(57)【要約】【課題】疲労感の少ない自然な立体像を提供する。【解決手段】異なる複数の視点に対応する複数の視差画像を表示する表示部と、複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を生成し、複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して観察者の片眼に与える光学系と、観察者が注視している表示対象物を検出する検出部と、複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を、観察者が注視している表示対象物の視点からの距離に応じた位置に制御して、観察者の片眼の焦点に対応する位置に制御する制御部と、を備える表示装置を提供する。【選択図】図１
2011053564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる複数の視点に対応する複数の視差画像を表示する表示部と、
前記複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を生成し、前記複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して観察者の片眼に与える光学系と、
前記複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を、前記観察者の片眼の焦点に対応する位置に制御する制御部と、
を備える表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を、前記観察者が注視している表示対象物の視点からの距離に応じた位置に制御する
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記光学系は、
前記複数の視差画像を表示する表示面の虚像を生成する虚像生成光学系と、
前記虚像生成光学系により射出される前記複数の視差画像の光を、互いに異なる光軸にずらして前記観察者の片眼に与える光学素子と、
を有する
請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記観察者の眼に与えられる像を予め定められた倍率に制御する
請求項２から３の何れかに記載の表示装置。
【請求項５】
前記観察者が注視している表示対象物を検出する検出部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部により検出された表示対象物の距離に基づき前記光学系を制御する
請求項２から４の何れかに記載の表示装置。
【請求項６】
異なる複数の視点に対応する右眼用の複数の視差画像を表示する右眼用の表示部と、
異なる複数の視点に対応する左眼用の複数の視差画像を表示する左眼用の表示部と、
前記右眼用の複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を生成し、前記右眼用の複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して前記観察者の右眼に与える右眼用の光学系と、
前記左眼用の複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を生成し、前記左眼用の複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して前記観察者の左眼に与える左眼用の光学系と、
前記右眼用の複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を、前記観察者の右眼の焦点に対応する位置に制御し、前記左眼用の複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を、前記観察者の左眼の焦点に対応する位置に制御する制御部と、
を備える請求項１から５の何れかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記光学系は、
前記複数の視差画像のうちの第１の視差画像の光を透過する第１のレンズと、
前記複数の視差画像のうちの第２の視差画像の光を透過する第２のレンズと、
前記第１のレンズを透過した第１の視差画像の光および前記第２のレンズを透過した第２の視差画像の光を異なる方向から入射し、前記第１の視差画像の光の一部を透過して前記第２の視差画像の光の一部を反射して、前記第１の視差画像の光および前記第２の視差画像の光を光軸をずらして出射する部分透過ミラーと、
を有する
請求項１から６の何れかに記載の表示装置。
【請求項８】
前記光学系は、
前記複数の視差画像のうちの第１の視差画像の光を透過する第１のレンズと、
前記複数の視差画像のうちの第２の視差画像の光を透過する第２のレンズと、
前記第１のレンズを透過した第１の視差画像の光および前記第２のレンズを透過した第２の視差画像の光を異なる方向から入射し、前記第１の視差画像の光の第１偏光成分を透過して前記第２の視差画像の光の第２偏光成分を反射して、前記第１の視差画像および前記第２の視差画像を光軸をずらして出射する偏光ビームスプリッターと、
を有する
請求項１から６の何れかに記載の表示装置。
【請求項９】
前記表示部は、前記複数の視差画像のうちの第１の視差画像を第１偏光成分の光で表示し、前記複数の視差画像のうちの第２の視差画像を第２偏光成分の光で表示し、
前記光学系は、
前記表示部から出力された第１の視差画像の光および第２の視差画像の光を透過するレンズと、
前記レンズを透過した光を入射し、入射した光の第１偏光成分と第２偏光成分とを光軸をずらして出射する光学素子と、
を有する
請求項１から６の何れかに記載の表示装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、入射した光の前記第１偏光成分を透過して前記第２偏光成分を反射する複数の分離面であって、所定の間隔毎に平行に配置された前記複数の分離面を含む偏光ビームスプリッターアレイである
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記偏光ビームスプリッターアレイは、前記複数の分離面によって予め定められた数の反射がされる偏光成分を含む光束のみを通過させるように、当該偏光ビームスプリッターアレイに入射される光束を遮光する遮光部を有する請求項１０に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記光学素子は、
