表示装置
【課題】複雑な演算処理等をすることなく、立体視に伴う観察者の疲労感を軽減する。
【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、光学系および表示部の少なくとも一方等を制御することにより虚像の位置を制御して、表示部の表示面と片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ制御部と、を備える表示装置を提供する。
【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、光学系および表示部の少なくとも一方等を制御することにより虚像の位置を制御して、表示部の表示面と片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ制御部と、を備える表示装置を提供する。
【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。
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】
【０００３】
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。従って、このような立体表示システムは、注視点に表示された物体と異なる距離の物体については、異なる焦点距離で観察しなければならないので、観察者に疲労感を与えてしまう。
【０００４】
また、このような立体表示システムでは、観察者が立体像のどこに注視しているのかを検出しなければならない。しかし、注視点を正確に検出するのは難しい。例えば昆虫の触覚の先端のような細く周囲から飛び出した突起物の先端を観察者が注視している場合、注視点を正確に検出するのは難しかった。
【０００５】
また、このような立体表示システムでは、観察者が注視している表示物体の距離を取得しなければならない。立体表示システムは、一例として、左右の視差画像のそれぞれから注視点近傍の小画像を抽出し、抽出した小画像間の相関を演算して両者のずれ量を算出する。そして、立体表示システムは、その算出したずれ量から距離情報を取得することができる。しかし、オクルージョン等により左右の視差画像のうちの一方にのみ注視している表示物体が表示され、他方には表示されないような場合、このような方法では距離情報を取得することができなかった。従って、このような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正確に一致させることが困難であった。
【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、本発明の第１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、前記虚像の位置を制御して、前記表示部の前記表示面と前記片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ制御部と、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く、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】本実施形態の表示装置１０において表示される第１の視差画像の一例を示す。
【図７】本実施形態の表示装置１０において表示される第２の視差画像の一例を示す。
【図８】本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が何ら制御を行っていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。
【図９】図８の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【図１０】本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行っているが、水晶体４２の厚みが完全には調整されていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。
【図１１】図１０の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【図１２】本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行い、且つ、水晶体４２の厚みが完全に調整された状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。
【図１３】図１２の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【図１４】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１５】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合の調整光および表示光の光路を示す。
【図１６】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。
【図１７】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。
【図１８】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合、（ｂ）後側にある場合、および、（ｃ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの大きさの一例を示す。
【図１９】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの直径ｄの関係を表す。
【図２０】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、調整光出力部６０から片眼４０へ向かう調整光の光路の一例を示す。
【図２１】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０から調整光受光部７０へ向かう、片眼４０の網膜４４により反射された調整光の光路の一例を示す。
【図２２】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１の後側にある場合、および、（ｂ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさの一例を示す。
【図２３】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２、および、直径ｄ１と直径ｄ２との差（ｄ１−ｄ２）の関係を示す。
【図２４】本実施形態の第３例に係る表示装置１０における、光学系１６、表示部１４および検出部１８の構成を示す。
【図２５】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２６】本実施形態の第３例に係る光学素子８０を通過する光の経路の一例を示す。
【図２７】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１０２の位置を示す。
【図２８】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１０２の位置を示す。
【図２９】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１０２の位置を示す。
【図３０】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１０２の位置を示す。
