(57)【要約】【課題】観察者の眼に与える負担を大せず、かつ違和感なく自然な立体視を実現する立体表示装置を提供する。【解決手段】ユーザ１が視認する立体視画像で視線を移動させることに伴う眼球運動を検出し、眼球運動検出信号として表示器１１１Ｌ，１１１Ｒに表示する画像と、その視線方向および合焦距離に応じた光学系の位置制御を行うようにしたので、立体視画像を視認するユーザ１の視線移動の速度、移動量を正確に追従することが可能になり、奥行き情報を有する画像信号に対して視線の移動状態に応じた最適な表示画像を立体視画像として違和感なく自然にユーザ１に視認させることができる。また、画像の表示がユーザ１の眼球運動に基づいて制御されるものであるので、眼に与える負担を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者の視野範囲に画像を表示する表示部と、
前記観察者の眼球動作に基づく眼球動作検出信号を出力する眼球動作検出部と、
前記眼球動作検出信号に基づいて前記表示部によって前記観察者の視野に表示される画像の表示制御を行う表示制御部と、
前記眼球動作検出信号に基づいて前記観察者の視線方向に基づく前記画像の合焦距離を制御する光学系制御部とを有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
観察者の視野範囲に画像を表示する表示部と、
前記観察者の眼球動作を光学的に検出することに基づく眼球動作検出信号を出力する眼球動作検出部と、
前記眼球動作検出信号に基づいて前記表示部によって前記観察者の視野範囲に表示される前記画像の表示制御を行う表示制御部と、
前記眼球動作検出信号に基づいて前記観察者の視線方向に基づく前記画像の合焦距離を制御する光学系制御部とを有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項３】
観察者の眼前に設けられて視野範囲に画像を表示する表示部と、
前記観察者の眼球動作を光学的に検出することに基づく眼球動作検出信号を出力する眼球動作検出部と、
前記眼球動作検出信号に基づいて前記表示部によって前記観察者の視野範囲に表示される前記画像の表示制御を行う表示制御部と、
前記眼球動作検出信号に基づいて前記観察者の視線方向に基づく前記画像の合焦距離を制御する光学系制御部とを有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項４】
前記眼球動作検出部は、前記観察者の眼球に入射した測定光の反射に基づく受光信号を前記眼球動作検出信号として出力する請求項２または３に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記光学系制御部は、前記観察者の前記視線方向に対する前記画像の合焦状態を光学制御する視線制御用レンズと、前記観察者の視線の遠近方向に対する前記画像の合焦状態を光学制御する遠近制御用レンズとを含む請求項１から３のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報の立体表示を行う立体表示装置に関し、特に、観察者の眼に与える負担を大せず、かつ違和感なく自然な立体視を実現する立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体画像を表示する立体表示装置として、例えば、偏光眼鏡を用いて互いに異った偏光状態に基づく視差画像を左右眼で観察する方法や、レンチキュラーレンズを用いて複数の視差画像から所定の視差画像を観察者の眼球に導光する方法等が知られている。
【０００３】
このような立体表示装置において、広い観察域において観察者に常時正常な立体観察を可能にするものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１の立体表示装置によると、観察者の視点が変化してもディスプレイに表示した視差画像に基づく立体画像を良好に観察することができる。
【特許文献１】特開２０００−１５２２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された発明によると、裸眼による立体表示は可能であるが焦点距離が固定された構造を有するため、物体を立体表示するものの空間の立体感を表現することができないという問題がある。