(57)【要約】【課題】  臨場感のある画像を観察することができる画像観察装置の提供。【解決手段】  表示装置１Ｒに表示された画像は反射ミラー２Ｒによって反射され、接眼窓９Ｒを介して観察者の右眼１４Ｒによって観察される。表示装置１Ｌに表示された画像は反射ミラー２Ｌによって反射され、接眼窓９Ｌを介して観察者の左眼１４Ｌによって観察される。その結果、右眼１４Ｒには虚像１５Ｒが観察され、左眼１４Ｌには虚像１５Ｌが観察される。虚像１５Ｌ、１５Ｒの位置は左右にずれているため、輻輳角φから知覚される輻輳距離は、ピント距離よりも長くなり臨場感のある画像が観察される。例えば、表示装置１Ｌ，１Ｒの水平画面角度αを３０度以上に設定したり、表示装置１Ｌ，１Ｒに輝度差や彩度差を与えることによって、臨場感がより高まる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置において、
前記表示画像を構成する画素の観察者から視認される隣接する画素間の見込み角度は２分５０秒より小さいことを特徴とする画像観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像観察装置において、
観察者から視認される前記表示装置の画面の見込み角度を２５度以上１００度以下としたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像観察装置において、
前記ピント距離に対する前記輻輳距離のずれの要因である左右両眼の各々で観察される前記表示画像の虚像の相互のずれを、２プリズムディオプトリ以上５プリズムディオプトリ以下としたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項４】
観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置において、
前記ピント距離に対する前記輻輳距離のずれの要因である前記両眼の各々で観察される前記表示画像の虚像の相互のずれを、２プリズムディオプトリ以上５プリズムディオプトリ以下としたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項５】
観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置において、
前記ピント距離が３０ｃｍ以上となる位置に前記表示装置を配設したことを特徴とする画像観察装置。
【請求項６】
観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置において、
前記輻輳距離を前記ピント距離よりも長くなるように設定したことを特徴とする画像観察装置。
【請求項７】
請求項１に記載の画像観察装置において、
前記輻輳距離を前記ピント距離よりも長くなるように設定したことを特徴とする画像観察装置。
【請求項８】
請求項３に記載の画像観察装置において、
前記ピント距離が３０ｃｍ以上となる位置に前記表示装置を配設したことを特徴とする画像観察装置。
【請求項９】
観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置において、
前記表示装置に表示された表示画像を反射して前記両眼の少なくとも一方に各々に導く反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射された表示画像を観察する眼に、前記表示装置に表示された表示画像が前記反射ミラーを介さずに直接観察されるのを防止する遮蔽部材とを備えたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の画像観察装置において、
前記表示装置に表示された表示画像を反射して前記両眼の少なくとも一方に各々に導く反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射された表示画像を観察する眼に、前記表示装置に表示された表示画像が前記反射ミラーを介さずに直接観察されるのを防止する遮蔽部材とを備えたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の画像観察装置において、
前記観察者の観察位置を位置決めする位置決め機構を設けたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項１２】
観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置において、
