素子３は、表示データ
に基づいて画像を表示する。接眼光学系４は、表示され
た画像を虚像として投影する。投影距離可変機構５は、
注視点の位置に虚像が投影されるように虚像の投影距離
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体映像表示装置
に関するものであり、例えば、ヘッドマウントディスプ
レイ{ＨＭＤ(head mounted display)}等に用いられて、
立体映像を虚像として観察することを可能にする立体映
像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＨＭＤは、ある決められた距離に
右眼用・左眼用の虚像を投影して、両眼視差に基づいて
立体映像の表示を行うように構成されている。この構成
よると人間の眼の焦点調節機能が無視されるため、長時
間立体映像を観察すると眼が疲れるといった問題が発生
する。この問題を解決することを目的とした立体映像表
示装置が、特開平６−２３５８８５号公報で提案されて
いる。この装置は、両眼の視線方向を検出することによ
り眼球輻輳位置を求めて、その眼球輻輳位置に虚像を投
影する構成をとっている。

【０００３】また、立体映像の表示を行う他の装置とし
て、レーザー走査型(いわゆる網膜直接描画タイプ)のＨ
ＭＤが米国特許第5,355,181号で提案されている。この
装置によれば、レーザー走査を行いながら画像の各画素
についての距離データに基づくフォーカシングを高速で
行うことによって、立体映像の表示が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−２３５８８
５号公報で提案されている装置には、左右両眼の輻輳位
置の変化に合わせて表示映像の結像位置を自動調整し、
眼球輻輳位置に結像位置を一致させるといった原理が採
用されている。しかし、眼幅には個人間でバラツキがあ
るため、観察者の眼球輻輳位置を正確に求めるのは困難
である。そして、表示映像の結像位置調整が不正確にな
ると、眼球輻輳位置と結像位置とが一致せず、逆に眼が
疲れやすくなるといった問題が発生する。

【０００５】ところで、立体映像表示装置で遠い背景の
手前に置かれた近距離の物体を見た場合、ぼやけた背景
の前に輪郭のくっきりした手前の物体のエッジがはっき
り見えるのが望ましい。しかし、米国特許第5,355,181
号で提案されている装置によると、手前の物体のエッジ
にぼやけた背景の映像が入り込んでオーバーラップした
状態に見えることになる。このため、立体映像が不自然
になって、現実感が損なわれるといった問題が発生す
る。

【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、眼の疲労の
少ない自然な立体映像を表示することができる立体映像
表示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の立体映像表示装置は、複数の画素から
成る原画像の画像データと、前記原画像の各画素につい
ての距離データと、から生成した画像の表示データに基
づいて、立体映像の表示を行う装置であって、観察者の
眼から注視点までの視距離を検出する検出手段と、この
検出手段で検出された視距離並びに前記画像データ及び
距離データに基づいて、ピンボケ処理が施された画像の
表示データを生成する画像生成手段と、この画像生成手
段で生成された表示データに基づいて画像を表示する画
像表示手段と、この画像表示手段で表示された画像を虚
像として投影する画像投影手段と、前記注視点の位置に
前記虚像が投影されるように虚像の投影距離を制御する
制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】第２の発明の立体映像表示装置は、上記第
１の発明の構成において、前記画像生成手段は、前記表
示データの生成において、前記原画像の各画素について
のピンボケ量を前記距離データ及び前記視距離から求
め、前記各画素についての距離データとその画素の前記
ピンボケ量に相当する領域内に位置する周辺画素につい
ての距離データとを較べて、前記周辺画素よりも観察者
に近い距離データを有する画素についてのみ、その画素
がピンボケになるように前記周辺画素の表示データに処
理を施すことを特徴とする。