また、固定焦点であるにも関わらず遠近感を表示するので、眼が誤認して焦点をずらしてしまうといった眼の疲労に関する問題もある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、観察者の眼に与える負担を大せず、かつ違和感なく自然な立体視を実現する立体表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、観察者の視野範囲に画像を表示する表示部と、前記観察者の眼球動作に基づく眼球動作検出信号を出力する眼球動作検出部と、前記眼球動作検出信号に基づいて前記表示部によって前記観察者の視野に表示される画像の表示制御を行う表示制御部と、前記眼球動作検出信号に基づいて前記観察者の視線方向に基づく前記画像の合焦距離を制御する光学系制御部とを有する立体表示装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、観察者の視野範囲に画像を表示する表示部と、前記観察者の眼球動作を光学的に検出することに基づく眼球動作検出信号を出力する眼球動作検出部と、前記眼球動作検出信号に基づいて前記表示部によって前記観察者の視野範囲に表示される前記画像の表示制御を行う表示制御部と、前記眼球動作検出信号に基づいて前記観察者の視線方向に基づく前記画像の合焦距離を制御する光学系制御部とを有する立体表示装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、観察者の眼前に設けられて視野範囲に画像を表示する表示部と、前記観察者の眼球動作を光学的に検出することに基づく眼球動作検出信号を出力する眼球動作検出部と、前記眼球動作検出信号に基づいて前記表示部によって前記観察者の視野範囲に表示される前記画像の表示制御を行う表示制御部と、前記眼球動作検出信号に基づいて前記観察者の視線方向に基づく前記画像の合焦距離を制御する光学系制御部とを有する立体表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、観察者の眼に与える負担を大せず、かつ違和感なく自然な立体視を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（本発明の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る立体表示装置を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）はユーザ装着状態を部分的に示す断面図である。
【００１２】
立体表示装置１０は、図１（ａ）に示すように、ユーザ（観察者）１に眼鏡状に装着させる構成を有し、ユーザ１の各眼の前に配置される画像表示部１１Ｌ，１１Ｒと、画像表示部１１Ｌ，１１Ｒを連結するブリッジ１３と、画像表示部１１Ｌ，１１Ｒを頭部に固定するためのテンプル１４とを有し、テンプル１４には画像表示部１１Ｌ，１１Ｒに内蔵された表示器へ画像信号を入力するための信号線１５が接続されている。
【００１３】
この立体表示装置１０は、不透明性の樹脂材料で形成されるケース１１０Ｌ，１１０Ｒと、ケース１１０Ｌ，１１０Ｒの内部に設けられる表示器１１１Ｌ，１１１Ｒと、アクチュエータ１１２Ｌ，１１２Ｒによってケース１１０Ｌ，１１０Ｒの奥行き方向に移動可能に設けられる遠近制御用レンズ１１３Ｌ，１１３Ｒと、アクチュエータ１１４Ｌ，１１４Ｒによってユーザ１の眼球２Ｌ，２Ｒの視線方向に合焦させるための視線制御用レンズ１１５Ｌ，１１５Ｒと、ユーザ１の眼球動作を光学的に検出する眼球センサ１１６Ｌ，１１６Ｒおよび受光部１１７Ｌ，１１７Ｒとを有する。
【００１４】
表示器１１１Ｌ，１１１Ｒは、カラー液晶パネルによって構成されており、コンピュータやＤＶＤプレーヤ等の画像出力装置から入力する画像信号について、ユーザ１の眼球運動に基づいて判断される視線方向および焦点距離に応じて表示器１１１Ｌに応じた画像、表示器１１１Ｒに応じた画像として表示する。
【００１５】
アクチュエータ１１２Ｌ，１１２Ｒは、圧電素子による超音波型のアクチュエータであり、小型で高精度のレンズ位置精度を有し、眼球動作に基づく検出信号に対して高速で遠近制御用レンズ１１３Ｌ，１１３Ｒの遠近制御を行う。
【００１６】
アクチュエータ１１４Ｌ，１１４Ｒは、アクチュエータ１１２Ｌ，１１２Ｒと同様に圧電素子による超音波型のアクチュエータであり、眼球動作に基づく検出信号に対して高速で視線制御用レンズ１１５Ｌ，１１５Ｒの視線制御を行う。
【００１７】
眼球センサ１１６Ｌ，１１６Ｒは、ユーザ１の眼球２Ｌ，２Ｒに一定周期で測定光を照射し、視線方向および眼球変形量に応じた反射光を受光部１１７Ｌ，１１７Ｒで受光して眼球動作検出信号を得るものである。なお、測定光を連続的に照射することによって眼球動作検出信号を得るようにしても良い。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態に係る立体表示装置について、（ａ）は画像信号入力系を含む体系図、（ｂ）は立体表示装置の各部の機能を示す機能ブロック図である。
【００１９】
本実施の形態では、立体表示装置１０は、図２（ａ）に示すようにパーソナルコンピュータ２０と信号線１５を介して接続されており、接続に伴って電源が投入される構成を有し、パーソナルコンピュータ２０で再生される静止画、動画等の画像に基づく画像信号を入力する。