前記各表示装置の輝度および彩度の少なくとも一方を制御し、前記一対の表示装置の間で輝度差または彩度差を生じさせる制御手段を設けたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の画像観察装置において、
前記表示装置は右眼用および左眼用の一対の表示画面を表示するものであって、
前記各表示画面の輝度および彩度の少なくとも一方を制御し、前記一対の表示画面の間で輝度差または彩度差を生じさせる制御手段を設けたことを特徴とする画像観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、臨場感のある画像を観察することができる画像観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオ、テレビ画像等においては、単眼カメラにより撮影された画像を平板状の画面に表示して鑑賞するので、臨場感を高めるためには高価な大画面表示装置が必要であった。そこで、右眼用画像と左眼用画像とを用いて立体感や臨場感のある画像を容易に観察することができる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。その装置では、複数の反射鏡を用いて、所定の輻輳角で右眼用画像を右眼に左眼用画像を左眼にそれぞれ入射させるようにしている。観察者には、輻輳角から認知される距離と焦点調節状態から認知される距離とのずれによって、擬似的に立体感のある画像が観察されることになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５６３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単に輻輳角から認知される距離と焦点調節状態から認知される距離との間にずれを与えただけでは、必ずしも臨場感の豊かな観察像を得ることができず、様々な観察条件によって臨場感が左右されることが分かった。例えば、観察している画像の画質が劣っていると、臨場感が得られない場合があることが分かった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置に適用され、表示装置を、表示画像を構成する画素の観察者から視認される隣接する画素間の見込み角度を２分５０秒より小さくしたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の画像観察装置において、観察者から視認される表示装置の画面の見込み角度を２５度以上１００度以下としたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の画像観察装置において、ピント距離に対する輻輳距離のずれの要因である左右両眼の各々で観察される表示画像の虚像の相互のずれを、２プリズムディオプトリ以上５プリズムディオプトリ以下としたものである。
請求項４の発明は、観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置に適用され、ピント距離に対する輻輳距離のずれの要因である左右両眼の各々で観察される表示画像の虚像の相互のずれを、２プリズムディオプトリ以上５プリズムディオプトリ以下としたことを特徴とする。
請求項５の発明は、観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置に適用され、ピント距離が３０ｃｍ以上となる位置に表示装置を配設したことを特徴とする。
請求項６の発明は、観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置に適用され、輻輳距離をピント距離よりも長くなるように設定したことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１に記載の画像観察装置において、輻輳角に基づく距離を光学的距離よりも長くなるように設定したものである。
請求項８の発明は、請求項３に記載の画像観察装置において、ピント距離が３０ｃｍ以上となる位置に表示装置を配設したものである。
請求項９の発明は、観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置に適用され、表示装置に表示された表示画像を反射して両眼の少なくとも一方に各々に導く反射ミラーと、反射ミラーで反射された表示画像を観察する眼に、表示装置に表示された表示画像が反射ミラーを介さずに直接観察されるのを防止する遮蔽部材とを備えたことを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の画像観察装置において、表示装置に表示された表示画像を反射して両眼の少なくとも一方に各々に導く反射ミラーと、反射ミラーで反射された表示画像を観察する眼に、表示装置に表示された表示画像が反射ミラーを介さずに直接観察されるのを防止する遮蔽部材とを備えたものである。
