(57)【要約】【課題】  表示される画像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される表示装置を提供する。【解決手段】  水晶体厚み測定部４３が眼球３１の水晶体４５の厚みを求めて、この水晶体４５の厚みから、網膜３２に焦点が合う距離を求め、この距離に相当する距離情報が付加されている画像部分が明瞭に表示されるように、画像信号処理回路３９が入力部３８から入力される画像情報を光源変調信号およびスキャン制御信号に変換して、光源ドライバ４１およびスキャンドライバ４２によって光源部品３３および光スキャン部品３４をそれぞれ駆動して、眼球３１に画像を表す光を照射する。これによって観察者が見ようとしている距離と、観察者が認識する映像とが距離において一致するので、表示される画像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される。【選択図】      図１
2006195084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に距離の異なる複数の画像部分を含む画像を表す第1画像情報を入力する入力手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
入力手段によって入力された第1画像情報が表す画像のうち、距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分を除く他の画像部分がぼやけるように第1画像情報を画像処理して、第２画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第２画像情報に基づいて、第２画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量に応じて、ぼやける程度が変化するように第２画像情報を生成することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなるように第２画像情報を生成することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分がぼやける程度を変更する変更手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
画像を表す第1画像情報を入力する入力手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離である場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像が明瞭となり、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像がぼやけるように第1画像情報を画像処理して第２画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第２画像情報に基づいて、第２画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
前記予め定める範囲の距離を設定する設定手段を有することを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
前記予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、１ｃｍ以上１０ｍ未満に選ばれることを特徴とする請求項５または６記載の表示装置。
【請求項８】
前記照射手段は、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなくように、入力手段によって入力された画像情報に基づいて光を眼球に照射することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項９】
前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記画像がぼやける程度を変更する変更手段を含むことを特徴とする請求項８記載の表示装置。
【請求項１０】
画像を表す画像情報を入力する入力手段と、
入力手段によって入力された画像情報に基づいて、この画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離に基づいて、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段とを有することを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
前記光調整手段は、光源が画像情報に基づいて発光している間、常に前記光の平行度を調整することを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記光調整手段によって、前記光の平行度を調整するか否かを選択する選択手段を有し、
前記照射手段は、選択手段によって光の平行度の調整することが選択されているときにのみ、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整することを特徴とする請求項１０記載の表示装置。
【請求項１３】
前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１４】
前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１３記載の表示装置。
【請求項１５】
前記距離計測手段は、角膜および大気の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１６】
前記距離計測手段は、角膜および大気の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１５記載の表示装置。
【請求項１７】
前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差と、網膜によって反射される光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項１８】
前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、網膜によって反射される反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１７記載の表示装置。
【請求項１９】
前記距離計測手段は、各反射光の位相差を検出することによって、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１４、１６または１８記載の表示装置。
【請求項２０】
前記距離計測手段は、前記各反射光の位相差を、各反射光が干渉した後の光強度に基づいて検出すること特徴とする請求項１９記載の表示装置。
【請求項２１】
前記距離計測手段は、前記各反射光の強度が、この反射光の波長によって変化することに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項２１記載の表示装置。
【請求項２２】
前記距離計測手段は、可視領域の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項２３】
前記距離計測手段は、可視領域外の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項２４】
前記距離計測手段は、照射手段によって眼球に照射される光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項２５】
視線の方向を検出する視線検出手段を含み、
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、網膜に焦点が合う距離を補正することを特徴とする請求項１３〜２４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項２６】
視線の方向を検出する視線検出手段を含み、
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、視線の方向に平行な光によって、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする請求項１３〜２４のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項２７】
前記距離計測手段は、照射手段が眼球に照射する光のうち、視線の方向に平行な光を選択して用いることを特徴とする請求項２６の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼球から数センチ〜数十センチの距離に配置されて、画像情報に基づいて光を眼球に照射することによって、利用者に映像を認識させることができる表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２２は、第１の従来の技術の表示装置１の構成を示す模式図である。第1の従来の技術では、点光源２から出射した光は、透過型フィルム３を通ってレンズ４によって集光される。集光された光は、瞳孔５を通って網膜６に達し、網膜６にフィルムと同一の画像が投影される。
【０００３】
第１の従来の技術では、点光源２から出射される光の光路はひとつに限られるためフィルム３によって形成された像は、ぼやけることなく網膜に達する。したがって、使用者の視力に関わらず、あるいは使用者の水晶体がどのような厚みであっても、すなわち使用者が近くを見ていたとしても、遠くを見ていいたとしても、使用者は、明瞭な画像を認識することが可能である（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
図２３は、第２の従来の技術の表示装置７の構成を示す模式図である。第２の従来の技術では、光源８から出射された光は、第１レンズ９によって集光される。前記光源８から出射された光は、集光の過程でスキャンシステム１０によって、たとえばラスターパターンで走査され、射出瞳拡大素子１１上で焦点を結ぶ。射出瞳拡大素子１１は、回折格子、拡散板、レンズアレイおよびファイバーフェースプレートなどによって実現される一旦集光した光を拡げる光学素子である。第１レンズ９によって集光された光は前記光を広げる光学素子によって拡げられ、第２レンズ１２に向かう。第２レンズ１２を通った光は、各画素毎に幅を持った平行光となり、眼球１３へ向かう。角膜から瞳孔を通った光は、水晶体１４に集光されて網膜１５上で焦点を結び、画像を形成する（たとえば特許文献２参照）。
【０００５】
第１の従来の技術では、レンズ４によって集光された光が、瞳孔５を通る必要がある。そのため、瞳孔５の位置が観察者の眼球運動およびディスプレイの位置ずれなどによって変化した場合には、光が瞳孔を通らず、画像が認識できなくなるという問題があるが、第第２の従来の技術では、射出瞳拡大素子１１および第２レンズ１２によって、画素ごとの光を、幅を持った平行光とし、すなわち射出瞳の径を大きくすることによって、その平行光の幅の範囲は眼球運動やディスプレイの位置ずれなどにより瞳孔位置がずれても画像を認識することが可能としている。
【０００６】
図２４は、第３の従来の技術の表示装置１６の構成を示す模式図である。第３の従来の技術では、複数の点光源１７から出射された光は、第１レンズ１８によって液晶ディスプレイ１９上で集光され、液晶ディスプレイ１９によって変調されて第２レンズ２０に向かう。第２レンズ２０は、各光源１７から出射した光を、幅を持った平行光として眼球２１へと導く。この平行光のうち、瞳孔を通った光が水晶体によって集光されて網膜上に結像する。第３の従来の技術においても、第２の従来の技術と同様に、眼球の近傍では、各画素の光が幅を持った平行光として導かれているため、眼球運動およびディスプレイの位置ずれなどがあっても映像を見ることが可能としている。
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１３６８１８号公報
【特許文献２】米国特許第６１５７３５２号明細書
【特許文献３】特開２００４−１５７１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
