JPH08322004A - 立体視ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 立体感を保ちながら視度と輻輳角を一致さ
せ、自然な立体視が可能で、メカ機構の不要な小型化も
図れる、見やすい立体視ディスプレイを得る。 【構成】 立体視ディスプレイのＨＭＤは、眼前にＬＣ
Ｄ１１Ｌ，１１Ｒと像を拡大する光学系を持つ。観察者
の左眼１０Ｌの注視点部分は視線検出器１６で検出さ
れ、その光検出器１８の信号をライン信号抽出回路１７
に入力し、左右映像信号も該回路に入力し、映像信号の
中から左眼が注視している映像ラインだけを左右とも抜
き出し、その左右のライン信号の相関を計算する。得ら
れる視差信号に基づき、ＨＭＤの設定された視度に対応
する視差とこの視差信号を比較し、その差分をシフト量
とし、シフト回路３８で映像再生器からの右映像信号を
水平シフトさせて右ＬＣＤ１１Ｒ上に表示する。シフト
は視度に対する輻輳角が実時間で略一致するように表示
面上に表示する映像を水平方向にシフトして行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立体視ディスプレイ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】視覚表示装置やシステムとして、立体視
できるように映像を表示面に表示する立体視ディスプレ
イは、既知で種々のものが提案されている。しかし、従
来、立体視ディスプレイでは、視度と輻輳角が一致しな
いために不自然な見えになってしまうなどという問題が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
する方法として、特開平３−２９２０９３号公報（文献
１）には、観察者の注視点を検出して注視点での奥行き
情報からレンズを動かして視度を変える方法が示されて
いる。しかしながら、この方法によるときは、視度と輻
輳角を一致させることができるが、メカ駆動系が要求さ
れ、メカ機構がはいるため装置全体が大きくなる等の不
具合の問題が依然として解消されない。

【０００４】一方、特開平５−２９２５４３号公報（文
献２）には、左右の眼球それぞれの注視点を検出して立
体視しやすいように表示面上の映像をシフトする方法が
示されている。しかしながら、視度に対する考慮はなさ
れておらず、視度と輻輳角は一致しない。この文献２に
開示の装置は、立体感を保ちながら視度と輻輳角を一致
させるといった機能までは有してはおらず、それによる
不自然な見えの問題を解消することは期待できない。

【０００５】また、特公平６−８５５９０号公報（文献
３）に開示される表示システムは、対象物体の移動に伴
って、虚像位置を順次スライドさせ、そのスライドによ
りずれた輻輳角を調節するというものである。そのた
め、観察者の個々の視度によって行う視度調節によっ
て、定まった虚像位置を変化させずに立体感を保つため
に電気的に映像を水平方向にシフトさせる手段の記載も
なく、かつまた、このものも、立体視の見えや、あるい
はメカ機構が必要となるなどの装置構造、小型化等の面
で十分に満足のいくものではない。

【０００６】即ち、この文献３の技術によるときは、虚
像位置が観察の間中、ひっきりなしにスライドすること
になる。ところで、虚像位置のスライドには、レンズや
表示画面を（メカ的）に移動させなければならず、それ
故に、観察中常にスライドのための振動等の影響が及ぶ
ため見づらく、しかも、消費電力もそれだけ極めて大き
く、バッテリーの大型化や重量増などの不具合も生じ
る。

【０００７】特に、装置構成の大型化等は、例えば頭に
装着して使用し、ＬＣＤ等の表示映像を観察者の眼に入
射させ、小型でありながら大画面映像を与えられるよう
にする、頭部装着型の映像表示装置で立体視を行わせよ
うとする場合にとっては、かなり大きな難点となる。表
示パネルやレンズ等を機械的に移動するのでは、その移
動に要する部品を動かすための空間をも、かかる頭部装
着式の装置本体部に確保し、かつそのための移動機構を
も当該本体部に組み込む構成となり、装置がそれだけ大
型化し、重量も大きいものとなってしまう。

【０００８】本発明は、立体感を保ちながら視度と輻輳
角を一致させ、自然な立体視が可能で、メカ機構の不要
な小型化も図れる、見やすい立体視ディスプレイを実現
しようというものである。また、他の目的は、例えば特
に頭部装着型映像表示装置に適用して好適な立体視ディ
スプレイ装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の立体視ディスプ
レイ装置は、立体視できるように映像を表示手段の表示
面に表示する立体視ディスプレイ装置であって、視度に
対する輻輳角が実時間で略一致するように、電気的に表
示面上に表示する映像を水平方向にシフトする手段を備
えてなることを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の立体視ディスプレイ装置
は、第１の映像を表示する第１の表示手段と、第２の映
像を表示する第２の表示手段と、前記第１の映像の拡大
虚像を生成する第１の光学系と、前記第２の映像の拡大
虚像を生成する第２の光学系とを有する立体視ディスプ
レイ装置であって、観察者の眼から虚像面までの距離を
Ｌ、観察者の左眼球の視線方向の角度をθ _L 、観察者の
右眼球の視線方向の角度をθ_R 、左右眼球の眼幅をｄと
するとき、

【数２】〔(1/L) −２〕＜〔（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎ
θ_R ) ／ｄ〕＜〔(1/L) ＋２〕 を満足するよう、少なくとも前記第１または第２の映像
を水平方向にシフトする手段を設けてなることを特徴と
するものである。

【００１１】また、上記において、水平方向へのシフト
後の輻輳角（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）／ｄは、シフト
前の輻輳角が大きくなるに従い大きくなるようにしてな
ることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明においては、立体視ディスプレイ装置は
立体視のための映像を表示手段の表示面に表示するが、
この場合、視度に対する輻輳角が実時間で略一致するよ
うに、電気的に表示面上に表示する映像を水平方向にシ
フトする。よって、立体感を保ちながら視度と輻輳角を
一致させ得て自然な立体視が可能で、視度に対する輻輳
角が実時間で略一致するよう電気的に表示面上に表示す
る映像を水平方向にシフトためメカ機構も不要で、かつ
容易に小型化等も図れ、見やすい立体視ディスプレイを
実現することを可能ならしめる。

【００１３】また、従来のような使用表示パネルやレン
ズ等を機械的に移動しないことから、頭部装着型映像表
示装置に適用する場合であっても、その移動に要する部
品を動かすための空間をこの種装置の眼前本体部内に確
保したり、しかも、そのための移動機構も当該本体部に
組み込んだり、あるいはまた、観察者が頭部装着したそ
の使用観察中に、常時、振動などの影響を受けて見づら
くなるなどすることをも避けつつ、小型、軽量、部品点
数小の状態で適切に上記を実現することができ、更には
装置電源がバッテリー駆動の場合も不必要な電力消費も
回避し得て、特にこの種装置に適用して好適なものとな
る。

【００１４】また、本発明の立体視ディスプレイ装置
は、第１の映像を表示する第１の表示手段と、第２の映
像を表示する第２の表示手段と、前記第１の映像の拡大
虚像を生成する第１の光学系と、前記第２の映像の拡大
虚像を生成する第２の光学系とをそれぞれ有するととも
に、観察者の眼から虚像面までの距離をＬ、観察者の左
眼球の視線方向の角度をθ_L 、観察者の右眼球の視線方
向の角度をθ_R 、左右眼球の眼幅をｄとするとき、