請求項１１の発明は、請求項９または１０に記載の画像観察装置において、観察者の観察位置を位置決めする位置決め機構を設けたものである。
請求項１２の発明は、観察者の両眼の各々に対して同一の表示画像を与える表示装置を備え、画像観察時のピント距離と両眼の輻輳角に対応する輻輳距離とを異ならせるようにした画像観察装置に適用され、各表示装置の輝度および彩度の少なくとも一方を制御し、一対の表示装置の間で輝度差または彩度差を生じさせる制御手段を設けたことを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１に記載の画像観察装置において、表示装置は右眼用および左眼用の一対の表示画面を表示するものであって、各表示画面の輝度および彩度の少なくとも一方を制御し、一対の表示画面の間で輝度差または彩度差を生じさせる制御手段を設けたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、両眼の各々で同一の表示画像を観察する画像観察装置において、立体感や臨場感のより高い画像を観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明の最良の形態を説明する。図１は本発明による画像観察装置の外観を示す斜視図である。１Ｌ，１Ｒは画像を表示する表示装置であり、例えば、液晶表示パネルなどが用いられる。表示装置１Ｌ，１Ｒには同一画像データに基づく画像が表示される。
【０００８】
表示装置１Ｒと反射ミラー２Ｒとはバー３Ｒによって連結されており、表示装置１Ｌと反射ミラー２Ｌとはバー３Ｌによって連結されている。バー３Ｒの一端は反射ミラー２Ｒの上端に設けられた軸４の継ぎ手５に固定されており、バー３Ｒの他端は表示装置１Ｒの上端に設けられた軸６の継ぎ手７に固定されている。
【０００９】
継ぎ手５，７にはユニバーサル手継ぎ手などが用いられ、図１に示す例では、各継ぎ手５，７は軸４，６を中心に回転自在に設けられている。その結果、バー３Ｒは矢印Ｒ１のような旋回動作が可能で、表示装置１Ｒは矢印Ｒ２のように画面角度を変更することができる。表示装置１Ｌおよび反射ミラー２Ｌもバー３Ｌによってバー３Ｒと同様な機構で連結されており、バー３Ｌおよび表示装置１Ｌも上述したバー３Ｒおよび表示装置１Ｒと同様の旋回動作Ｒ１および画面角度変更動作Ｒ２を行うことができる。
【００１０】
９は画像観察部であって、観察者が画像を観察する際の顔の位置を規定するものである。画像観察部９には接眼窓９Ｌ，９Ｒが形成されている。表示装置１Ｒに表示された画像は反射ミラー２Ｒによって反射され、接眼窓９Ｒを介して観察者の右眼によって観察される。他方、表示装置１Ｌに表示された画像は反射ミラー２Ｌによって反射され、接眼窓９Ｌを介して観察者の左眼によって観察される。
【００１１】
観察者は接眼窓９Ｌ，９Ｒの上部に設けられたパッド９１に額を当てて、接眼窓９Ｌに左眼が位置し、接眼窓９Ｒに右眼が位置するように顔を固定する。その際、観察者の鼻が画像観察部９に当たらないように、開口９２が形成されている。なお、図１に示す例ではパッド９１に額を当てて顔の位置を規定するようにしたが、接眼窓９Ｌ，９Ｒにアイピースなどの接眼部を設けて、観察者が眼の部分を接眼部に当てることによって顔の位置を規定するようにしても良い。
【００１２】
画像観察部９には遮蔽板９３，９４，９５が前方に向けて形成されている。遮蔽板９４は接眼窓９Ｌと接眼窓９Ｒとの間に設けられ、遮蔽板９３は接眼窓９Ｌの左側、遮蔽板９５は接眼窓９Ｒの右側に設けられている。上述した反射ミラー２Ｌ，２Ｒはヒンジ等によって遮蔽板９４の前端部に取り付けられており、軸９６を支点として矢印Ｒ３のように動かすことができる。
【００１３】
すなわち、２枚の反射ミラー２Ｌ，２Ｒを矢印Ｒ３のように開閉することによりミラー面の角度θを変更することができる。反射ミラー２Ｌ，２Ｒの上端には凸部１０がそれぞれ設けられており、それらの凸部１０には開閉ネジ１１が螺合する雌ねじが形成されている。そのため、開閉ネジ１１のつまみ１１ａを回転することにより、反射ミラー２Ｌ，２Ｒの角度θを変更することができる。
【００１４】
図２は、図１に示した画像観察装置による画像効果を説明する図である。図２に示す例では表示装置１Ｌと表示装置１Ｒ、反射ミラー２Ｌと反射ミラー２Ｒはそれぞれ左右対称に配置されている。表示装置１Ｒから出射された光束１２ａ，１２ｂ，１２ｃは反射ミラー２Ｒで反射され、画像観察部９に形成された観察窓９Ｒを通過して観察者の右眼１４Ｒに入射する。そのため、観察者には、虚像１５Ｒを右眼１４Ｒで観察しているように認識される。一方、表示装置１Ｌから出射された光束１３ａ，１３ｂ，１３ｃは反射ミラー２Ｌで反射され、画像観察部９に形成された観察窓９Ｌを通過して観察者の左眼１４Ｌに入射する。その結果、観察者には、虚像１５Ｌを左眼１４Ｌで観察しているように認識される。