第２および第３の従来の技術において共通している点は、眼球へ導かれる光を、いずれも平行光かそれに近いものとしている点である。平行光となった光を水晶体によって集光する場合には、水晶体を最も薄くする状態、つまり、眼は遠くを見る状態にしている必要がある。実際には水晶体の厚みはおよそ１ｍ以上の距離のものを見る際にはほとんど変化せず、つまり、１ｍ以上遠くを見る眼をしていれば、常にピントが合った状態を保つことができる。この特徴は、第１〜第３の従来の技術においては、顕著な長所であり、水晶体をほぼ調整する必要なく画像を明瞭に見ることができるので、目が疲れにくい表示装置を実現することができる。
【０００９】
しかしながら、前述した第２および第３の従来の技術における特徴は、第１の従来の技術と同様に以下に述べる欠点も生じる。人は、たとえば両目による視差や、像の重なり具合、自身の手の長さとの比較などの、さまざまな情報から距離感を得ているが、水晶体による焦点の調節によっても距離感を得ている。つまり人は、遠くを見る眼をしたときに焦点が合うものは遠くにあると認識し、近くを見る眼をしたときに焦点が合うものは近くにあると認識している。
【００１０】
ところが第１〜第３の従来の技術では、どのような眼の状態であっても焦点が合うため、観察者は、画像がどのような距離にあるのかを認識することができない。かなり近くを見る眼の状態のときには画像がぼやけるので、観察者は画像が近くにないことだけは認識できるが、ある程度以上遠くを見る眼をしている限りは、どのような眼の状態であっても焦点が合うため距離感がつかみにくいという問題がある。
【００１１】
このような問題は、単眼で画像を見る場合でも、両眼で立体画像を見る場合でも、違和感として認識される。これによって、長時間連続して使用するような状況では、観察者が「酔う」といった問題が生じる。また、両眼で立体画像を見る場合には、視差によって認識させる距離感と、眼の焦点から感じられる距離感が一致しないことによって、やはり観察者は、違和感を感じたり、「酔い」を生じたりするという問題がある。
【００１２】
また表示装置の使用状況によっては、逆に、眼がどの距離を見ようとしている場合でも、観察者は、常に焦点が合った画像を認識したい場合もある。たとえば修理対象機器と図面を見比べるなど、現実の対象物と、表示装置によって表示される文字情報などを頻繁に繰り返し交互に見る必要があるような場合では、いちいち焦点を変えることが眼の疲労の原因と成り得る。この様な場合には、むしろどこの距離にあるかをきっちり観察者に認識させるよりは、とにかく常に焦点が合った画像とすることが有効である。
【００１３】
前述した第２および第３の従来の技術では、眼球運動およびディスプレイの位置ずれによる瞳孔位置の変化に対応するために、瞳孔に入射する光は略平行光であることが前提となっており、近くを見る眼をしているときには入射光は網膜で焦点を結ばない。そのため画像を明瞭に見ようとすると、観察者は遠くを見る眼をする必要があり、近くの実物を見ている状態から表示装置によって表示される画像を見ようとする際には、水晶体の厚みを変えて焦点を調節する必要があり、このことが眼球の疲労につながるという問題がある。
【００１４】
したがって本発明の目的は、表示される画像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、相互に距離の異なる複数の画像部分を含む画像を表す第1画像情報を入力する入力手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
入力手段によって入力された第1画像情報が表す画像のうち、距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分を除く他の画像部分がぼやけるように第1画像情報を画像処理して、第２画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第２画像情報に基づいて、第２画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置である。
【００１６】
また本発明は、前記画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量に応じて、ぼやける程度が変化するように第２画像情報を生成することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなるように第２画像情報を生成することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分がぼやける程度を変更する変更手段を含むことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、画像を表す第1画像情報を入力する入力手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離である場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像が明瞭となり、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、入力手段によって入力された画像情報が表す画像がぼやけるように第1画像情報を画像処理して第２画像情報を生成する画像処理手段と、
画像生成手段によって生成された第２画像情報に基づいて、第２画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段とを含むことを特徴とする表示装置である。
【００２０】
また本発明は、前記予め定める範囲の距離を設定する設定手段を有することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、１ｃｍ以上１０ｍ未満に選ばれることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記照射手段は、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなくように、入力手段によって入力された画像情報に基づいて光を眼球に照射することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記画像がぼやける程度を変更する変更手段を含むことを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、画像を表す画像情報を入力する入力手段と、
入力手段によって入力された画像情報に基づいて、この画像情報が表す画像を眼球に照射する照射手段と、
眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求める距離計測手段と、
距離計測手段によって求めた距離に基づいて、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段とを有することを特徴とする表示装置である。
【００２５】
また本発明は、前記光調整手段は、光源が画像情報に基づいて発光している間、常に前記光の平行度を調整することを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記光調整手段によって、前記光の平行度を調整するか否かを選択する選択手段を有し、
前記照射手段は、選択手段によって光の平行度の調整することが選択されているときにのみ、照射手段によって照射された光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記距離計測手段は、角膜および大気の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記距離計測手段は、角膜および大気の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差と、網膜によって反射される光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、前記距離計測手段は、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、網膜によって反射される反射光とに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、前記距離計測手段は、各反射光の位相差を検出することによって、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、前記距離計測手段は、前記各反射光の位相差を、各反射光が干渉した後の光強度に基づいて検出すること特徴とする。
【００３５】
また本発明は、前記距離計測手段は、前記各反射光の強度が、この反射光の波長によって変化することに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３６】
また本発明は、前記距離計測手段は、可視領域の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３７】
また本発明は、前記距離計測手段は、可視領域外の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３８】
また本発明は、前記距離計測手段は、照射手段によって眼球に照射される光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００３９】
また本発明は、視線の方向を検出する視線検出手段を含み、
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、網膜に焦点が合う距離を補正することを特徴とする。
【００４０】
また本発明は、視線の方向を検出する視線検出手段を含み、
前記距離計測手段は、視線検出手段の検出結果に基づいて、視線の方向に平行な光によって、網膜に焦点が合う距離を求めることを特徴とする。
【００４１】
また本発明は、前記距離計測手段は、照射手段が眼球に照射する光のうち、視線の方向に平行な光を選択して用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、距離計測手段が眼球の状態に基づいて、網膜に焦点が合う距離を求め、画像処理手段が、前記距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分を除く他の画像部分がぼやけるように第２画像情報を生成する。照射手段が、第２画像情報が表す画像を眼球に照射することによって、観察者は前記距離計測手段によって求めた距離に相当する距離の画像部分について、明瞭な映像として認識させ、その他の画像部分について、ぼやけた映像として認識させることができる。したがって、観察者の網膜に焦点が合う距離に見えるべき映像のみを、観察者に明瞭に認識させることができ、言い換えれば観察者が対象物にピントを合わせた状態で認識する像と同じように、映像を認識させることができる。観察者が見ようとしている距離と、眼球に照射される画像とが、距離において一致するので、観察者が認識する映像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される。また観察者が実際の対象物を見る場合と同様に、映像を認識させることができるので、観察者は臨場感を得ることができる。
【００４３】
また本発明によれば、画像処理手段が、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量に応じて、ぼやける程度が変化するように第２画像情報を生成するので、この第２画像情報を表す画像を認識する観察者に、複数の画像部分において距離が異なるように認識させることができる。これによって、観察者に、より実際に対象物を見る場合と同じように、第２画像情報が表す画像を認識させることができる。
【００４４】
また本発明によれば、画像処理手段が、距離計測手段によって求めた距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分について、距離計測手段によって求めた距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度を大きくなるように第２画像情報を生成するので、この第２画像情報を表す画像を認識する観察者に、複数の画像部分において網膜に焦点が合う距離から離反するほど、映像が大きくぼやけるように認識させることができる。これによって、観察者に、より実際に対象物を見る場合と同じように、第２画像情報が表す画像を認識させることができる。
【００４５】