【０００９】第３の発明の立体映像表示装置は、立体映
像を表示する装置であって、観察者の眼から注視点まで
の視距離を検出する検出手段と、この検出手段で検出さ
れた視距離に応じてピンボケ処理が施された画像の表示
データを生成する画像生成手段と、この画像生成手段で
生成された表示データに基づいてレーザー光を発するレ
ーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザ
ー光を集光する集光レンズと、この集光レンズで集光さ
れたレーザー光を２次元に走査して中間像を形成するレ
ーザー走査手段と、このレーザー走査手段によって形成
された中間像を虚像として投影する接眼光学系と、前記
注視点の位置に前記虚像が投影されるように前記レーザ
ー光源と前記集光レンズとの間の距離を制御する制御手
段と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】第４の発明の立体映像表示装置は、立体映
像を表示する装置であって、観察者の眼の屈折力を検出
する検出手段と、観察者の眼から注視点までの視距離を
前記検出手段で検出された屈折力から算出する算出手段
と、この算出手段で算出された視距離に応じてピンボケ
処理が施された画像の表示データを生成する画像生成手
段と、この画像生成手段で生成された表示データに基づ
いて画像を表示する画像表示手段と、この画像表示手段
で表示された画像を虚像として投影する画像投影手段
と、前記注視点の位置に前記虚像が投影されるように虚
像の投影距離を制御する制御手段と、を備えたことを特
徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した立体映像
表示装置を、図面を参照しつつ説明する。なお、この実
施の形態による立体映像の表示には、複数の画素から成
る原画像の画像データと、原画像の各画素についての距
離データと、から生成した画像の表示データが用いられ
るが、上記画像データや距離データは、後述するように
既存の装置のハードウェア，ソフトウェアで標準的に生
成されるものである。

【００１２】《立体映像の表示原理(図１〜図４)》ま
ず、この実施の形態に採用されている、立体映像の表示
原理を説明する。図１は観察者Ｐが見ている表示物(リ
ンゴと木)と投影距離Ｌ１，Ｌ２との関係を示してお
り、図２(ａ)はそのために準備された原画像(この原画
像には全面にわたるピンボケがないものとする。)を示
している。この原画像中のリンゴと木の映像を、観察者
Ｐが観察する場合を考える。観察者Ｐからリンゴまでの
距離と木までの距離とが異なって見えるような立体表示
を行う場合、眼Ｅに優しい自然な立体映像が観察される
ようにするためには、観察者Ｐの眼Ｅの焦点が合ってい
る距離(すなわち観察者Ｐの視距離)に応じて虚像の投影
距離を変えてやる必要がある。そこで、観察者Ｐからリ
ンゴまでの距離が２ｍで、観察者Ｐから木までの距離が
５０ｍの場合、眼Ｅがリンゴに焦点を合わせているとき
には投影距離(Ｌ１)が２ｍとなるように虚像Ｓ１を動か
し、眼Ｅが木に焦点を合わせているときには投影距離
(Ｌ２)が５０ｍとなるように虚像Ｓ２を動かす。

【００１３】このとき同時に、投影する映像に立体感を
高めるための画像処理を施す。つまり、観察者Ｐが２ｍ
先のリンゴを見ているときには、図２(ｂ)に示すように
リンゴをくっきり見せて木の方をぼかす画像処理を行
い、観察者Ｐが５０ｍ先の木を見ているときには、図２
(ｃ)に示すように木をはっきり見せてリンゴをぼかす画
像処理を行うのである。このように、原画像中に観察者
Ｐからの距離が異なる表示物が２以上存在する場合に
は、各表示物を構成する画素について遠近関係(つまり
距離データ)を検出し、観察者Ｐが見ていない表示物を
ピンボケ表示することによって、自然な遠近感のある立
体映像を構成する。

【００１４】さらに、リンゴと木が近接又はオーバーラ
ップして観察されるときには、以下のような画像処理を
行う。図３はリンゴと木が近接した映像を示しており、
図４はリンゴと木がオーバーラップした映像を示してい
る。図３，図４において、(ａ)は原画像であり、(ｂ)は
観察者Ｐがリンゴを見ているときの映像であり、(ｃ)は
観察者Ｐが木を見ているときの映像である。