【００１５】
なお、光束１２ｂ，１３ｂは、それぞれ表示装置１Ｒ，１Ｌの各表示画面の中心部から射出された光束を示したものである。なお、観察者の鑑賞時には光束１２ｂ、１３ｂの反射ミラー２Ｌ、２Ｒと左右両眼の間の伝搬方向は視線の方向と一致する。また、光束１２ａ，１３ａは各表示画面の図示上側端部から出射された光束を、光束１２ｃ，１３ｃは各表示画面の図示下側端部から出射された光束をそれぞれ示している。表示制御装置２０は表示装置１Ｌ，１Ｒの輝度、彩度を制御するものであり、図１では図示を省略した。
【００１６】
虚像１５Ｌ、１５Ｒは、図２に示すように互いに図示左右方向にずれて形成される。なお、図２では、虚像１５Ｌ、１５Ｒを分かりやすいように図示上下にずらして示しているが、各表示装置１Ｌ，１Ｒと対応する左眼１４Ｌおよび右眼１４Ｒとの光学的距離は等しく設定されているので、実際には上下位置は等しい。
【００１７】
通常、図３に示すように両眼１４Ｌ、１４Ｒで一つの表示装置１を観察している場合には、両眼１４Ｌ、１４Ｒの視線１７Ｌ，１７Ｒは表示面上で交わり、両眼１４Ｌ、１４Ｒのピントは両眼１４Ｌ、１４Ｒと表示面との間の光学的距離に応じて調節される。すなわち、ピント状態から知覚されるピント距離は、観察者から表示面までの光学的距離と一致している。一方、視線１７Ｌ，１７Ｒの成す角度φは輻輳角と呼ばれ、ここでは視線１７Ｌ，１７Ｒの交点までの距離を輻輳角φに対応する輻輳距離と呼ぶことにする。図３のように一つの表示装置１を観察している場合には、輻輳角φから知覚される輻輳距離と、両眼１４Ｌ、１４Ｒのピント状態から知覚されるピント距離とが一致している。
【００１８】
人間は、ピント距離と輻輳角φから知覚される距離とから観察対象の遠近感をイメージしている。ところで、表示されている画像に含まれる人物や建物や風景などの映像素材には、奥行き情報は含まれていない。ゆえに、映像素材に異なる距離の被写体が同一画面に表示される様な画像が含まれていても、立体感が弱く認識されたり全く認識されなくなったりして、表示面上に表示されていることを強く認識してしまう。その結果、図３のような構成では臨場感を十分に感じることができない。
【００１９】
一方、本実施の形態では、図２のように虚像１５Ｌ、１５Ｒと眼との距離と、左右の視線が交差する点Ｓ３と眼との距離がずれて、かつ左右の視線が交差する点Ｓ３は虚像１５Ｌ、１５Ｒよりも図示上方で交差する。そのため、輻輳角φから知覚される輻輳距離は、両眼１４Ｌ、１４Ｒのピント状態から知覚されるピント距離よりも長くなる。
【００２０】
このような距離情報の矛盾が生じると、表示装置１Ｌ，１Ｒの形状や存在感に関する感覚が鈍くなり、映像素材に含まれている奥行き感（例えば、陰影や運動視差など）が感じられる。その結果、観察画像に対して臨場感を十分に感じることができるようになる。なお、図１に示した装置では、反射ミラー２Ｌ，２Ｒの角度θや表示装置１Ｌ，１Ｒの角度を変えることにより、輻輳角φを変更することができる。
【００２１】
しかしながら、輻輳角から知覚される輻輳距離とピント状態から知覚されるピント距離との矛盾の結果生じる臨場感は非常に微妙であって、様々な条件に左右されることが分かった。すなわち、表示画面の存在を感じさせるような要因や、観察画像への没入感を阻害するような要因があると、臨場感を喪失してしまうという現象が見られた。
【００２２】
以下では、それぞれの条件を順に説明するが、いずれが優先するという性格のものではなく、条件が揃えば揃うほど臨場感が得られ易く、より高い臨場感を得るためには全ての条件を満足することが好ましい。なお、臨場感は各人が表示画像を見てどのように感じるかという性質のものであり、計算式等を用いて理論的に導き出せるようなものではない。そのため、以下の条件を得る際には、複数の被験者を用いて観察実験を行うことによって条件設定を行った。
【００２３】
（１）ピント距離
ピント距離は観察者にとってピント合わせが楽に行えることが必要であり、ピント合わせが行い難いピント距離では臨場感の喪失を招き易くなる。図４はこのピント距離に関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。実験は、２０ｃｍ、２５ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍの各距離について行った。
【００２４】
