JPH10333093A

JPH10333093A - 両眼立体視表示装置

Info

Publication number: JPH10333093A
Application number: JP9160535A
Authority: JP
Inventors: Masao Sakata; 雅男坂田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: JP3882273B2

Abstract

(57)【要約】【課題】近くから遠くまで、観察者の両眼の遠近調節
で調節された距離と輻輳角のずれが小さい立体像を提示
し、視認性を向上させる。【解決手段】画像生成部１は、３次元画像データを観
察位置Ｏからの距離を違えた３つの距離範囲に分割し、
両眼視差により立体像を観察できる３枚の立体視画像を
生成する。近い位置の立体視画像１０１が表示装置８
に、次の立体視画像１０２が表示装置９に、遠い位置の
立体視画像１０３が表示装置１０に表示される。それぞ
れの立体視画像は、ハーフミラー１１および１２とミラ
ー１３で重畳され、観察者から見ると、３枚の仮想スク
リーンの前後に立体像が提示される。観察者は、近い位
置に提示される立体像は近い位置の仮想スクリーン上で
視認し、遠い位置に提示された立体像は遠い位置の仮想
スクリーン上で視認するため、観察者の両眼の遠近調節
により調節された距離と輻輳角のずれは小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、観察者の両眼に
おける視差を利用した両眼立体視表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の両眼立体視表示装置としては、例
えば、図１８に示すようなパララックスバリア方式のも
のがある。この両眼立体視表示装置は、データ蓄積装置
９２、左右画像生成装置９３、画像合成装置９４を有す
る画像生成部９０および表示画面９５および格子状のス
リットを有するパララックスバリア板９６からなる表示
部９１から構成されている。

【０００３】データ蓄積装置９２には、表示しようとす
る物体の形状に関する３次元画像データが収納されてい
る。左右画像生成装置９３では、この３次元画像データ
と事前に定められた観察位置座標から、観察者の左右そ
れぞれの眼から見た視差を算出し、図１９の（ａ）に示
すような、左眼用と右眼用の２枚の画像を生成する。画
像合成装置９４では、これらの２枚の画像を、先ず図１
９の（ｂ）に示すように、微細な短冊状に分割し、左右
それぞれから一つおきに取り出して、これを交互になら
ベ、図１９の（ｃ）に示すような、立体視画像データ１
０４’を合成し、表示部９１に供給する。

【０００４】表示部９１の表示画面９５には、図１９の
（ｄ）に示すように、左右交互に配列された短冊状の立
体視画像１０４が表示され、この立体視画像１０４を所
定の位置からパララックスバリア板９６を通して両眼で
観察すると、左右それぞれの眼は、画面の一部が遮断さ
れた画像を視認することになる。

【０００５】パララックスバリア板９６のスリット幅、
ピッチおよび表示画面の位置関係を適正に設定すること
により、左眼からは、右眼用の画像から生成された短冊
状の画像はパララックスバリア板９６により遮断され
る。そのため、左眼は、図１９の（ａ）に示された左眼
用の画像から生成された短冊状の画像のみを視認する。
同様に、右眼は、図１９の（ａ）に示された右眼用の画
像から生成された短冊状の画像のみを視認し、この両眼
視差により立体像が認識される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の両眼立体視表示装置では、立体像は光学的に
は、空間中の一平面上に形成されるため、観察者の両眼
の遠近調節は、観察位置から平面までの距離に対応して
行われる。一方、提示されている物体を両眼で観察する
場合の視線の輻輳角は、３次元物体の立体像の一点に合
わされる。実空間では、遠近調節で調節された距離と輻
輳角は、連動して変化するが、上記の両眼立体視表示装
置で表示された立体像では、観察位置から表示面までの
距離と表示された立体像までの仮想的な距離は一致しな
いため、遠近調節で調節された距離と輻輳角にずれが生
じる。

【０００７】表示された立体像が、表示面近傍に提示さ
れている場合には、遠近調節で調節された距離と輻輳角
のずれが小さいため、立体像の観察に支障はないが、提
示される立体像が大きな奥行きを有する場合には、ずれ
が大きいため、観察者が違和感を感じたり、長時間の視
認により疲労を感じるという問題があった。したがって
本発明は上記従来の問題点に鑑み、近くから遠くまで、
遠近調節で調節された距離と輻輳角のずれが小さい立体
像を提示し、観察者の視認性を向上し、観察者が感じる
違和感や疲労感が少ない両眼立体視表示装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、左右両眼に対する視差を利用して立体像
を表示する両眼立体視表示装置において、観察位置から
の距離を違えた複数の距離に仮想スクリーンを設定し、
仮想スクリーンを含む距離範囲毎に３次元画像データか
ら視差量を算出して複数の立体視画像を生成する画像生
成手段と、複数の立体視画像を表示する表示手段と、表
示手段に表示された複数の立体視画像を、距離範囲毎に
複数の仮想スクリーンに対応する位置で立体像として重
畳する光学手段とを設けるものとした。また、仮想スク
リーンを、等間隔に設定することができる。さらに、仮
想スクリーンを、観察位置から前記仮想スクリーンまで
の距離の逆数が等間隔になるように設定することもでき
る。また、距離範囲を各々隣接させることができる。さ
らに、距離範囲を、各々部分的に重ならせることもでき
る。