また本発明によれば、変更手段によって画像要素がぼやける程度を変更することができるので、第２画像情報が表す画像を観察者の好みに応じたものとすることができる。
【００４６】
また本発明によれば、画像処理手段は、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離である場合に、入力手段によって入力された第１画像情報が表す画像が明瞭となり、予め定める範囲の距離ではない場合に、第１画像情報が表す画像がぼやけるように第２画像情報を生成する。照射手段が、第２画像情報に基づいて、この第２画像情報が表す画像を眼球に照射する。これによって網膜に焦点が合う距離が、予め定める範囲の距離となったとき、言い換えれば観察者の眼が予め定める範囲の距離を見る状態となったときに、観察者は第２画像情報が表す画像を明瞭に認識することができるので、どの距離に画像があるか分からないといった距離感における観察者の違和感を低減することができ、さらにその結果として「酔い」を低減することができる。
【００４７】
また本発明によれば、設定手段によって前記予め定める範囲の距離を設定することができるので、観察者の好みに応じて前記予め定める範囲の距離を設定することができ、観察者の好みに応じた画像を表示させることができる。
【００４８】
また本発明によれば、予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、１ｃｍ以上１０ｍ未満に選ばれる。予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値が、１ｃｍ未満である場合、眼は細かく水晶体の焦点を制御する必要があるため、疲れてしまう。また予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値が、１０ｍ以上である場合、眼の焦点を大きくずらさないと画像がぼける効果が出ず、観察者が十分な距離感を得ることができない。予め定める範囲の距離のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値が、１ｃｍ以上１０ｍ未満に選ばれることによって、画像を見ることによる眼の疲れを防止して、かつ観察者が十分な距離感を得ることができる。
【００４９】
また本発明によれば、距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、前記距離計測手段によって求めた距離が、予め定める範囲の距離からのずれ量が多いほど、ぼやける程度が大きくなくように、入力手段によって入力された画像情報に基づいて光を眼球に照射し、画像をぼかす程度を、予め定める距離の範囲から外れるほど多くすることによって、より表示される画像の距離感および現実感を増すことができる。
【００５０】
また本発明によれば、変更手段によって画像がぼやける程度を変更することができるので、観察者の好みに応じた画像を表示させることができる。
【００５１】
また本発明によれば、照射手段が、画像情報が表す画像を表示するように、入力手段によって入力された画像情報に基づいて光を眼球に照射し、調整手段が、距離計測手段によって求めた距離に基づいて、照射手段から照射される光が網膜上で焦点を結ぶように、眼球に到達する光の平行度を調整するので、眼球の水晶体が、どのような厚みになっていても、画像を表示させることができ、たとえば実際に対象物を見ている状態から、表示される画像に視点をずらす際に、眼の焦点をずらす必要がなく画像を明瞭に認識することができる。したがって視点の切換えが頻繁に行われる場合であっても、観察者の眼の疲労を低減することができる。
【００５２】
また本発明によれば、光調整手段が、光源が画像情報に基づいて発光している間、常に前記光の平行度を調整するので、眼球の水晶体が、どのような厚みになっていても、画像を表示させることができ、観察者が、リアルタイムに画像を明瞭に認識することができる。
【００５３】
また本発明によれば、選択手段によって光の平行度を調整するか否かを選択することができるので、観察者者が必要に応じて選択手段によって光の平行度の調整することを選択した場合、距離感は無いが、焦点の移動を少ない表示装置とすることができ、選択手段によって光の平行度の調整することを選択しない場合、焦点の移動は必要であるが、距離感のある表示装置とすることができる。
【００５４】
また本発明によれば、距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて求める。水晶体および前房の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とによって、水晶体の厚みを求めることができ、この水晶体の厚みから網膜に焦点が合う距離を求めることができる。
【００５５】
また本発明によれば、距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて求めることができる。
【００５６】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、角膜および大気の屈折率差と、水晶体および硝子体の屈折率差とに基づいて求めることができる。
【００５７】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、角膜および大気の屈折率差から生じる反射光と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて求めることができる。
【００５８】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差と、網膜によって反射される光とに基づいて求めることができる。
【００５９】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、網膜に焦点が合う距離を、水晶体および前房の屈折率差から生じる反射光と、網膜によって反射される反射光とに基づいて求めることができる。
【００６０】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、各反射光の位相差を検出することによって、網膜に焦点が合う距離を求めることができる。
【００６１】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、前記各反射光の位相差を、各反射光が干渉した後の光強度に基づいて検出することができる。
【００６２】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、前記各反射光の強度が、この反射光の波長によって変化することに基づいて、網膜に焦点が合う距離を求めることができる。
【００６３】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、可視領域の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求める。可視領域の光を利用することによって、眼球への影響をより低く抑えつつ、網膜に焦点が合う距離の計測が可能である。
【００６４】
また本発明によれば、距離計測手段は、可視領域外の光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求める。可視領域外の光を利用することによって、測定のための光が、光照射手段によって照射される光に対してノイズとならないようにすることができ、表示される画像にノイズ成分が含まれてしまうことを防止することができる。
【００６５】
また本発明によれば、前記距離計測手段は、照射手段によって眼球に照射される光を利用して、網膜に焦点が合う距離を求めるので、光源および光学系部品を、特別に追加しなくてもよく、装置の構成を簡略化することができる。
【００６６】
また本発明によれば、視線検出手段によって、視線の方向を検出して、網膜に焦点が合う距離を補正する。視線の方向によっては、測定用の光の入射角に対して、水晶体が傾くと測定誤差となるが、この誤差の発生を抑制するために、眼球の傾きを視線方向検出手段によって検出し、視線方向のずれに応じて、網膜に焦点が合う距離を正確に求めることができる。
【００６７】
また本発明によれば、視線検出手段によって視線の方向を検出し、視線の方向に平行な光によって、網膜に焦点が合う距離を求めるので、水晶体に垂直に、あるいは予め定める角度で水晶体に入射する光を測定光とすることによって、眼球の傾きによる網膜に焦点が合う距離の測定誤差を低減して、網膜に焦点が合う距離を正確に求めることができる。
【００６８】
また本発明によれば、距離計測手段は、照射手段が眼球に照射する光のうち、視線の方向に平行な光を選択して用いるので、光源および光学系部品を特別に追加することなく、網膜に焦点が合う距離を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
図１は、本発明の実施の一形態の表示装置３０の構成を示す模式図である。表示装置３０は、眼球３１に画像情報が表す画像を照射して、具体的には、眼球３１の網膜３２に画像情報が表す画像を、光を用いて投影することによって、観察者に映像を認識させる。
【００７０】
表示装置３０は、光源部品３３と、光スキャン部品３４と、第１レンズ３５と、第２レンズ３６と、ハーフミラー３７と、入力部３８と、画像信号処理回路３９と、光源ドライバ４１と、スキャンドライバ４２と、水晶体厚み測定部４３と、水晶体厚み信号変換部４４とを含んで構成される。
【００７１】
まず表示装置３０における光学系について説明する。表示装置３０における光学系は、光源部品３３と、光スキャン部品３４と、第１レンズ３５と、第２レンズ３６とを含む。
【００７２】
光源部品３３は、半導体発光ダイオード（Light Emitting Diode：略称ＬＥＤ）、および半導体レーザダイオード（Laser Diode：略称ＬＤ）などの発光素子と、発光素子から出た光を細い平行光にするレンズおよびアパーチャなどの光学部品とを含んで構成される。発光素子から出た光は、前記光学部品によって細い平行光にされる。発光素子は、光源ドライバ３３から与えられる光源制御出力信号に基づいて、発光する。
【００７３】
前記光源部品３３の発光素子は、単色の光を発するもののみによって構成してもよいし、あるいは、赤色、緑色および青色の光をそれぞれ出す三色の発光素子を組合せて構成してもよい。本実施の形態では、光源部品３３は、３色の発光素子を組合せて構成され、これによって、フルカラーの映像を構成することも可能である。
【００７４】
前記光源部品３３から出た細い平行光は、光スキャン部品３４に入射する。光スキャン部品３４は、後述するスキャンドライバ４２からのスキャン出力信号に基づいて、光源部品３３から入射する光の進行方向を変更する。光スキャン部品３４は、たとえばミラーを有し、このミラーの角度を振って、すなわちミラーを角変位させて光の進行方向を変更する構成であってもよいし、音響光学素子および電気光学素子などによって実現してもよい。本実施の形態では、光スキャン部品３４は、ミラーおよびミラーを変位させる駆動手段を有し、駆動手段にスキャン出力信号が与えられることによって、駆動手段がミラーを角変位させて、光源部品３３から入射する光の進行方向を変更する。
【００７５】
光源部品３３から入射する光を走査して、第１および第２レンズ３５，３６に入射させる。光スキャン部品３４に入射した細い平行光は、光スキャン部品３４によって、たとえばラスタースキャンなど、映像を構成するためのスキャンが施されて、第１および第２レンズ３５，３６に入射する。
【００７６】
第１および第２レンズ３５，３６は、凸レンズによって実現され、光スキャン部品３４からの光は、第１レンズ３５に入射し、第１レンズ３５を透過した後、第２レンズ３６に入射する。第２レンズ３６を透過した光は、眼球３１へと導かれる。
【００７７】
第１および第２レンズ３５，３６に入射した細い平行光は、眼球３１の水晶体４５で集光するように光路を調整され、瞳孔４６を通って網膜３２に達する。この光路中で、細い平行光は、第１および第２レンズ３５，３６ならびに眼球３１の水晶体４５などを通る際に、屈折率によって変化を受けるが、十分に細い平行光であれば平行ビーム径が広がることなく、そのまま網膜まで達する。たとえば平行ビーム径は、１０μｍ〜１ｍｍとなるように選ばれる。
【００７８】
以上のように光源部品３３から出た光は、光スキャン部品３４でラスタースキャンされることによって、網膜３２上に映像が投影される。画像情報は、映像を表す各画素の色および階調を表す。網膜３２に投影される映像における各画素の色および階調を表現するために、光源部品３３から出る光は、各画素ごとに出力を調整し、変調される。