入射した光の前記第１偏光成分を透過して前記第２偏光成分を反射する第１面と、
前記第１面が透過した前記第１偏光成分を少なくとも反射して、反射した光を前記第１面へ出射する第２面と、
を有する
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記表示部は、前記第１の視差画像を第１偏光成分の光で表示する表示領域と、前記第２の視差画像を第２偏光成分の光で表示する表示領域とを含む表示面を有する
請求項９から１２の何れかに記載の表示装置。
【請求項１４】
前記表示部は、前記２つの画像を切り替えて表示する表示面と、前記表示面の切り替えに同期して第１偏光成分の光および第２偏光成分の光を切り替えて透過する切替部とを有する
請求項９から１２の何れかに記載の表示装置。
【請求項１５】
表示対象物を異なる複数の撮像位置から撮像して、請求項１から１４の何れかに記載の表示装置により観察者の片眼に与えられる複数の視差画像を生成する撮像装置。
【請求項１６】
異なる複数の視点に対応する複数の視差画像を表示する表示部と、
前記複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して観察者の片眼に与える光学系と、
を備える表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者に立体像を表示するための表示装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、観察者の注視点を検出し、注視点に表示された物体の距離を取得し、取得した距離に応じて光学系の焦点距離を制御する立体表示システムが記載されている。この立体表示システムでは、眼の焦点の距離と、観察者が注視している表示物体の距離とを一致させ、立体視に伴う観察者の疲労感を軽減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平６−８５５９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、表示画面内には、注視点に表示された物体とは異なる距離の物体も表示されている。このような表示物体については、眼の焦点距離と異なり、観察者に疲労感を与えてしまう。
【０００５】
そこで、上述の立体表示システムでは、表示画像に対して、注視点に表示された物体との距離差に比例したぼかし処理を加える。しかし、このような処理を行った場合には、注視点が変わる毎にぼかしの状態を変化させなければならず、演算量が多くなってしまっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の１つの態様においては、異なる複数の視点に対応する複数の視差画像を表示する表示部と、前記複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を生成し、前記複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して観察者の片眼に与える光学系と、前記複数の視差画像を表示する表示面のそれぞれの虚像を、前記観察者の片眼の焦点に対応する位置に制御する制御部と、を備える表示装置を提供する。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る表示装置１０の構成を示す。
【図２】本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ１である場合、当該点Ｐ１が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。
【図３】本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が、点Ｐ１よりも視点側に位置する立体像３０上の点Ｐ２である場合、当該点Ｐ２が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。
【図４】本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ１である場合、点Ｐ２が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。
【図５】本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ２である場合、点Ｐ１が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。
【図６】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。
【図７】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。
【図８】本実施形態の第３例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。
【図９】本実施形態の第３例に係る表示面２２の構成の一例を示す。
【図１０】本実施形態の第４例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。
【図１１】本実施形態に係る偏光ビームスプリッターアレイ６０の構成を示す。
【図１２】本実施形態の第５例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。
【図１３】本実施形態の第５例に係る光学素子６６を反射する光の経路の一例を示す。
【図１４】本実施形態の第５例に係る光学系１６により片眼４０に与えられる像の一例を示す。
【図１５】本実施形態に係る第１の撮像方法において、右眼用の第１の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図１６】本実施形態に係る第１の撮像方法において、右眼用の第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図１７】本実施形態に係る第１の撮像方法において、左眼用の第１の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図１８】本実施形態に係る第１の撮像方法において、左眼用の第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図１９】本実施形態に係る第１の撮像方法により撮像された視差画像を観察者に提供する場合における、表示部１４および光学系１６の配置例を示す。