【００１５】観察者Ｐが２ｍ先のリンゴを見ているとき
には、図３(ｂ)，図４(ｂ)中の部分Ｅ１に示すように、
遠景のぼけた木のエッジが近景のくっきりしたリンゴに
重ならずに観察されるようなピンボケ画像の生成を行
う。観察者Ｐが５０ｍ先の木を見ているときには、図３
(ｃ)，図４(ｃ)中の部分Ｅ２に示すように、近景のぼけ
たリンゴのエッジが遠景のくっきりした木に重なって観
察されるようなピンボケ画像の生成を行う。このよう
に、観察者Ｐからの距離が異なる２以上の表示物が近接
又はオーバーラップして観察される場合には、各表示物
を構成する画素について遠近関係(つまり距離データ)を
検出し、ピンボケさせる表示物が手前にあるときのみオ
ーバーラップした表示を行うことによって、更に自然な
遠近感のある立体映像を構成する。

【００１６】《実施の形態の基本構成・表示手順(図
５，図６)》次に、本発明を実施した立体映像表示装置
の基本的な構成を、片眼側について説明する。主な構成
要素は、図５に示すように、焦点測定装置１，画像生成
装置２，表示素子(液晶パネル等の２次元表示素子)３，
接眼光学系４及び投影距離可変機構５である。

【００１７】焦点測定装置１は、観察者Ｐの眼Ｅの屈折
力を検出して、その屈折力に基づいて眼Ｅから注視点ま
での視距離(言い換えれば、眼Ｅが焦点を合わせている
注視点の位置)を算出・出力する検出手段である。検出
された視距離から、観察者Ｐが何メートル先を見ている
かを知ることができる。

【００１８】画像生成装置２は、焦点測定装置１で検出
された視距離と画像データ及び距離データとに基づい
て、後述するピンボケ処理が施された画像の表示データ
Ｃ(ｎ)を生成する画像生成手段である。表示素子３は、
画像生成装置２で生成された表示データＣ(ｎ)に基づい
て画像を表示する画像表示手段である。

【００１９】接眼光学系４は、表示素子３で表示された
画像を虚像として投影する画像投影手段である。投影距
離可変機構５は、原画像中の表示物(例えばリンゴや木)
の画角や位置を変えることなく虚像位置を遠近に動かし
て、眼Ｅの注視点の位置に前記虚像が投影されるよう
に、虚像の投影距離Ｌをオートフォーカスで制御する制
御手段である。

【００２０】図６に示す基本アルゴリズムは、上記構成
要素を用いて行う表示手順を示している。まず、焦点測
定装置１によって、眼Ｅの視距離を検出する(＄１０)。
検出された視距離と、原画像の各画素についての距離デ
ータと、から各画素のピンボケ度合い(ピンボケ量)を算
出し、その結果に基づいて原画像の画像データにピンボ
ケ処理を施して、画像の表示データを生成する(＄２
０)。そして、ピンボケ処理が施された画像の表示デー
タを表示素子３で表示し、その画像を接眼光学系４で虚
像として投影し、その虚像を投影距離可変機構５で注視
点の位置に投影する(＄３０)。

【００２１】《ピンボケ処理(図７〜図１２)》次に、画
像生成装置２(図５)によって行われるピンボケ処理を説
明する。Ｎ個の画素から成る原画像を準備し、各画素に
１〜Ｎ番の番号を与えて任意の画素の番号をｎとする。
原画像の映像{図２〜図４の各(ａ)}には、原画像の各画
素ｎについて、色情報，輝度情報等から成る画像データ
Ａ(ｎ)と、瞳ＥＰから表示物までの距離を表す距離デー
タＢ(ｎ)と、が含まれている。例えば、図７に示すリン
ゴを表示する場合には、表示するリンゴの色情報，輝度
情報が画像データＡ(ｎ)に蓄えられており、２ｍという
距離情報が距離データＢ(ｎ)に蓄えられている{ただ
し、Ｂ(ｎ)の値は、距離が大きい(遠い)ほど大きいもの
とする。}。

【００２２】ピンボケ処理の過程(図８)において、デー
タＡ(ｎ)，Ｂ(ｎ)と虚像の投影距離(すなわち眼Ｅの視
距離)Ｌとから算出された表示データＣ(ｎ)が、表示素
子３による画像表示に用いられる。この表示データＣ
(ｎ)を算出するためのピンボケ処理は、後述するように
原画像のすべての画素１〜Ｎについて順次行われる(図
９)。なお、データＡ(ｎ)，Ｃ(ｎ)は、一般に３原色
(Ｒ，Ｇ，Ｂ)各々の輝度情報で表すことができる。