【００７９】
次に、表示装置３０における電気系に関して説明する。表示装置３０における電気系は、入力部３８と、画像信号処理回路３９と、光源ドライバ４１と、スキャンドライバ４２とを含む。
【００８０】
入力部３８は、入力手段であって、外部から第1画像情報を入力するインタフェースである。入力部３８から入力された第1画像情報は、画像信号処理回路３９に与えられる。
【００８１】
画像信号処理回路３９は、入力部３８から与えられる画像情報に基づいて、光源ドライバ４１に、光源部品３３から出力する光を変調するための光源変調信号を与え、またスキャンドライバ４２に、光スキャン部品３４を制御するためのスキャン制御信号を与える。
【００８２】
光源ドライバ４１は、画像信号処理回路３９から与えられる光源変調信号に基づいて、光源部品３３の発光素子を駆動する。スキャンドライバ４２は、画像信号処理回路３９から与えられるスキャン制御信号に基づいて、光スキャン部品３４を制御する。これらによって、結果的に網膜３２に、入力部３８から入力される画像情報に基づいて生成される光を照射して、映像を観察者に認識させることができる。照射手段は、光源ドライバ４１およびスキャンドライバ４２を含んで実現され、前述した光学系を使って、眼球３１に第２画像情報が表す画像を眼球に照射する。
【００８３】
前記入力部３８から入力される第1画像情報は、それぞれ異なる距離の複数の画像部分を含む画像を表す。すなわち第1画像情報は、３次元画像を表し、各画像部分を表す画像部分情報は、３次元情報を含む。
【００８４】
図２は、第1画像情報に含まれる３次元情報を概念的に説明する図である。たとえば第1画像情報が表す画像が、第１〜第３の画像部分４７，４８，４９を含むとする。第１〜第３の画像部分４７，４８，４９は、対象物の画像である。第１の画像部分４７は、人を表す画像であり、第２の画像部分４８は、車を表す画像であり、第３の画像部分４９は、家を表す画像であるとする。第１〜第３の画像部分４７，４８，４９を表す画像部分情報には、それぞれ距離情報が付随して記憶される。すなわち第１〜第３の画像部分４７，４８，４９を表す画像部分情報は、それぞれ異なる距離を表す距離情報を含む。距離情報は、前記距離情報は、視線に沿う奥行き方向の距離を表し、水晶体４５の中央から合焦位置までの距離を表す。網膜３２に焦点が合う眼球３１からの距離を表す。以後、網膜３２に焦点が合う眼球３１からの距離を、焦点距離と記載する場合がある。たとえば第１の画像部分４７を表す画像情報は、眼球３１から第１の距離Ａであることを表す距離情報を含む。また第２の画像部分４８を表す画像情報は、眼球３１からの第２の距離Ｂであることを表す距離情報を含む。さらに第３の画像部分４９を表す画像情報は、眼球３１からの第３の距離Ｃであることを表す距離情報を含む。第１の距離Ａ＜第２の距離Ｂ＜第３の距離Ｃに選ばれる。
【００８５】
本実施の形態において、距離情報は、たとえば人および車などの対象物を１つの単位とした画像部分ごとに付随するが、本発明の他の実施の形態において、距離情報は、対象物毎である必要はなく、画素を１つの単位とした画像部分毎に付随させてもよい。
【００８６】
以上に述べた表示装置３０の構成は、網膜３２に光を直接投影するタイプの一例であるが、本実施の形態では、前記構成に加えて、水晶体４５の厚みを測定するための光学系の構成、および水晶体４５の厚みに基づいて画像処理を行うための電気系の構成を有する。
【００８７】
水晶体４５の厚みを測定するための光学系は、ハーフミラー３７を含む。ハーフミラー３７は、光源部品３３と光スキャン部品３４との間に配置され、光源部品３３から光スキャン部品３４に向かう光を透過させ、光源部品３３から出て眼球３１まで到達した光のうち、眼球３１内の各所で反射し、第１および第２レンズ３５，３６および光スキャン装置３４を経て光源部品３３に向かう光を水晶体厚み測定部４３に導く。したがって前記水晶体厚み測定部４３に導かれる光は、映像の一部を構成する。
【００８８】
本発明のさらに他の実施の形態において、前記水晶体厚み測定部４３は、光源を有し、この光源からハーフミラー３７に光を照射して、眼球３１に照射し、眼球３１内の各所で反射して、再びハーフミラー３７を介して水晶体測定部４３に戻ってくる光を利用して、水晶体４５の厚みを測定してもよい。
【００８９】
本発明のさらに他の実施の形態では、水晶体厚み測定部４３から映像を構成する光とは別の光を出力させて、この光をハーフミラーを通して眼球３１に投影し、眼球３１内の各所で反射した光を再びハーフミラーによって水晶体厚み測定部４３に導いてもよい。
【００９０】
水晶体４５の厚みに基づいて画像処理を行うための電気系は、水晶体厚み測定部４３と、水晶体厚み信号変換部４４と、前述した画像信号処理回路３９とを含む。水晶体厚み測定部４３は、ハーフミラー３７によって導かれる光を受光する受光素子を有し、この受光素子によって受光した受光量に基づいて、水晶体４５の厚みを求める。水晶体厚み測定部４３は、測定して得られた水晶体４５の厚みを表す情報を、水晶体厚み信号変換部４４に与える。
【００９１】
水晶体厚み信号変換部４４は、水晶体厚み測定部４３から与えられる水晶体４５の厚みを表す情報を、予め定める形式の信号に変換することによって水晶体４５の厚みを表す水晶体厚み信号を生成し、この水晶体厚み信号を画像信号処理回路３９に与える。
【００９２】
画像信号処理回路３９は、水晶体厚み信号変換部４４から与えられる水晶体厚み信号に基づいて、眼球３１がどの距離に焦点が合っているかを計算によって求める。前述した水晶体厚み測定部４３、水晶体厚み信号変換部４４および画像信号処理回路３９を含んで距離計測手段が実現され、前述した光学系を使用して、網膜３２に焦点が合う距離を求める。
【００９３】
前記水晶体厚み測定部４３において、水晶体４５の厚みを測定する具体的な手法について説明する。図３は、眼球３１の構造を模式的に示す図である。図３では、本発明と特に関係が無い部位については省略して示している。眼球３１の表面５１から、光が通る光路を辿って説明すると、まず眼球３１の表面５１から網膜３２に向かって順番に角膜５２、前房５３、虹彩５４によって領域が決まる瞳孔５５、および水晶体４５がある。さらに水晶体４５の次には硝子体５６があり、眼球３１の最奥に網膜３２があり、この網膜３２の中の視細胞が光を感じる。眼球３１を構成する角膜５２、前房５３、瞳孔４６、水晶体４５および硝子体５６の組織は、可視光に対して透光性を有するが、それぞれ異なる屈折率を持つ。この屈折率の違いがあるが、水晶体４５が網膜３２へ向かう光の屈折角を調節することによって、網膜３２上で焦点が合うようにしている。また角膜５２は、大気との屈折率との差で眼球３１内への光を大きく屈折させている。
【００９４】
図４は、水晶体４５と前房５３との界面における屈折率の違いによって反射される第１反射光６１と、水晶体４５と硝子体５６との界面における屈折率の違いによって反射される第２反射光６２とを模式的に示す図である。
【００９５】
水晶体厚み測定部４３では、前記第１反射光６１と、第２反射光６２との干渉を利用して水晶体４５の厚みを測定する。測定のための光が角膜５２の表面に入射すると、水晶体４５の表面側および裏面側、すなわち水晶体４５の前房５３と接する厚み方向の一表面側および水晶体４５の硝子体５６と接する厚み方向他表面側で、屈折率が変わる界面によって、それぞれ入射した光の一部が反射される。これら反射した第１および第２反射光６１，６２は、水晶体４５の厚みの２倍分だけ光路長が異なるが、この測定用の光が、この光路長差よりも大きなコヒーレント長を有する光であれば、位相の違いによる干渉を生じる。図４において、水晶体４５の厚みをｄで示している。
【００９６】
図５（１）および（２）は、前記第１反射光６１と、第２反射光６２と、第１反射光６１および第２反射光６２が干渉して生成される干渉光６３の波形を示す図である。図５において、縦軸は光の強度を表し、横軸は時刻を表す。図５（１）および（２）では、第１反射光６１、第２反射光６２および干渉光６３を同じグラフに示しているが、第１反射光６１、第２反射光６２および干渉光６３において、縦軸の光の強度は、それぞれ別々の値となる。また図５（１）は、水晶体４５の厚みがｄ１であるときの第１反射光６１、第２反射光６２および干渉光６３の波形を示し、図５（２）は、水晶体４５の厚みがｄ２であるときの第１反射光６１、第２反射光６２および干渉光６３の波形を示す。前記ｄ１≠ｄ２である。
【００９７】
図５（１）および（２）に示すように、水晶体４５の厚みによって、第１反射光６１と第２反射光６２とが強めあう位相関係にあれば、干渉光６３の光の強度は、反射した第１反射光６１または第２反射光６２の強度よりも増し、弱めあう位相関係にあれば、干渉光６３の光の強度は、反射した第１反射光６１または第２反射光６２の強度よりも減少する。したがって、第１および第２反射光６１，６２の干渉光６３の光の強度を測定することによって、水晶体４５の厚みを求めることができる。水晶体厚み測定部４３は、前記干渉光４３の光の強度を検出して、この光の強度から、水晶体４５の厚みを表す情報を生成して出力する。
【００９８】
前述した第１および第２反射光６１，６２は、可視領域の光とする。このように可視領域の光を利用することによって、眼球３１への影響をより低く抑えることができる。この可視領域の光は、光源部品３３から眼球３１に向かう光の一部が反射したものである。したがって、水晶体４５の厚みを求めるために、光源および光学系部品を、特別に追加しなくてもよく、装置の構成をできるだけ簡略化することができる。
【００９９】
本発明のさらに他の実施の形態では、前記第１および第２反射光６１，６２は、可視領域外の光であってもよい。可視領域外の光は、たとえば赤外線および紫外線を含む。このように可視領域外の光を利用することによって、測定のための光が、映像を形成するための光に対してノイズとならないようにすることができ、表示される画像にノイズ成分が含まれてしまうことを防止することができる。
【０１００】
前述した画像信号処理回路３９において、計算によって求めた眼球３１に焦点が合う距離が、第１の距離Ａであったとすると、画像信号処理回路３９は、この結果に基づき、第１の距離Ａにあるべき第１の画像部分である「人」を明瞭となり、逆にそれ以外の距離にある第２の画像部分である「車」および第３の画像部分である「家」は、ぼやけた画像となるように第1画像情報を画像処理して、第２画像情報を生成する。このように第1画像情報を処理した後、画像信号処理回路３９は、生成した第２画像情報を、網膜３２上で形成するために適切な光源変調信号およびスキャン制御信号に変換して光源ドライバ３３およびスキャンドライバ３４にそれぞれ出力する。画像処理手段は、画像信号処理回路３９を含んで実現される。
【０１０１】
図６（１）,（２）,（３）は、前記画像信号処理回路３９によって、距離情報に基づいて画像処理を施した場合と、画像処理を施さない場合とにおいて、観察者が認識する映像を説明する図である。図６（１）は、前記画像処理を施さずに表示した場合に、すなわち第1画像情報が表す画像を観察者の眼球に照射したときに、観察者が認識する映像を示す。前記画像信号処理回路３９によって、距離情報に基づいて画像処理を行わずに表示した場合は、３次元情報を含み奥行きのある画像情報であっても、全ての映像を明瞭に表示するので、観察者は、認識する映像に奥行き間を感じにくい。
【０１０２】
図６（２）および（３）は、前記画像処理を施して表示した場合に、すなわち第２画像情報が表す画像を観察者の眼球に照射したときに、観察者が認識する映像を示す。図６（２）は、眼の焦点距離が、第１の距離Ａに相当した場合における映像を示している。この場合、眼の焦点が合っている「人」の画像部分のみが明瞭に見え、他の「車」および「家」の画像部分はぼやけて見えるので、観察者は奥行き間を、はっきりと認識することができる。これは、人を表す画像部分が被写界深度内にあり、車および家を表す画像部分は、被写界深度外にある場合の見え方と同様である。画像信号処理部３９は、「人」の画像部分よりも奥に見えるように「車」および「家」の画像部分をぼやかして、第２画像情報を生成する。
【０１０３】