【０００９】また、表示手段が複数の立体視画像を１つ
の表示画面の所定領域に表示することができる。さら
に、光学手段が表示手段に表示された立体視画像を光学
的に重畳するミラーおよびハーフミラー、表示手段に表
示された前記立体視画像を所定の倍率で拡大する光学素
子および観察位置と焦点位置が略一致するように配置さ
れたレンズを有することができる。また、表示手段が複
数の立体視画像を時系列的に表示し、光学手段は、表示
手段に同期して光学素子を駆動することにより、立体像
を重畳することもできる。さらに、表示手段が複数の立
体視画像を、それぞれ異なる発光スペクトルで表示し、
前記光学手段が前記複数の立体視画像を光学的に重畳す
る回折格子を有することもできる。

【００１０】

【作用】観察位置からの距離を違えた複数の距離に仮想
スクリーンを設定し、その仮想スクリーンを含む距離範
囲毎に３次元画像データから視差量を算出して複数の立
体視画像を生成し、その立体視画像を複数の表示装置に
表示し、光学的に重畳する。そのため、それぞれの仮想
スクリーンの前後に立体像が提示され、観察者は近い位
置に提示される立体像は近い位置に設定された仮想スク
リーン上で視認し、遠い位置に提示された立体像は遠い
位置に設定された仮想スクリーン上で視認するため、観
察者の両眼の遠近調節により調節された距離と輻輳角の
ずれは小さくなる。

【００１１】また、仮想スクリーンを、等間隔に設ける
ことにより、提示した立体像を実空間内の基準物体と比
較して距離の絶対値を把握するような場合に、仮想スク
リーンを設けた位置を基準として使用できる。なお、仮
想スクリーンを、前記観察位置から前記仮想スクリーン
までの距離の逆数が等間隔になるように設けることによ
り、各仮想スクリーン間を視点が移動する際の眼屈折力
調整の負担が一定になる。

【００１２】また、複数の距離範囲を隣接させることに
より、立体像の連続性が保たれる。なお、立体視画像の
距離範囲の端部を重ねることにより、光学系のレイアウ
トやレンズの焦点距離に誤差が生じても、提示される立
体像がとぎれることがない。さらに、一つの表示装置で
複数の立体視画像を表示することにより、装置の全体構
成が簡単化する。また、ミラーおよびハーフミラーを用
いて立体視画像を重畳することにより、立体視像と実画
像を重ねて観察できる。また、所定に倍率で拡大する光
学素子を光路に設けることにより、光路長を短縮できる

【００１３】また、複数の立体視画像を時分割表示し、
光学系を同期して移動し、それぞれの立体視画像の光路
長を観察距離に対応させて変更することにより、装置の
全体構成が小型化する。なお、複数の立体視画像を生成
し、異なった周波数の光で表示して、回折格子を用い
て、立体像を重畳することにより、近くから遠くまで、
遠近調節で調節された距離と輻輳角のずれが小さい立体
像を表示することができる。回折格子としてホログラム
を使用すれば、光学系のレイアウト設計の自由度が大き
くなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例により
説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す図であ
る。この両眼立体視表示装置は、３次元画像データから
３枚の立体視画像を生成する画像生成部１と立体視画像
を表示する表示部２と３枚の立体視画像を光学的に重畳
する光学部３から構成されている。画像生成部１は、デ
ータ蓄積装置４、画像分割装置５、左右画像生成装置６
および画像合成装置７から構成される。データ蓄積装置
４には、図２に示すように、互いに異なる位置に配置さ
れている観察位置Ｏと三角垂Ａ、直方体Ｂおよび直方体
Ｃに関する３次元画像データが収納されている。

【００１５】画像分割装置５は、あらかじめ定められた
観察位置座標をもとに、３次元画像データを観察位置Ｏ
からの距離を違えた３点に設けた仮想スクリーンの前後
を含む３つの距離範囲に分割する。観察位置Ｏからもっ
とも近くに設定される仮想スクリーンＳ１と観察位置Ｏ
間の距離を観察距離Ｚ１とし、観察距離Ｚ１の前後の範
囲を距離範囲Ｄ１、仮想スクリーンＳ１より遠い位置に
設定される仮想スクリーンＳ２までの距離を観察距離Ｚ
２、観察距離Ｚ２の前後の範囲を距離範囲Ｄ２、最も遠
い位置に設定される仮想スクリーンＳ３までの距離を観
察距離Ｚ３、観察距離Ｚ３の前後の範囲を距離範囲Ｄ３
とし、距離範囲Ｄ１、Ｄ２およびＤ３は隣接するよう設
定される。

【００１６】左右画像生成装置６は、それぞれの距離範
囲ごとに、３次元画像データと観察位置座標から、観察
位置Ｏにおいて左眼で視認される画像と右眼で視認され
る画像を生成する。本実施例では、図３の（ａ）に示す
三角垂Ａの左目用と右目用の画像、（ｂ）に示す直方体
Ｂの左目用と右目用の画像および（ｃ）に示す直方体Ｃ
の左目用と右目用の画像を生成する。左右画像の生成時
には、左眼と右眼のそれぞれの位置から表示範囲を観察
したときに、表示範囲の物体の前後関係に応じて、近く
に配置された物体が遠方に配置された物体を遮蔽したと
きに生じる、隠れ線および隠れ面の計算も同時に行う。
画像合成装置７では、図３に示すように、これらの左右
画像を短冊状に分割しひとつおきに合成した立体視画像
データ１０１’、１０２’、１０３’を生成し、表示部
２に供給する。