【００２３】以下に、画素ｎについてのピンボケ処理の
手順を、図９のフローチャートに基づいて説明する。な
お、Ｃ(ｎ)には、初期値として輝度ゼロの情報がピンボ
ケ処理前に入力されているものとする。まず、画素番号
の初期設定(＃１０，ｎ＝１)を行った後、画素ｎについ
ての画像のボケ量ｒｎを算出する(＃２０)。

【００２４】ここで、ボケ量ｒｎの算出方法を図１０に
基づいて説明する。図１０における各符号は以下のよう
に定義される。 Ｉ：観察者Ｐの眼Ｅの網膜上の像面。 ＥＰ：観察者Ｐの眼Ｅの瞳。 ｒ：観察者Ｐの瞳ＥＰの半径。 Ｓ：接眼光学系４を通して観察される虚像面。 Ｒ：虚像面Ｓにおけるボケ像の半径。 ＯＰ：ボケ量ｒｎを計算しようとしている画素ｎを空間
的に配置した物点。 Ｈ：観察者Ｐの瞳ＥＰから物点ＯＰまでの距離(距離デ
ータＢ(ｎ)より)。 Ｌ：観察者Ｐの瞳ＥＰから虚像面Ｓまでの距離(焦点測
定装置１より)。

【００２５】物点ＯＰが理想的な点像のとき、虚像面Ｓ
に観察される物点ＯＰのボケの大きさは、虚像面Ｓにお
けるボケ像の半径：Ｒ＝｜ｒ×(Ｈ−Ｌ)／Ｈ｜で表され
る。これを角度表示(ラジアン)に直すと、ボケ量の大き
さ(半径)：ｒｎ＝｜２ｒ(Ｈ−Ｌ)／ＬＨ｜(ラジアン)と
なる。ここで、実際の計算における瞳ＥＰの半径ｒにつ
いては、観察者Ｐの実際の瞳径を測定してもよいし、予
め決められた数値(例えば１ｍｍ〜５ｍｍ)を用いてもよ
い。

【００２６】図９のフローチャートに戻り、画素ｎにつ
いてのボケがその周辺に位置する画素(以下「周辺画
素」ともいう。)にオーバーラップする領域を求める(＃
３０)。図１１に示すように、接眼光学系２(ｆ：焦点距
離)の焦点位置近傍に眼Ｅを置いて、表示素子３上の映
像を観察するように構成された光学系を考えた場合、表
示素子３上の距離ｐは、見かけ上、ｐ／ｆ(ラジアン)に
相当する。そこで、図１２に示すように、画素ｎからそ
の周辺に位置する任意の画素までの距離を、画素ｎの中
心と上記任意の画素の中心との間隔ｄで定義し、さら
に、式：ｄ／ｆ＜ｒｎを満たす位置にある周辺画素を、
画素ｎがピンボケしてそのボケが上記任意の画素にオー
バーラップする領域(すなわち、ピンボケ量に相当する
領域)内に位置する周辺画素、と定義する。この定義に
あてはまる周辺画素の番号を求め、番号の若い方から順
に、周辺画素ｘ(１)，ｘ(２)，…，ｘ(ｍ)とする。図９
のステップ＃４０で、周辺画素番号ｋの初期設定(ｋ＝
１)を行った後、求められたｍ個の周辺画素ｘ(１)〜ｘ
(ｍ)について、ｘ(１)から順番にｘ(ｍ)まで以下の処理
(＃５０〜＃１００)を施してゆく。

【００２７】周辺画素ｘ(ｋ)が画素ｎと同じか否かを判
定する(＃５０)。周辺画素ｘ(ｋ)が画素ｎと異なるとき
は、画素ｎの周辺に位置する周辺画素ｘ(ｋ)の距離デー
タＢ(ｘ(ｋ))と、オーバーラップさせる画素ｎの距離デ
ータＢ(ｎ)と、を比較する(＃７０)。この判定(＃７０)
では、Ｂ(ｘ(ｋ))とＢ(ｎ)とがほぼ同じ値のとき{例え
ばＢ(ｘ(ｋ))とＢ(ｎ)との距離の差が１０ｍｍ以下のと
き}には、図３(ｃ)，図４(ｃ)に示すようなボケのオー
バーラップが発生するように、距離データの桁数を制限
した上で距離データの比較演算を行う。距離データの桁
数の制限は、例えば１０ｍｍ以下の桁を切り捨てること
によって行う。