図６（３）は、眼の焦点距離が、第２の距離Ｂに相当した場合に、観察者が認識する映像を示す。この場合、眼の焦点が合っている「車」の画像部分のみが明瞭に見え、他の「人」および「家」の画像部分はぼやけて見えるので、観察者は奥行き間を、はっきりと認識することができる。このように表示装置３０は、明瞭に表示する画像部分を除いて、他の画像部分をぼやかして表示する。これは、車を表す画像部分が被写界深度内にあり、人および家を表す画像部分は、被写界深度外にある場合の見え方と同様である。画像信号処理部３９は、「車」の画像部分よりも手前に見えるように「人」の画像部分をぼやかし、「車」の画像部分よりも奥に見えるように「家」の画像部分をぼやかして、第２画像情報を生成する。観察者が認識する知覚像の大きさは、画像情報が表す画像の大きさ、および光学系の設定において決定される。
【０１０４】
画像信号処理回路３９は、眼の焦点距離から離れている画像部分については、画像部分情報に付加されている距離情報が表す距離の、求めた焦点距離からのずれ量に応じて、ぼやける程度を変化させる。具体的には、ぼやかして表示する画像部分をぼやかす程度としては、眼の焦点距離から離れた距離情報が付加されている画像部分ほど、ぼやける程度が大きくなるように画像情報に画像処理を施す。このように画像信号処理回路３９によって画像処理された第２画像情報に基づいて、網膜３２上で形成するために適切な光源変調信号およびスキャン制御信号に変換して光源ドライバ３３およびスキャンドライバ３４にそれぞれ出力して、画像情報に基づく光を網膜３２に照射することによって、観察者に、より強く遠近感を認識させることが可能である。画像信号処理回路３９は、たとえば各画像部分を構成する画素のうち隣接する複数の画素の画素値を平均化することによって、ぼやけた画像を生成するが、画像信号処理回路３９が画像部分をぼやかす処理は、これに限らない。
【０１０５】
たとえば同様の奥行き間のある、一部がぼやけて、一部が明瞭な映像は、元の画像情報をそのようなものとして作成することによっても達成することができるが、この場合、眼の焦点がどこに合っているかに関わらず明瞭な部分は固定され、映像に観察者の意図が反映されない。本実施の形態の表示装置３０では、何処を見ようとするかという観察者の意思に応じて、映像を形成する画像に含まれる画像部分のうち、明瞭な部分とぼやける部分とを変化させることが可能となる。これによって観察者は、自己が見ている距離に見えるべき映像を認識することができ、言い換えれば自己が見ている距離に見えるべき映像にピントを合わせた状態とすることができる。これによって、観察者が見ようとしている距離と、明瞭な映像とが、距離において一致するので、利用者が認識する映像の違和感が軽減され、長時間連続して使用しても観察者が酔ってしまうようなことが軽減される。さらに、観察者の眼球３１の網膜３２に焦点の合う視線の奥行き方向の距離によって、画像に含まれる一部の画像部分が明瞭に認識され、他の画像部分が不明瞭にぼやけて認識させることによって、観察者は臨場感を得ることができ、いわゆるバーチャルリアリティを体感することができる。
【０１０６】
前述した従来の技術では、細い平行光で網膜に投影された光は、水晶体の厚みがどうであれ、網膜３２上で小さな画素を形成することができるので、眼がどの距離を見ようとするかに関わらず常に映像に焦点が合い、そのため観察者はどのような距離に映像が在るかを認識することができず、違和感を覚えるという問題があった。しかしながら、本実施の形態の表示装置３０では、観察者が自身の意図で焦点を変えると、すなわち、遠くを見ようとしたり、近くを見ようとしたりすると、その距離に対応した映像に焦点が合って、焦点の合う映像が明瞭に見えるため、映像の距離感を把握できるようになり、従来の技術で問題となっている違和感を軽減することが可能である。また観察者に、実際に風景などを見る場合と同じように、表示装置３０によって映像を認識させることができる。
【０１０７】
このような表示装置３０は、片目で視差が無いような観察方法で、奥行き間を認識させたい場合に有効であり、視差を設ける必要なく、焦点の変化だけで、片目でも奥行き間を認識することが可能となり、片目での立体視が可能となる。
【０１０８】
このように表示装置３０は、観察者が見ようとする距離の映像を、明瞭に表示することにより距離感がつかみやすい３次元映像を観察者に認識させることができる。これによって、映像に現実感があり、インパクトのあるものとすることが可能となり、また違和感の少ない映像を観察者に認識させることができる。
【０１０９】
本発明の他の実施の形態においては、水晶体厚み測定部４３において、眼球３１によって反射される反射光の強度、すなわち前述した干渉光６３の強度が、波長によって変化することに基づいて、水晶体４５の厚みを測定してもよい。本実施の形態において、水晶体厚み測定部４３を除く他の構成は、前述した図１に示す表示装置３０と同様な構成であるので、その説明を省略する。
【０１１０】
本実施の形態においては、眼球３１に入射する光を、幅広い波長領域を持つものとする。同じ光路差がある光同士の干渉においても、光の波長が異なると位相関係は異なる。水晶体４５の厚みをｄとし、測定に用いる光の波長をλとし、ｎを整数とすると、以下の式１の関係を満たす波長の光は強め合うが、式２の関係を満たす波長の光は弱め合う。
２ｄ＝ｎλ                                                    …（１）
２ｄ＝（ｎ＋１／２）λ                                        …（２）
したがって、反射光には強め合う波長と弱めあう波長が交互に現れる。
【０１１１】
図７（１）および（２）は、反射波の波長と、光の強度との関係を表すグラフである。図７（１）および（２）に示すように、光の強度を強め合う、または光の強度を弱め合う周期を利用して、以下の式３によって水晶体４５の厚みを求めることができる。ここでは、反射光の強度が最大となり、隣合う２つの波長を、それぞれλ１、λ２で表す。またλ１＜λ２である。
ｄ＝λ１・λ２／２｜λ１―λ２｜                                …（３）
【０１１２】
式３からも判るように、水晶体４５が厚いと強め合う波長の周期は小さくなり、逆に水晶体４５が薄いと強め合う波長の周期は大きくなる。以上に述べた式１〜式３は、近似式であり、実際には屈折率の波長依存性など、各式に補正すべき項目を加えることによって測定精度を高めることが可能である。
【０１１３】
水晶体厚み測定部４３は、眼球３１からの反射光を受光素子によって受光して、前述したλ１およびλ２を求め、式３に基づいて水晶体４５の厚みを求める。このような方法であっても、水晶体４５の厚みを求めることができ、本実施の形態の表示装置は、前述の実施の形態の表示装置３０と同様の効果を達成することができる。
【０１１４】
本発明のさらに他の実施の形態では、水晶体厚み測定部４３において、水晶体厚み測定部４３は、角膜５２および大気の屈折率差と、水晶体４５および硝子体５６の屈折率差とに基づいて、水晶体４５の厚みを測定してもよい。この場合、水晶体厚み測定部４３は、角膜５２および大気の屈折率差から生じる第１反射光７１と、水晶体および硝子体の屈折率差から生じる反射光とに基づいて、水晶体４５の厚みを求める。本実施の形態において、水晶体厚み測定部４３を除く他の構成は、前述した図１に示す表示装置３０と同様な構成であるので、その説明を省略する。
【０１１５】
図８は、水晶体４５と硝子体５６との界面における屈折率の違いによって反射される第２反射光６２と、角膜５２および大気の屈折率差から生じる第３反射光７１とを模式的に示す図である。
【０１１６】
本実施の形態では、前述の実施の形態における第１反射光６１に代えて、角膜５２の表面、すなわち角膜５２と大気との界面によって反射された第３反射光７１と、前述した第２反射光６２とを利用して、水晶体厚み測定部４３が水晶体４５の厚みを求める。角膜５２と大気との間の屈折率の差は、水晶体４５と前房５３との間の屈折率の差よりも大きい。したがって、反射光も多いので測定のための光が強く検出されＳ／Ｎ比が向上するので、測定精度を高めることができる。この方法では、水晶体４５そのものの厚みを測定することはできないが、水晶体４５は厚みが変わる際には、表面側にも裏面側にも膨張または収縮するため、本方式によって水晶体４５と硝子体との界面の位置の変化を見るだけでも、水晶体４５の厚みの相対変化を知ることが可能であり、これによって水晶体４５の厚みを求めることができる。
【０１１７】
水晶体厚み測定部４３において、水晶体４５の厚みを求める原理は、前述した実施の形態の表示装置３０と同様であり、前述した第１反射光６１を第３反射光７１に置き換えただけであるので、その説明を省略する。このような方法であっても、水晶体４５の厚みを求めることができ、本実施の形態の表示装置は、前述の実施の形態の表示装置３０と同様の効果を達成することができる。
【０１１８】
本発明のさらに他の実施の形態では、水晶体厚み測定部４３において、水晶体４５および前房５３の屈折率差と、網膜３２によって反射される光とに基づいて水晶体４５の厚みを測定してもよい。この場合、水晶体４５および前房５３の屈折率差から生じる第１反射光６１と、網膜３２によって反射される第４反射光７２とに基づいて、水晶体４５の厚みを求める。本実施の形態において、水晶体厚み測定部４３を除く他の構成は、前述した図１に示す表示装置３０と同様な構成であるので、その説明を省略する。
【０１１９】
図９は、水晶体４５および前房５３との界面における屈折率差の違いによって反射される第１反射光６１と、網膜３２によって反射される第４反射光７２とを模式的に示す図である。
【０１２０】
本実施の形態では、前述した第１反射光６１と、前述した第２反射光６１に代えて、網膜３２によって反射される第４反射光７２とを利用して、水晶体厚み測定部４３が水晶体４５の厚みを求める。網膜３２が赤く見えることは「赤目」という言葉でよく知られるように、網膜３２の反射率が非常に高いことを表している。したがって前述した第２反射光６２に代えて、第４反射光６４を利用することによって、測定のための光が強く検出されてＳ／Ｎ比が高くなるため測定精度を高めることができる。この方法では、水晶体４５そのものの厚みを測定することはできないが、水晶体は厚み４５が変わる際には、表面側にも裏面側にも膨張または収縮するため、本方式で水晶体４５と前房５３との界面の位置の変化を見るだけでも水晶体４５の厚みの相対変化を知ることが可能であり、これによって水晶体４５の厚みを求めることができる。
【０１２１】
水晶体厚み測定部４３において、水晶体４５の厚みを求める原理は、前述した実施の形態の表示装置３０と同様であり、前述した第２反射光６２を第４反射光７２に置き換えただけであるので、その説明を省略する。このような方法であっても、水晶体４５の厚みを求めることができ、本実施の形態の表示装置は、前述の実施の形態の表示装置３０と同様の効果を達成することができる。
【０１２２】
図１０は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置８０の構成を示す模式図である。本実施の形態の表示装置８０と、前述した図１に示す実施の形態の表示装置３０とは、ハーフミラー３７の設置位置が異なるのみであって、その他の構成は同様であるため、同様の構成には同様の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１２３】
前述した図１に示す実施の形態の表示装置３０では、水晶体４５の厚みを測定するために配置されるハーフミラー３７を、光源部品３３と光スキャン部品３４との間に配置しているのに対し、本実施の形態の表示装置８０では、ハーフミラー３７を第２レンズ３６と眼球３１の間に設置している。前記表示装置８０と比較して、水晶体４５の厚み測定の光学系を眼球３１に近い位置に配したことによって、より高い検出感度で眼球３１からの反射光を水晶体厚み測定部４３によって受光することができ、これによって水晶体４５の厚みを、より精度よく測定することができる。
【０１２４】
本発明のさらに他の実施の形態において、前記ハーフミラー３７は、たとえば第１および第２レンズ３５，３６の間に配置されてもよく、また映像を投影するための光学系から外れた位置に配置されてもよい。このようにハーフミラー３７の配置の自由度が高いので、測定精度および表示装置の形状、大きさなど種々の事情を考慮して設計することが可能である。
【０１２５】
図１１は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置９０の構成を示す模式図である。表示装置９０は、光源部品３３と、光スキャン部品３４と、集光レンズ９１と、射出瞳拡大素子９２と、接眼レンズ９３と、ハーフミラー３７と、入力部３８と、画像信号処理回路３９と、光源ドライバ４１と、スキャンドライバ４２と、水晶体厚み測定部４３と、水晶体厚み信号変換部４４とを含んで構成される。表示装置９０において、前述した図１に示す実施の形態の表示装置３０と同様な構成は、同様な参照符号を付してその説明を省略する。本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、入力部３８から入力される第1画像情報は３次元画像を表し、前述した３次元情報が含まれる。