【００１７】表示部２は、観察距離Ｚ１、Ｚ２およびＺ
３に対応した位置に配置された３つの表示装置８、９お
よび１０から構成される。それぞれの表示装置８、９お
よび１０は、図４に示すように、表示画面１４、１５お
よび１６とパララックスバリア板１７、１８および１９
からなり、表示画面１４には、観察位置Ｏの最も近くに
配置されている三角垂Ａの立体視画像１０１が表示さ
れ、表示画面１５には、次に配置されている直方体Ｂの
立体視画像１０２が、表示画面１６には、最遠方に配置
されている直方体Ｃの立体視画像１０３が表示されてい
る。表示画面１４、１５および１６は、観察位置Ｏから
の距離が、それぞれ観察距離Ｚ１、Ｚ２およびＺ３とな
るように配置され、パララックスバリア板１７、１８お
よび１９のスリット幅およびピッチは、観察距離Ｚ１、
Ｚ２およびＺ３に適合するように設定されている。

【００１８】光学部３は、ハーフミラー１１、１２およ
びミラー１３から構成され、表示装置８に表示された立
体視画像１０１は、ハーフミラー１１で反射し、立体像
として観察者に観察される。同様に表示装置９に表示さ
れる立体視画像１０２は、ハーフミラー１２で反射し、
ハーフミラー１１を透過し、表示装置１０に表示される
立体視画像１０３はミラー１３で反射し、ハーフミラー
１２および１１を透過して、立体像として観察者に観察
される。なお、画像蓄積装置４、画像分割装置５、左右
画像生成装置６および画像合成装置７からなる画像生成
部１は発明の画像生成手段を構成し、表示装置８、表示
装置９および表示装置１０からなる表示部２は表示手段
を、ハーフミラー１１、ハーフミラー１２およびミラー
１３からなる光学部３は光学手段を構成する。

【００１９】次に、観察者の両眼の遠近調節により調節
された距離と輻輳角の関係を説明する。図５の横軸は、
眼の遠近調節機能により網膜上にピントが合わされてい
る距離の逆数を示し、省略して調節と表示している。縦
軸は、眼の輻輳機能による注視点までの距離の逆数を示
し、省略して輻輳と表示している。通常、実空間で物体
を観察する場合には、遠近調節による距離と輻輳機能に
よる距離は比例しているため、物体を視認する際には、
その遠近調節による距離と輻輳機能のよる距離は、物体
までの距離に対応して図５の直線Ｋ上を移動する。遠近
調節による距離と輻輳機能による距離にずれが生じた場
合に、観察者が許容できる範囲は、画像の性質や、観察
条件などに左右されるが、直線Ｋの両側に破線で示され
るような所定の幅を持って存在する。また、遠近調節機
能と輻輳機能のうちどちらが優位に機能するかは定説は
ないが、遠近調節による距離を基準として説明を行う。

【００２０】本実施例では、観察位置Ｏから観察距離Ｚ
１、Ｚ２およびＺ３の位置に、仮想スクリーンＳ１、Ｓ
２およびＳ３が設定されている。仮想スクリーン上で
は、遠近調節の距離と輻輳機能による距離にはずれはな
いので、図５のＵ１点、Ｕ２点およびＵ３点に相当す
る。ずれの許容幅を考慮すると、Ｕ１点、Ｕ２点および
Ｕ３点の上下に輻輳機能による距離の許容幅を求めるこ
とができる。各表示装置により表示される距離範囲がこ
の許容幅内に入っていれば、遠近調節の距離と、輻輳機
能の距離のずれは、観察の際に視認性を低下させること
はない。本実施例では、仮想スクリーンＳ１で許容でき
るＸ１からＸ２までを距離範囲Ｄ１に、スクリーンＳ２
で許容できるＸ２からＸ３までを距離範囲Ｄ２に、スク
リーンＳ３で許容できるＸ３からＸ４までを距離範囲Ｄ
３となるように設定することにより、立体像の連続性を
保つことができる。

【００２１】本実施例は以上のように構成され、観察位
置からの距離の異なった３点とその前後の距離範囲の３
次元画像データから３枚の立体視画像を生成し、パララ
ックスバリア板を用いた表示装置に表示し、ハーフミラ
ーおよびミラーを用いて、観察位置からの距離の異なっ
た３点に仮想スクリーンを作成し、立体像を重畳するも
のとしたので、近くから遠くまで、遠近調節で調節され
た距離と輻輳角のずれが小さい立体像を表示し、観察者
の視認性を向上し、違和感や疲労感を低減することがで
きる。

【００２２】さらに、３つの距離範囲を隣接させること
により、立体像の連続性を保ちながら、視認性を向上で
きる。なお、本実施例では、立体視画像を作成するため
のデータとして、蓄積された３次元画像データを使用し
たが、これに限られるものではなく、テレイクジスタン
ス等の遠方に設置された複眼ビデオカメラからの画像を
処理して提示することにより、リアルタイムな立体像を
表示できる。

【００２３】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図６は本実施例の構成を示す図である。この両眼立
体視表示装置は、３次元画像データから３枚の立体視画
像を生成する画像生成部２０と立体視画像を表示する表
示部２と、３枚の立体視画像を光学的に重畳する光学部
２１から構成される。画像生成部２０の画像分割装置２
２は、あらかじめ定められた観察位置座標をもとに、デ
ータ蓄積装置４に蓄積された３次元画像データを観察位
置Ｏからの距離を違えた３つの距離範囲に分割する。