【００２０】
立体表示装置１０は、図２（ｂ）に示すように制御部１２０において、眼球動作に基づく受光信号を眼球動作検出部である受光部１１７Ｌ，１１７Ｒから入力する。制御部１２０は、受光信号に基づいて視線方向および合焦距離を演算する。光学系制御部としてのレンズ駆動制御部１２３Ｌ，１２３Ｒは、制御部１２０で求められた演算結果を入力することにより、アクチュエータ１１２Ｌ，１１４Ｌ、および１１２Ｒ，１１４Ｒの制御量を決定し、Ｉ／Ｆ部１２４を介して入力する画像信号に同期してアクチュエータ１１２Ｌ，１１４Ｌ、および１１２Ｒ，１１４Ｒに駆動電圧を出力する。なお、電源投入時の初期確認動作等に必要なプログラムは記憶部１２１に格納されている。
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態に係る立体表示装置の動作を前述した図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図３は、立体表示装置によって視認される立体視画像と立体表示装置とを示す第１の動作図である。
【００２３】
ここでは、立体表示装置１０を装着したユーザ１に図示するような立体視画像Ｐが視認されている。この場合、ユーザ１が表示物１１８である樹木の視点Ａを見ているとき、眼球センサ１１６Ｌ，１１６Ｒから出力される測定光の反射光を受光部１１７Ｌ，１１７Ｒで受光することに基づいて、視線ＥＬ、ＥＲに基づく眼球運動が検出される。ここでは、眼球２Ｌ，２Ｒの虹彩に反射した光の光量に基づいて視線方向を検出するものとしている。
【００２４】
制御部１２０は、受光部１１７Ｌ，１１７Ｒの受光信号に基づいてアクチュエータ１１２Ｌ，１１４Ｌ、および１１２Ｒ，１１４Ｒの駆動信号をレンズ駆動制御部１２３Ｌ，１２３Ｒに出力し、レンズ駆動制御部１２３Ｌ，１２３Ｒからアクチュエータ１１２Ｌ，１１４Ｌ、および１１２Ｒ，１１４Ｒに対して駆動電圧が印加されることによって、視線制御用レンズ１１５Ｌ，１１５Ｒおよび遠近制御用レンズ１１３Ｌ，１１３Ｒが視線および焦点距離に応じた位置に配置される。
【００２５】
また、制御部１２０は、このような光学系の制御に同期して表示制御部１２２Ｌ，１２２Ｒに画像信号を出力する。表示制御部１２２Ｌ，１２２Ｒは、上記した視線制御用レンズ１１５Ｌ，１１５Ｒおよび遠近制御用レンズ１１３Ｌ，１１３Ｒが視線および焦点距離に応じた画像ＰＬ，ＰＲを表示器１１１Ｌ，１１１Ｒに表示させる。
【００２６】
このようにしてユーザ１が左眼で画像ＰＬ，右眼で画像ＰＲを視認することにより、画像ＰＬ、ＰＲが合成された立体視画像Ｐとして認識される。
【００２７】
図４は、立体表示装置によって視認される立体視画像と立体表示装置とを示す第２の動作図である。ここでは、表示物１１８の奥行き方向前方に位置する表示物１１９に視線が移動するときの動作について説明する。
【００２８】
ここでは、立体表示装置１０を装着したユーザ１に図示するような立体視画像Ｐが視認されている。この場合、ユーザ１が表示物１１８である樹木の視点Ａを見ている状態から視線を移動させて表示物１１９である建物の視点Ｂを見ようとするとき、視点Ａから視点Ｂへの視線移動は立体視画像Ｐの紙面奥方向から手前方向への移動となり、視線ＥＬ１、ＥＲ１から視線ＥＬ２、ＥＲ２の視線移動が生じる。
【００２９】
この視線移動に伴い、眼球センサ１１６Ｌ，１１６Ｒから出力される測定光の反射光を受光部１１７Ｌ，１１７Ｒで受光することに基づいて、視線ＥＬ１、ＥＲ１から視線ＥＬ２、ＥＲ２の視線移動に基づく眼球運動を検出する。この場合も、眼球２Ｌ，２Ｒの虹彩に反射した光の光量に基づいて視線方向を検出するものとしている。
【００３０】
光学系の制御および表示器１１１Ｌ，１１１Ｒの表示制御は、図３で説明した動作図の説明と同様であり、制御部１２０は、受光部１１７Ｌ，１１７Ｒの受光信号に基づいてアクチュエータ１１２Ｌ，１１４Ｌ、および１１２Ｒ，１１４Ｒの駆動信号をレンズ駆動制御部１２３Ｌ，１２３Ｒに出力し、レンズ駆動制御部１２３Ｌ，１２３Ｒからアクチュエータ１１２Ｌ，１１４Ｌ、および１１２Ｒ，１１４Ｒに対して駆動電圧が印加されることによって、視線制御用レンズ１１５Ｌ，１１５Ｒおよび遠近制御用レンズ１１３Ｌ，１１３Ｒが視線および焦点距離に応じた位置に配置される。
【００３１】
また、制御部１２０は、このような光学系の制御に同期して表示制御部１２２Ｌ，１２２Ｒに画像信号を出力する。表示制御部１２２Ｌ，１２２Ｒは、上記した視線制御用レンズ１１５Ｌ，１１５Ｒおよび遠近制御用レンズ１１３Ｌ，１１３Ｒが視線ＥＬ２、ＥＲ２および焦点距離に応じた画像ＰＬ，ＰＲを表示器１１１Ｌ，１１１Ｒに表示させる。
【００３２】
このようにしてユーザ１が左眼で画像ＰＬ，右眼で画像ＰＲを視認することにより、視線ＥＬ１、ＥＲ１から視線ＥＬ２、ＥＲ２の視線移動に伴う画面表示の変化に違和感のない画像ＰＬ、ＰＲが合成された立体視画像Ｐとして認識される。