【００２８】ステップ＃７０で、周辺画素ｘ(ｋ)よりも
画素ｎの方が手前にあると判定した場合{Ｂ(ｘ(ｋ))≧
Ｂ(ｎ)の場合}、Ｃ(ｘ(ｋ))の３原色の輝度情報に[Ａ
(ｎ)の輝度情報／ｍ]を足し合わせる(＃８０)。これに
より、画素ｎの輝度がｍ個の周辺画素ｘ(１)〜ｘ(ｍ)に
均一に分散される。つまりここでは、画像データＡ(ｎ)
の輝度情報を周辺画素ｘ(１)〜ｘ(ｍ)の数(ｍ)で割って
足し合わせることにより、ピンボケしたｍ個の周辺画素
ｘ(１)〜ｘ(ｍ)が集まってもとの画像データＡ(ｎ)の輝
度と同じになるようにする。この処理によって、図３
(ｃ)，図４(ｃ)に示すように、木のエッジにリンゴのボ
ケが入り込んでオーバーラップした映像が観察されるこ
とになる。

【００２９】一方、ステップ＃７０で、画素ｎよりも周
辺画素ｘ(ｋ)の方が手前にあると判定した場合{Ｂ(ｘ
(ｋ))＜Ｂ(ｎ)の場合}、Ｃ(ｘ(ｋ))を変化させない。Ｃ
(ｘ(ｋ))を変化させないことによって、図３(ｂ)，図４
(ｂ)に示すように、ぼやけた木の前に輪郭のくっきりし
たリンゴのエッジがはっきり観察されることになる。こ
のように、もとのピンボケしていない周辺画素ｘ(ｋ)よ
りも、ピンボケさせようとする画素ｎの方が観察者Ｐか
ら見て手前にある場合にのみ、ボケのオーバーラップ
{図３(ｃ)，図４(ｃ)}が発生するようにするのである。

【００３０】ステップ＃５０の判定で周辺画素ｘ(ｋ)が
画素ｎと同じときには、距離データの比較を行うまでも
なく、既に蓄えられているＣ(ｎ)に[Ａ(ｎ)の輝度情報
／ｍ]を足し合わせる(＃６０)。ステップ＃９０でｋ＝
ｍとなるまで上記処理(＃５０〜＃１００)を繰り返し、
ステップ＃１１０でｎ＝Ｎとなるまで上記処理(＃２０
〜＃１２０)を繰り返すことによって、１からＮまでの
全ての画素について表示データＣ(ｎ)を生成する。得ら
れた表示データＣ(ｎ)に基づいて表示素子３で画像表示
が行われ、接眼光学系４を通してピンボケの発生した映
像が観察者Ｐによって観察される。

【００３１】上記のように、画像生成装置２は、原画像
{図２〜図４の各(ａ)}の各画素についてのピンボケ量ｒ
ｎを、距離データＢ(ｎ)及び視距離Ｌから求め(＃２
０)、各画素ｎについての距離データＢ(ｎ)と周辺画素
ｘ(ｋ)についての距離データＢ(ｘ(ｋ))とを較べて(＃
７０)、周辺画素ｘ(ｋ)よりも観察者Ｐに近い距離デー
タＢ(ｎ)を有する画素ｎについてのみ、その画素ｎがピ
ンボケになるように周辺画素ｘ(ｋ)の表示データＣ(ｘ
(ｋ))に処理(＃８０)を施している。この処理(＃８０)
では、視距離Ｌ及び距離データＢ(ｎ)に基づいて決まる
複数の周辺画素ｘ(ｋ)に、画像データＡ(ｎ)の輝度情報
が分配され、周辺画素ｘ(ｋ)よりも観察者Ｐから遠い距
離データＢ(ｎ)を有する画素ｎについては、この処理
(＃８０)は施されない。このように予め生成された画像
データＡ(ｎ)及び距離データＢ(ｎ)に対してピンボケ処
理を施すことによって、立体映像の立体感を向上させる
ことができる。