【００２４】観察位置Ｏからもっとも近くに設定される
仮想スクリーンＳ４と観察位置Ｏ間の距離を観察距離Ｚ
４とし、観察距離Ｚ４の前後の範囲を距離範囲Ｄ４、仮
想スクリーンＳ４より遠い位置に設定される仮想スクリ
ーンＳ５までの距離を観察距離Ｚ５、観察距離Ｚ５の前
後の範囲を距離範囲Ｄ５、次に遠い位置に設定される仮
想スクリーンＳ６までの距離を観察距離Ｚ６、観察距離
Ｚ６の前から無限遠方の範囲を距離範囲Ｄ６とし、距離
範囲Ｄ４、Ｄ５およびＤ６は、部分的に重なるように設
定される。画像生成装置２０のその他の構成は、図１に
示す第１の実施例の画像生成部１と同様である。

【００２５】光学部２１は、ハーフミラー１１、１２お
よびミラー１３と、薄肉凸型で焦点距離ｆのレンズ２３
とハーフミラー２４から構成されている。表示装置８、
９および１０に表示された立体視画像１０１、１０２お
よび１０３は、前実施例と同じく、ハーフミラー１１お
よび１２とミラー１３で反射した後、レンズ２３で拡大
され、ハーフミラー２４で反射し、立体像として観察者
に観察される。観察位置Ｏからは、ハーフミラー２４を
通して、実空間にある物体Ｒも観察できる。レンズ２３
は、観察位置Ｏからレンズ２３の焦点距離ｆの位置に略
一致するように配置されている。なお、画像蓄積装置
４、画像分割装置２２、左右画像生成装置６および画像
合成装置７からなる画像生成部２０は発明の画像生成手
段を構成し、ハーフミラー１１、ハーフミラー１２、ミ
ラー１３、レンズ２３およびハーフミラー２４からなる
光学部２１は光学手段を構成する。その他の構成は図１
に示す第１の実施例の画像生成部１と同様である。

【００２６】また、レンズ２３から表示装置８、９およ
び１０の表示画面までの距離を距離ｙ１、ｙ２およびｙ
３とするとｙｉ＜ｆ（ｉ＝１、
２、３）となるように距離ｙ１、ｙ２およびｙ３は設定される。
この時、観察位置Ｏからは、表示画面の正立虚像が観察
され、観察位置Ｏから正立虚像面までの距離を距離Ｙ
１、Ｙ２およびＹ３とすると、ｙ１、ｙ２およびｙ３はＹｉ＝（ｆ・ｆ）／（ｆ−ｙｉ）（ｉ＝１、
２、３）と表わされる。

【００２７】距離Ｙ１、Ｙ２およびＹ３が観察距離Ｚ
４、Ｚ５およびＺ６と一致するように、表示装置８、９
および１０は配置される。また、表示装置８、９および
１０の正立虚像の拡大率をｍ１、ｍ２およびｍ３とする
とｍｉ＝ｆ／（ｆ−ｙｉ）（ｉ＝
１、２、３）となり、図７に示すように観察位置Ｏから見た場合の３
枚の仮想スクリーンを、見込む角度が等しくなる。

【００２８】遠近調節による距離と輻輳機能による距離
にずれが生じた場合に、観察者が許容できる範囲と、表
示される立体像の距離間の関係を図８に示す。図８の横
軸は、眼の遠近調節機能により網膜上にピントが合わさ
れている距離の逆数を示し、省略して調節と表示してい
る。縦軸は、眼の輻輳機能による注視点までの距離の逆
数を示し、省略して輻輳と表示している。本実施例で
は、仮想スクリーンＳ４、Ｓ５およびＳ６は、観察位置
Ｏから観察距離Ｚ４、Ｚ５およびＺ６だけ離れた位置に
設けられ、仮想スクリーン上では、遠近調節の距離と輻
輳機能による距離には、ずれはないので、図８のＵ４
点、Ｕ５およびＵ６点に相当する。各表示装置により表
示される立体視画像がこのＵ４点、Ｕ５点およびＵ６点
の上下の許容幅内に入っていれば、遠近調節の距離と、
輻輳機能の距離のずれは、観察の際に視認性を低下させ
ることはない。本実施例では、さらに、３つの距離範囲
がその端部において重なっている。また、表示装置１０
の表示距離範囲の最大値は、無限遠に設定されている。

【００２９】本実施例は以上のように構成され、第１の
実施例と同様の効果が得られるとともに、ハーフミラー
２４を設けることにより、実空間の物体と両眼立体視表
示装置で提示される立体像を重畳して視認することがで
き、広い応用が可能となる。また、レンズ２３を設ける
ことにより、３つの仮想スクリーンを見込む角度が等し
くなるため、それぞれの面全体を使用した立体像を提示
することができ、同時に光学系を小型化することができ
る。さらに、立体視画像の距離範囲の端部を重ねること
により、光学系のレイアウトやレンズの焦点距離に誤差
が生じても、提示される立体像がとぎれることがない。
距離範囲の最大値を無限遠に設定しているため、一層広
い範囲の立体像を提示できる。なお、本実施例では、レ
ンズ２３として薄肉レンズを使用したが、これに限定さ
れない。