【００３３】
図５は、立体表示装置によって視認される立体視画像と立体表示装置とを示す第３の動作図である。ここでは、図４の場合とは逆に、表示物１１８の奥行き方向後方に位置する表示物１１９に視線が移動するときの動作について説明する。
【００３４】
ここでは、立体表示装置１０を装着したユーザ１に図示するような立体視画像Ｐが視認されている。この場合、ユーザ１が表示物１１９である建物の視点Ｂを見ている状態から視線を移動させて表示物１１８である樹木の視点Ａを見ようとするとき、視点Ｂから視点Ａへの視線移動は立体視画像Ｐの紙面手前方向から奥方向への移動となり、視線ＥＬ２、ＥＲ２から視線ＥＬ１、ＥＲ１の視線移動が生じる。
【００３５】
この視線移動に伴い、眼球センサ１１６Ｌ，１１６Ｒから出力される測定光の反射光を受光部１１７Ｌ，１１７Ｒで受光することに基づいて、視線ＥＬ２、ＥＲ２から視線ＥＬ１、ＥＲ１の視線移動に基づく眼球運動を検出する。この場合も、眼球２Ｌ，２Ｒの虹彩に反射した光の光量に基づいて視線方向を検出するものとしている。光学系の制御および表示器１１１Ｌ，１１１Ｒの表示制御は、図３および図４で説明した動作図の説明と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００３６】
このようにしてユーザ１が左眼で画像ＰＬ，右眼で画像ＰＲを視認することにより、視線ＥＬ２、ＥＲ２から視線ＥＬ１、ＥＲ１の視線移動に伴う画面表示の変化に違和感のない画像ＰＬ、ＰＲが合成された立体視画像Ｐとして認識される。
【００３７】
（本発明の実施の形態の効果）
上記した本発明の実施の形態によると、ユーザ１が視認する立体視画像で視線を移動させることに伴う眼球運動を検出し、眼球運動検出信号として表示器１１１Ｌ，１１１Ｒに表示する画像と、その視線方向および合焦距離に応じた光学系の位置制御を行うようにしたので、立体視画像を視認するユーザ１の視線移動の速度、移動量を正確に追従することが可能になり、奥行き情報を有する画像信号に対して視線の移動状態に応じた最適な表示画像を立体視画像として違和感なく自然にユーザ１に視認させることができる。また、画像の表示がユーザ１の眼球運動に基づいて制御されるものであるので、眼に与える負担を低減することができる。
【００３８】
上記した実施の形態では、ユーザ１の眼球運動として虹彩に入射した測定光を反射光を受光し、この受光信号に基づいて画像の表示制御と光学系の位置制御を行うものとしたが、他の方法として水晶体の厚さを検出することに基づく画像の表示制御と光学系の位置制御を行うものであっても良い。
【００３９】
また、画像表示部１１Ｌ、１１Ｒに内蔵される表示器１１１Ｌ，１１１Ｒについても、カラー液晶パネル以外に有機ＥＬ（electroluminescence）等の表示器を用いることも可能である。
【００４０】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な組み合わせ、変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る立体表示装置を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）はユーザ装着状態を部分的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る立体表示装置について、（ａ）は画像信号入力系を含む体系図、（ｂ）は立体表示装置の各部の機能を示す機能ブロック図である。
【図３】立体表示装置によって視認される立体視画像と立体表示装置とを示す第１の動作図である。
【図４】立体表示装置によって視認される立体視画像と立体表示装置とを示す第２の動作図である。
【図５】立体表示装置によって視認される立体視画像と立体表示装置とを示す第３の動作図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…ユーザ、２Ｌ，２Ｒ…眼球、１０…立体表示装置、１１Ｌ，１１Ｒ…画像表示部、１３…ブリッジ、１４…テンプル、１５…信号線、２０…パーソナルコンピュータ、１１０Ｌ，１１０Ｒ…ケース、１１１Ｌ，１１１Ｒ…表示器、１１２Ｌ，１１２Ｒ…アクチュエータ、１１３Ｌ，１１３Ｒ…遠近制御用レンズ、１１４Ｌ，１１４Ｒ…アクチュエータ、１１５Ｌ，１１５Ｒ…視線制御用レンズ、１１６Ｌ，１１６Ｒ…眼球センサ、１１７Ｌ，１１７Ｒ…受光部、１１８…表示物、１１９…表示物、１２０…制御部、１２１…記憶部、１２２Ｌ，１２２Ｒ…表示制御部、１２３Ｌ，１２３Ｒ…レンズ駆動制御部、１２４…Ｉ／Ｆ部、
【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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