【０１２６】
集光レンズ９１は、光源部品３３から出た光を集光する。光スキャン部品３４は、光源部品３３から出た光が、集光レンズ９１を通って集光される過程で、この光を、たとえばラスターパターンにスキャンする。スキャンされた光は、射出瞳拡大素子９２上に集光される。光スキャン部品３４によって、集光レンズ９１からの光をスキャンすることによって、光源部品３３から出た光は、射出瞳拡大素子９２上で焦点を結び、一旦この素子の上で映像を形成する。
【０１２７】
射出瞳拡大素子９２は、この射出瞳拡大素子９２に入射した光を、透過方向、あるいはまたは反射方向に、予め定める角度に拡散して出射する機能を有する。射出瞳拡大素子９２は、光拡散板、ファイバーフェースプレート、レンズアレイおよび回折格子などによって実現される。射出瞳拡大素子９２上に形成された映像を構成する各画素の光は、射出瞳拡大素子９２によって拡散されて接眼レンズ９３へと向かう。
【０１２８】
接眼レンズ９３は、射出瞳拡大素子９２によって拡散された光を、予め定める幅をもった平行光にするとともに、眼球３１の表面５１へと導く。これによって、眼球３１の表面５１へ到達した幅を持った平行光のうち、瞳孔４６を通った光は眼球３１の水晶体４５などによって集光して、網膜３２上に焦点を結ぶ。射出瞳拡大素子９２上で形成された映像の各画素の光は、眼球３１の表面５１に到達した際の入射角が異なっており、眼球３１の水晶体４５などによって網膜３２上で焦点を結んだ際に、画素ごとに異なった位置に焦点を結ぶ。したがって、網膜３２上に画素が並んだ映像が形成され、これを人が視神経により映像として認識することができる。射出瞳拡大素子９２と、接眼レンズ９３との間にハーフミラー３７が配置され、ハーフミラーの光は、水晶体厚み測定部４３へと導かれる。
【０１２９】
本実施の形態の表示装置９０においても、前述の図１に示す実施の形態の表示装置３０と同様に、網膜３２に焦点の合う距離に応じて、第２画像情報を生成し、この第２画像情報表す画像を眼球に照射することによって、観察者が奥行き間のある映像を認識することが可能となる。
【０１３０】
本実施の形態の表示装置９０では、前述の図１に示す実施の形態の表示装置３０と異なり、瞳孔４６から入射する光は、細い平行光ではなく、幅を持った平行光となっている。眼球運動および表示装置の位置ずれなどによって、瞳孔４６と表示装置９０との相対位置がずれたとしても、平行光に幅を持たせていることによって映像を観察者に視認させることができる。
【０１３１】
このように幅を持った平行光を眼球３１に照射する場合、前述の図１に示す実施の形態の表示装置３０と異なり、光源部品３３から出た光は水晶体４５などの屈折によって網膜３２上に焦点を結ぶ。したがって、観察者の意図によって、すなわち観察者が近くを見ることによって水晶体４５が厚くなったり、遠くを見ることによって水晶体４５が薄くなったりすると、映像を表し、眼球３１に照射する光が、網膜３２上に焦点を結ばない状況が生じる。眼球３１に入射する光が、略平行光となるように照射される場合においては、遠くを見る眼をした時に網膜３２上で焦点を結び、逆に近くを見る眼をすると網膜３２上で焦点を結ばない。しかし、この場合の遠くを見る眼といっても、約１ｍ以上の距離を見る状態であれば、常に網膜３２上に焦点が合う状態となる。
【０１３２】
本実施の形態の表示装置９０では、観察者が自身の意図で焦点を変えると、すなわち遠くを見ようとしたり、近くを見ようとしたりすると、その距離の映像が、焦点が合って明瞭に見えるため、映像の距離感を把握できるようになり、前述したような違和感を軽減することが可能である。ただし前述の図１に示す実施の形態の表示装置３０との違いとして、前述の図１に示す実施の形態の表示装置３０では略１ｍよりも近い距離を見る水晶体４５の状態であっても、映像を明瞭に表示することができるが、本実施の形態の表示装置３０では、そのような水晶体４５の状態では、そもそも網膜３２上に焦点を合わせることができないため明瞭な映像を表示することはできない。しかしながら、１ｍ以上の距離見る場合には、前述の実施の形態と同様な効果を達成することができない。
【０１３３】
本実施の形態の表示装置９０においても、片目で視差が無いような観察方法で、奥行き間を認識させたい場合に有効であり、視差を設ける必要なく、焦点の変化だけで、片目でも奥行き間を認識することが可能となり、片目での立体視が可能となる。
【０１３４】
本発明のさらに他の実施の形態において、前述した図１１に示す表示装置９０において、ハーフミラー３７の配置位置は、射出瞳拡大素子９２と接眼レンズ９３との間に限らず、接眼レンズ９３と眼球３１との間に配置されてもよく、また映像を投影するための光学系から外れた位置に配置されてもよい。このようにハーフミラー３７の配置の自由度が高いので、測定精度および表示装置の形状、大きさなど種々の事情を考慮して設計することが可能である。
【０１３５】
図１２は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１００の構成を示す模式図である。表示装置１００は、点光源アレイ１０１と、光学変調素子１０２と、集光レンズ９１と、接眼レンズ９３と、ハーフミラー３７と、入力部３８と、画像信号処理回路３９と、光源ドライバ４１と、光学変調素子ドライバ１０３と、水晶体厚み測定部４３と、水晶体厚み信号変換部４４とを含んで構成される。表示装置１００において、前述した各実施の形態の表示装置と同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１３６】
点光源アレイ１０１は、複数の発光素子がマトリクス状に並べられて形成される。点光源アレイ１０１の複数の発光素子の光軸は、互いに平行に延びる。点光源アレイ１０１は、光源ドライバ４１から与えられる光源出力信号に基づいて発光する。点光源アレイ１０１から出た光は、集光レンズ９１を通って集光され、光学変調素子１０２に入射する。
【０１３７】
光学変調素子１０２は、光学変調素子ドライバ１０３から与えられる変調出力信号に基づいて、集光レンズ９１から到来する入射光を、変調する。光学変調素子１０２は、液晶パネル、ＤＬＰ（Digital Light Processing）、その他の回折を利用する素子、電気光学結晶および音響光学素子などによって実現される。本実施の形態では、カラーで表示することができる液晶パネルによって実現される。
【０１３８】
光学変調素子１０２に入射した光は、光学変調素子１０２によって、色および強度を変調され、接眼レンズ９３に到達する。接眼レンズ９３に到達した光は、接眼レンズ９３を通って眼球３１の表面５１に達する。点光源アレイ１０１、集光レンズ９１、光学変調素子１０２および接眼レンズ９３によって、眼球３１の表面５１において、各画素に対応する光は、前述の図１１に示す実施の形態の表示装置９０と同様に、幅を持った平行光となり、眼球３１に入射する。
【０１３９】
したがって各画素に対応する光が、方向の異なった、幅を持った平行光である点では、前述の図１１に示す実施の形態の表示装置９０と同様であり、このような平行光を形成する手段として、表示装置８０では、光源部品３３、光スキャン部品３４および射出瞳拡大素子９２などを使用しているが、この代わりに本実施の形態の表示装置９０では、点光源アレイ１０１および光学変調素子１０２を使用して実現している。
【０１４０】
次に電気系に関して説明する。表示装置１００は、図１１に示す実施の形態の表示装置９０と比較して、光学系の構成が異なることに応じて、電気系の構成の一部が異なる。入力部３８から画像信号が画像信号処理回路３９に入力されると、画像信号処理回路３９は、入力された画像信号に基づいて光学変調素子変調信号を生成し、この光学変調素子変調信号を、光学変調素子１０２を制御する光学変調素子ドライバ１０３に出力する。前記光学変調素子変調信号に基づいて光学変調素子ドライバ１０３が光学変調素子１０２を制御することによって、映像が形成される。点光源アレイ１０１には、光源ドライバ４１から光源出力信号が与えられる。光源出力信号が与えられると、点光源アレイ１０１は、常時同一輝度で点灯する。光源ドライバ４１および光学変調素子ドライバ１０３を含んで、照射手段が実現される。本実施の形態においても、前述の実施の形態と同様に、入力部３８から入力される第1画像情報は３次元画像を表し、３次元情報が含まれている。
【０１４１】
接眼レンズ９３と眼球３１との間に、ハーフミラー３７が設けられ、眼球３１からの反射光が水晶体厚み測定部４３に導かれる。
【０１４２】
本実施の形態の表示装置１００においても、前述の図１に示す実施の形態の表示装置３０と同様に、網膜３２に焦点の合う距離に応じて、第２画像情報を生成し、この第２画像情報表す画像を眼球に照射することによって、前述した図１に示す実施の形態の表示装置３０と同様に、奥行き間のある映像を、観察者に認識させることが可能となり、前述の各実施の形態の表示装置と同様な効果を得ることができる。
【０１４３】
また本実施の形態の表示装置１００においても、各画素の光が幅を持った平行光として眼球３１に入射する点において、前述した図９に示す実施の形態の表示装置９０と同じであるので、映像の距離感を持たせることができる点についても、同様の効果を発揮することできる。
【０１４４】
さらに表示装置１００においても、片目で視差が無いような観察方法で、奥行き間を認識させたい場合に有効であり、視差を設ける必要なく、焦点の変化だけで、片目でも奥行き間を認識することが可能となり、片目での立体視が可能となる。
【０１４５】
本発明のさらに他の実施の形態では、図１２に示す実施の形態の表示装置１００において、ハーフミラー３７は、光学変調素子１０２と接眼レンズ９３との間に配置されてもよく、また映像を投影するための光学系から外れた位置に配置されてもよい。このようにハーフミラー３７の配置の自由度が高いので、測定精度および表示装置の形状、大きさなど種々の事情を考慮して設計することが可能である。
【０１４６】
また本発明の他の実施の形態では、図１２に示す実施の形態の表示装置１００において、点光源アレイ１０１は、常時同一輝度で点灯するのではなく、フィールドシーケンシャル方式を使用したり、瞳孔の位置によって使用する点光源素子を切換えたりする構成としてもよい。この場合には、点光源アレイ１０１において予め定める点滅および輝度調節が必要となり、この制御を光源ドライバ４１が入力される光源制御信号に従って実施する。
【０１４７】
図１３は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１１０の構成を示す模式図である。本実施の形態の表示装置１１０は、前述した図１１に示す実施の形態の表示装置９０の構成に付加して、変更手段であるピントぼかし量手動調節部１１１を有する構成であって、その他の構成は前述した図１１に示す実施の形態の表示装置９０と同様であるので、同様の構成には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１４８】
表示装置１１０では、眼球３１の焦点距離とは異なる距離に相当する距離の画像部分がぼやける程度を調整することができる。つまり表示装置１１０は、眼の焦点距離と一致していない距離の画像部分をぼやかすが、画像部分がぼやける程度をピントぼかし量手動調節部１１１によって調整することができる。ピントぼかし量手動調節部１１１は、たとえば可変抵抗のような機械的に電気特性を変える部品によって実現される。可変抵抗における抵抗値を変えることによって、画像信号処理回路３９において、前記可変抵抗の抵抗値に応じて、映像がぼやける程度を決定して、画像情報の画像処理を行う。映像がぼやける程度を、ピントぼかし量手動調節部１１１によって、手動で調整することができるので、異なる距離情報が付加された画像部分について、それぞれが全くぼやけない明瞭な状況から、距離情報に応じて激しくぼやける状況まで、観察者が認識する映像を調節することができる。これによって観察者の好みに応じた表示を行うことができ、利便性を向上せることができる。
【０１４９】