【図３１】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３２】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１０２の位置を示す。
【図３３】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１０２の位置を示す。
【図３４】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１０２の位置を示す。
【図３５】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１０２の位置を示す。
【図３６】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く、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。
【００１１】
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、右眼用の検出部１８−Ｒと、左眼用の検出部１８−Ｌと、制御部２０とを備える。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【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る。
【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、一例として、表示部１４および光学系１６の一方または両方は、互いの光軸方向の相対的な位置を変更することができる。例えば、表示部１４の表示面２２および光学系１６のレンズ２４の一方または両方は、光軸方向の位置を移動することができる。
【００２２】
右眼用の検出部１８―Ｒは、観察者の右眼の網膜との光学的共役位置と右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。本実施形態においては、右眼用の検出部１８―Ｒは、観察者の右眼の網膜からの光を検出し、検出した光に基づいて、観察者の右眼の網膜との光学的共役位置と右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２３】
右眼用の検出部１８―Ｒは、一例として、赤外光等の不可視の調整光を右眼用の光学系１６−Ｒを介して観察者の右眼の網膜に与え、右眼の網膜から反射された調整光を右眼用の光学系１６−Ｒを介して受光する。そして、右眼用の検出部１８―Ｒは、受光した調整光に基づき、右眼の網膜との光学的共役位置と右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２４】
左眼用の検出部１８―Ｌは、観察者の左眼の網膜との光学的共役位置と左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。本実施形態においては、左眼用の検出部１８―Ｌは、観察者の左眼の網膜からの光を検出し、検出した光に基づいて、観察者の左眼の網膜との光学的共役位置と左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２５】
左眼用の検出部１８―Ｌは、一例として、赤外光等の不可視の調整光を左眼用の光学系１６−Ｌを介して観察者の左眼の網膜に与え、左眼の網膜から反射された調整光を左眼用の光学系１６−Ｌを介して受光する。そして、左眼用の検出部１８―Ｌは、受光した調整光に基づき、左眼の網膜との光学的共役位置と左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２６】
なお、右眼用の検出部１８−Ｒおよび左眼用の検出部１８−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、単に検出部１８と称する。また、検出部１８の構成の具体例については詳細を後述する。
【００２７】
制御部２０は、右眼用の検出部１８−Ｒの検出結果に基づいて右眼用の光学系１６−Ｒおよび右眼用の表示部１４−Ｒの少なくとも一方の位置を制御して、右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２と右眼の網膜とを光学的共役関係に保つ。制御部２０は、一例として、右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２と右眼の網膜との光学的共役位置とのずれ量が０となるように、右眼用の光学系１６−Ｒのレンズ２４および右眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の少なくとも一方の光軸方向の位置を移動させる。
【００２８】
また、制御部２０は、左眼用の検出部１８−Ｌの検出結果に基づいて左眼用の光学系１６−Ｌおよび左眼用の表示部１４−Ｌの少なくとも一方の位置を制御して、左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２と左眼の網膜とを光学的共役関係に保つ。制御部２０は、一例として、左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２と左眼の網膜との光学的共役位置とのずれ量が０となるように、左眼用の光学系１６−Ｌのレンズ２４および左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の少なくとも一方の光軸方向の位置を移動させる。
【００２９】
以上のような表示装置１０は、観察者の右眼に右眼用の画像を与え、観察者の左眼に左眼用の画像を与える。これにより、表示装置１０によれば、観察者に立体像を提供することができる。
【００３０】
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（点Ｐ１という場合もある）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５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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、点Ｐ１における視点からの距離はＨ１であるとする。
【００３５】
この場合、制御部２０は、第１の表示面２２−１と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。これとともに、制御部２０は、第２の表示面２２−２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。
【００３６】
更に、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。この間も、制御部２０は、水晶体４２の厚みの変化に追従して、網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御する。従って、観察者は、第１の視差画像の点Ｐ１の像と第１の視差画像の点Ｐ１の像とを重ねて、点Ｐ１の物体を鮮明に見ることができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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（点Ｐ２という場合もある）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、点Ｐ２における視点からの距離はＨ２であるとする。