【図２０】本実施形態に係る第２の撮像方法において、右眼用の第１の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図２１】本実施形態に係る第２の撮像方法において、右眼用の第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図２２】本実施形態に係る第２の撮像方法において、左眼用の第１の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図２３】本実施形態に係る第２の撮像方法において、左眼用の第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【図２４】本実施形態に係る第２の撮像方法により撮像された視差画像を観察者に提供する場合における、表示部１４および光学系１６の配置例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る表示装置１０の構成を示す。表示装置１０は、観察者の右眼および左眼に別個の画像を与えて、観察者に立体的に認識される画像を提供する。表示装置１０は、出力部１２と、右眼用の表示部１４−Ｒと、左眼用の表示部１４−Ｌと、右眼用の光学系１６−Ｒと、左眼用の光学系１６−Ｌと、検出部１８と、制御部２０とを備える。
【００１１】
出力部１２は、右眼用の複数の視差画像および左眼用の複数の視差画像を出力する。より詳しくは、出力部１２は、異なる複数の視点に対応する右眼用の複数の視差画像および左眼用の複数の視差画像を出力する。出力部１２は、このような視差画像として、例えば、異なる複数の視点から表示対象物を見た複数の視差画像を、右眼用および左眼用のそれぞれについて出力する。
【００１２】
出力部１２は、一例として、観察者の眼幅距離よりも十分短い距離（例えば、観察者の瞳の径と同等またはそれよりも短い距離）ずれた異なる複数の視点から撮像した複数の視差画像を、右眼用および左眼用のそれぞれについて出力する。複数の視差画像のずれの方向は、どの方向であってもよく、例えば、水平方向にずれていても、垂直方向にずれていてもよい。これにより、出力部１２は、表示対象物の表示位置を視点から当該表示対象物までの距離に応じてずらした右眼用の複数の視差画像、および、左眼用の複数の視差画像を出力することができる。
【００１３】
更に、出力部１２は、右眼用および左眼用の複数の視差画像に含まれるそれぞれの表示対象物の距離情報を出力する。出力部１２は、一例として、画面領域毎に距離情報を出力する。当該距離情報は、一例として、撮像時に生成される。
【００１４】
右眼用の表示部１４−Ｒは、出力部１２から出力された右眼用の複数の視差画像を表示する。左眼用の表示部１４−Ｌは、出力部１２から出力された左眼用の複数の視差画像を表示する。
【００１５】
右眼用の表示部１４−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌは、複数の視差画像のそれぞれを表示する表示面２２を有する。なお、右眼用の表示部１４−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌは、右眼用または左眼用である点において相違するが、他の点においては互いに同一の機能および構成を有するので、以下、両者を合わせて説明する場合には、単に表示部１４と称する。
【００１６】
右眼用の光学系１６−Ｒは、右眼用の表示部１４−Ｒにおける右眼用の複数の視差画像を表示する表示面２２のそれぞれの虚像を生成し、右眼用の複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して観察者の右眼に与える。左眼用の光学系１６−Ｌは、左眼用の表示部１４−Ｌにおける左眼用の複数の視差画像を表示する表示面２２のそれぞれの虚像を生成し、左眼用の複数の視差画像の光のそれぞれを対応する視点に応じた位置に合成して観察者の左眼に与える。
【００１７】
なお、右眼用の光学系１６−Ｒおよび左眼用の光学系１６−Ｌは、右眼用または左眼用である点において相違するが、他の点においては互いに同一の機能および構成を有するので、以下、両者を合わせて説明する場合には、単に光学系１６と称する。
【００１８】
ここで、光学系１６は、複数の視差画像を表示する表示面２２の虚像を生成する虚像生成光学系と、虚像生成光学系より射出した複数の視差画像の光を互いに異なる光軸にずらして観察者の片眼に与える光学素子とを有する。虚像生成光学系は、一例として、レンズまたは反射光学系であってよい。
【００１９】
本実施形態においては、光学系１６は、虚像生成光学系として、複数の視差画像のそれぞれに対応して設けられた複数のレンズ２４を有する。それぞれのレンズ２４は、観察者の片眼（右眼または左眼）と、表示部１４における複数の視差画像を表示する表示面２２のそれぞれとの間に、互いに光軸をずらして設けられる。これにより、光学系１６は、観察者の片眼に対して、複数の視差画像を表示する表示面２２のそれぞれの虚像を見せることができる。
【００２０】
また、虚像生成光学系より射出した複数の視差画像の光を互いに異なる光軸にずらして観察者の片眼に与える光学素子は、一例として、ビームスプリッター等であってよい。このような光学素子を有することにより、光学系１６は、観察者の片眼に対して、複数の視差画像の光を同時に与えることができる。なお、表示部１４および光学系１６の具体的な構成例については、詳細を後述する。
【００２１】
さらに、光学系１６は、虚像生成光学系が作る表示面２２の虚像の位置を、光軸方向に前後に移動させることができる。光学系１６は、一例として、レンズ２４と表示面２２との間の相対距離を変化させることにより、表示面２２の虚像の位置を移動させる。また、レンズ２４は、一例として、ズームレンズであってよい。この場合、光学系１６は、レンズ２４の焦点位置を変化させることにより、表示面２２の虚像の位置を移動させることができる。
【００２２】
検出部１８は、表示部１４が表示している複数の視差画像内における、観察者が注視している表示対象物を検出する。検出部１８は、一例として、観察者が注視している表示面２２上の位置を検出する構成であってよい。
【００２３】