本発明のさらに他の実施の形態においては、前述したピントぼかし量手動調節部１１１は、たとえばキーボードおよびマウスなどの指令入力部および表示部を有し、表示部の画面上に映像がぼやける量を表す情報を表示させ、キーボードおよびマウスなどを操作することによって、観察者が表示画面を見ながら調整することができる構成としてもよく、またその他、観察者の操作入力に応じて映像がぼやける程度を変更することができる構成であればよい。
【０１５０】
図１４は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１２０の構成を示す模式図である。本実施の形態の表示装置１２０は、図１１に示す実施の形態の表示装置９０と同様な構成であり、同様の構成には同様の参照符号を付してその説明を省略する。前述の図１１に示す実施の形態の表示装置９０との相違点は、入力部３８から入力される第1画像情報は、３次元画像を表すのではなく、２次元画像であるという点である。
【０１５１】
図１５（１）および（２）は、表示装置１２０の画像信号処理部３９における画像処理の方法を説明する図である。前述した各実施の形態において述べたように、従来の技術の表示装置を使用すると、奥行き方向に関して、映像がどの距離に存在するか観察者には認識させることができない。これは観察者にとって不自然に感じられ、違和感を伴う。
【０１５２】
この違和感を解消するために表示装置１２０では、画像信号処理回路３９が、水晶体厚み測定部４３において水晶体４５の厚みを測定した結果を用いて、表示する画像情報に画像処理を施す。表示装置１２０では、観察者が認識することができる映像の仮想の距離、言い換えれば虚像として表示される仮想のディスプレイの位置が予め設定されており、画像信号処理回路３９は、予め設定される仮想ディスプレイの位置に、映像が形成されるように画像情報を画像処理し、光学変調信号およびスキャン制御信号を生成して、光源ドライバ４１およびスキャンドライバ４２にそれぞれ与える。
【０１５３】
画像信号処理回路３９は、図１５（１）に示すように、眼の焦点距離が、映像の仮想の距離と一致したとき、言い換えれば前記焦点距離と、仮想のディスプレイの位置までの距離とが一致したとき、映像を明瞭に表示するように、第1画像情報を画像処理して第２画像情報を生成する。
【０１５４】
また画像信号処理回路３９は、図１５（２）に示すように、眼の焦点距離が、仮想の映像距離と一致していないとき、言い換えれば前記焦点距離と、仮想のディスプレイの位置までの距離とが一致したとき、映像をぼやかして表示するように、第1画像情報を画像処理して第２画像情報を生成する。これによって、観察者の眼は、ある固定された距離の映像を見ることになり、その距離よりも焦点距離が近くなったり、遠くなったりした場合には、映像がぼやけて見えるので、どこに映像があるか距離感がつかめないといった違和感を軽減することができる。
【０１５５】
また画像信号処理回路３９は、映像の仮想の距離と、眼の焦点距離とが一致しない場合に、映像をぼやけたものとして表示するように画像処理するが、そのぼやける程度は、映像の仮想の距離と、眼の焦点距離とが離れるほど大きくする。これによって、観察者は、焦点距離が近づいているのか、離反しているのかを感覚的に認識することができ、焦点距離を仮想の映像の距離に調節しやすくなる。
【０１５６】
また本実施の形態の表示装置１２０は、ピントぼかし量手動調節部１１１および仮想ディスプレイ位置手動調節部１２１をさらに有する。表示装置１２０は、眼の焦点距離と映像の仮想の距離とが一致しない場合、映像をぼやかして表示させるが、映像がぼやける程度をピントぼかし量手動調節部１１１によって調整することができる。ピントぼかし量手動調節部１１１は、たとえば可変抵抗のような機械的に電気特性を変える部品によって実現される。可変抵抗における抵抗値を変えることによって、画像信号処理回路３９において、前記可変抵抗の抵抗値に応じて、映像がぼやける程度を決定して、画像情報の画像処理を行う。映像がぼやける程度を、ピントぼかし量手動調節部１１１によって、手動で調整することができるので、観察者の好みに応じて映像を表示させることができる。
【０１５７】
また仮想ディスプレイ位置手動調節部１２１は、映像の仮想の距離を、観察者の意図で可変とするためのものである。すなわち、観察者によっては映像の仮想の距離が、近いほうが見やすい場合と、遠いほうが見やすい場合があると想定され、これを解決する手段として、表示装置１２０では映像の仮想の距離を可変とする。仮想ディスプレイ位置手動調節部１２１は、たとえば可変抵抗器およびロータリーエンコーダのような機械的に電気的調整を可能とする部品を用いて実現される。画像信号処理回路３９は、仮想ディスプレイ位置手動調節部１２１の状態に基づいて、虚像として表示される仮想のディスプレイの位置を設定する。仮想ディスプレイ位置手動調節部１２１を操作することによって、観察者の好みに応じた焦点距離の範囲で明瞭な映像が表示されるように調整することができ、利便性を向上させることができる。
【０１５８】
本発明のさらに他の実施の形態においては、仮想ディスプレイ位置手動調節部１２１は、たとえばキーボードおよびマウスなどの指令入力手段を有し、設定を変更するための情報を表示させて、キーボードおよびマウスなどを操作することによって、表示される情報を見ながら観察者が調整する構成としてもよく、その他その具体的手法にはこだわらない。
【０１５９】
このように表示装置１２０は、距離感のはっきりした映像を観察者に認識させることができ、違和感の少ない映像を観察者に認識させることができる。また観察者が非常に近距離に視点を合わせたときであっても、遠くの距離に視点を合わせた場合であっても、観察者に明瞭に映像を認識させることができる。これによって、たとえば表示装置１２０によって眼球３１に投影される画像と、実際の対象物とを交互に見る必要があるときには、視点を切替える必要がないので、観察者の眼の疲労を軽減することができる。
【０１６０】
本発明のさらに他の実施の形態において、前述した図１４に示す実施の形態の表示装置１２０において、画像処理回路３９は、眼の焦点距離が、予め定める範囲の距離である場合に、映像を明瞭に認識させるように、画像情報を画像処理し、眼の焦点距離が、予め定める範囲の距離ではない場合に、映像をぼやかして表示するように、画像情報を画像処理してもよい。前述した表示装置１２０においては、明瞭な映像を表示する焦点距離の領域があまりに狭いと、観察者は眼の焦点を常に微妙にコントロールする必要があり、眼が疲れる可能性がある。本実施の形態の表示装置では、そのような問題が発生することが防止される。少なくとも明瞭な映像を表示する予め定める距離の範囲のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、１ｃｍ以上１０ｍ未満に選ぶ。これによって映像を見る観察者の目の疲労を軽減することができる。予め定める距離の範囲のうち、最大の距離と最小の距離との差の絶対値は、いわゆる被写界深度にあたる。予め定める範囲の距離を表す情報は、予め定められていてもよく、仮想ディスプレイ位置手動調整部１２１によって距離を表す情報を入力することによって設定することができる構成としてもよい。
【０１６１】
図１６は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１３０の構成を示す模式図である。表示装置１３０は、前述した図１１に示す実施の形態の表示装置９０と同様の構成を有し、前述した図１１に示す実施の形態の表示装置９０の構成に加えて、接眼レンズ移動部１３１および手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２とを有する。本実施の形態の表示装置１３０と、前述した前述した図１１に示す実施の形態の表示装置９０との相違点は、主として表示装置１３０の接眼レンズ９３が光学系の軸線に平行な、図１６の矢符Ｆで示す方向に可動であることである。本実施の形態において、入力部３８から入力される画像情報は、３次元画像ではなく、２次元画像を表す。画像処理回路３９は、入力部３８から与えられる画像情報を光源変調信号およびスキャン制御信号に変換して、出力する。
【０１６２】
接眼レンズ移動部１３１は、水晶体厚み信号変換部４４から与えられる水晶体厚み信号に基づいて、接眼レンズを光学系の軸線方向に移動させる。接眼レンズ９３を光学系の軸に平行な方向に可動であるため、略平行に眼球３１に入射する各画素の光につき、その平行光の平行度を制御することができる。
【０１６３】
画像を表す光を、略平行光として眼球３１に入射させるタイプの表示装置においては、その特徴として観察者が近く見る眼をすると、つまり水晶体４５を厚くすると、焦点が合わないという問題がある。この問題は、特に近くの立体映像を認識する場合に、近く見えるような視差を両眼で設けた際に、眼の焦点から距離感と視差から得られる距離感が一致しないという問題を生じる。
【０１６４】
本実施の形態の表示装置１３０では、近くを見る眼をしても焦点が合うように、眼球３１へ向かう平行光の平行度を調整することができる。
【０１６５】
図１７（１）および（２）は、表示装置１３０によって眼球３１へ向かう平行光の平行度を調整する様子を説明する図である。水晶体４５の厚みがｄ１であって、水晶体４５が薄い状態の場合、つまり遠くを見る眼をしている場合には、眼球３１への光を平行に近づけることによって、網膜３２に焦点を合わせることができる。また逆に水晶体４５が厚い状態の場合、つまり近くを見る眼をしている場合には眼球３１への光を広がりつつ近づくような非平行光にすることによって、網膜３２に焦点を合わせることができる。表示装置１３０では、水晶体厚み測定部４３によって測定した水晶体４５の厚みを表す情報を、水晶体厚み信号変換部４４を介して接眼レンズ移動部１３１に入力し、接眼レンズ移動部１３１が、水晶体厚み信号に基づいて、接眼レンズ９３を移動させることによって、焦点距離がどのような距離であっても、網膜３２に焦点を合わせて明瞭な映像を観察者に認識させることができる。接眼レンズ移動部１３１は、接眼レンズ９３を、水晶体４５が厚いときほど眼球３１から遠ざける方向に移動させることによって、眼球３１に照射される光を、眼球３１に近づくに連れて広がる光とすることができる。接眼レンズ９３、接眼レンズ移動部１３１を含んで眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段が実現される。
【０１６６】
手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２は、選択手段であり、切替えスイッチによって実現される。接眼レンズ移動部１３１は、手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２のスイッチング状態に応じて、能動化または不能動化し、すなわち手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２のスイッチング状態がＯＮ状態であれば、接眼レンズ移動部１３１は能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて観察者の網膜３２に焦点が合う距離を求めて、この距離に焦点が合うように接眼レンズ９３を移動させ、ＯＦＦであれば不能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて対物レンズ９３を移動させない。手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２は、観察者が手動で操作することができる。これによって、観察者の観察者の好みおよび映像の内容によって、スイッチング状態を切換えて、利便性を向上させることができる。
【０１６７】
前述した表示装置１３０において接眼レンズ移動部１３１は、光源部品３３が画像情報に基づいて発光している間、常に前記光の平行度を調整する構成としてもよい。この場合、観察者は常に明瞭な映像を認識することができる。したがって、たとえば修理対象機器と図面を見比べるなど、現実の対象物と、表示装置によって表示される文字情報などを頻繁に繰り返し交互に見る必要があるような場合では、常に焦点が合った画像とすることによって、観察者の眼の疲労を軽減させることができる。
【０１６８】
本実施の形態の表示装置１３０では、図１１に示す実施の形態の表示装置９０に接眼レンズ起動部１３１および手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２とを付加した構成としているが、本発明の他の実施の形態の表示装置において、図１２に示す実施の形態の表示装置１００に接眼レンズ起動部１３１および手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２とを付加することによって同様の効果を得ることができる。また接眼レンズ１３１を移動させて、焦点を網膜３２に合わせる構成は、接眼レンズ９３によって眼球３１への光を、広がりを持つ平行光として眼球３１に入射させる様々な構成の表示装置に適用することができる。