【数３】〔(1/L) −２〕＜〔（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎ
θ_R ) ／ｄ〕＜〔(1/L) ＋２〕 を満足するよう少なくとも前記第１または第２の映像を
水平方向にシフトする手段を設けて実施でき、同様にし
て、上記のことを実現することを可能ならしめる。この
場合は、視度と輻輳角との一致精度は、これを±２ディ
オプター内のずれの許容範囲中の程度のものとして構成
でき、上記式を満足するようにその映像シフトをさせる
ことで自然な立体視ができ、しかも、使用するいずれの
その第１、第２の表示手段及び光学系も機械的に移動さ
せずに済み、故に、同様に、装置の小型化、軽量化等が
達成でき、特に頭部装着式映像表示装置に好適である。

【００１５】また、この場合において、好ましくは、請
求項３記載の如くに、水平方向へのシフト後の輻輳角
は、シフト前の輻輳角が大きくなるに従い大きくなるよ
うにして本発明は実施でき、同様に、上記のことを実現
することを可能ならしめる。更に、加えて、この場合
は、たとえ輻輳角が大きく変動するような映像において
も、シフトを行うことで設定した視度の距離を中心とし
た狭い輻輳領域だけで変動するので立体感は保ったまま
自然な立体視を表現できるようにすることが可能とな
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１及び図６は、本発明の一実施例の全体的な構成
を示す。また、図２乃至図５は、原理説明に供する図で
ある。本実施例では、立体視ディスプレイとして頭部装
着型映像表示装置（以下、ＨＭＤとも称する）に適用し
た場合を例として挙げて説明する。

【００１７】図１は、観察者（使用者）装着状態でのＨ
ＭＤの外観構造を示し、図６は、主に表示光学系と信号
処理系の構成を示す。ＨＭＤ１００は、図１のように、
表示素子である例えばＬＣＤや該ＬＣＤの像を観察者の
眼に誘導するための光学系が組み込まれた本体と、この
本体を観察者の顔面に装着するための支持機構を備え
る。

【００１８】図１中、１０１はディスプレイ本体部を示
し、これは使用時には観察者の顔面に保持されるよう支
持部材が頭部を介して固定している。その支持部材とし
ては、ここでは、一端を前記ディスプレイ本体部１０１
に接合し、観察者のこめかみから耳の上部にかけて延在
する左右の前フレーム１０２と、該前フレーム１０２の
他端に接合され、観察者の側頭部を渡るように延在する
左右の後フレーム１０３と、前記左右の後フレーム１０
３の他端に挟まれるように自らの両端を一方づつ接合
し、観察者の頭頂部を支持する頭頂フレーム１０４とか
ら構成されている。

【００１９】また、前記前フレーム１０２における前記
の後フレーム１０３との接合部近傍には、弾性体からな
るリヤプレート、例えば金属板バネ等で構成されたリヤ
プレート１０５が接合されている。このリヤプレート１
０５は、前記支持部材の一翼を担うリヤカバー１０６が
観察者の後頭部から首のつけねにかかる部分で耳の後方
に位置して支持可能となるように接合されている。

【００２０】また、図１中、１２２は映像・音声信号等
を外部から送信するためのケーブルを示す。該ケーブル
１２２は、一端を電装部品（例えば図６参照）に接続
し、頭部フレーム１０４、後フレーム１０３、前フレー
ム１０２、リヤプレート１０５の内部を介してリヤカバ
ー１０６の後端部より外部に突出している。そして、こ
こでは、このケーブル１２２は、図１に示すようにビデ
オ再生装置１２０に接続されている。また、１２０ａは
ビデオ再生装置１２０のスイッチやボリュウム調整部等
の操作部、１０９はイヤホーンである。

【００２１】なお、ケーブル１２２は先端をジャックに
して、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。更に、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ観
賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピュ
ータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッ
セージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪魔
なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部か
らの信号を電波によって受信するようにしてもかまわな
い。更にまた、本ＨＭＤ１００は電源をバッテリーとす
るものであってよい。

【００２２】本体部内部の表示及び光学系は、図６の例
に示すように、左眼１０Ｌ用の左ＬＣＤ１１Ｌ，左接眼
光学系１２Ｌと、右眼１０Ｒ用の右ＬＣＤ１１Ｒ，右接
眼光学系１２Ｒとを有する構成のものとすることができ
る。ＬＣＤ１１Ｌ，１１Ｒが左右の各ＬＣＤドライバー
回路（ＬＣＤドライブ回路）３２Ｌ，３２Ｒにより駆動
され、その各表示面（図２，８参照）に映像が表示され
るとき、左右の映像は、それぞれの像を拡大する接眼光
学系１２Ｌ，１２Ｒを通して観察者の眼１０Ｌ，１０Ｒ
に与えられ、観察者は拡大虚像を見ることができる。

【００２３】本実施例では、このように、観察者の左眼
１０Ｌ、右眼１０Ｒのそれぞれの前に位置することとな
るように、それぞれ左ＬＣＤ１１Ｌ，右ＬＣＤ１１Ｒを
含む２つの映像表示系と、それぞれ左接眼光学系１２
Ｌ，右接眼光学系１２Ｒによる２つの光学系とを頭部装
着式のディスプレイ本体部１０１内に収納し、一方、映
像再生器３１から立体視の表示映像ソースとなる左右映
像信号が左右ＬＣＤドライバー回路３２Ｌ，３２Ｒへ与
えられ、左右のＬＣＤ表示面に左右の映像を表示させる
ようにするが、更に、この場合、立体視ディスプレイに
おいて、視度に対する輻輳角が実時間で略一致するよう
に電気的に表示面上に表示する映像を水平方向にシフト
するようにして表示を行わせる。

【００２４】ここで、これらの点について、図２以下も
参照し、このＨＭＤで立体視の原理を含めて説明してお
くと、以下のようである。いま、左右のＬＣＤ１１Ｌ，
１１Ｒに表示する左右の映像として図２（ａ），（ｂ）
に示したものを考える。図中、２１Ｌ，２１ＲはＬＣＤ
枠、２２Ｌ，２２Ｒはそれぞれの表示面を表し、表示の
対象は、図示例では、原理説明のため簡単に「三角錐」
及び「球」としたものを示してある。

【００２５】本例では、遠点に三角錐があり、近点に球
がある。さて、この球が近づくと、映像では、球が大き
くなり、そしてそれぞれ中央に寄ってくる（図
（ｂ））。このときの観察者の見えは、図４（ａ）のよ
うになる。視差の違いにより球と三角錐は異なる距離に
配置しているように見え、球が近づくと視差が大きくな
り輻輳角は大きくなる（図４（ａ））。しかしながら、
いまＨＭＤ光学系の視度が最初の球の距離に固定になっ
ていると、近づいた球に対しては視度と輻輳角が一致し
なくなる。