制御部２０は、観察者が注視している表示対象物および出力部１２により出力された距離情報に基づき、観察者の注視点に表示された表示対象物における視点からの距離を取得する。そして、制御部２０は、複数の視差画像を表示する表示面２２のそれぞれの虚像を、観察者の片眼の焦点に対応する位置に制御する。
【００２４】
制御部２０は、一例として、光学系１６が作る表示面２２の虚像の位置を、観察者が注視している表示対象物における視点から当該表示対象物までの距離に応じた位置に制御する。これにより、制御部２０は、観察者の注視点に表示された表示対象物と同一距離にある表示対象物のそれぞれの像を、観察者の片眼の焦点に一致させることができる。
【００２５】
さらに、制御部２０は、観察者の眼に与えられる像を予め定められた倍率に制御する。制御部２０は、一例として、表示される視差画像の倍率を変更したり、レンズ２４をズームレンズとすることで、観察者の眼に与えられる像を予め定められた倍率に制御する。
【００２６】
図２は、本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が立体像３０上の表示対象物Ｐ１（以下、点Ｐ１）である場合、当該点Ｐ１が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。本例において、表示部１４は、第１の表示面２２−１と、第２の表示面２２−２とを有する。第１の表示面２２−１は、所定の視点から撮像された第１の視差画像を表示する。第２の表示面２２−２は、第１の視差画像を撮像した視点に対して、微小距離ずれた異なる視点から撮像された第２の視差画像を表示する。なお、図２から図４では、説明上、第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２を重ねて描いている。
【００２７】
また、本例において、光学系１６は、第１の視差画像の光を、当該第１の視差画像を撮像した視点に対応する位置から観察者の片眼４０に与える。また、光学系１６は、第２の視差画像の光を、当該第２の視差画像を撮像した視点に対応する位置から観察者の片眼４０に与える。例えば、光学系１６は、第１の視差画像の撮像位置と第２の視差画像の撮像位置とが水平方向に所定距離ずれていれば、第１の視差画像の光と第２の視差画像の光とを水平方向に同距離ずらした視点からの光束として合成して、観察者の片眼４０に与える。
【００２８】
また、本例において、光学系１６は、第１のレンズ２４−１と、第２のレンズ２４−２とを有する。第１のレンズ２４−１は、第１の表示面２２−１と片眼４０との間の光路中に設けられる。また、第２のレンズ２４−２は、第２の表示面２２−２と片眼４０との間における、第１のレンズ２４−１とは異なる光路中に設けられる。
【００２９】
このような表示装置１０では、第１の表示面２２−１に表示された第１の視差画像の光は、第１のレンズ２４−１を透過して片眼４０に与えられる。これとともに、第２の表示面２２−２に表示された第２の視差画像の光は、第２のレンズ２４−２を透過して片眼４０に与えられる。
【００３０】
ここで、観察者の注視点が、立体像３０上の点Ｐ１にあるとする。また、距離情報に示された、点Ｐ１における視点からの距離はＨ１であるとする。
【００３１】
この場合、観察者の片眼４０は、距離Ｈ１上の面で、第１の視差画像による点Ｐ１と第２の視差画像による点Ｐ１とが一致するように、水晶体４２の厚みを調整する。更に、制御部２０は、第１の表示面２２−１の虚像を距離Ｈ１上の面に生成するように、例えば、第１の表示面２２−１および第１のレンズ２４−１の何れか一方または両方の位置を制御する。これとともに、制御部２０は、第２の表示面２２−２の虚像を距離Ｈ１上の面に生成するように、例えば、第２の表示面２２−２および第２のレンズ２４−２の何れか一方または両方の位置を制御する。
【００３２】
以上により、表示装置１０は、観察者の片眼４０に対して、第１の視差画像による点Ｐ１と第２の視差画像による点Ｐ１とを、距離Ｈ１上の面において合致させ、且つ、ピントが合った状態で見せることができる。
【００３３】
図３は、本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が、点Ｐ１よりも視点側に位置する立体像３０上の表示対象物Ｐ２（以下、点Ｐ２）である場合、当該点Ｐ２が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。観察者の注視点が、立体像３０上の点Ｐ２にあるとする。また、距離情報に示された、点Ｐ２における視点からの距離はＨ２であるとする。
【００３４】
この場合、観察者の片眼４０は、距離Ｈ2上の面で、第１の視差画像による点Ｐ2と第２の視差画像による点Ｐ2とが合致するように、水晶体４２の厚みを調整する。更に、制御部２０は、第１の表示面２２−１の虚像を距離Ｈ２上の面に生成するように、例えば、第１の表示面２２−１および第１のレンズ２４−１の何れか一方または両方の位置を制御する。これとともに、制御部２０は、第２の表示面２２−２の虚像を距離Ｈ２上の面に生成するように、例えば、第２の表示面２２−２および第２のレンズ２４−２の何れか一方または両方の位置を制御する。
【００３５】
以上により、表示装置１０は、観察者の片眼４０に対して、第１の視差画像による点Ｐ2と第２の視差画像による点Ｐ2とを、距離Ｈ2上の面において合致させ、且つ、ピントが合った状態で見せることができる。
【００３６】
図２および図３に示されるように、表示装置１０は、観察者が注視している表示対象物の像の距離と、観察者の片眼４０のピントの距離とを一致させることができる。これにより、表示装置１０によれば、観察者に対して、不快感および疲労等の少ない自然な立体像を提供することができる。
【００３７】
図４は、本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ１である場合、点Ｐ２が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。片眼４０から第１のレンズ２４−１を通り点Ｐ２に向かう光束の主光線、および、片眼４０から第２のレンズ２４−２を通り点Ｐ２に向かう光束の主光線は、距離Ｈ２上の面では一致するが、距離Ｈ１上の面ではずれる。
【００３８】
ここで、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ１にある場合、第１の表示面２２−１の虚像および第２の表示面２２−２の虚像は、距離Ｈ１上の面に生成される。従って、この場合、第１のレンズ２４−１が作る点Ｐ２に対応する虚像と、第２のレンズ２４−２が作る点Ｐ２に対応する虚像とは、位置がずれた像となる。