【００３０】次に第３の実施例について説明する。図９
は本実施例の構成を示す図である。この両眼立体視表示
装置は、３次元画像データから３枚の立体視画像を生成
する画像生成部３１と立体視画像を表示する表示部３２
と、３枚の立体視画像を光学的に重畳する光学部３３か
ら構成される。画像生成部３１の画像分割装置３４は、
あらかじめ定められた観察位置座標をもとに、データ蓄
積装置４に蓄積された３次元画像データを観察位置Ｏか
らの距離を違えた３つの距離範囲に分割する。観察位置
Ｏからもっとも近くに設定される仮想スクリーンＳ７と
観察位置Ｏ間の距離をＺ７とし、Ｚ７の前後の範囲を距
離範囲Ｄ７、仮想スクリーンＳ７より遠い位置に設定さ
れる仮想スクリーンＳ８までの距離をＺ８とし、Ｚ８の
前後の範囲を距離範囲Ｄ８、最も遠い位置に設定される
仮想スクリーンＳ９までの距離をＺ９、Ｚ９の前後の範
囲を距離範囲Ｄ９とし、仮想スクリーンＳ７、Ｓ８およ
びＳ９が等間隔で配置され、距離範囲Ｄ７、Ｄ８および
Ｄ９の境界は、仮想スクリーン間の中点となるように設
定されている。画像生成部３１のその他の構成は図１に
示す第１の実施例の画像生成部１と同様である。

【００３１】表示部３２は、その表示画面が３つの表示
領域に分割、それぞれの画面の前にパララックスバリア
板が設けられた表示装置で、それぞれの表示領域には、
立体視画像１０１、１０２および１０３が表示される。
立体視画像１０１は、ハーフミラー１１とハーフミラー
２４で反射し、立体像として観察者に観察される。立体
視画像１０２は、設定された観察距離に対応するように
レンズ３５で拡大され、ハーフミラー１２で反射し、ハ
ーフミラー１１を透過しハーフミラー２４で反射して、
立体像として観察者に観察される。立体視画像１０３
は、設定された観察距離に対応するようにレンズ３６で
拡大され、ミラー１３で反射し、ハーフミラー１２およ
び１１を透過して、ハーフミラー２４で反射して、立体
像として観察者に観察される。なお、画像蓄積装置４、
画像分割装置３４、左右画像生成装置６および画像合成
装置７からなる画像生成部３１は発明の画像生成手段を
構成し、表示部３２は表示手段を、ハーフミラー１１、
ハーフミラー１２、ミラー１３、ハーフミラー２４、レ
ンズ３５およびレンズ３６からなる光学部３３は、光学
手段を構成する。

【００３２】これにより、第１の実施例と同様の効果が
得られるとともに、さらに、仮想スクリーンを等間隔に
設定し、距離範囲の境界を仮想スクリーンの中点に設け
ることにより、提示した立体像を実空間内の基準物体と
比較して距離の絶対値を把握するような場合に、正確に
距離を認識することができる。また、一つの表示装置で
３つの立体視画像を表示することにより、装置の全体構
成を簡単化し、小型化することができる。

【００３３】なお、仮想スクリーンＳ７、Ｓ８およびＳ
９を観察距離Ｚ７、Ｚ８およびＺ９の逆数が等間隔に成
るように設定し、距離範囲Ｄ７、Ｄ８およびＤ９を各距
離範囲の端部から観察位置までの距離の逆数が、その端
部の両側にある仮想スクリーンから観察距離までの距離
の逆数の和の１／２になるように設定することにより、
各仮想スクリーン間を視点が移動する際の眼屈折力調整
の負担を一定にすることができ、近くから遠くまで自然
な擬似立体空間を体験することが可能となる。

【００３４】次に立体視画像を時分割表示する第４の実
施例について説明する。図１０は本実施例の構成を示す
図である。この両眼立体視表示装置は、３次元画像デー
タから３枚の立体視画像を生成する画像生成部１と立体
視画像を時分割表示する表示部４１と、表示部４１と同
期して光学系が機械的に移動する光学部４２から構成さ
れる。実施例１と同様に、画像生成部１で生成された立
体視画像は表示部４１に供給される。表示部４１は、立
体視画像１０１、１０２および１０３を時分割表示する
表示画面とパララックスバリア板からなる表示装置であ
る。光学部４２は、可動ハーフミラー４３、可動ミラー
４４およびミラー４５とレンズ４６から構成されてい
る。なお、表示部４１は発明の表示手段を、可動ハーフ
ミラー４３１、可動ミラー４４およびミラー４５からな
る光学部４２は、光学手段を構成する。

【００３５】可動ハーフミラー４３は、回転軸Ｑ１を中
心にモータで回転され、ストッパ４７で決定される位置
Ｐ１とＰ２の間を移動する。可動ミラー４４は回転軸Ｑ
２を中心にモータで回転され、ストッパ４８で決定され
るＰ３とＰ４の間を移動する。図１１は可動ハーフミラ
ー４３と可動ミラー４４および表示部４１に表示される
立体視画像１０１、１０２および１０３の切り替えのタ
イミングを示すタイミングチャートである。表示部４１
に立体視画像１０１が表示されている時には、可動ハー
フミラー４３はＰ１の位置にある。立体視画像１０１は
可動ハーフミラー４３で反射され、レンズ４６で拡大さ
れ立体像として観察者に視認される。

【００３６】表示部４１に立体視画像１０２が表示され
ているときには、可動ハーフミラー４３はＰ２の位置に
あり、可動ミラー４４はＰ３の位置にある。このために
立体視画像１０２は、可動ハーフミラー４３を透過し、
可動ミラー４４で反射し、可動ハーフミラー４３の上面
で反射してレンズ４６で拡大されて立体像として観察者
に視認される。この時の光路長は、回転軸Ｑ１と、Ｐ３
の位置にある可動ミラー４４間の距離をＬ１として、２
・Ｌ１だけ立体視画像１０１の光路長よりも長くなって
いる。