【００２６】そこで、図２（ｃ）のように球に近づいて
も輻輳角が変化しないように例えば右映像全体を右方向
にシフトする。この場合の見えとしては、上述した図２
（ｂ）によるものが図４（ａ）で説明したような見えの
ものであったのに対し、図４（ｂ）のようになる。この
場合は、球の映像は大きいものの輻輳角は変化しない
（図４（ｂ）中、白丸表示部分）。また、三角錐は大き
さは変化しないものの、シフトした分、遠距離に動く
（同図中、白三角表示部分）。つまり、三角錐と球の距
離は、上述の場合と同様に大きくなる。しかし、球に対
する輻輳角は変化しないのである。よって視度と輻輳角
は常に一致している。

【００２７】ここで、上記のことは、人間の眼は相対的
距離の変化に敏感であるが、絶対的距離の検出にはそれ
ほど敏感でないことを利用している。本発明者が行った
実験によれば、輻輳角が変化する対象物一つだけの映像
（バックは、例えば黒）の立体映像を見ても距離が変化
しているようには見えないことが分かった。しかし、異
なった動きをするものを同時に見せると立体感がでてく
る。つまり、或る物体と或る物体との距離変化は認識す
るが、単一の物体の距離変化は分かりにくいということ
である。本発明に従うものでは、上記例のケースでいえ
ば、球と三角錐との距離は変化し、かつ球の大きさが変
わり、三角錐は変化しないことにより、観察者は、あた
かも球が近づき、三角錐は位置を変えていないように見
える。よって、立体感は保ちながら視度と輻輳角は常に
一致する。こうして、かような立体視を提供できる。

【００２８】好ましくはまた、電気的に映像をシフトす
る場合、次のような観点から、必要な映像シフトを行わ
せても、同等の効果が得られる。即ち、視度と輻輳角と
の一致精度は、±２ディオプター内のずれまでなら許容
する。これは、例えば図５に示した輻輳−調節の対応関
係と許容範囲から分かる（「オー プラス イー（Ｏ
ｐｌｕｓ Ｅ）」Ｎｏ．７３ １０３頁第１３８図等
１９８５年１２月）。

【００２９】この図の横軸は輻輳（ＭＷ：輻輳角）で、
縦軸は調節（視度）（Ｄ：ディオプター）を示す。中央
の４５°の実線は輻輳−調節が完全に対応している部分
で、その近傍の領域は、焦点深度などによって許容でき
る範囲を示す。外側の曲線は、両眼の融像限界を示し、
黒点実線は最大融像限界、その内側の点線は２重像状態
から再度融像が成立する範囲、更にその内側の破線（一
点鎖線）は画像呈示時間０．５秒にした時の融像限界を
示す。この図から分かるように、輻輳は調節値の±２デ
ィオプター内にあれば短時間提示で輻輳できる。観察者
の左眼球の視線方向の角度をθ_L とし、観察者の右眼球
の視線方向の角度をθ_R とし、左右眼球の眼幅をｄ
（ｍ）としたとき、輻輳は（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）
／ｄで表されるので、この輻輳とＨＭＤで提示する虚像
面までの距離Ｌ（ｍ）との関係は、

【数４】 〔(1/L) −２〕＜〔（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）／ｄ〕＜〔(1/L) ＋２〕 ・・・１ を満足するようにすれば自然な立体視ができる（なお、
θ_L ，θ_R ，ｄ，Ｌについては、例えば図１０参照）。
ただし、Ｌ＞０．５のとき

【数５】 ０＜〔（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）／ｄ〕＜〔(1/L) ＋２〕 ・・・２

【００３０】映像のシフトにあたっては、このように、
上記関係を満足するよう少なくとも左または右の映像を
水平方向にシフトさせるようにしてもよい。好ましく
は、表示されている対象物すべてにおいて視度と輻輳角
を一致させるため、注視点検出を行い、注視している対
象物の輻輳角が視度と一致するよう映像をシフトする。
つまり、例えば三角錐を注視していると判断した場合に
は、三角錐の視差が視度と合うようにシフトを行う。

【００３１】更に、好ましくは、図３のように、表示領
域の左右端に黒表示領域２５を設け、映像をシフトさせ
ると同時にシフト量分だけ黒表示領域面積域の増減を行
ってもよい。図（ａ）は球が遠距離にある場合、（ｂ）
は球が標準距離（視度距離）にある場合、（ｃ）は球が
近距離にある場合である。まず、図（ｂ）のときには映
像シフトを行わないが、表示領域の左右端に黒を表示す
る。（ａ）のときには右ＬＣＤ１１Ｒでの映像を左方向
にシフトする。このとき、左端の黒表示領域はシフト量
分だけ少なくし、逆に右端の黒表示領域はシフト量分増
やす。（ｃ）の場合には、右ＬＣＤ１１Ｒでの映像を右
方向にシフトする。このとき、左端の黒表示領域はシフ
ト量分増やし、逆に右端の黒表示領域はシフト量分少な
くする。

【００３２】かかる手法を付加するときは、映像と同時
に視野枠もシフトすることとなり、結果、視野枠がシフ
トすることにより視野枠の輻輳角も変化するので、注視
点の輻輳角は一定のまま注視点と視野枠との距離感を変
えることができる。図３の場合、具体的には、こうする
ことで視野枠の輻輳角も三角錐と同様に変化し、視野枠
（２１Ｒ）と球との距離も増大する。よって、更に一層
立体感が増す。

【００３３】電気的に映像をシフトする手段は、映像信
号の処理系に映像シフト手段を一つ具備せしめる方式を
採用することができ、また、注視点検出を行う場合は、
観察者の一方の眼の視線方向の角度を計測する視線方向
角度計測手段をも備える構成ものとできる。図６の構成
例は、そのような場合の例として示してある。また、更
に、使用する視線方向角度計測手段としては、好ましく
は、使用者の眼球に向けて光を発する光源と、眼球から
の反射光を検出する光検出器からなる視線検出装置を用
いることができ、同図は、そのような場合の例でもあ
る。

【００３４】図５に示すように、本例では、前述した映
像再生器３１、及び左右ＬＣＤドライバー回路３２Ｌ，
３２を有する構成に加え、映像再生器３１からのＬＣＤ
ドライバー回路への映像信号供給系に対し挿入した映像
シフト回路３８を備える。更に、ＨＭＤを装着した観察
者の視線方向角を検出し、及び映像をシフトさせるのに
必要なシフト量を得るため、光源１５と視線検出器１６
を備えるとともに、これに関連して、図示の如くライン
信号抽出回路３５、相関計算部３６、シフト量計算部３
７を備えている。

【００３５】以下、これらの構成要素部分の好適例をも
含め、本実施例の全体の構成について、図７〜１０も参
照し、更に、具体的に説明する。ライン信号抽出回路３
５には、左右の映像信号を入力するとともに視線検出器
１６の出力信号を入力し、そのライン信号抽出回路３５
の出力は相関計算部３６に与える。相関計算部３６の出
力はシフト量計算部３７に入力し、そのシフト量計算部
３７の出力を映像シフト回路３８に供給する。ここで、
ライン信号抽出回路３５、相関計算部３６及びシフト量
計算部３７は、これらを含んで、後述の如くに視線検出
に基づき観察者の注視点座標を決定し、左右の映像信号
間の相関をとりシフト量を決定する手段を構成する。