【００３９】
このように、表示装置１０は、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ１にある場合、点Ｐ１とは距離が異なる点Ｐ２については、観察者の片眼４０に対して、位置ずれして重ねられた二重の像を与えることができる。この場合において、第１のレンズ２４−１が作る点Ｐ２に対応する虚像の位置と、第２のレンズ２４−２が作る点Ｐ２に対応する虚像の位置とのずれ量ｓ２は、距離Ｈ１と距離Ｈ２との間隔ｄに比例した値となる。
【００４０】
図５は、本実施形態の表示装置１０において、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ２である場合、点Ｐ１が観察者の片眼４０にどのように見えるかを示す。片眼４０から第１のレンズ２４−１を通り点Ｐ１に向かう光束の主光線と、片眼４０から第２のレンズ２４−２を通り点Ｐ１に向かう光束の主光線とは、距離Ｈ１上の面では一致するが、距離Ｈ２上の面ではずれる。
【００４１】
ここで、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ２にある場合、第１の表示面２２−１の虚像および第２の表示面２２−２の虚像は、距離Ｈ２上の面に生成される。従って、この場合、第１のレンズ２４−１が作る点Ｐ１に対応する虚像と、第２のレンズ２４−２が作る点Ｐ１に対応する虚像とは、位置がずれた像となる。
【００４２】
このように、表示装置１０は、観察者の注視点が立体像３０上の点Ｐ２にある場合、点Ｐ２とは距離が異なる点Ｐ１については、観察者の片眼４０に対して、位置ずれして重ねられた二重の像を与えることができる。この場合において、第１のレンズ２４−１が作る点Ｐ１に対応する虚像の位置と、第２のレンズ２４−２が作る点Ｐ１に対応する虚像の位置とのずれ量ｓ１は、距離Ｈ１と距離Ｈ２との間隔ｄに比例した値となる。
【００４３】
図４および図５に示されるように、表示装置１０は、注視点に表示された表示対象物と異なる距離の表示対象物を、注視点に表示された表示対象物からの距離に応じたずれ量分、表示面内方向にずらして、観察者の片眼４０に与える。このずれ量により、観察者には擬似的にぼけが生じたように感じられるので、表示装置１０は、注視点に表示された表示対象物からの距離に応じてぼけ量が大きくなる立体像を観察者に提供することができる。
【００４４】
このような状態は、３次元物体を直接観察する場合とほぼ等価な状態である。従って、２台の表示装置１０により左右両眼に立体像を供給することで、両眼視差による表示対象物上の注視点に、眼のピントを合わせることができるので、不快感および疲労等の少ない自然な立体像を観察者に与えることができる。
【００４５】
更に、表示装置１０によれば、複数の視差画像のずれによりぼけを生じさせるので、観察者の注視点が変わった場合にも、ぼかしの状態を容易に変化させることができる。これにより、表示装置１０によれば、複雑な演算を必要とせず、リアルタイムで簡易にぼかしの状態を変化させることができる。
【００４６】
図６は、本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。なお、第１例に係る表示装置１０は、図１から図５に示した表示装置１０と略同一の構成および機能を有するので、図１から図５までに説明した構成要素と略同一の構成要素については同一の符号を付けて相違点を除き説明を省略する。
【００４７】
第１例に係る表示部１４は、複数の視差画像のうちの第１の視差画像を表示する第１の表示面２２−１と、複数の視差画像のうちの第２の視差画像を表示する第２の表示面２２−２とを有する。第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２は、互いに異なる位置に配置される。
【００４８】
第１例に係る光学系１６は、第１のレンズ２４−１と、第２のレンズ２４−２と、部分透過ミラー５０とを有する。第１のレンズ２４−１は、第１の表示面２２−１により表示された第１の視差画像の光を透過する。第２のレンズ２４−２は、第２の表示面２２−２により表示された第２の視差画像の光を透過する。
【００４９】
部分透過ミラー５０は、第１のレンズ２４−１を透過した第１の視差画像の光および第２のレンズ２４−２を透過した第２の視差画像の光を異なる方向（例えば、互いに直交する方向）から入射する。そして、部分透過ミラー５０は、第１の視差画像の光の一部を透過して第２の視差画像の光の一部を反射して、第１の視差画像の光および第２の視差画像の光を、光軸をずらして出射する。この場合において、部分透過ミラー５０は、第１の視差画像の光と第２の視差画像の光とを、撮像位置のずれの方向およびずれ量に対応して光軸をずらして出射する。部分透過ミラー５０は、例えば、片眼４０に対して水平方向に光軸がずれた光を射出してもよいし、片眼４０に対して垂直方向にずれた光を射出してもよい。
【００５０】
このような第１例に係る光学系１６は、異なる複数の視点から撮像された第１の視差画像および第２の視差画像を、対応する視点に応じた位置に光学的に合成して観察者の片眼４０に与えることができる。そして、このような第１例に係る光学系１６は、第１のレンズ２４−１および第２のレンズ２４−２を機械的に干渉させずに配置することができる。
【００５１】
図７は、本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。なお、本実施形態に係る第２例に係る表示部１４および光学系１６は、図６に示された第１例に係る表示部１４および光学系１６と略同一の構成を有するので、同一の構成要素については図面中に同一の符号を付け、以下、相違点を除き説明を省略する。
【００５２】
第２例に係る光学系１６は、部分透過ミラー５０に代えて、偏光ビームスプリッター５４を有する。偏光ビームスプリッター５４は、第１のレンズ２４−１を透過した第１の視差画像の光および第２のレンズ２４−２を透過した第２の視差画像の光を異なる方向から入射する。そして、偏光ビームスプリッター５４は、第１の視差画像の光の第１偏光成分（例えばＰ偏光成分）を透過して第２の視差画像の光の第２偏光成分（Ｓ偏光成分）を反射して、第１の視差画像および第２の視差画像の光を、光軸をずらして出射する。このような第２例に係る光学系１６は、第１例と同様の作用効果を有する。
【００５３】