【００３９】
この場合、制御部２０は、第１の表示面２２−１と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。これとともに、制御部２０は、第２の表示面２２−２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。
【００４０】
更に、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。これにより、観察者は、第１の視差画像の点Ｐ２の像と第２の視差画像の点Ｐ２の像とを重ねて、点Ｐ２の物体を鮮明に見ることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
図２および図３に示されるように、表示装置１０は、表示面２２と観察者の片眼４０の網膜４４との光学的共役位置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。
【００４３】
さらに、表示装置１０は、画像内における観察者の注視点を検出することなく、表示面２２と観察者の片眼４０の網膜４４との光学的共役位置とを一致させることができる。従って、表示装置１０によれば、注視点において常時正確にピントが合った立体像を観察者に観察させることができる。
【００４４】
例えば、表示装置１０によれば、突起物の先端を注視している場合およびオクルージョンにより左右の眼に対する像が異なる箇所を注視している場合等であっても、注視点にピントが合った立体像を観察者に観察させることができる。また、表示装置１０によれば、観察者の注視点を検出するための装置および注視点における距離等を演算する装置を用いないでよいので、構成および処理を簡易にすることができる。
【００４５】
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。点Ｐ２から第１のレンズ２４−１を通り片眼４０に向かう光束の主光線、および、点Ｐ２から第２のレンズ２４−２を通り片眼４０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上の面ではずれて観察される。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。点Ｐ1から第１のレンズ２４−１を通り片眼４０に向かう光束の主光線、および、点Ｐ1から第２のレンズ２４−２を通り片眼４０に向かう光束の主光線は、距離Ｈ１上の面では一致するが、距離Ｈ２上の面ではずれて観察される。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図６は、本実施形態の表示装置１０において表示される第１の視差画像の一例を示す。図７は、本実施形態の表示装置１０において表示される第２の視差画像の一例を示す。
【００５５】
表示装置１０は、例えば、図６および図７に示されるような所定方向（例えば水平方向）に微小にずれた視点から撮像した第１の視差画像および第２の視差画像を、観察者の片眼４０に対して同時に与える。この場合、表示装置１０は、第１の視差画像および第２の視差画像をそれぞれ視点に応じた位置から観察者の片眼４０に与えられるように合成して与える。
【００５６】
図８は、本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が何ら制御を行っていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。図９は、図８の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【００５７】
例えば、表示装置１０が図６および図７に示された第１の視差画像および第２の視差画像を合成して、観察者の片眼４０に与えたとする。この場合、制御部２０が何ら制御を行っていなければ、図８に示されるように、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束は、どちらも網膜４４上で集光しておらず、それらの主光線同士も網膜４４上では一致していない。このような状態においては、観察者には、図９に示されるように、画像全体がぼけており、更に、注視点Ｐｉの近傍においても第１の視差画像および第２の視差画像の間でずれた像が見える。
【００５８】
図１０は、本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行っているが、水晶体４２の厚みが完全には調整されていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。図１１は、図１０の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【００５９】
表示装置１０は、網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように、表示面２２および光学系１６の少なくとも一方の光軸方向の位置を移動させる。網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立した結果、図１０に示されるように、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束は、どちらも網膜４４上で集光する。このような状態においては、観察者には、図１１に示されるように、画像全体のぼけが無くなり、鮮明な画像を見ることができる。
【００６０】
しかしながら、水晶体４２の厚みは完全には調整されていないので、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束の主光線同士は網膜４４上では一致せず、網膜４４には、第１の視差画像および第２の視差画像の間で２重にずれた光が与えられる。従って、観察者は、図１１に示されるような、注視点Ｐｉの近傍においては第１の視差画像および第２の視差画像の間でずれた像が見える。
【００６１】
図１２は、本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行い、且つ、水晶体４２の厚みが完全に調整された状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。図１３は、図１２の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【００６２】
観察者の片眼４０は、第１の視差画像および第２の視差画像の間のずれを解消しようとして、水晶体４２の厚みを調整する。これとともに、制御部２０は、水晶体４２の厚みの変化に追従して、網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行う。この結果、図１２に示されるように、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束は、どちらも網膜４４上で集光し、且つ、それらの主光線同士も網膜４４上で一致する。これにより、観察者は、図１３に示されるように、注視点Ｐｉの像を、第１の視差画像および第２の視差画像の間で重なり、且つ、ピントが合った状態で見ることができる。
【００６３】
これに対して、注視点Ｐｉとは異なる距離の像は、画面内方向にずれた状態で観察者の片眼４０の網膜４４に与えられる。従って、観察者は、注視点Ｐｉとは異なる距離の物体を２重にずれた状態、即ち、擬似的にぼけた状態で見ることができる。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。
【００６４】