図４に示すように、距離２０ｃｍの場合には４人中全員が臨場感を感じられなかったが、２５ｃｍにすると５人中２人は臨場感が感じられ、３人は臨場感が感じられなかった。上述したように臨場感の感じ方には個人差があるが、臨場感を感じる人が５０％に満たない距離２０ｃｍは設定条件としては不十分である。次いで、距離を３０ｃｍに増やすと臨場感を感じる人の割合が急激に増加し、１２人中１１人が臨場感を感じると答えた。さらに、距離を４０ｃｍ、５０ｃｍにした場合には、１２人中全員が臨場感を感じることができた。このような結果から、ピント距離は、ほとんどの人が臨場感を感じることのできる３０ｃｍ以上に設定するのが望ましい。
【００２５】
なお、ピント距離以外の条件、すなわち後述する条件（２）〜（４）については、それぞれ臨場感が得られるような条件に設定して実験を行った。しかしながら、ピント距離を２０ｃｍ、２５ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍと大きくするに従って臨場感が増加するという傾向や、ピント距離３０ｃｍで臨場感を感じる人の割合が急増するという傾向は、条件（２）〜（４）を変化させても変わらない。
【００２６】
（２）輻輳距離のずれ量
上述したように、本実施の形態では、立体感および臨場感のある観察画像を得るために、ピント距離に対して輻輳角から知覚される輻輳距離を意図的にずらすようにしている。図２に示したように、虚像１５Ｌ，１５Ｒを図示左右方向にずらすことによって輻輳距離がより大きくなるように輻輳角を変えているが、この輻輳距離のずれ量によって観察のしやすさが異なる。そして、輻輳距離のずれ量を観察しやすい大きさに設定すると、より高い臨場感を得られる。
【００２７】
図５は輻輳距離のずれ量に関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。なお、輻輳距離のずれ量は虚像１５Ｌ，１５Ｒのずれ量に依存しているので、虚像１５Ｌ，１５Ｒのずれ量を種々の値に変化させて実験を行った。虚像１５Ｌ，１５Ｒのずれ量はプリズムディオプトリと呼ばれる指標で表わされ、１プリズムディオプトリは、両眼１４Ｌ，１４Ｒから１ｍ離れた位置にある同一画像を見た場合に、左右のそれぞれの眼で見た像のずれ量が１ｃｍである場合に対応する。
【００２８】
この実験では、プリズムディオプトリが０，１，２，３，４，５の場合について調べた。０プリズムディオプトリでは輻輳距離はピント距離と一致するので、被験者７人の全員が臨場感を感じることができなかった。輻輳距離のずれ量が１プリズムディオプトリの場合は７人中１人しか臨場感が得られず、あまり臨場感を得られる人がいなかった。
【００２９】
ところが、２プリズムディオプトリに増加させると、７人中５人が臨場感を感じるようになり、臨場感を感じる人の割合が急激に増加する。さらに、３および４プリズムディオプトリでは被験者全員が臨場感を感じると回答し、５プリズムディオプトリの場合にも、１２人中１１が臨場感を感じると答えている。また、輻輳距離のずれ量、すなわち、虚像１５Ｌ，１５Ｒのずれ量が大きすぎると眼の疲れを感じやすくなる。
【００３０】
よって、輻輳距離のずれ量については、被験者の２／３以上の人が臨場感を感じる２プリズムディオプトリ以上５プリズムディオプトリ以下に設定するのが良く、できればプリズムディオプトリで３〜４に設定するのが望ましい。また、輻輳距離のずれ量以外の条件については、上述したピント距離の場合と同様に臨場感が得られる条件としている。しかしながら、２プリズムディオプトリ以上５プリズムディオプトリ以下の領域が多の領域に比べて臨場感が高いという傾向はその他の条件を変化させても変わらない。
【００３１】
（３）表示画面の水平画面角度
臨場感は観察者が観測している画像の大きさ、すなわち表示画面の大きさにも影響される。表示画面の大きさに関する感じ方は、例えば横長表示画面の場合の実際の水平方向寸法ではなく、表示画面の右端を見たときの視線と左端を見たときの視線との間の角度に依存している。すなわち、図２の光束１２ａと光束１２ｃとの間の角度αの大きさによって、観察画像を大きく感じたり小さく感じたりする。本実施の形態では、画面の見込み角度αのことを水平画面角度と呼ぶことにする。なお、一般的に表示画面は横長であることが多く、そのような場合には水平画面角度αの大小によって表示画面の大小を規定することができる。
【００３２】
通常、観察している表示画面の水平画面角度αが小さいと、画面の縁が比較的強く意識され、画面が虚像１５Ｌ，１５Ｒの位置にあると認識されて臨場感が感じられなくなる。図６は水平画面角度αに関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。水平画面角度αが２０度の場合には、被験者７人中６人が臨場感を感じられないと回答している。水平画面角度αを２５度に増加すると、臨場感を感じる人の割合が急激に増加して被験者６人中４人が臨場感を感じるようになる。さらに、水平画面角度αを３０度、４０度、５０度と大きくした場合には、被験者全員が臨場感を感じると回答した。