【００３６】また、視線検出と映像シフトとの関係は、
次のような態様とすれば、より良い。即ち、視線検出器
１６は、ここでは、観察者の左眼１０Ｌに対するものと
して設けられており、従って、この例では観察者の左眼
１０Ｌの視線方向が検出されることとなるが、この場
合、左右の映像のうち、映像のシフトの対象は、その視
線方向角を検出しないもう一方の映像（即ち右眼１０Ｒ
側の右映像）に対して行うようにするのが効果的であ
り、そのため、映像シフト回路３８は映像再生器３１か
ら右ＬＣＤドライバー回路３２Ｒへ至る系に設けられて
いる。このようにするときは、視線検出する方の側の映
像（本例では、観察者の注視しているのがどの点である
かをみるべくその視線方向角の検出の対象となっている
左眼１０Ｌ側の左映像）はシフトしない（図２（ｃ）参
照）。このためシフトによって視線がふらつくといった
ようなことをも避けつつ、より適切に必要な映像シフト
を実現できる。

【００３７】視線検出に、上記のような光源と視線検出
器の組み合わせによるタイプのものを用いる場合、これ
らは、図１のＨＭＤ１００のディスプレイ本体部１０１
内に組み込まれるＬＣＤや光学系とともに、そのディス
プレイ本体部１０１内に収納、配置することができる。

【００３８】図６にも示されるように、観察者の両眼１
０Ｌ，１０Ｒの前には、ＬＣＤ１１Ｌ，１１Ｒと該ＬＣ
Ｄ面（２２Ｌ，２２Ｒ）上の像を拡大する接眼光学系１
２Ｌ，１２Ｒとがそれぞれ配置されており、拡大像の中
で観察者の注視している部分は、本実施例では左眼１０
Ｌの視線方向を検出することで分かる。実際の構成とし
ては、視線方向の検出の方式は、例えば、赤外線のよう
に見えない波長の光を発する光源を光源１５として用
い、該光源と、角膜で反射した光を捕らえるレンズ部１
７と、光検出器部１８とからなるものとして構成するこ
とができる。そして、これからの信号はライン信号抽出
回路３５に入力する。

【００３９】〔視線検出器〕図７は、視線検出器１６に
適用できる好適構成例を示す。本例では、観察者の眼球
の角膜からの反射光を検出する方法として、シリンドリ
カルレンズと１次元センサ（１次元ＰＳＤ）の組み合わ
せ２つを使用する。同図において、不図示の光源から使
用者の眼球に向けて光が発せられ、その眼球からの反射
光が光検出器で検出されるものとする。かかる装置にお
いて、図示の如く、シリンドリカルレンズとフォトディ
テクタである１次元センサによる光検出系の組と、もう
一方の同様のシリンドリカルレンズと１次元センサとに
よる光検出系の組との２組が用いられる。一方の組は、
それぞれ、図示のような位置関係で配置するシリンドリ
カルレンズ４１ａと１次元ＰＳＤ４２ａとの組み合わせ
からなり、また、他方の組は、それぞれ、図示のような
位置関係で配置するシリンドリカルレンズ４１ｂと１次
元ＰＳＤ４２ｂとの組み合わせからなる。

【００４０】角膜から反射した光（眼球からの反射光）
の一部は、シリンドリカルレンズ４１ａに入射する。こ
のシリンドリカルレンズ４１ａは、垂直方向に球面形状
になっている。そして、該シリンドリカルレンズ４１ａ
と組み合わされる１次元ＰＳＤ４２ａはこの球面の焦点
位置に配置されているので、水平方向に長い光の一部が
１次元ＰＳＤ４２ａに入射する。従って、視線方向の変
化に伴い、眼球の垂直方向の回転によりシリンドリカル
レンズ４１ａへの垂直方向の入射角度が変化し、焦点面
上で光は垂直方向に移動する。つまり、１次元ＰＳＤ４
２ａへの入射位置が変化するので眼球の垂直方向の回転
が検出できる。一方、シリンドリカルレンズ４１ｂと１
次元ＰＳＤ４２ｂは、図示の如く、上記シリンドリカル
レンズ４１ａ及び１次元ＰＳＤ４２ａの組み合わせのも
のとは、それぞれ対応する要素のものが９０°回転した
関係で配置されており、同様の作用により、上記の場合
に準じて眼球の水平方向の回転が検出できる。

【００４１】結果として、上記構成により、眼球の回転
つまり視線方向を検出できる。この方法は、レンズと２
次元ＰＳＤによる視線検出法と比べ安価に構成できると
いうメリットを有する。これは、１次元ＰＳＤは２次元
ＰＳＤと比べ大幅に安価であるからであり、低コストで
視線検出装置が実現できる。

【００４２】しかして、垂直回転検出の１次元ＰＳＤ４
２ａの出力は、観察者が注視している点の垂直座標
（ｙ）つまりラインを示す。一方、水平回転検出の１次
元ＰＳＤ４２ｂの出力は、観察者が注視している点の水
平座標（ｘ）を示す。かくて、これにより観察者の注視
点座標（ｘ，ｙ）を決定することができる。

【００４３】この場合は、上記の如くに１次元ＰＳＤ４
２ａ，４２ｂの使用によって装置コストの低減が図れる
上、一方の１次元ＰＳＤ４２ａが検出した信号をもと
に、左右映像信号から垂直座標（ｙ）に相当する水平ラ
インの映像信号をそれぞれ抽出し、その抽出した左右の
映像信号を他方の１次元ＰＳＤ４２ｂが検出した信号を
もとに相関計算を行いシフト量を決定するよう構成する
場合においても、それぞれのセンサ出力は独立に処理す
ることができ、回路をシンプルにし得て、この点でも低
コスト化が図れる。

【００４４】本例によった場合は、上述のようにして得
られる１次元ＰＳＤ４２ａの出力信号は、前記図６にお
けるライン信号抽出回路３５に入力され、また、１次元
ＰＳＤ４２ｂの出力信号は、同図における相関計算部３
６に入力されて、使用されるものとすることができる。
もっとも、１次元センサを使用する図７の構成例に限ら
れるものではなく、本発明は、２次元センサ（２次元Ｐ
ＳＤ）を採用する構成で実施することを妨げるものでは
ないことはいうまでもない。

【００４５】図６の構成に戻り、上記に例示したような
視線検出器１６からの信号が与えられるライン信号抽出
回路３５には、映像再生器３１からの左右の映像信号も
入力され、映像信号の中から左眼が注視している映像ラ
インだけを左右とも抜き出し、次に、抜き出した左右の
ライン信号の相関計算をする。即ち、ここでは、決定し
た注視点座標（ｘ，ｙ）信号をもとに、左右映像信号か
ら垂直座標ｙに相当する水平ラインの映像信号をそれぞ
れ抽出し、抽出した左右の映像信号を水平座標ｘをもと
に相関計算を行い、そしてシフト量を決定する。

【００４６】〔ライン信号抽出及び相関計算〕このよう
なライン信号の抽出と相関計算についての例を説明す
る。まず、図８に概念図を示す。いま、例えば図８
（ａ）部のような左右の映像（前記の原理説明で示した
三角錐と球による映像）があり、観察者の左眼は×印で
示したように球に注視しているとする。この注視してい
る部分の座標を（ｘ’，ｙ’）とする。注視点検出は、
既述した手法で行われ、当該部分の座標（ｘ’，ｙ’）
は決定される。