このように、表示装置１０によれば、注視点の像と観察者の片眼４０の網膜４４との光学的共役位置とを一致させることができる。更に、表示装置１０によれば、注視点とは異なる距離の像を、注視点の像からの奥行き方向の距離に応じて第１の視差画像と第２の視差画像との間でずらして観察者に見せる。これにより、表示装置１０によれば、不快感および疲労等の少ない自然な像を観察者に与えることができる。
【００６５】
図１４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、図１４には、検出部１８の構成を省略して示す。検出部１８の構成は図１５を参照して説明する。
【００６６】
また、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、第１の表示面２２−１は、制御部２０による制御に応じて光軸方向に沿って前後に移動する。同様に、第２の表示面２２−２は、制御部２０による制御に応じて光軸方向に沿って前後に移動する。第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２は、互いに同期して同一の移動量で移動する。
【００７２】
また、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を有する構成であってもよい。この場合、偏光ビームスプリッターは、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）を反射することにより、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。表示装置１０は、このような構成の光学系１６を用いた場合も、部分透過ミラー５０を用いた場合と同様の作用効果を有する。
【００７３】
図１５は、本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合の調整光および表示光の光路を示す。図１６は、図１５と同様の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。図１７は、図１５と同様の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。
【００７４】
検出部１８は、調整光を光学系１６を介して観察者の片眼４０の網膜４４に与える。片眼４０の網膜４４は、与えられた調整光の一部を吸収し、一部を散乱および正反射する。検出部１８は、片眼４０の網膜４４から反射された調整光を光学系１６を介して受光する。
【００７５】
本例において、検出部１８は、第１の表示面２２−１と光学系１６の第１のレンズ２４−１との間の光路中に配置される。また、本例において、検出部１８および第１の表示面２２−１は一体化されて光学ユニット７２を形成する。そして、光学ユニット７２は、光軸に沿って前後に移動する。
【００７６】
検出部１８は、調整光出力部６０と、出力用レンズ６２と、第１のハーフミラー６４と、第２のハーフミラー６６と、受光用レンズ６８と、調整光受光部７０とを有する。
【００７７】
調整光出力部６０は、観察者に不可視の調整光を出力する。調整光出力部６０は、観察者が視覚的に認識することができない赤外光等の不可視波長領域の調整光を出力する。また、調整光出力部６０は、観察者が認識することができない程度の短時間発光するパルス波の調整光を出力してもよい。
【００７８】
出力用レンズ６２は、調整光出力部６０から出力された調整光を集光する。この場合において、出力用レンズ６２は、当該調整光が調整光出力部６０から片眼４０の網膜４４に与えられるまでの光路上における、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置に、調整光を集光する。
【００７９】
即ち、出力用レンズ６２は、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置と、調整光出力部６０の発光位置との間を、共役関係とするレンズであってよい。これにより、出力用レンズ６２は、第１の表示面２２−１から光学系１６の第１のレンズ２４−１までの光学的距離と、当該出力用レンズ６２が集光した調整光のスポットＳｓの位置から光学系１６の第１のレンズ２４−１までの光学的距離とを同一とすることができる。
【００８０】
第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、調整光出力部６０から出力された調整光を、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の光路中に導いて、光学系１６を介して片眼４０の網膜４４へ与える。また、第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、片眼４０の網膜４４により反射された調整光を、光学系１６と第１の表示面２２−１との間の光路中から取り出して、調整光受光部７０に与える。
【００８１】
例えば、第１のハーフミラー６４は、出力用レンズ６２と、出力用レンズ６２が集光した調整光のスポットＳｓとの間に配置される。第１のハーフミラー６４は、出力用レンズ６２から出力された調整光を反射（または透過）して、第２のハーフミラー６６に与える。
【００８２】
例えば、第２のハーフミラー６６は、第１のレンズ２４−１と第１の表示面２２−１との間の光路中に、光軸に対して４５度の角度に設けられる。第２のハーフミラー６６は、第１のハーフミラー６４からの調整光を反射して、光学系１６を介して片眼４０の網膜４４に与える。また、第２のハーフミラー６６は、片眼４０の網膜４４から戻った調整光を反射して、第１のハーフミラー６４に与える。第１のハーフミラー６４は、第２のハーフミラー６６により反射された調整光を透過（または反射）して、調整光受光部７０に与える。
【００８３】
なお、第２のハーフミラー６６は、一例として、調整光出力部６０が所定の波長の調整光（例えば赤外光）を出力する場合には、赤外光のみを反射し、他の波長の光を透過するダイクロイックミラーであってよい。これにより、第２のハーフミラー６６は、第１の表示面２２−１から片眼４０へ与えられる表示光に影響を与えずに、調整光を片眼４０の網膜４４に与え、更に、片眼４０の網膜４４から反射した調整光を取り出すことができる。
【００８４】
また、第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、調整光出力部６０から出力された調整光を光学系１６を介して片眼４０の網膜４４に与えるとともに、片眼４０の網膜４４から反射されて光学系１６を介して出力された調整光を取り出す検出用光学系であれば、どのような構成であってもよい。
【００８５】
受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された調整光を集光して調整光受光部７０に与える。この場合において、受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された調整光を、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置を通過した後に集光する。受光用レンズ６８は、一例として、第１のハーフミラー６４と調整光受光部７０との間に設けられる。
【００８６】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から反射された調整光における、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置でのスポットＳｉの大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置と受光用レンズ６８を挟んで光学的に共役な関係となるように配置されたイメージセンサと、このイメージセンサにより検出された画像からスポットＳｉの大きさを算出する算出部とを含む。