【００３２】上記ピンボケ処理に用いる画像データＡ
(ｎ)や距離データＢ(ｎ)は、従来より様々な立体映像表
示に用いられているものである。例えば、３次元スキャ
ナで取り込まれた映像は、画像を構成する各画素の距離
データを画像データと共に持っている。本実施の形態に
よれば、そういった画像でも自然な立体映像観察が可能
である。また、３次元グラフィックスを生成するコンピ
ュータやゲーム機では、画像データを生成する過程で各
画素の距離データを生成し、その距離データをＺバッフ
ァと呼ばれるメモリーに蓄えている。したがって、本実
施の形態によれば、それらの既存の装置のハードウェ
ア，ソフトウェアを活かして、自然な立体映像を観察す
ることが可能である。

【００３３】《レーザー走査型ＨＭＤの光学構成(図１
３)》図１３に、本発明を実施したレーザー走査型のＨ
ＭＤの光学構成を示す。このＨＭＤは、画像表示手段及
び制御手段を構成する表示ユニット１０と、画像投影手
段(接眼光学系)を構成するハーフミラー１６及び凹面鏡
１７と、検出手段を構成する赤外透過フィルター１８及
び焦点調節検出ユニット１９と、を備えている。そし
て、前述した立体映像表示装置における２次元の表示素
子３(図５)の代わりに、レーザー走査装置１４等が画像
表示手段として用いられている。

【００３４】表示ユニット１０は、画像生成装置２(図
５)で生成された表示データに基づいてレーザー光を発
するレーザー光源(ドライバーを含む。)１１，レーザー
光源１１から発せられたレーザー光を集光する集光レン
ズ１２，フォーカシング装置(例えば、リニアモーター
等から成る)１３，レーザー走査装置(例えば、ポリゴン
ミラー，ガルバノミラー等から成る)１４及びハーフミ
ラー１５から成っている。表示データに基づいて画像表
示を行う画像表示手段は、レーザー光源１１，集光レン
ズ１２，レーザー走査装置１４及びハーフミラー１５で
構成されている。また、眼Ｅの注視点の位置に虚像が投
影されるようにレーザー光源１１と集光レンズ１２との
間の距離を制御する制御手段は、集光レンズ１２とフォ
ーカシング装置１３とで構成されている。

【００３５】レーザー光源１１からのレーザー光は、集
光レンズ１２で収束光となり、ハーフミラー１５を透過
する。集光レンズ１２は、フォーカシング装置１３に結
合されており、フォーカシング装置１３からの制御信号
に応じて光軸方向に駆動される。ハーフミラー１５を透
過したレーザー光は、レーザー走査装置１４によって２
次元に走査され、中間像が形成される。レーザー走査装
置１４から出たレーザー光は、ハーフミラー１５で反射
されてハーフミラー１６へ向かう。そして、レーザー光
はハーフミラー１６，凹面鏡１７で反射されて、ハーフ
ミラー１６を透過した後、観察者Ｐの瞳ＥＰの位置に導
かれる。

【００３６】このように、ハーフミラー１６及び凹面鏡
１７から成る接眼光学系は、レーザー走査装置１４によ
って形成された中間像を虚像として投影する。凹面鏡１
７の反射面は、ほぼ瞳ＥＰ位置を中心とした球面状を成
しており、レーザー走査装置１４は、凹面鏡１７の反射
面の球面中心とほぼ等価な位置に配置されている。ま
た、表示ユニット１０によってほぼ球面状の中間像が形
成されるが、その中間像と凹面鏡１７の反射面とはほぼ
同心になっている。