【００４７】次に、左右の映像信号の中からラインｙ’
の信号だけを左右とも抜き出す（図８（ｂ）部）。これ
により、上記座標（ｘ’，ｙ’）における垂直座標ｙ’
に相当する水平ラインの映像信号が左ｙ’ライン映像信
号、右ｙ’ライン映像信号としてそれぞれ抽出される。
そして、こうして抽出したら、次に、その抽出左右ｙ’
ライン映像信号を対象にして、上記座標（ｘ’，ｙ’）
における水平座標ｘ’を基に相関を演算をする。例え
ば、左ｙ’ライン映像信号の中からｘ’を中心とした信
号（ｘ’±Δｘ分相当の信号）と右ｙ’ライン映像信号
とを相関する（図８（ｃ））。相関計算は、好適には、
このようにして行うことができる。

【００４８】この場合の計算式の一例を次式に示す。

【数６】

【００４９】結果として得られる上式左辺のＳ（τ）か
ら、左映像の水平方向の座標ｘ’に存在する信号と最も
相関の強い右映像信号との時間差が分かる。つまり、こ
の時間差から視差量が分かる。シフト量計算部３７で
は、かくして得られる情報に基づき、シフトさせるべき
シフト量を求める。このようにして、シフト量の決定に
際し、左右の映像信号間の相関をとるようにすることか
ら、信号間の相関計算によりシフト量を決定でき、高い
精度で必要なシフト量を得ることができる。また、更
に、この場合において、上記の方法に従えば、相関計算
は２次元の映像信号のうち、１つの水平ライン信号だけ
で行え、計算スピードも速く、処理も迅速となる。

【００５０】ライン信号抽出回路３５及び相関計算部３
６についての実際の回路例の一つを図９に示す。本例で
は、図示のように、左ラインメモリー４６Ｌ、右ライン
メモリー４６Ｒ、カウンター４５、掛け算器４７、積分
器４８を備える構成である。各ラインメモリー４６Ｌ，
４６Ｒには映像再生器３１からそれぞれ左右映像信号が
供給され、また、カウンター４５からホールド信号が与
えられる。該カウンター４５には、水平同期信号を入力
するとともに、指定ライン情報を入力し、ここでは、そ
のライン情報を視線検出で決定された注視点座標のｙ座
標情報に応じて設定する。

【００５１】上記構成においては、水平同期信号のパル
スをカウンター４５でカウントし、視線検出して得た指
定ライン数になったとき左右の映像信号をラインメモリ
ー４６Ｌ，４６Ｒに書き込む。そして、ラインメモリー
に書き込まれた映像信号のうち必要な信号のみを取り出
し、掛け算器４７、積分器４８でかけ算と積分を行うこ
とによって視差信号が生まれる。ライン信号抽出及び相
関計算は、このような構成のものであってもよい。

【００５２】視差情報は、映像シフトのためのシフト量
決定に用いられる。図６において、例えば、ライン信号
抽出及び相関計算によって得られる視差信号はシフト量
計算部３７へと入力され、該シフト量計算部３７では、
適用するＨＭＤの設定された視度に対応する視差とこの
視差信号を比較し、その差分をシフト量とすることがで
きる。

【００５３】〔シフト〕本発明に従う水平方向への映像
シフトの原理は、前記の図２、図３、図４あるいは図５
等を参照して既に述べたとおりであるが、更に補足すれ
ば、図１０のように、視度と輻輳角を一致させるために
は以下の式を満足しなければならない。

【数７】 Ｌ（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）＝ｄ ・・・４ ここで、θ_L は左眼の視線方向角、θ_R は右眼の視線方
向角、Ｌは虚像面２６までの距離（視度）、ｄは眼幅で
ある。輻輳角とはθ_L ＋θ_R を示す。

【００５４】一方、右ＬＣＤ面（表示面２２Ｒ）上での
表示位置と右眼視線方向角θ_R との関係は、次式で示さ
れる。

【数８】ｔａｎθ_R ＝ｘ_R ／ｆ ・・・５ ここで、ｆは適用する接眼レンズの焦点距離、ｘ_R は表
示の位置を表す。よって、

【数９】 ｘ_R ＝（ｆ／Ｌ）・（ｄ−Ｌｔａｎθ_L ） ・・・６ を満足するように映像シフトを行わせればよい。

【００５５】即ち、上記式４は、これをｔａｎθ_R につ
いて整理して、次のように表せる。

【数１０】 （ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）＝ｄ／Ｌ ・・・７ ∴ ｔａｎθ_R ＝（ｄ／Ｌ）−ｔａｎθ_L ・・・８

【００５６】なお、前記式１は、基本的に上記式４の関
係を基礎として導かれ、上記式７の変形、即ち、

【数１１】 （ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）／ｄ＝１／Ｌ ・・・９ の関係に対し、更に±２ディオプターを考慮したものと
して誘導される。

【００５７】しかして、上記式８の右辺部分を、上記式
５の左辺ｔａｎθ_R に代入し、かつ、それをｘ_R につい
て整理すれば、上記に示した式６の関係が得られる。従
って、この式６を満足するように右ＬＣＤに対する右眼
映像（元映像）をシフトすれば視度と輻輳角を一致させ
るようにすることができることになる。

【００５８】ここでは、前述の視差計算によりシフト前
における右眼映像の表示位置が分かるので、この表示位
置と上式のｘ_R を比較しその差分をシフトすればよい。
こうしてシフト量を決定でき、これに基づくシフト量信
号が図６の映像シフト回路３８に入力され、映像再生器
３１からの右映像信号を水平シフトさせる。実際のシフ
ト手段は、例えば、ＬＣＤドライブ回路へ映像信号を入
力する前段にその遅延時間を可変制御可能な遅延回路を
挿入し、その遅延時間をシフト量信号に応じて制御する
構成のものとすることができ、本例でもかかる構成であ
ってよい。

【００５９】そして、シフトされた映像信号は、右ＬＣ
Ｄドライバー回路３２Ｒに入力され右ＬＣＤ１１Ｒ上に
映像を表示する。一方、映像再生器３１からの左映像信
号（元右映像）は、そのまま左ＬＣＤドライバー回路３
２Ｌに入力され左ＬＣＤ１１Ｌ上に映像を表示する。

【００６０】以上のようにして、例えばＨＭＤ装着の観
察者に対し、前記図２（ｃ）の如くに表示面２２Ｌ，２
２Ｒに映像表示を行わせて、図４（ｂ）のような見えを
与えられ、自然な立体視を適切に実現することができ
る。立体感を保ちつつ視度と輻輳角は一致し、しかも、
斯く一致するように電気的にＬＣＤ表示面上に表示する
映像をシフトすることができ、本ＨＭＤ１００は、メカ
機構も不要であり、装置の小型化も図れる等、前掲文献
のものの問題も良好に解消することができ、特に頭部装
着式映像表示装置に適用して好適な立体視ディスプレイ
を提供できる。