【００８７】
以上のような表示装置１０において、網膜４４上に照射される調整光のスポットＳｒの大きさは、片眼４０のピントの位置に応じて変化する。具体的には、図１５に示されるように、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合には、網膜４４上に照射される調整光のスポットＳｒは、最も小さくなる。
【００８８】
また、図１６に示されるように、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側（片眼４０から遠い位置）にある場合には、網膜４４上における調整光のスポットＳｒは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量に応じて大きくなる。また、図１７に示されるように、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側（片眼４０より近い位置）にある場合も、網膜４４上における調整光のスポットＳｒは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量に応じて大きくなる。
【００８９】
図１８は、本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合、（ｂ）後側にある場合、および、（ｃ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの大きさの一例を示す。図１９は、本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの直径ｄの関係を表す。
【００９０】
なお、Ｌは、第１の表示面２２−１と光学系１６（例えば第１のレンズ２４−１の主平面）との間の距離を表す。また、ｄは、調整光受光部７０により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された調整光のスポットＳｉの直径を表す。
【００９１】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一距離の参照位置において、片眼４０の網膜４４により反射された調整光のスポットＳｉの大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、イメージセンサにより検出された画像データのエッジを検出して、スポットＳｉの直径ｄを算出する。
【００９２】
ここで、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、図１８の（ａ）に示されるように、最も短くなる。
【００９３】
これに対して、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合（即ち、距離Ｌが短い場合）、図１８の（ｂ）に示されるように、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量が大きいほど長くなる。同様に、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側にある場合（即ち、距離Ｌが長い場合）も、図１８の（ｃ）に示されるように、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量が大きいほど長くなる。
【００９４】
従って、図１９に示されるように、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合に最も短く、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１からずれるほど長くなる。
【００９５】
そこで、制御部２０は、検出部１８により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された調整光のスポットＳｉに基づき、当該スポットのＳｉの直径ｄを算出する。そして、制御部２０は、算出した直径ｄが最も小さくなるように、第１の表示面２２−１の光軸方向の位置（本例においては第１の表示面２２−１と検出部１８とを一体化した光学ユニット７２）を移動させる。さらに、制御部２０は、第１の表示面２２−１と同様に、第２の表示面２２−２の光軸方向の位置を移動させる。
【００９６】
これにより、制御部２０は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置を第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２に一致させることができる。そして、制御部２０は、このような制御を観察者が立体像の観察中において常時行う。これにより、制御部２０は、表示部１４の表示面２２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係に保つことができる。
【００９７】
なお、図１９に示されるように、人間の眼の特性等の影響から片眼４０のピントが第１の表示面２２−１に一致した位置の近傍において、スポットＳｉの直径ｄが変化しない領域が生じる。しかし、制御部２０が表示部１４の表示面２２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係に保つように制御する上では特に支障はない。
【００９８】
図２０は、本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、調整光出力部６０から片眼４０へ向かう調整光の光路の一例を示す。図２１は、図２０と同様の構成、並びに、片眼４０から調整光受光部７０へ向かう、片眼４０の網膜４４により反射された調整光の光路の一例を示す。
【００９９】
なお、本実施形態に係る第２例に係る表示装置１０は、図１〜図１９に示された第１例に係る表示装置１０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。
【０１００】
第２例に係る検出部１８は、例えば赤外光である第１の調整光および第２の調整光のそれぞれを、光学系１６を介して観察者の片眼４０の網膜４４に与える。そして、第２例に係る検出部１８は、片眼４０の網膜４４から反射された第１の調整光および第２の調整光を光学系１６を介して受光する。
【０１０１】
第２例に係る調整光出力部６０は、第１の調整光および第２の調整光を出力する。調整光出力部６０は、一例として、発光位置が光軸方向にずれるとともに、発光位置が光軸の水平方向にずれた第１の調整光および第２の調整光を出力する。
【０１０２】
調整光出力部６０は、一例として、第１発光素子７４と、第２発光素子７６と、平行平板ガラス７８とを有する。第１発光素子７４は、第１の調整光を出力する。第２発光素子７６は、第２の調整光を出力する。第１発光素子７４および第２発光素子７６は、互いに同一の方向に第１の調整光および第２の調整光を出力し、且つ、光軸に対して水平方向に発光位置が所定距離ずれている。
【０１０３】
平行平板ガラス７８は、入射面に９０度未満の角度で第１の調整光が入射されるように、第１発光素子７４と出力用レンズ６２との間に配置される。平行平板ガラス７８は、第１の調整光を平行な２つの面により２回屈折して出力する。従って、平行平板ガラス７８は、第１の調整光の発光位置を第２の調整光の発光位置より光軸方向に、見かけ上、出力用レンズ６２に近くすることができる。このような構成の調整光出力部６０は、発光位置が光軸方向にずれるとともに発光位置が光軸の水平方向にずれた第１の調整光および第２の調整光を出力することができる。