図８は、本実施形態の第３例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。なお、第３例に係る表示装置１０は、図１から図５に示した表示装置１０と略同一の構成および機能を有するので、図１から図５までに説明した構成要素と略同一の構成要素については同一の符号を付けて相違点を除き説明を省略する。
【００５４】
第３例に係る表示部１４は、１つの表示面２２を有する。表示面２２は、第１の視差画像を第１偏光成分（例えば垂直方向の直線偏光成分）の光で表示し、第２の視差画像を第１偏光成分と異なる第２偏光成分（例えば第１偏光成分と直交する水平方向の直線偏光成分）の光で表示する。
【００５５】
第３例に係る光学系１６は、１つのレンズ２４と、光学素子５６とを有する。レンズ２４は、表示部１４から出力された第１の視差画像の光（第１偏光成分の光）および第２の視差画像の光（第２偏光成分の光）を透過する。
【００５６】
光学素子５６は、レンズ２４を透過した光を入射する。そして、光学素子５６は、入射した光の第１偏光成分と第２偏光成分とを、光軸をずらして平行に出射する。光学素子５６は、一例として、複屈折を利用したビームディスプレーサであってよい。
【００５７】
このような第３例に係る光学系１６は、異なる複数の視点から撮像された第１の視差画像および第２の視差画像を、対応する視点に応じた位置に光学的に合成して観察者の片眼４０に与えることができる。さらに、このような第３例に係る光学系１６は、第１の視差画像の光および第２の視差画像の光を光学素子５６に対して同一方向から入射することができる。従って、第３例に係る光学系１６は、表示装置１０全体を小型にすることができる。
【００５８】
図９は、本実施形態の第３例に係る表示面２２の構成の一例を示す。表示面２２は、一例として、第１の視差画像を第１偏光成分の光で表示する表示領域と、第２の視差画像を第２偏光成分の光で表示する表示領域とを含む構成であってよい。
【００５９】
例えば、表示面２２は、図９に示されるように、第１偏光成分の光を出力する複数の第１画素２２−１と、第２偏光成分の光を出力する複数の第２画素２２−２とが、行方向または列方向に交互に配置された構成であってよい。また、例えば、表示面２２は、第１画素２２−１と第２画素２２−２とが千鳥状に配置された構成であってもよい。
【００６０】
このような表示面２２は、１枚の面内に第１の視差画像および第２の視差画像を表示することができる。表示装置１０は、このような表示面２２を備えることにより、全体を小型にすることができる。
【００６１】
図１０は、本実施形態の第４例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。なお、本実施形態に係る第４例に係る表示部１４および光学系１６は、図８に示された第３例に係る表示部１４および光学系１６と略同一の構成を有するので、同一の構成要素については図面中に同一の符号を付け、以下、相違点を除き説明を省略する。
【００６２】
第４例に係る表示面２２は、表示面２２と、切替部５８とを有する。表示面２２は、第１の視差画像と第２の視差画像とを時間的に交互に切り替えて表示する。切替部５８は、表示面２２の切り替えに同期して第１の視差画像の光と第２の視差画像の光の偏光方向を光学素子５６に対して切り替えて透過する。
【００６３】
このような第４例に係る表示部１４は、第１の視差画像を第１偏光成分の光で出力し、第２の視差画像を第１偏光成分と異なる第２偏光成分の光で出力することができる。表示装置１０は、このような表示部１４を備えることによっても、全体を小型にすることができる。
【００６４】
図１１は、本実施形態に係る偏光ビームスプリッターアレイ６０の構成を示す。本実施形態の第３例および第４例に係る光学素子５６は、一例として、偏光ビームスプリッターアレイ６０であってよい。偏光ビームスプリッターアレイ６０は、所定の間隔毎に平行に配置された複数の分離面６２を含む。それぞれの分離面６２は、レンズ２４を透過した光を入射する。そして、それぞれの分離面６２は、入射した光の第１偏光成分を透過して第２偏光成分を反射する。
【００６５】
図１１に示されるような、所定の間隔毎に配置された３つの分離面（第１の分離面６２−１、第２の分離面６２−２および第３の分離面６２−３）を含む偏光ビームスプリッターアレイ６０の場合であれば、例えば、次のように光が通過する。
【００６６】
第１の分離面６２−１には、レンズ２４を透過した光束Ｌ１が入射される。第１の分離面６２−１は、入射した光束Ｌ１のＰ偏光成分Ｌ１１を透過し、光束Ｌ１のＳ偏光成分Ｌ１２を反射する。そして、第１の分離面６２−１は、光束Ｌ１のＰ偏光成分Ｌ１１を外部へと出射する。
【００６７】
また、第１の分離面６２−１を反射したＳ偏光成分Ｌ１２は、第１の分離面６２−１と隣接する第２の分離面６２−２の裏面側に入射する。第２の分離面６２−２は、裏面側に入射したＳ偏光成分Ｌ１２を反射する。そして、第２の分離面６２−２は、光束Ｌ１のＳ偏光成分Ｌ１２を、光束Ｌ１のＰ偏光成分Ｌ１１とは異なる位置から平行に外部へと出射する。
【００６８】
第２の分離面６２−２および第３の分離面６２−３のそれぞれに入射される光束も、同様に、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分に分離され、それぞれ異なる位置から平行に外部へと出射される。このように偏光ビームスプリッターアレイ６０は、レンズ２４から入射した光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離して、光軸をずらして平行に出射することができる。
【００６９】
なお、分離面６２は、ワイヤグリッドで構成されることが好ましい。これにより、分離面６２は、様々な波長および入射角度を有する光束を、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分に分離することができる。
【００７０】
また、偏光ビームスプリッターアレイ６０は、一例として、遮光部６４を含む構成であってもよい。遮光部６４は、複数の分離面６２によって予め定められた数の反射がされる偏光成分（例えば２回反射される偏光成分）を含む光束のみを通過させるように、当該偏光ビームスプリッターアレイ６０に入射される光束を遮光する。即ち、遮光部６４は、予め定められた数以外の回数分反射がされる偏光成分（例えば０回、１回、３回以上の反射がされる偏光成分）を含む光束を遮断する。
【００７１】