【００６１】なお、本実施例では、観察者の眼球の一方
の目に関してのみ視線検出装置を設け、もう一方の目に
対する映像のみをシフトして輻輳角を一定にする方法に
ついて述べたが、しかし、本発明は、これに限らず両方
の映像をシフトさせてもよい。また、そのように映像を
水平方向にシフトする態様の場合をも含んで、上記式６
の適用に代え、そのシフトを前記式１を満たすように行
うものであってもよく、既述のような±２ディオプター
内のずれの許容を考慮した視度と輻輳角との一致精度の
程度ものとしても、同様に、自然な立体視ができ、電気
的に映像をシフトするためメカ機構がいらず、装置の小
型化できる等の作用効果を奏する。また、その場合に、
使用ＨＭＤに応じ、距離ＬがＬ＞０．５なら、前記２式
の関係を適用できる。

【００６２】次に、本発明の他の実施例を説明する。本
実施例（第２実施例）では、左右の視野枠が融像しない
よう光学系を配置することによって、視野枠による立体
感の低下を抑えんとするものである。本発明に従って注
視点の輻輳角を固定にし他の像の輻輳角を変化させる方
式の場合には、視野枠の輻輳角が固定になっていると中
央部分と注視点との距離差は変化しないため、注視点如
何では、場合により注視点の立体感が低下してしまうと
いうおそれがある。そこで、本実施例では、視野枠を立
体融像させないことによりこの問題をも解決しようとす
るものである。

【００６３】図１１は、本実施例の要部の構成例であ
る。同図には、本実施例に従う場合の左右のＬＣＤ１１
Ｌ，１１Ｒ、接眼光学系１２Ｌ，１２Ｒの配置を示して
ある。これらは、図示のように、前記実施例（第１実施
例）の場合のもの配置に対し、左右の光学系の光軸が外
向きに広がるよう傾けて配置してある。即ち、左光軸と
右光軸は虚像方向に向かって広がるように設定される。

【００６４】他の構成部分については、第１実施例と基
本的に同様であってよい。従って、例えば図６の如くに
ライン信号抽出及び相関計算、並びにシフト量計算によ
り右映像のシフトを行わせる場合は、次のような処理内
容のものとできる。本実施例でも、映像再生器からの左
右の映像信号もライン信号抽出回路に入り、映像信号の
中から左眼が注視している映像ラインだけを左右とも抜
き出し、抜き出した左右のライン信号の相関計算をし、
その結果得られる視差信号により、ＨＭＤの設定された
視度に対応する視差とその視差信号を比較し、その差分
をシフト量として得る。そして、そのシフト量信号によ
り右映像信号を水平シフトさせ、右ＬＣＤ１１Ｒ上に映
像を表示させる一方、左映像信号については元映像のま
ま左ＬＣＤ１１Ｌ上に映像を表示させることができる。

【００６５】しかして、本実施例においては、この場
合、観察者の両眼１０Ｌ，１０Ｒの前には、図１１の如
くにＬＣＤ１１Ｌ，１１Ｒと光学系１２Ｌ，１２Ｒとが
それぞれ配置されており、結果、このように配置したと
き、中央部分のみが立体融像でき、左端と右端の周辺部
分は片眼でのみ見ていることになり立体融像できない。
よって、本実施例によると、第１実施例の作用効果に加
え、視野枠と中央部分にある注視点との距離感は薄らぎ
注視点の立体感は低下しない。つまり、視野枠が融像さ
れないため注視点と視野枠との距離感は感じられない。
こうして、視野枠による立体感の低下をも抑えるように
することができる。

【００６６】次に、本発明の更に他の実施例について、
図１２により説明する。視線検出については、光源と光
検出器を用いるタイプのものを既に説明してきており、
特に、好適例としてのシリンドリカルレンズと１次元セ
ンサの組み合わせの構成や、また２次元ＰＳＤによるも
のについても触れてきたが、本実施例（第３実施例）
は、観察者の眼の視線方向の角度を計測する場合の変形
例の更に他の手段を示すものでもある。具体的には、観
察者の眼の周りの皮膚上に電極を接触させて眼球の回転
角を測定する視線検出器をＨＭＤに備えるようにした場
合の例を示す。

【００６７】図１２は、このタイプの視線検出器を具備
させたＨＭＤ１００の概略構成を表している。図示例で
は、ＨＭＤ１００の左右接眼部のうち、左接眼部の近く
にネジ５１で位置調整できるパッド５２が備えられてい
て、そのパッド５２の表面には電極５３が設けられてい
る。該電極５３は、観察者の左眼の周りの皮膚上に接触
させることにより、観察者の左眼の視線方向に応じた信
号を得て、その眼球の回転角の測定の用に供される。他
の構成部分については、本実施例でも、第１実施例（ま
たは、第２実施例）と基本的に同様であってよい。

【００６８】本実施例では、装着者（観察者）は本ＨＭ
Ｄ１００を装着したあと、上記ネジ５１を回してパッド
５２の電極５３側の面を眼の周辺の皮膚に当たるように
調整する。この電極５３からの信号は眼球回転角を表し
ており、従って、これにより注視点検出が行え、これま
での第１、第２実施例と同様に、この信号を基にライン
信号抽出や相関計算を行うことができる。本発明は、こ
のようして実施してもよく、前記各実施例と同様の作用
効果を奏する。なお、上記電極５３については、例え
ば、その電極をＨＭＤの内側に向かってのびる板バネに
取り付けるようにしてもよい。

【００６９】次に、本発明の更に他の実施例について説
明する。本実施例（第４実施例）は、更に、次のような
点からの考察に基づくものであり、前記各実施例を発展
させている。これまでに説明してきた実施例では、注視
点の輻輳角は元の映像の注視点の奥行き距離とは関係無
く視度の距離に略一致するよう設定を行って、既述の水
平方向への映像シフトを伴う映像表示をなすことを基礎
としてきたものである。

【００７０】ここで、輻輳角が大きく変動するような映
像が対象となる場合を考えたとき、この方法であると、
例えば、背景がなく単一の物体のみが動く映像の場合に
は、映像の大きさが変わるだけで奥行き方向は変化せず
立体感が損なわれることがあるという可能性があり、そ
れ故に、これをも解消できれば、更に効果的な立体視デ
ィスプレイを達成できる。そこで、本実施例では、元映
像の輻輳角の変動を視度の距離の近傍の領域内に圧縮し
て輻輳角に変化を与えるようにするものである。

【００７１】図１３及び図１４は、本実施例において映
像を水平方向にシフトする場合のその内容を説明する図
であり、図１３に、元映像の輻輳（シフト前の輻輳）と
シフトした後の輻輳の関係を示してある。ここでは、元
映像の輻輳（（ｔａｎθ_L ’＋ｔａｎθ_R ’）／ｄ）
が、いま、図中横軸の最小値αから最大値βまで変動す
るとしたとき、縦軸のシフト後の輻輳（（ｔａｎθ_L ＋
ｔａｎθ_R ）／ｄ）は視度Ｌ分の１（１／Ｌ）を中心と
した±２ディオプター内（（１／Ｌ）−２〜（１／Ｌ）
＋２）で比例に変化する（値αから値βへと大きくなる
に従い、大きくなる）。