【０１０４】
出力用レンズ６２は、調整光出力部６０から出力された第１の調整光および第２の調整光を集光する。この場合において、調整光が調整光出力部６０から片眼４０の網膜４４に与えられるまでの光路上における、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置を挟んで光軸方向に前後する位置に、第１の調整光および第２の調整光を集光する。
【０１０５】
出力用レンズ６２は、一例として、調整光出力部６０から出力された第１の調整光を集光したスポットＳｓ１を、片眼４０から見て光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置より前側（即ち、光学系１６側）に形成する。また、出力用レンズ６２は、一例として、調整光出力部６０から出力された第２の調整光を集光したスポットＳｓ２を、片眼４０から見て光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置より後側（即ち、調整光出力部６０側）に形成する。
【０１０６】
なお、出力用レンズ６２は、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置からスポットＳｓ１までの距離と、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置からスポットＳｓ２までの距離とが等しいことが好ましい。
【０１０７】
第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、調整光出力部６０から出力された第１の調整光および第２の調整光を、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の光路中に導いて、光学系１６を介して片眼４０の網膜４４へ与える。また、第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光および第２の調整光を、光学系１６と第１の表示面２２−１との間の光路中から取り出して、調整光受光部７０に与える。
【０１０８】
受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光および第２の調整光を集光して調整光受光部７０に与える。この場合において、受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光および第２の調整光を、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置を通過した後に集光する。
【０１０９】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から反射された第１の調整光および第２の調整光のそれぞれにおける、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置でのスポットＳｉ１およびスポット２の大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置と受光用レンズ６８を挟んで光学的に共役な関係となるように配置されたイメージセンサと、このイメージセンサにより検出された画像からスポットＳｉ１およびスポットＳｉ２の大きさを算出する算出部とを含む。
【０１１０】
このような検出部１８において、出力用レンズ６２が第１の調整光を集光したスポットＳｓ１は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一の距離の位置よりも、前側（片眼４０から近い位置）に形成される。また、検出部１８において、出力用レンズ６２が第２の調整光を集光したスポットＳｓ２は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一の距離の位置よりも、後側（片眼４０から遠い位置）に形成される。従って、第２例にかかる表示装置１０において、網膜４４上に照射される第１の調整光のスポットＳｒ１の大きさおよび第２の調整光のスポットＳｒ２の大きさを比較した比較結果は、片眼４０のピントの位置に応じて変化する。
【０１１１】
具体的には、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも後側にある場合には、網膜４４上における第２の調整光のスポットＳｒ２の方が、網膜４４上における第１の調整光のスポットＳｒ１よりも小さくなる。また、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも前側にある場合、網膜４４上における第１の調整光のスポットＳｒ１の方が、網膜４４上における第２の調整光のスポットＳｒ２よりも小さくなる。また、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合、網膜４４上における第１の調整光のスポットＳｒ１と、網膜４４上における第２の調整光のスポットＳｒ２とは大きさがほぼ一致する。
【０１１２】
図２２は、本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１の後側にある場合、および、（ｂ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさの一例を示す。図２３は、本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２、および、直径ｄ１と直径ｄ２との差（ｄ２−ｄ１）の関係を示す。
【０１１３】
なお、ｄ１は、調整光受光部７０により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された第１の調整光のスポットＳｉ１の直径を表す。また、ｄ２は、調整光受光部７０により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された第２の調整光のスポットＳｉ２の直径を表す。
【０１１４】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一の距離の参照位置における、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光のスポットＳｉ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、光軸に対して水平方向にずれた位置に形成される、スポットＳｉ１およびスポットＳｉ２のそれぞれをイメージセンサにより検出し、イメージセンサにより検出された画像データのエッジ等からスポットＳｉ１の直径ｄ１およびスポットＳｉ２の直径ｄ２を算出する。
【０１１５】
ここで、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合、調整光受光部７０により検出される第１調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１および第２調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２は、ほぼ一致する。
【０１１６】