【００３７】表示部４１に立体視画像１０３が表示され
ているときには、可動ハーフミラー４３はＰ２の位置に
あり、可動ミラー４４はＰ４の位置にある。このために
立体視画像１０３は、可動ハーフミラー４３を透過し、
ミラー４５で反射し、可動ハーフミラー４３の上面で反
射してレンズ４６で拡大されて立体像として観察者に視
認される。この時の光路長は、回転軸Ｑ１とミラー４５
間の距離をＬ２として、２・Ｌ２だけ立体視画像１０１
の光路長よりも長くなっている。

【００３８】本実施例は以上のように構成され、第１の
実施例と同様の効果が得られるとともに、３枚の立体視
画像を時分割表示し、光学系をこれに同期して移動さ
せ、それぞれの立体視画像の光路長を観察距離に対応さ
せて変更するので、一層装置の全体構成を小型化するこ
とができる。

【００３９】次に第５の実施例について説明する。図１
２は本実施例の構成を示す図である。この両眼立体視表
示装置は、３次元画像データから３枚の立体視画像を生
成する画像生成部１と、立体視画像をそれぞれ異なった
周波数を有する光で表示する表示装置５３、５４および
５５からなる表示部５１と、回折格子５６とレンズ５７
およびレンズ５８からなる光学部５２から構成されてい
る。実施例１と同様に、画像生成部１で生成された立体
視画像は表示部５１に供給される。表示部５１は、表示
画面とパララックスバリア板からなる表示装置５３、５
４および５５から構成され、それぞれ異なった周波数の
光で表示されている。それぞれの表示装置５３、５４お
よび５５は、表示された立体視画像１０１、１０２およ
び１０３が回折格子５６で観察位置Ｏに回折される位置
に配置されている。表示装置５３、表示装置５４および
表示装置５５からなる表示部５１は発明の表示手段を構
成し、回折格子５６、レンズ５７およびレンズ５８から
なる光学部５２は光学手段を構成する。

【００４０】本実施例は以上のように構成され、３枚の
立体視画像を生成し、異なった周波数の光で表示して、
回折格子を用いて、立体像を重畳することにより、近く
から遠くまで、遠近調節で調節された距離と輻輳角のず
れが小さい立体像を表示することができる。また、レン
ズ５７およびレンズ５８を設けることにより、それぞれ
の光路長を短くでき、光学系を小型化できる。なお、回
折格子として透過型のホログラムを使用すれば、立体像
と実空間の物体を重畳して表示することができる。ま
た、図１３に示すように、表示装置５３の表示光として
周波数λを中心とする単峰性の発光スペクトルを有する
光を使用し、同時に表示装置５４の表示光として波長λ
±αを中心とした双峰性の発光スペクトルを有する光を
使用し、表示装置５５の表示光として波長λ±βを中心
とした双峰性の発光スペクトルを有する光を使用するこ
とにより、３つの表示光が波長λを中心として対称に形
成されているため、３つの立体像の表示色が、近似色と
なり、自然な立体像を提示することができる。

【００４１】次にパララックスバリア機能をホログラム
に付与した第６の実施例について説明する。図１４は本
実施例の構成を示す図である。この両眼立体視表示装置
は、３次元画像データから３枚の立体視画像を生成する
画像生成部１と立体視画像を表示する表示部６１、パラ
ラックスバリア機能を付与されたホログラム６２から構
成される。実施例１と同様に、画像生成部１で生成され
た立体視画像は表示部６１に供給される。表示部６１
は、透過型液晶パネルを有する表示装置６３、６４およ
び６５から構成され、それぞれ異なった周波数の光源が
使用されている。それぞれの表示装置６３、６４および
６５は、表示された立体視画像１０１、１０２および１
０３がホログラム６２で観察位置Ｏに回折される位置に
配置されている。表示装置６３、表示装置６４および表
示装置６５からなる表示部６１は発明の表示手段を構成
し、ホログラム６２は光学手段を構成する。

【００４２】表示装置６３に対応した光束を回折するホ
ログラムの作成方法を説明する。図１５は、右眼用のホ
ログラムの作成のための装置を示している。参照光用光
源７１は発散光を出力するレーザ光源７２、拡散透過板
７３およびレンズ７４から構成される。レンズ７４は、
拡散透過板７３の実像を仮想像面Ｓの位置に結像するよ
うに配置されている。物体光用のレーザ光源７７から出
射された光は、拡散反射板７８で反射される。拡散反射
板７８は再生時の虚像面に一致するように配置されてい
る。

【００４３】短冊状のスリットマスク７５はホログラム
乾板７６に密着し、スリット幅およびピッチは、観察者
の右眼位置ＯＲから拡散反射板７８の短冊状の領域の一
つおきの部分のみが視認できるように配置されている。
レーザ光源７２およびレーザ光源７７から、それぞれ拡
散透過板７３および拡散反射板７８にレーザ光を照射す
ると、拡散透過板７３および拡散反射板７８で拡散され
たレーザ光がホログラム乾板７６に入射して、その干渉
縞が記録される。これにより右眼用の像再生に対応する
仮想スクリーン情報がホログラムとして記録される。

【００４４】同様に図１６に示す装置で、スリットマス
ク７９を使用して左眼用のホログラムが作成できる。短
冊状のスリットマスク７９はホログラム乾板７６に密着
し、スリット幅およびピッチは、観察者の左眼位置ＯＬ
から拡散反射板７８の短冊状の領域の一つおきの部分の
みが視認できるように配置されている。右眼用のホログ
ラム作成と同様に、レーザ光での干渉縞を、ホログラム
乾板７６に追記録する。ホログラム乾板７６に現像・定
着処理を施し、回折ハーフミラー機能を有するホログラ
ムを作成することができる。