【００３３】
よって、水平画面角度αを、被験者の２／３以上の人が臨場感を感じる２５度以上に設定するのが好ましい。なお、前述したように表示装置１Ｌ，１Ｒの光学的距離は３０ｃｍ以上であることが好ましいので、水平画面角度αをあまりにも大きく設定すると表示装置１Ｌ，１Ｒが大型化し、画像観察装置が高価になってしまう。また、人間の視野は最大１２０度程度であるので、水平画面角度αを視野よりも大きく設定しても視野から外れた部分の画像は意味を成さない。また、視野の両端領域は視野中心領域に比べると画像認識能力が低下する。以上のようなことから、水平画面角度αの上限は１００度程度となり、水平画面角度αをとしては２５度以上から１００度以下とするのが望ましい。
【００３４】
水平画面角度条件の場合も、上述したピント距離や輻輳距離のずれ量の場合と同様に、水平画面角度条件以外の条件については臨場感が得られる条件としている。しかしながら、水平画面角度αが２５度以上１００度以下の範囲はその他の角度範囲に比べて臨場感が得やすいという傾向は、その他の条件を変化させても変わらない。
【００３５】
（４）表示装置の画素数
より高い臨場感を得るためにはより高解像な観察画像が必要となり、画像の解像度が低いと臨場感の喪失を招く。図７は画素数に関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。表示装置１Ｌ，１Ｒに関して、画素数の異なる５種類の液晶表示パネルについて実験した。液晶表示パネルの画素数は（横画素数）×（縦画素数）で表され、ここでは、３２０×１８０、３２０×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８および１２８０×１０２４の５種類に関して実験した。なお、この実験では水平画面角度αが３０度となるように各表示装置を配置した。
【００３６】
図７に示すように、画素数が３２０×１８０の場合には被験者９人中８人が臨場感なしと回答し、画素数が３２０×２４０の場合には７人中６人が臨場感なしと回答した。一方、画素数を６４０×４８０とした場合には、被験者１２人全員が臨場感ありと回答した。６４０×４８０のよりも画素数の多い画素数１０２４×７６８の液晶パネルや画素数１２８０×１０２４の液晶パネルを用いた場合も、同様に被験者全員が臨場感ありと回答している。
【００３７】
よって、臨場感を得るためには６４０×４８０画素数以上の表示装置を使用すれば良いことが分かった。このとき、水平画面角度３０度に対して、水平方向の画素数は６４０なので、１画素当たりの見込み角度は約２分５０秒となる。よって、隣接する画素間の見込み角度を約２分５０秒以下に設定すれば良い。
【００３８】
上述した実験では臨場感が得られやすい水平画面角度α＝３０度で実験を行ったが、その他のピント距離や輻輳距離のずれ量に関する条件についても同様に臨場感が得られやすい条件に設定した。しかしながら、隣接する画素間の見込み角度が２分５０秒以下で臨場感を得やすいという傾向は、その他の条件を変化させても変わらない。
【００３９】
上述した条件（１）〜（４）の数値的設定に加えて、以下に述べる条件も考慮しなければならない。１つ目は、図８に示すように、表示装置１Ｌ，１Ｒのあおりによって、表示装置１Ｌと表示装置１Ｒとの間に角度差が生じないようにすることが必要である。図８は表示装置１Ｌと左眼１４Ｌとを側方から見た図であり、このように表示装置１Ｌが右上方向に傾いていると、画面下端領域の輻輳角と画面上端領域の輻輳角とにずれが生じて、臨場感の喪失を招きやすい。
【００４０】
２番目は、表示装置１Ｌ，１Ｒ自体が観察者に直接見えないようにすることが必要である。画像観察中に視野内に表示装置１Ｌ，１Ｒが見えると、それまでの没入感が消失して臨場感が感じられなくなる。本実施の形態では、図１，２に示すように、画像観察部９に遮蔽板９３，９４，９５を設けることにより、両眼１４Ｌ、１４Ｒに表示装置１Ｌ，１Ｒが直接には見えないようにして、画像観察に集中できるようにしている。
【００４１】
３つ目は、輻輳角φから知覚される輻輳距離の方を、ピント状態から知覚されるピント距離よりも長く設定するのが好ましい。本実施の形態では、反射ミラー２Ｌ，２Ｒの角度θおよび表示装置１Ｌ，１Ｒの向きを変えることにより輻輳角φを変更することができるが、上記条件が満足されるようにこれらを調整する。このとき、虚像１５Ｌ，１５Ｒのずれ方向が図２と逆になるように設定した場合にも、輻輳距離はピント距離よりも短くなり距離に矛盾を生じさせることができる。しかし、図２のように輻輳角距離の方がピント距離よりも長いほうが、より楽に画像を観察でき臨場感をより強く感じ易い。