これに対して、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合（例えば、距離Ｌが短い場合）、図２２の（ａ）に示されるように、調整光受光部７０により検出される第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２の方が、第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１よりも小さくなる。また、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合（例えば、距離Ｌが長い場合）、図２２の（ｂ）に示されるように、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１の方が、第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２よりも小さくなる。
【０１１７】
従って、図２３に示されるように、第１の調整光のスポットＳｉ１の大きさｄ１と第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさｄ２との差（ｄ２−ｄ１）は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合に０とる。また、この差（ｄ２−ｄ１）は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも後側にある場合（例えば、距離Ｌがピントのあっている状態よりも短い場合）にマイナスとなり、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも前側にある場合（例えば、距離Ｌがピントのあっている状態よりも長い場合）にプラスとなる。
【０１１８】
そこで、第２変形例において、制御部２０は、検出部１８により検出された、第１の調整光のスポットＳｉ１の大きさｄ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさｄ２に基づき、第１の調整光のスポットＳｉ１の大きさｄ１と第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさｄ２との差（ｄ２−ｄ１）を算出する。そして、制御部２０は、算出した差（ｄ２−ｄ１）が０となるように、第１の表示面２２−１の光軸方向の位置（本例においては第１の表示面２２−１と検出部１８とを一体化した光学ユニット７２）を移動させる。
【０１１９】
例えば、制御部２０は、第１のスポットＳｉ２の直径ｄ２から第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１を減じた値が、プラスの値であれば、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌを短くする方向に制御し、マイナスの値であれば、第１の表示面２２−１と光学系１６の第１のレンズ２４−１との間の距離Ｌを長くする方向に制御する。これにより、制御部２０は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置を第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２に一致させることができる。そして、制御部２０は、このような制御を観察者が立体像の観察中において常時行う。これにより、制御部２０は、表示部１４の表示面２２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係に保つことができる。
【０１２０】
以上のように、第２変形例に係る表示装置１０によれば、第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１から第１のスポットＳｉ２の直径ｄ２との差の符号により、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側か前側にあるかを判別することができる。これにより、表示装置１０によれば、サーボ制御により安定した制御を行うことができる。
【０１２１】
図２４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、光学系１６および検出部１８の構成を示す。なお、第３例に係る表示装置１０は、図１４から図２３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１４から図２３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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
第３例に係る光学系１６は、１つのレンズ２４と、光学素子８０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。
【０１２４】
光学素子８０は、レンズ２４を透過した光を入射する。そして、光学素子８０は、入射した光の第１偏光成分と第２偏光成分とを、平行な異なる面において反射する。これにより、光学素子８０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ことができる。
【０１２５】
第３例に係る検出部１８は、偏光素子８２を更に有する。第３変形例に係る検出部１８は、偏光素子８２以外の構成については、図１５に示された検出部１８または図２０に示された検出部１８と構成が同一である。
【０１２６】
偏光素子８２は、片眼４０の網膜４４から反射された調整光のうちの、第１偏光成分および第２偏光成分の一方のみを透過する。これにより、第３変形例に係る検出部１８は、第１の視差画像または第２の視差画像の一方の光路を通過した調整光を受光する。従って、制御部２０は、片眼４０の網膜４４から調整光受光部７０までの光路長が一定となり、安定した制御を行うことができる。
【０１２７】
以上のような第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８０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。
【０１２８】
図２５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る。
【０１２９】
例えば、表示面２２は、図２５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る。また、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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
図２６は、本実施形態の第３例に係る光学素子８０を反射する光の経路の一例を示す。光学素子８０は、第１面８４と、第２面８６とを有する。第１面８４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８６は、第１面８４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８４へ出射する。第２面８６は、一例として、第１面８４と平行に配置される。
【０１３２】
このような光学素子８０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８０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８０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。
【０１３３】
第１面８４および第２面８６は、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８６は、偏光に依存せずに反射をする反射面であってもよい。
【０１３４】
また、第２面８６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。