【００７２】このとき、物体の奥行き距離は、図１４に
示したように変換される。図（ａ）はシフト前の映像を
示しており、物体が遠距離から近距離まで大きく変化す
る。しかし、本実施例に従い、これを図１３に示したよ
うに変換すると視度の距離Ｌを中心とした近傍（ディオ
プター±２）内で変化する物体となる（図（ｂ））。こ
のような変換は、例えば前記図６におけるブロック図の
シフト量計算部３７内で上記図１３の関数にそって計算
を行えばよい。なお、本実施例においても、他の構成部
分については、第１実施例と同様であってよく、本実施
例（第４実施例）は、この第１実施例の場合のほか、前
記第２、第３実施例でも適用可能である。

【００７３】本実施例によれば、こうして、背景がなく
単一の物体のみが動く映像の場合にも対応でき、第１実
施例（または第２実施例、あるいは第３実施例）と同様
の作用効果を奏するのに加え、たとえ輻輳角が大きく変
動する映像においても、シフトを行うことで設定した視
度の距離Ｌを中心とした狭い輻輳領域（図示例では、Ｌ
±２）だけで変動するので立体感は保ったまま自然な立
体視を表現できる。特に、前記式１を満足するよう左右
の映像の少なくとも一方を水平方向にシフトする方式と
組み合わせて実施するとき、両者の利点の両立を図れて
より効果的である。なお、図１３に例示した態様では、
シフト後の輻輳はシフト前の輻輳に比例しているが、本
発明はこれに限るものではなく、非線型でもよい。

【００７４】以上、図を参照して、特定の実施例、変形
例等について述べたが、本発明は、それらに限定される
ものではい。例えば、主に頭部装着式映像表示装置を例
に説明したが、その他これ以外の立体視ディスプレイの
ための視覚表示システムに適用できる。以上の実施例等
に記載された内容はまた、以下の発明として捉えること
もできるものである。

【００７５】〔１〕 立体視ディスプレイにおいて、視
度に対する輻輳角が実時間で略一致するように、電気的
に表示面上に表示する映像を水平方向にシフトすること
を特徴とする立体ディスプレイのための装置。電気的に
映像をシフトするためメカ機構がいらず、装置を小型化
できる等の既述した作用効果を奏する。

【００７６】〔２〕 第１の映像を表示する第１の表示
手段と、第２の映像を表示する第２の表示手段と、前記
第１の映像の拡大虚像を生成する第１の光学系と、前記
第２の映像の拡大虚像を生成する第２の光学系を持つＨ
ＭＤにおいて、観察者の目から虚像面までの距離をＬ
（ｍ）とし、観察者の左眼球の視線方向の角度をθ_L と
し、観察者の右眼球の視線方向の角度をθ_R とし、左右
眼球の眼幅をｄ（ｍ）としたとき、

【数１２】〔(1/L) −２〕＜〔（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ
_R ) ／ｄ〕＜〔(1/L) ＋２〕 を満足するよう少なくとも前記第１または第２の映像を
水平方向にシフトする手段を設けたことを特徴とするＨ
ＭＤ。ただし、Ｌ＞０．５のとき

【数１３】０＜〔（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）／ｄ〕＜
〔(1/L) ＋２〕 同様に、電気的に映像をシフトするためメカ機構がいら
ず、装置を小型化できる等の作用効果が得られる。

【００７７】〔３〕 上記〔２〕において、水平方向へ
のシフト後の輻輳角（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ_R ）／ｄ
は、シフト前の輻輳角（ｔａｎθ_L ’＋ｔａｎθ_R ’）
／ｄが大きくなるに従い大きくなることを特徴とするＨ
ＭＤ。本装置の場合は、更に、輻輳角が大きく変動する
映像においても、シフトを行うことで設定した視度の距
離を中心とした狭い輻輳領域だけで変動するので立体感
は保ったまま自然な立体視を表現できる等の利点があ
る。

【００７８】〔４〕 上記〔１〕、〔２〕、または
〔３〕において、観察者の一方の眼の視線方向の角度を
計測する視線方向角計測手段と、該視線方向角計測手段
からの出力をもとに観察者の注視点座標を決定し、第１
と第２の映像信号間の相関をとりシフト量を決定する手
段を設けたことを特徴とする、立体視ディスプレイもし
くはＨＭＤ、あるいはこれらに類する装置、またはシス
テム。この場合は、更に、信号間の相関計算によりシフ
ト量を決定できるため、高い精度でシフト量を決定でき
る等の作用効果が得られる利点がある。

【００７９】〔５〕 上記〔４〕において、決定した注
視点座標（ｘ，ｙ）信号を基に、左右映像信号から垂直
座標ｙに相当する水平ラインの映像信号をそれぞれ抽出
し、抽出した左右の映像信号を水平座標ｘをもとに相関
計算を行いシフト量を決定することを特徴とする装置、
またはシステム。この場合は、相関計算は２次元の映像
信号のうち１つの水平ライン信号だけで行えるので、計
算スピードが速い等の作用効果が得られる利点がある。

【００８０】〔６〕 上記〔４〕、または〔５〕におい
て、視線方向角を検出しないもう一方の映像のみ水平シ
フトを行うことを特徴とするＨＭＤ。この場合、視線検
出する方の映像はシフトしないためシフトによって視線
がふらつくというようなことはない等の利点がある。

【００８１】〔７〕 上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、または〔６〕において、映像を左方向
にシフトする場合には同時に表示面の右端部をシフト量
と同じだけ黒を表示し、映像を右方向にシフトする場合
には同時に表示面の左端部をシフト量と同じだけ黒を増
加して表示することを特徴とする装置、またはシステ
ム。これによると、映像と同時に視野枠がシフトするこ
とにより視野枠の輻輳角も変化するので注視点の輻輳角
は一定のまま注視点と視野枠との距離感を変えることが
できる等の作用効果が更に得られる利点がある。

【００８２】〔８〕 上記〔２〕、〔３〕、〔４〕、
〔５〕、〔６〕、または〔７〕において、第１の光学系
の光軸と第２の光学系の光軸は、虚像方向に向かって広
がるよう第１の光学系と第２の光学系を配置することを
特徴とするＨＭＤ。この場合、視野枠が融像されないた
め注視点と視野枠との距離感は感じられない。よって、
視野枠による立体感の低下を抑えることができる等の利
点がある。

【００８３】

〔９〕 使用者の眼球に向けて光を発する
光源と、眼球からの反射光を検出する光検出器からなる
視線検出装置であって、上記光検出器は、第１のシリン
ドリカルレンズと第１の１次元センサと、第２のシリン
ドリカルレンズと第２の１次元センサからなることを特
徴とする視線検出装置。本装置の場合は、１次元センサ
は、２次元センサより大幅に安価であるため装置のコス
トが安い等の作用効果が得られる。

【００８４】〔１０〕 上記〔４〕、〔５〕、〔６〕、
〔７〕、または〔８〕において、視線方向角計測手段
は、使用者の眼球に向けて光を発する光源と、眼球から
の反射光を検出する光検出器から成る視線検出装置を備
え、当該光検出器は、第１のシリンドリカルレンズと第
１の１次元センサと、第２シリンドリカルレンズと第２
の１次元センサからなることを特徴とする、立体視ディ
スプレイもしくはＨＭＤ、あるいはこれらに類する装
置、またはシステム。この場合は、かかる装置、システ
ムにおいて、１次元センサは、２次元センサより大幅に
安価であるため装置、システムのコストが安い等の作用
効果が更に得られる利点がある。