【００４２】
図９は、輻輳距離が図２の場合よりも長くなるように調整した場合を示したものである。なお、図９では、図２に示した画像観察部９および表示制御装置２０の図示を省略した。ここでは、反射ミラー２Ｌ，２Ｒの角度θ’を図２の角度θよりも大きくすることにより、虚像１５Ｌ，１５Ｒの左右ずれを図２の場合よりも大きくした。その結果、輻輳角φから知覚される輻輳距離は、図２の場合よりもより長くなる。そのため、図２の場合よりも、臨場感がより得やすくなる。なお、２１は輻輳から知覚される画像の位置を表したものであり、この位置２１と両眼との距離が輻輳距離である。
【００４３】
また、輻輳距離をピント距離よりも長くするとともに、表示装置１Ｌ，１Ｒの間で輝度差や彩度差を与えることにより、さらに臨場感を高めることができることが分かった。表示装置１Ｌ，１Ｒの輝度調整および彩度調整は、図２に示した表示制御装置により行う。なお、輝度調整に関しては、表示装置１Ｌ，１Ｒと両眼１４Ｌ，１４Ｒとの間の光路上にＮＤフィルターを挿入して輝度差を与えるようにしても良い。
【００４４】
図１０は反射ミラー２Ｌ，２Ｒの変形例を示したものであり、反射ミラー２Ｌ，２Ｒの観察者側端部が観察者の鼻部分と干渉しないように開口３０を形成した。図１１は画像観察装置の第１の変形例を示したものであり、図２に対応する図である。図１１では、画像観察部９および表示制御装置２０の図示は省略した。
【００４５】
図１１に示す装置では、左眼１４Ｌ用の表示装置１Ｌを観察者の前方に配置し、表示装置１Ｌに表示された画像を直接観察するようにした。表示装置１Ｒについては、図２の装置と同様に表示装置１Ｒの表示画像を反射ミラー２Ｒで反射して右眼１４Ｒで観察する。表示装置１Ｌから左眼１４Ｌまでの光学的距離と、表示装置１Ｒから右眼１４Ｒまでの光学的距離とは等しく設定されている。反射ミラー２Ｒおよび表示装置１Ｒは、右眼１４Ｒで観察される虚像１５Ｒの位置が表示装置１Ｌよりも右側にずれるように設定される。
【００４６】
その結果、輻輳距離とピント距離とにずれが生じ、臨場感のある画像が観察者により観察される。図１１に示す装置では右眼側にのみ反射ミラー１４Ｒを設ければ良いので、装置構成が図１，２に示す装置よりも簡素化される。なお、上述した（１）〜（４）等で述べた臨場感が得られるための条件については、図２の装置の場合と同様に設定される。
【００４７】
図１２は画像観察装置の第２の変形例を示す図である。上述した実施の形態では左眼用と右眼用に別々の表示装置１Ｌ，１Ｒを用いたが、図１２に示す装置では、１つの表示装置１に対して光束分岐素子４０および偏光素子４１Ａ、４１Ｂを用いることにより、左眼用画像と右眼用画像とを形成するようにしている。表示装置１は表示装置１Ｌ，１Ｒと同様に液晶表示パネル等が用いられる。
【００４８】
光束分岐素子４０はギャップ寸法ｄｇを隔てて表示装置１の前方（図示下方）に配設されている。光束分岐素子４０はギャップ調整機構４２により図示上下方向に移動することができ、ギャップ寸法ｄｇを調整することができる。ギャップ調整機構４２としては、例えば、ラックアンドピニオン機構等を用いても良い。ピニオンに連動した操作ノブを手動で回転させて光束分岐素子４０を移動しても良いし、ピニオンをモータ等により回転駆動するようにしても良い。４３は表示装置１の表示制御装置であり、輝度や彩度の調整もこの表示制御装置４３によって行われる。
【００４９】
表示装置１に表示された画像からの光Ｌは、光束分岐素子４０によってその一部の光Ｌ１０が斜め右方向に、残りの光Ｌ２０が斜め左方向に偏向される。さらに、光束分岐素子４０は、光Ｌ１０および光Ｌ２０の状態を、弁別可能な２つの状態で分岐させる。図１２に示す装置では、光Ｌ１０は紙面に平行な偏光方位を有する状態となり、光Ｌ２０は紙面に垂直な偏光方位を有する状態となる。
【００５０】
左眼１４Ｌは偏光素子４１Ａを通して表示装置１の画像を観察し、右眼１４Ｒは偏光素子４１Ｂを通して表示装置１の画像を観察する。偏光素子４１Ａは紙面に垂直な偏光方位を有する光を透過し、偏光素子４１Ｂは紙面に平行な偏光方位を有する光を透過する。観察者は偏光素子４１Ｂを透過した光を右眼１４Ｒで観察し、偏光素子４１Ａを透過した光を左眼１４Ｌで観察する。すなわち、観察者は右眼１４Ｒで光Ｌ１０を観察し、左眼１４Ｌで光Ｌ２０を観察することになる。したがって、ピント距離に対し輻輳距離が短くなり、使用者らは臨場感が得られる。
【００５１】