【００３７】ハーフミラー１６の下側に配置されている
焦点調節検出ユニット１９は、赤外線の指標を眼Ｅの網
膜上に投影し、そのコントラストを計測することで眼Ｅ
の焦点調節の様子を検出し、その検出結果から視距離を
得る仕組みになっている。焦点調節検出ユニット１９か
ら眼Ｅまでの光路は、ハーフミラー１６で折り曲げられ
るが、表示ユニット１０からハーフミラー１６を通って
焦点調節検出ユニット１９へ直接入射してくるレーザー
光を避けるために、ハーフミラー１６と焦点調節検出ユ
ニット１９との間に、赤外線のみを透過させる赤外透過
フィルター１８が配置されている。この赤外透過フィル
ター１８によって、ノイズを低減することができる。

【００３８】フォーカシングは、フォーカシング装置１
３で集光レンズ１２を移動させることによって行われる
が、フォーカシングにより虚像位置を調節しても、レー
ザー走査装置１４の走査角度で決まる像の見た目の大き
さ(網膜上の像点位置)は変化しない。このように小さな
集光レンズ１２を移動させることによって、像の大きさ
を変えることなく虚像位置を調節することができるた
め、立体映像表示装置全体を非常に小さくすることがで
きる。また、このＨＭＤはレーザー光源１１を表示ユニ
ット１０に備えた構成になっているが、表示ユニット１
０とは別に光源ユニットを設け、３つのレーザー光源か
らの光(Ｒ，Ｇ，Ｂ)をファイバーに入力し、ファイバー
の出力側端面を図１３における光源位置に配置すること
によって、立体映像表示装置のカラー化を達成すること
も可能である。

【００３９】表示素子３(図５)のような２次元の表示素
子(液晶パネル等)を用いた場合には、投影距離Ｌを変え
るために表示素子３や接眼光学系４を動かすことにな
る。これらの構成要素は比較的サイズが大きいため、十
分な精度を保って動かすことは容易ではない。また、表
示素子３と接眼光学系４との間隔を変えるときに収差に
よる像の劣化が起こらないようにするため、複雑な光学
系が必要になる。図１３に示すようにレーザー走査で表
示を行う表示装置を用いれば、レーザー光源１１や集光
レンズ１２のように比較的小さな構成要素を動かせば済
むため、より簡単に精度良く投影距離Ｌを変えることが
できる。しかも、接眼光学系４(図５)がハーフミラー１
６と凹面鏡１７とから成っているため、簡単な構成であ
るにもかかわらず、像劣化のない投影が可能である。

【００４０】《両眼視ＨＭＤの具体的構成(図１４)》図
１４は、上記ＨＭＤ(図１３)を両眼視用に構成したＨＭ
Ｄの外観を示している。このＨＭＤは、表示ユニット１
０，ハーフミラー１６及び凹面鏡１７から成る観察光学
系を左右両眼用にそれぞれ備えており、立体映像の観察
が可能になっている。焦点調節検出ユニット１９は右眼
側にのみ設けられており、この焦点調節検出ユニット１
９からの信号に基づいてフォーカシング装置１３が制御
されて、左右両眼のフォーカシングが行われる。また、
焦点調節検出ユニット１９からの信号と画像生成装置２
からの信号とに基づいて、前述したピンボケ処理が行わ
れる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように第１〜第４の発明に
よれば、観察者の注視点位置に虚像が投影されるため、
観察者の眼の疲労が少ないという効果がある。また、視
距離に応じたピンボケ処理が映像に施されるため、臨場
感のある自然な立体映像の観察が可能である。

【００４２】第２の発明によれば、ピンボケした背景に
くっきりした前景が見えるという自然な遠近感が得られ
るため、更に臨場感の増した立体映像を観察することが
可能である。この自然な遠近感表示によって、立体映像
観察時の疲労が更に軽減されるという効果もある。

【００４３】第３の発明によれば、例えばフォーカシン
グのために移動させる集光レンズ等を小型化することが
できるので、装置全体を非常に小さくすることができ
る。また、接眼光学系を球面鏡，ハーフミラー等で構成
することができるため、フォーカシングにおいて網膜上
での投影画像の位置ずれを発生させることなく、投影距
離のみを変えることができる。しかも、虚像の全面にわ
たって良好な結像性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した立体映像表示装置に採用され
ている表示原理を説明するための模式図。