【００４５】表示装置６３は、図１７に示すように、画
像生成部１から立体視画像情報を供給される液晶駆動回
路８１、液晶駆動回路８１により駆動され立体視画像を
表示する透過型液晶パネル８２、光源８３、拡散透過板
８４および投射用のレンズ８５から構成され、図１５の
参照光用光源７１と略一致した位置に配置される。透過
型液晶パネル８２に立体視画像を表示し光源８３から参
照光用光源７１と略一致した波長の光線で照射すること
により、図１５の拡散反射板７８と略一致した位置に仮
想スクリーンＳ１０が形成され、観察者は立体像を視認
することができる。表示装置６４および６５に対応する
ホログラムも、入射角の違いに対応した波長の参照用光
源を適切な位置に配置し、拡散反射板の位置を仮想スク
リーンの位置に配置し、同様に作成することができる。

【００４６】本実施例は以上のように構成され、３次元
画像データから３枚の立体視画像生成し、表示装置に表
示し、パララックスバリア機能を付与されたホログラム
を用いて、観察位置からの距離の異なった３点に仮想ス
クリーンを作成し、立体像を重畳することにより、近く
から遠くまで、遠近調節で調節された距離と輻輳角のず
れが小さい立体像を表示できる。また、ホログラムへの
表示装置からの光線の入射角度は、ホログラム作成時に
任意に決定できるため、光学系のレイアウト設計の自由
度を向上させることができる。なお、各実施例において
は、パララックスバリア方式を使用したが、これに限定
されるものではなく、両眼立体視画像を提示するもので
あればよく、レンチキュラレンズやフライアイレンズを
用いた方式等も使用できる。また、多数の視差像を生成
する多眼式立体視表示装置にも本発明を適用することが
できる。

【００４７】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、観察位置から
の距離の異なった複数の距離範囲の３次元画像データか
ら複数の立体視画像生成し、パララックスバリア板を用
いた表示装置に表示し、ハーフミラーおよびミラーを用
いて、観察位置からの距離の異なった複数の仮想スクリ
ーンを作成し、立体像を重畳することにより、近くから
遠くまで、遠近調節で調節された距離と輻輳角のずれが
小さい立体像を表示し、観察者の視認性を向上し、違和
感や疲労感を低減する。また、仮想スクリーンを、等間
隔に設けることにより、提示した立体像を実空間内の基
準物体と比較して距離の絶対値を把握するような場合
に、仮想スクリーンを設けた位置を基準とし、正確に距
離を認識することができる。さらに、距離範囲の境界を
仮想スクリーンの中点に設けることにより、一層正確に
距離を認識することができる。

【００４８】なお、仮想スクリーンを、前記観察位置か
ら前記仮想スクリーンまでの距離の逆数が等間隔になる
ように設けることにより、各仮想スクリーン間を視点が
移動する際の眼屈折力調整の負担を一定にし、近くから
遠くまで自然な擬似立体空間を体験することが可能とな
る。また、複数の距離範囲を隣接させることにより、立
体像の連続性を保ちながら、視認性を向上できる。な
お、立体視画像の距離範囲の端部を重ねることにより、
光学系のレイアウトやレンズの焦点距離に誤差が生じて
も、提示される立体像がとぎれることがない。さらに、
一つの表示装置で複数の立体視画像を表示することによ
り、装置の全体構成を簡単化し、小型化することができ
る。

【００４９】また、ミラーおよびハーフミラーを用いて
立体視画像を重畳することにより、立体視像と実画像を
重ねて観察することができ、実用性が向上する。また、
レンズを光路に設けることにより、光路長を短縮でき光
学系を小型化することができる。また、複数の立体視画
像を時分割表示し、光学系を同期して移動し、それぞれ
の立体視画像の光路長を観察距離に対応させて変更する
ことにより、一層装置の全体構成を小型化することがで
きる。なお、複数の立体視画像を生成し、異なった周波
数の光で表示して、回折格子を用いて、立体像を重畳す
ることにより、近くから遠くまで、遠近調節で調節され
た距離と輻輳角のずれが小さい立体像を表示することが
できる。回折格子としてホログラムを使用すれば、光学
系のレイアウト設計の自由度を向上させることができ
る。したがって、近くから遠くまで、観察者の両眼の遠
近調節で調節された距離と輻輳角のずれが小さい立体像
が提示され、視認性が向上し、観察者は、違和感や疲労
感を感じることなく、自然な立体像を観察することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】３次元画像データと仮想スクリーンの関係の説
明図である。