図１３は光束分岐素子４０の詳細を示す図である。光束分岐素子４０は、Ｖ溝を多数形成した山形格子４４と偏光膜４５Ｌ，４５Ｒとを備えている。山形格子４４のＶ溝形成面には、図示右下がりの斜面４４Ｒと左下がりの斜面４４Ｌとが交互に並んでいる。偏光膜４５Ｒは紙面に平行な偏光方位を有する偏光光を透過する膜であり、偏光膜４５Ｌは紙面に垂直な偏光方位を有する偏光光を透過する膜である。山形格子４４の各斜面４４Ｌには偏光膜４５Ｌがそれぞれ形成され、各斜面４４Ｒには偏光膜４５Ｒがそれぞれ形成されている。
【００５２】
表示装置１に表示された同一画素から放射された光は、例えば、表示装置１の表示面に対して垂直に放射された光は、光束分岐素子４０の斜面４４Ｌ、４４Ｒにより偏向されて互いに進行方向の異なる光束Ｌ１０，光束Ｌ２０とされる。斜面４４Ｌを出射した光束Ｌ２０は偏光膜４５Ｌにより紙面に垂直な偏光とされ、斜面４４Ｒを出射した光束Ｌ１０は偏光膜４５Ｒにより紙面に平行な偏光とされる。
【００５３】
図１４は画像効果を説明する図である。図１４において、４６は表示装置１（図１２参照）に表示されている画像を表しており、４６Ｒは右眼１４Ｒにより観察される観察画像を、４６Ｌは左眼１４Ｌにより観察される観察画像をそれぞれ表している。図１４を見てわかるように表示画像４６の点４７は、左眼１４Ｌには点４７Ｌのように観察され、右眼１４Ｒには点４７Ｒのように観察される。その結果、輻輳角φから知覚される輻輳距離とピント距離とにずれが生じる。
【００５４】
図１４に示す例では輻輳距離はピント距離よりも短いが、図１５のように左眼用の偏光素子に偏光素子４１Ｂを用い、右眼用の偏光素子に偏光素子４１Ａを用いることにより輻輳距離をピント距離よりも長くすることができる。この場合、右眼１４Ｒは紙面垂直方向に振動する偏光光である点４７Ｌからの光を観察し、左眼１４Ｌは紙面と平行に振動する偏光光である点４７Ｒからの光を観察することになる。この時の輻輳角φは図２の場合よりも小さくなる。
【００５５】
第２の変形例においても、輻輳角以外の諸条件を図１，２に示した画像観察装置と同様設定することにより、より臨場感の高い画像を観察することができる。
【００５６】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、遮蔽板９３〜９５は遮蔽部材を、画像観察部９は位置決め機構を、表示制御装置２０，４３は制御手段をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による画像観察装置を示す図であり、装置外観を示す斜視図である。
【図２】画像観察装置による画像効果を説明する図である。
【図３】輻輳角φおよびピント距離を説明する図である。
【図４】ピント距離に関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。
【図５】輻輳距離のずれ量に関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。
【図６】水平画面角度に関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。
【図７】画素数に関する実験結果を示す図であり、（ａ）は実験データを表にしたもので、（ｂ）は結果をグラフ化したものである。
【図８】表示装置のあおりを説明する図である。
【図９】輻輳距離を図２のものよりも大きく調整した場合を示す図である。
【図１０】反射ミラー２Ｌ，２Ｒの変形例を示す図である。
【図１１】画像観察装置の第１の変形例を示す図である。
【図１２】画像観察装置の第２の変形例を示す図である。
【図１３】光束分岐素子４０の詳細を示す図である。
【図１４】画像効果を説明する図である。
【図１５】偏光素子４１Ａ，４１Ｂを逆に着用した場合の、画像効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ｌ，１Ｒ  表示装置
２Ｌ，２Ｒ  反射ミラー
９  画像観察部
９Ｌ，９Ｒ  接眼窓
１４Ｌ  右眼
１４Ｒ  左眼
１５Ｌ，１５Ｒ  虚像
２０，４３  表示制御装置
４０  光束分岐素子
４１Ａ，４１Ｂ  偏光素子
９３〜９５  遮蔽板
φ  輻輳角
【図１】
2005134615.tif 000003
【図２】
2005134615.tif 000004
【図３】
2005134615.tif 000005
【図４】
2005134615.tif 000006
【図５】
2005134615.tif 000007
【図６】
2005134615.tif 000008
【図７】
2005134615.tif 000009
【図８】
2005134615.tif 000010
【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】
2005134615.tif 000017