これにより、偏光ビームスプリッターアレイ６０は、例えば何れの分離面６２も透過することなく出射されてしまう光束Ｌ１３を遮断することができる。また、偏光ビームスプリッターアレイ６０は、分離面６２において１回のみまたは３回以上反射して偏光ビームスプリッターアレイ６０から出射されてしまう光束Ｌ１４を遮断することができる。
【００７２】
図１２は、本実施形態の第５例に係る表示装置１０における、表示部１４および光学系１６の構成を示す。図１３は、本実施形態の第５例に係る光学素子６６を反射する光の経路の一例を示す。図１４は、本実施形態の第５例に係る光学系１６により片眼４０に与えられる像の一例を示す。なお、本実施形態に係る第５例に係る表示部１４および光学系１６は、図８に示された第３例に係る表示部１４および光学系１６と略同一の構成を有するので、同一の構成要素については図面中に同一の符号を付け、以下、相違点を除き説明を省略する。
【００７３】
第５例に係る光学系１６は、１つのレンズ２４と、光学素子６６とを有する。レンズ２４は、表示部１４から出力された第１の視差画像の光（第１偏光成分の光）および第２の視差画像の光（第２偏光成分の光）を透過する。
【００７４】
光学素子６６は、図１３に示されるように、第１面６７と、第２面６８とを有する。第１面６７は、レンズ２４を透過した光を入射し、入射した光の第１偏光成分Ｌｐを透過して第２偏光成分Ｌｓを反射する。第２面６８は、第１面６７を透過した第１偏光成分Ｌｐの光を少なくとも反射して、第１面６７へ出射する。第２面６８は、一例として、第１面６７と平行に配置される。
【００７５】
このような光学素子６６は、入射した光の第１偏光成分と第２偏光成分とを、光軸をずらして出射することができる。光学素子６６は、一例として、第１偏光成分と第２偏光成分とを平行に出射することができる。これにより、光学素子６６は、第１の視差画像の光および第２の視差画像の光のそれぞれを、対応する視点への光として観察者の片眼に与えることができる。
【００７６】
第１面６７および第２面６８は、一例として、ガラス等の表面および裏面に形成されたワイヤグリッド等であってよい。また、第２面６８は、偏光に依存せずに反射をする反射面であってもよい。
【００７７】
また、図１４に示されるように、第２面６８は、半透明な面であってもよい。これにより、表示部１４から射出された光に、外部から入射される光を合成して片眼４０に与えることができる。従って、このような表示装置１０は、実在の物体に立体像を重ねて表示することができる。
【００７８】
図１５および図１６は、本実施形態に係る第１の撮像方法において、右眼用の第１の視差画像および第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。図１７および図１８は、本実施形態に係る第１の撮像方法において、左眼用の第１の視差画像および第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【００７９】
表示装置１０は、第１の視差画像の光と第２の視差画像の光とを、水平方向に距離ｒずらして合成して観察者の片眼４０に与えるとする。この場合、本実施形態に係る撮像装置７２は、一例として、図１５から図１８に示されるように、右眼用および左眼用のそれぞれの第１の視差画像および第２の視差画像を撮像する。
【００８０】
ここで、被写体７０上の撮像したい範囲の中心にある表示対象物Ｏから撮像者の方向に延ばした線を、中心線Ｃとする。また、表示対象物Ｏから撮像装置７２の瞳位置までの距離をＲとする。
【００８１】
また、中心線Ｃから水平方向に右側にＷ／２にずれた線を、右眼用画像の基準撮像位置を表す右眼基準線ＣＲとする。また、中心線Ｃから水平方向に左側にＷ／２にずれた線を、左眼用画像の基準撮像位置を表す左眼基準線ＣＬとする。なお、Ｗは、観察者の眼幅距離に応じた長さである。
【００８２】
まず、図１５に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、右眼基準線ＣＲから水平方向の右側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、右眼用の第１の視差画像を撮像素子７４により記録する。続いて、図１６に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、右眼基準線ＣＲから水平方向の左側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、右眼用の第２の視差画像を撮像素子７４により記録する。
【００８３】
続いて、図１７に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、左眼基準線ＣＬから水平方向の右側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、左眼用の第１の視差画像を撮像素子７４により記録する。続いて、図１８に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、左眼基準線ＣＬから水平方向の左側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、左眼用の第２の視差画像を撮像素子７４により記録する。
【００８４】
以上の各位置から撮像することにより、撮像装置７２は、右眼用の第１の視差画像および第２の視差画像、並びに、左眼用の第１の視差画像および第２の視差画像を生成することができる。なお、撮像装置７２は、表示装置１０が水平方向以外にずらして第１の視差画像と第２の視差画像とを合成して観察者の片眼４０に与える場合には、右眼基準線ＣＲまたは左眼基準線ＣＬを中心として、対応する方向に距離ｒ離間した２つの位置で第１の視差画像および第２の視差画像を撮像すればよい。
【００８５】
以上のように、撮像装置７２は、表示装置１０により合成される複数の視差画像のずれ量および方向に応じて設定された複数の異なる撮影位置から、表示対象物を撮像して複数の視差画像を生成する。これにより、撮像装置７２は、光学的に合成して観察者の片眼に与えることができる複数の視差画像を生成することができる。なお、本変形例においては、１台の撮像装置７２をずらすことにより４枚の視差画像を撮像するが、前述の撮像位置に４台のカメラを配置して４枚の視差画像を同時に撮像してもよい。
【００８６】
図１９は、本実施形態に係る第１の撮像方法により撮像された視差画像を観察者に提供する場合における、表示部１４および光学系１６の配置例を示す。図１５から図１８に示された方法で撮像した画像を表示する場合、表示装置１０の右眼用の光学系１６−Ｒおよび左眼用の光学系１６−Ｌは、それぞれが有する光軸の中心軸が、互いに平行に距離Ｗ離間する位置に配置される。