【図２】図１における原画像及び観察される映像を示す
図。

【図３】表示物が近接した原画像についてのピンボケ画
像の発生状態を示す図。

【図４】表示物がオーバーラップした原画像についての
ピンボケ画像の発生状態を示す図。

【図５】本発明を実施した立体映像表示装置の基本的構
成要素を示すブロック図。

【図６】本発明を実施した立体映像表示装置の基本的ア
ルゴリズムを示すフローチャート。

【図７】原画像の画像データ，距離データを説明するた
めの図。

【図８】ピンボケ処理の過程を説明するためのブロック
図。

【図９】画像に施すピンボケ処理の手順を示すフローチ
ャート。

【図１０】ボケ量の算出を説明するための図。

【図１１】ある画素についてのボケが周辺画素にオーバ
ーラップする領域を説明するための図。

【図１２】画素ｎについてのボケが周辺画素ｘ(１)〜ｘ
(ｍ)にオーバーラップする領域を説明するための図。

【図１３】本発明を実施したレーザー走査型ＨＭＤの光
学構成を模式的に示す縦断面図。

【図１４】本発明を実施した両眼視ＨＭＤの外観構成を
模式的に示す斜視図。

【符号の説明】

１ …焦点測定装置 ２ …画像生成装置 ３ …表示素子 ４ …接眼光学系 ５ …投影距離可変機構 １０ …表示ユニット １１ …レーザー光源 １２ …集光レンズ １３ …フォーカシング装置 １４ …レーザー走査装置 １５ …ハーフミラー １６ …ハーフミラー １７ …凹面鏡 １８ …赤外透過フィルター １９ …焦点調節検出ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素から成る原画像の画像データ
   と、前記原画像の各画素についての距離データと、から
   生成した画像の表示データに基づいて、立体映像の表示
   を行う装置であって、 観察者の眼から注視点までの視距離を検出する検出手段
   と、 この検出手段で検出された視距離並びに前記画像データ
   及び距離データに基づいて、ピンボケ処理が施された画
   像の表示データを生成する画像生成手段と、 この画像生成手段で生成された表示データに基づいて画
   像を表示する画像表示手段と、 この画像表示手段で表示された画像を虚像として投影す
   る画像投影手段と、 前記注視点の位置に前記虚像が投影されるように虚像の
   投影距離を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする立体映像表示装置。
2. 【請求項２】 前記画像生成手段は、前記表示データの
   生成において、前記原画像の各画素についてのピンボケ
   量を前記距離データ及び前記視距離から求め、前記各画
   素についての距離データとその画素の前記ピンボケ量に
   相当する領域内に位置する周辺画素についての距離デー
   タとを較べて、前記周辺画素よりも観察者に近い距離デ
   ータを有する画素についてのみ、その画素がピンボケに
   なるように前記周辺画素の表示データに処理を施すこと
   を特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
3. 【請求項３】 立体映像を表示する装置であって、 観察者の眼から注視点までの視距離を検出する検出手段
   と、 この検出手段で検出された視距離に応じてピンボケ処理
   が施された画像の表示データを生成する画像生成手段
   と、 この画像生成手段で生成された表示データに基づいてレ
   ーザー光を発するレーザー光源と、 このレーザー光源から発せられたレーザー光を集光する
   集光レンズと、 この集光レンズで集光されたレーザー光を２次元に走査
   して中間像を形成するレーザー走査手段と、 このレーザー走査手段によって形成された中間像を虚像
   として投影する接眼光学系と、 前記注視点の位置に前記虚像が投影されるように前記レ
   ーザー光源と前記集光レンズとの間の距離を制御する制
   御手段と、 を備えたことを特徴とする立体映像表示装置。
4. 【請求項４】 立体映像を表示する装置であって、 観察者の眼の屈折力を検出する検出手段と、 観察者の眼から注視点までの視距離を前記検出手段で検
   出された屈折力から算出する算出手段と、 この算出手段で算出された視距離に応じてピンボケ処理
   が施された画像の表示データを生成する画像生成手段
   と、 この画像生成手段で生成された表示データに基づいて画
   像を表示する画像表示手段と、 この画像表示手段で表示された画像を虚像として投影す
   る画像投影手段と、 前記注視点の位置に前記虚像が投影されるように虚像の
   投影距離を制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする立体映像表示装置。