【００８５】〔１１〕 上記〔１０〕において、第１の
１次元センサが検出した信号をもとに、左右映像信号か
ら垂直座標ｙに相当する水平ラインの映像信号をそれぞ
れ抽出し、抽出した左右の映像信号を第２の１次元セン
サが検出した信号をもとに相関計算を行いシフト量を決
定することを特徴とする装置、またはシステム。この場
合は、更に上記に加え、それぞれのセンサの出力は独立
に処理することができ、回路をシンプルにできる等の利
点が得られる。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、立体視のため映像を表
示手段の表示面に表示する場合に、視度に対する輻輳角
が実時間で略一致するように、電気的に表示面上に表示
する映像を水平方向にシフトさせることができ、立体感
を保ちながら視度と輻輳角を一致させ得て自然な立体視
が可能で、メカ機構も不要で、かつ容易に小型化等も図
れ、見やすい立体視ディスプレイを実現することができ
る。

【００８７】また、従来のような使用表示パネルやレン
ズ等を機械的に移動しないことから、頭部装着型映像表
示装置に適用する場合であっても、その移動に要する部
品を動かすための空間をこの種装置の眼前本体部内に確
保したり、しかも、そのための移動機構も当該本体部に
組み込んだり、あるいはまた、観察者が頭部装着したそ
の使用観察中に、常時、振動などの影響を受けて見づら
くなるなどすることをも避けつつ、小型、軽量、部品点
数小の状態で適切に上記を実現することができ、更には
装置電源がバッテリー駆動の場合も不必要な電力消費も
回避し得て、特にこの種装置に適用して好適な立体視デ
ィスプレイ装置を提供できる。

【００８８】また、請求項２記載の如くの第１の表示手
段、第２の表示手段、第１の光学系、及び第２の光学系
のそれぞれ有するとともに、前掲式１を満足するよう少
なくともその第１または第２の映像を水平方向にシフト
する手段を設けて本発明は実施でき、同様にして、上記
のことを実現することができる。この場合は、視度と輻
輳角との一致精度は、これを±２ディオプター内のずれ
の許容範囲中の程度のものとして構成でき、その式１を
満足するようにその映像シフトをさせることで自然な立
体視ができ、しかも、使用するいずれのその第１、第２
の表示手段及び光学系も機械的に移動させずに済み、故
に、同様に、装置の小型化、軽量化等が達成でき、特に
頭部装着式映像表示装置に好適である。

【００８９】また、この場合において、好ましくは、請
求項３記載の如くに、水平方向へのシフト後の輻輳角
は、シフト前の輻輳角が大きくなるに従い大きくなるよ
うにして本発明は実施でき、同様に、上記のことを実現
することができる。更に、加えて、この場合は、たとえ
輻輳角が大きく変動するような映像においても、シフト
を行うことで設定した視度の距離を中心とした狭い輻輳
領域だけで変動するので立体感は保ったまま自然な立体
視を表現できるようにすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、頭部装着式映
像表示装置（ＨＭＤ）に適用した場合のその外観図であ
る。

【図２】同例での立体視の原理説明に供する図である。

【図３】同様の原理説明図である。

【図４】同じく、観察者の見えの様子等の説明に供する
図である。

【図５】同じく、輻輳−調節の対応関係と許容範囲の例
を示す線図である。

【図６】回路を含む全体のシステム構成の一例を示すブ
ロック図である。

【図７】同例の視線検出に適用できる視線検出器の構成
の一例を示す図である。

【図８】同じく、ライン信号抽出、及び相関計算におけ
る処理内容の説明に供する図である。

【図９】ライン信号抽出、及び相関計算のための具体的
回路例を示す図である。

【図１０】映像のシフトの例の説明に供する図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示すもので、その要部
の構成の一例を示す図である。

【図１２】本発明の更に他の実施例を示すもので、その
要部の構成の一例を示す図である。

【図１３】同じく、本発明の更に他の実施例を示すもの
で、元映像の輻輳（シフト前の輻輳）とシフト後の輻輳
の関係の一例を示す図である。

【図１４】同例の説明に供する図である。

【符号の説明】

１０Ｌ 左眼 １０Ｒ 右眼 １１Ｌ 左ＬＣＤ １１Ｒ 右ＬＣＤ １２Ｌ 左接眼光学系 １２Ｒ 右接眼光学系 １５ 視線検出器 １６ 光源 １７ レンズ １８ 光検出器 ２１Ｌ 左ＬＣＤ枠 ２１Ｒ 右ＬＣＤ枠 ２２Ｌ 左表示面 ２２Ｒ 右表示面 ２５ 黒表示（非画像部分） ２６ 虚像面 ３１ 映像再生器 ３２Ｌ 左ＬＣＤドライバー回路 ３２Ｒ 右ＬＣＤドライバー回路 ３５ ライン信号抽出部 ３６ 相関計算部 ３７ シフト量計算部 ３８ 映像シフト回路 ４１ａ，４１ｂ シリンドリカルレンズ ４２ａ，４２ｂ １次元ＳＰＤ ４５ カウンター ４６Ｌ 左ラインメモリ ４６Ｒ 右ラインメモリ ４７ 掛け算器 ４８ 積分器 ５１ ネジ ５２ パッド ５３ 電極 １００ ＨＭＤ １０１ ディスプレイ本体部 １０２ 前フレーム １０３ 後フレーム １０４ 頭頂フレーム １０５ リヤプレート １０６ リヤカバー １２０ ビデオ再生装置 １２０ａ 操作部 １２２ ケーブル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立体視できるように映像を表示手段の表
   示面に表示する立体視ディスプレイ装置であって、 視度に対する輻輳角が実時間で略一致するように、電気
   的に表示面上に表示する映像を水平方向にシフトする手
   段を備えてなることを特徴とする立体視ディスプレイ装
   置。
2. 【請求項２】 第１の映像を表示する第１の表示手段
   と、第２の映像を表示する第２の表示手段と、前記第１
   の映像の拡大虚像を生成する第１の光学系と、前記第２
   の映像の拡大虚像を生成する第２の光学系とを有する立
   体視ディスプレイ装置であって、 観察者の眼から虚像面までの距離をＬ、観察者の左眼球
   の視線方向の角度をθ _L 、観察者の右眼球の視線方向の
   角度をθ_R 、その左右眼球の眼幅をｄとするとき、 【数１】〔(1/L) −２〕＜〔（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎ
   θ_R ) ／ｄ〕＜〔(1/L) ＋２〕 を満足するよう、少なくとも前記第１または第２の映像
   を水平方向にシフトする手段を設けてなることを特徴と
   する立体視ディスプレイ装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 水平方向へのシフト後の輻輳角（ｔａｎθ_L ＋ｔａｎθ
   _R ）／ｄは、シフト前の輻輳角が大きくなるに従い大き
   くなるようにしてなることを特徴とする立体視ディスプ
   レイ装置。