【図３】立体視画像を示す図である。

【図４】表示装置を示す図である。

【図５】遠近調節による距離と輻輳機能による距離の関
係を示す図である。

【図６】第２の実施例を示す図である。

【図７】仮想スクリーンを示す図である。

【図８】遠近調節による距離と輻輳機能による距離の関
係を示す図である。

【図９】第３の実施例を示す図である。

【図１０】第４の実施例を示す図である。

【図１１】可動部の動作のタイミングチャートである。

【図１２】第５の実施例を示す図である。

【図１３】表示光の発光スペクトルを示す図である。

【図１４】第６の実施例を示す図である。

【図１５】ホログラム作成方法の説明図である。

【図１６】ホログラム作成方法の説明図である。

【図１７】表示装置を示す図である。

【図１８】従来例を示す図である。

【図１９】立体視画像の説明図である。

【符号の説明】

１、２０、３１、９０画像生成部（画
像生成手段）２、３２、４１、５１、６１、９１表示部（表示手
段）３、２１、３３、４２、５２光学部（光学手
段）４、９２データ蓄積装置５、２２、３４画像分割装置６、９３左右画像生成装
置７、９４画像合成装置８、９、１０、５３、５４、５５、６３、６４、６５
表示装置１１、１２、２４ハーフミラー１３、４５ミラー１４、１５、１６、９５表示画面１７、１８、１９、９６パララックスバ
リア板２３、３５、３６、４６、５７、５８、７４、８５
レンズ４３可動ハーフミラー４４可動ミラー４７、４８ストッパ５６回折格子６２ホログラム７１参照光用光源７２、７７レーザ光源７３、８４拡散透過板７５、７９スリットマスク７６ホログラム乾板７８拡散反射板８１液晶駆動回路８２拡散型液晶パネル８３光源１０１、１０２、１０３、１０４立体視画像１０１’、１０２’、１０３’、１０４’ 立体
視画像データＡ三角垂Ｂ、Ｃ直方体Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６距離範囲Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９距離範囲Ｏ観察位置ＯＲ右眼位置ＯＬ左眼位置Ｑ１、Ｑ２回転軸Ｒ物体Ｓ仮想像面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６仮想スクリーンＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０仮想スクリーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、Ｚ５、Ｚ６観察距離Ｚ７、Ｚ８、Ｚ９観察距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】左右両眼に対する視差を利用して立体像
を表示する両眼立体視表示装置において、観察位置から
の距離を違えた複数の距離に仮想スクリーンを設定し、
該仮想スクリーンを含む距離範囲毎に３次元画像データ
から視差量を算出して複数の立体視画像を生成する画像
生成手段と、前記複数の立体視画像を表示する表示手段
と、該表示手段に表示された前記複数の立体視画像を、
前記距離範囲毎に複数の仮想スクリーンに対応する位置
で立体像として重畳する光学手段とを設けたことを特徴
とする両眼立体視表示装置。
【請求項２】前記仮想スクリーンが、等間隔に設定さ
れていることを特徴とする請求項１記載の両眼立体視表
示装置。
【請求項３】前記仮想スクリーンが、前記観察位置か
ら前記仮想スクリーンまでの距離の逆数が等間隔になる
ように設定されていることを特徴とする請求項１記載の
両眼立体視表示装置。
【請求項４】前記距離範囲が、各々隣接していること
を特徴とする請求項１または２記載の両眼立体視表示装
置。
【請求項５】前記距離範囲が、その端部が該端部の両
側にある仮想スクリーンの中間点に位置するように設定
されることを特徴とする請求項４記載の両眼立体視表示
装置。
【請求項６】前記距離範囲が、前記距離範囲の端部か
ら観察位置までの距離の逆数が、その端部の両側にある
仮想スクリーンから観察距離までの距離の逆数の和の１
／２になるように設定されることを特徴とする請求項４
記載の両眼立体視表示装置。
【請求項７】前記距離範囲が、各々部分的に重なって
いることを特徴とする請求項１、２または３記載の両眼
立体視表示装置。
【請求項８】前記距離範囲が、その端部が該端部の両
側にある仮想スクリーンの中間点から微小範囲外側に広
くなる位置に設けられていることを特徴とする請求項７
記載の両眼立体視表示装置。
【請求項９】前記距離範囲が、前記距離範囲の端部か
ら観察位置までの距離の逆数が、該端部の両側にある仮
想スクリーンから観察距離までの距離の逆数の和の１／
２になる位置から微小範囲外側に広くなる位置に設けら
れるように設定されることを特徴とする請求項７記載の
両眼立体視表示装置。
【請求項１０】前記表示手段が前記複数の立体視画像
を１つの表示画面の所定領域に表示することを特徴とす
る請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載
の両眼立体視表示装置。
【請求項１１】前記光学手段が前記表示手段に表示さ
れた前記立体視画像を光学的に重畳するミラーおよびハ
ーフミラーを有することを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９または１０記載の両眼立体
視表示装置。
【請求項１２】前記光学手段が前記表示手段に表示さ
れた前記立体視画像を所定の倍率で拡大する光学素子を
有することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、７、８、９、１０または１１記載の両眼立体視表示
装置。
【請求項１３】前記光学手段が観察位置と焦点位置が
略一致するように配置されたレンズを有することを特徴
とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１
０、１１または１２記載の両眼立体視表示装置。
【請求項１４】前記表示手段が前記複数の立体視画像
を時系列的に表示し、前記光学手段は、前記表示手段に
同期して光学素子を駆動することにより、立体像を重畳
することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、
７、８または９記載の両眼立体視表示装置。
【請求項１５】前記表示手段が前記複数の立体視画像
を、それぞれ異なる発光スペクトルで表示し、前記光学
手段が前記複数の立体視画像を光学的に重畳する回折格
子を有することを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６、７、８または９記載の両眼立体視表示装置。
【請求項１６】前記発光スペクトルの一つは略単一の
周波数で発光し、他の発光スペクトルは前記略単一の周
波数から長短両側に略等間隔に離れた二つの波長で発光
することを特徴とする請求項１５記載の両眼立体視表示
装置。
【請求項１７】前記光学手段が前記複数の立体視画像
を光学的に重畳する方向性拡散反射面を記録したホログ
ラムを有することを特徴とする請求項１５または１６記
載の両眼立体視表示装置。