【００８７】
そして、このような表示装置１０は、観察者が、撮像した範囲の中心に位置する表示対象物Ｏを注視している場合、右眼用の表示部１４−Ｒの虚像５２−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌの虚像５２−Ｌのそれぞれを、視点から距離Ｒ離れた位置に見えるように調整する。これにより、表示装置１０は、図１５から図１８に示された方法により撮像された右眼用および左眼用の視差画像を表示して、観察者に立体像を与えることができる。
【００８８】
図２０および図２１は、本実施形態に係る第２の撮像方法において、右眼用の第１の視差画像および第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。図２２および図２３は、本実施形態に係る第２の撮像方法において、左眼用の第１の視差画像および第２の視差画像を撮像する場合の撮像装置７２の位置を示す。
【００８９】
被写体７０上の撮像したい範囲の中心にある表示対象物Ｏを中心として、中心線Ｃから水平方向に右側に角度φ回転させた線を、右眼用画像の基準撮像位置を表す第２の右眼基準線ＤＲとする。また、表示対象物Ｏを中心として、中心線Ｃから水平方向に左側に角度φ回転させた線を、左眼用画像の基準撮像位置を表す第２の左眼基準線ＤＬとする。
【００９０】
なお、φは、下記の式（１）の関係が成り立つ角度である。
Ｗ／２＝Ｒ×ｔａｎφ    …（１）
【００９１】
まず、図２０に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、第２の右眼基準線ＤＲから水平方向の右側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、右眼用の第１の視差画像を撮像素子７４により記録する。続いて、図２１に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、第２の右眼基準線ＤＲから水平方向の左側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、右眼用の第２の視差画像を撮像素子７４により記録する。
【００９２】
続いて、図２２に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、第２の左眼基準線ＤＬから水平方向の右側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、左眼用の第１の視差画像を撮像素子７４により記録する。続いて、図２３に示されるように、撮像装置７２は、レンズの光軸を、第２の左眼基準線ＤＬから水平方向の左側にｒ／２平行移動した軸上に配置して、左眼用の第２の視差画像を撮像素子７４により記録する。
【００９３】
これにより撮像装置７２は、右眼用の第１および第２の視差画像および左眼用の第１および第２の視差画像を生成することができる。なお、撮像装置７２は、表示装置１０が水平方向以外にずらして第１の視差画像と第２の視差画像とを合成して観察者の片眼４０に与える場合には、第２の右眼基準線ＤＲまたは第２の左眼基準線ＤＬを中心として、対応する方向に距離ｒ離間した２つの位置で第１の視差画像および第２の視差画像を撮像すればよい。
【００９４】
以上のように、撮像装置７２は、表示装置１０により合成される複数の視差画像のずれ量および方向に応じて設定された複数の異なる撮影位置から、表示対象物を撮像して複数の視差画像を生成する。これにより、撮像装置７２は、表示装置１０が、光学的に合成して観察者の片眼に与えることができる複数の視差画像を生成することができる。
【００９５】
特に、第２の撮像方法により撮像することにより、撮像装置７２は、表示対象物Ｏが撮影者の近くである場合であっても、右眼用の視差画像および左眼用の視差画像により撮像される空間領域をほぼ一致させることができ、より良好な立体感を観察者に与えることができる。
【００９６】
図２４は、本実施形態に係る第２の撮像方法により撮像された視差画像を観察者に提供する場合における、表示部１４および光学系１６の配置例を示す。観察者の右眼と左眼との中間点から奥行き方向に延ばした線を、線Ｅとする。また、線Ｅ上における、観察者の右眼と左眼との中間点から距離Ｒの点を、点Ｘとする。
【００９７】
図２０から図２３に示された方法で撮像した画像を表示する場合、表示装置１０の右眼用の光学系１６−Ｒは、当該右眼用の光学系１６−Ｒが有する２つの光軸の中心軸が、線Ｅを点Ｘを中心として水平方向の右側に角度φ回転させた線上に位置するように、配置される。また、左眼用の光学系１６−Ｌは、当該左眼用の光学系１６−Ｌが有する２つの光軸の中心軸が、線Ｅを点Ｘを中心として水平方向の左側に角度φ回転させた線上に位置するように、配置される。
【００９８】
そして、このような表示装置１０は、観察者が、撮像した範囲の中心に位置する表示対象物Ｏを注視している場合、右眼用の表示部１４−Ｒの虚像５２−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌの虚像５２−Ｌのそれぞれを、視点から距離Ｒ離れた位置に見えるように調整する。これにより、表示装置１０は、図２０から図２３に示された方法により撮像された右眼用および左眼用の視差画像を表示して、観察者に立体像を与えることができる。
【００９９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１００】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  表示装置、１２  出力部、１４  表示部、１６  光学系、１８  検出部、２０  制御部、２２  表示面、２４  レンズ、３０  立体像、４０  片眼、４２  水晶体、５０  部分透過ミラー、５２  虚像、５４  偏光ビームスプリッター、５６  光学素子、５８  切替部、６０  偏光ビームスプリッターアレイ、６２  分離面、６４  遮光部、６６  光学素子、７０  被写体、７２  撮像装置、７４  撮像素子
【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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