【０１６９】
図１８は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１４０の構成を示す模式図である。表示装置１４０は、前述した図１８に示す実施の形態の表示装置１３０と同様な構成であり、前述した図１６に示す実施の形態の表示装置１３０と異なる点は、この表示装置１３０では、眼球３１へ向かう光の平行度を調整するために接眼レンズ９３を移動させているが、本実施の形態の表示装置１４０では、接眼レンズ９３は固定しており、それ以外の光学系、すなわち光源部品３３、集光レンズ９１、光スキャン部品３４および射出瞳拡大素子９２を、図１８の矢符Ｆで示す光学系の軸線方向に移動させる構成としていることである。
【０１７０】
表示装置１４０は、前述した図１６に示す実施の形態の表示装置１３０と同様の構成を有し、表示装置１３０における接眼レンズ移動部１３１に代えて、光学系移動部１４１を有する。
【０１７１】
光学系移動部１４１は、枠体１４２と、枠体１４２を移動させる枠体移動部１４３を有する。光源部品３３、集光レンズ９１、光スキャン部品３４および射出瞳拡大素子９２は、枠体１４２に固定される。表示装置１４０では、水晶体厚み測定部４３によって測定した水晶体４５の厚みを表す情報を、水晶体厚み信号変換部４４を介して枠体移動部１４３に入力し、枠体移動部１４３が、水晶体厚み信号に基づいて、枠体１４２を移動させることによって、焦点距離がどのような距離であっても、網膜３２に焦点を合わせて明瞭な映像を観察者に認識させることができる。枠体移動部１４３は、枠体１４２を、水晶体４５が厚いときほど眼球３１から遠ざける方向に移動させることによって、眼球３１に照射される光を、眼球３１に近づくに連れて広がる光とすることができる。光源部品３３、集光レンズ９１、光スキャン部品３４、射出瞳拡大素子９２光学系移動部１４１を含んで眼球に到達する光の平行度を調整可能な光調整手段が実現される。これによって、前述した実施の形態の表示装置１３０と同様な効果を達成することができる。
【０１７２】
手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２は、選択手段であり、切替えスイッチによって実現される。光学系移動部１４１は、手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２のスイッチング状態に応じて、能動化または不能動化し、すなわち手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２のスイッチング状態がＯＮ状態であれば、光学系移動部１４１は能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて観察者の網膜３２に焦点が合う距離を求めて、この距離に焦点が合うように枠体１４２を移動させ、ＯＦＦであれば不能動化して、水晶体の厚み信号に基づいて枠体１４２を移動させない。手動ＯＮ／ＯＦＦ切替部１３２は、観察者が手動で操作することができる。これによって、観察者の観察者の好みおよび映像の内容によって、スイッチング状態を切換えて、利便性を向上させることができる。
【０１７３】
図１９は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１５０の構成を示す模式図である。表示装置１５０は、前述した図１１に示す実施の形態の表示装置９０の構成に加えて、視線方向検出装置１５１を含む構成であって、同様な構成には同様な参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１７４】
視線方向検出装置１５１は、観察者の視線の方向を検出する。視線方向検出装置１５１は、たとえば点光源から近赤外線を観察者の眼球に照射して、瞳孔および角膜耀面における近赤外線の反射像を利用する角膜反射法によって、視線を検出する。視線方向検出装置１５１は、検出した結果を表す視線情報信号を水晶体厚み信号変換部４４に与える。
【０１７５】
図２０（１）および（２）は、水晶体厚み測定部４３によって水晶体４５の厚みを測定する場合に生じうる測定誤差について説明するための図である。図２０（１）は、水晶体４５の光軸が、測定光の進行方向に対して平行となっているときの眼球３１の模式図であり、図２０（２）は水晶体４５の光軸が、測定光に進行方向に対して仮想一平面内で予め定める角度θだけ傾斜しているときの眼球３１の模式図である。
【０１７６】
水晶体４５の厚みをｄとしたとき、水晶体４５の光軸が、測定光の進行方向に対して平行となっているとき、水晶体４５と前房５３との界面で反射される第１反射光６１と、水晶体４５と硝子体５６との界面で反射される第２反射光６２との光路差は、２ｄである。しかしながら、水晶体４５の光軸が、測定光の進行方向に対して、仮想一平面内で予め定める角度θだけ傾斜しているとき、第１反射光６１と第２反射光６２との光路差は２ｄ／ｃｏｓθとなる。したがって、図２０（２）のように、水晶体４５の光軸が、測定光に進行方向に対して仮想一平面内で予め定める角度θだけ傾斜しているとき、1／ｃｏｓθが２ｄに乗算されることになり、測定誤差が生じる。
【０１７７】
前記視線方向検出装置１５１は、観察者の視線の方向を検出することによって、前述した水晶体４５の光軸と、測定光の進行方向に対して、仮想一平面内で傾斜する角度θを求める。視線方向検出装置１５１は、前記角度θを求め、誤差となる係数１／ｃｏｓθを補正するな傾き補正信号を水晶厚み信号変換部４４に与える。水晶厚み信号変換部４４は、水晶厚み信号変換部４４から与えられる傾き補正信号に基づいて、水晶体厚み測定部４３から与えられる水晶体４５の厚みを表す情報を補正して、水晶体厚み信号に変換して、画像信号処理回路３９に与える。したがって信号処理装置３９において、網膜に焦点が合う距離を正確に求めることができる。
【０１７８】
図２１は、本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１６０の構成を示す模式図である。表示装置１６０は、前述した図１１に示す実施の形態の表示装置９０の構成に加えて、視線方向検出装置１５１を含む構成であって、同様な構成には同様な参照符号を付して、その説明を省略する。表示装置１６０では、水晶体４５の厚みを測定するための測定光として、光源部品３３から網膜３２に投影する光の一部を用いる。
【０１７９】
視線方向検出装置１５１は、観察者の視線の方向を検出して、検出した観察者の視線の方向を表す視線方向信号を出力する。
【０１８０】
水晶体厚み測定部４３は、視線方向検出装置１５１から与えられる視線方向信号に基づいて、観察者の視線の方向に平行である光であり、言い換えれば水晶体４５の光軸に平行に入射する光を、映像を表示するための光から選択して、水晶体４５の厚みの測定に利用する。
【０１８１】
視線方向検出装置１５１によって検出された視線の方向の傾きを表す視線方向信号は、水晶体厚み測定部４３に与えられ、水晶体厚み測定部４３はこの視線方向信号に基づき、眼球３１に入射する入射光のうち、どの角度の入射光を水晶体４５の厚みの測定に使用するかを決定する。水晶体厚み測定部４３は、決定した入射光の角度に対し、その角度の画素を形成するスキャンのタイミングを、スキャンドライバ４２から与えられる信号から読み取り、適切なタイミングで、これに同期して水晶体４５の厚み測定を測定する。
【０１８２】
選択された映像を表示するのための光によって測定した水晶体４５の厚みは、常に水晶体４５に、この水晶体４５の光軸に平行に入射するから、前述したような視線の方向によって発生する測定光の傾きが、基本的に発生することが無く、常に正しく水晶体４５の厚みを測定することが可能である。したがって、水晶体４５の厚みを、視線方向の傾きによる誤差を生じることなく測定することが可能となる。
【０１８３】
前述した各実施の形態の表示装置は、両眼で映像を見る場合、および単眼で映像を見る場合の何れの場合であっても適用することができる。本発明のさらに他の実施の形態の表示装置において、本発明の範囲内で、前述した各実施の形態の表示装置を組合せて表示装置を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】本発明の実施の一形態の表示装置３０の構成を示す模式図である。
【図２】画像情報に含まれる３次元情報を概念的に説明する図である。
【図３】眼球３１の構造を模式的に示す図である。
【図４】水晶体４５と前房５３との界面における屈折率の違いによって反射される第１反射光６１と、水晶体４５と硝子体５６との界面における屈折率の違いによって反射される第２反射光６２とを模式的に示す図である。
【図５】第１反射光６１と、第２反射光６２と、第１反射光６１および第２反射光６２が干渉して生成される干渉光６３の波形を示す図である。
【図６】画像信号処理回路３９によって、距離情報に基づいて画像処理を施した場合と、画像処理を施さない場合とにおいて、観察者が認識する映像を説明する図である。
【図７】反射波の波長と、光の強度との関係を表すグラフである。
【図８】水晶体４５と硝子体５６との界面における屈折率の違いによって反射される第２反射光６２と、角膜５２および大気の屈折率差から生じる第３反射光７１とを模式的に示す図である。
【図９】水晶体４５および前房５３との界面における屈折率差の違いによって反射される第１反射光６１と、網膜３２によって反射される第４反射光７２とを模式的に示す図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置８０の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置９０の構成を示す模式図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１００の構成を示す模式図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１１０の構成を示す模式図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１２０の構成を示す模式図である。
【図１５】表示装置１２０における映像の表示方法を説明する図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１３０の構成を示す模式図である。
【図１７】表示装置１３０によって眼球３１へ向かう平行光の平行度を調整する様子を説明する図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１４０の構成を示す模式図である。
【図１９】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１５０の構成を示す模式図である。
【図２０】水晶体厚み測定部４３によって水晶体４５の厚みを測定する場合に生じうる測定誤差について説明するための図である。
【０１８５】
【図２１】本発明のさらに他の実施の形態の表示装置１６０の構成を示す模式図である。
【図２２】第１の従来の技術の表示装置１の構成を示す模式図である。
【図２３】第２の従来の技術の表示装置７の構成を示す模式図である。
【図２４】第３の従来の技術の表示装置１６の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１８６】
３０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０
３３  光源部品
３４  光スキャン部品
３５  第1レンズ
３６  第２レンズ
３８  入力部
３９  画像信号処理回路
４３  水晶体厚み測定部
４４  水晶体厚み信号変換部
９１  集光レンズ
９２  射出拡大素子
９３  接眼レンズ
１０１  点光源アレイ
１０２  光学変調素子
１１１  ピントぼかし量手動調節部
１３１  接眼レンズ移動部
１４１  光学系移動部
１５１  視線方向検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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