【０１３５】
図２７および図２８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１０２の位置を示す。図２９および図３０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１０２の位置を示す。
【０１３６】
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１０２は、一例として、図２７から図３０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。
【０１３７】
ここで、被写体１００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１０２の瞳位置までの距離をＲとする。
【０１３８】
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。
【０１３９】
まず、図２７に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図２８に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１４０】
続いて、図２９に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図３０に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１４１】
以上の各位置から撮像することにより、撮像装置１０２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１０２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。
【０１４２】
以上のように、撮像装置１０２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１０２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１０２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。
【０１４３】
図３１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２７から図３０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。
【０１４４】
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１１０−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌの虚像１１０−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２７から図３０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。
【０１４５】
図３２および図３３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１０２の位置を示す。図３４および図３５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１０２の位置を示す。
【０１４６】
被写体１００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。
【０１４７】
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）
【０１４８】
まず、図３２に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図３３に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１４９】
続いて、図３４に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図３５に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１５０】
これにより撮像装置１０２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１０２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。
【０１５１】
以上のように、撮像装置１０２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１０２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。
【０１５２】
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１０２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。
【０１５３】
図３６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。
【０１５４】
図３２から図３５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。
【０１５５】
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１１０−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌの虚像１１０−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３２から図３５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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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】
【０１５８】
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、４４ 網膜、５０ 部分透過ミラー、６０ 調整光出力部、６２ 出力用レンズ、６４ 第１のハーフミラー、６６ 第２のハーフミラー、６８ 受光用レンズ、７０ 調整光受光部、７２ 光学ユニット、７４ 第１発光素子、７６ 第２発光素子、７８ 平行平板ガラス、８０ 光学素子、８２ 偏光素子、８４ 第１面、８６ 第２面、１００ 被写体、１０２ 撮像装置、１０４ 撮像素子、１１０ 虚像
【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。
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】
【０００３】
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。従って、このような立体表示システムは、注視点に表示された物体と異なる距離の物体については、異なる焦点距離で観察しなければならないので、観察者に疲労感を与えてしまう。
【０００４】
また、このような立体表示システムでは、観察者が立体像のどこに注視しているのかを検出しなければならない。しかし、注視点を正確に検出するのは難しい。例えば昆虫の触覚の先端のような細く周囲から飛び出した突起物の先端を観察者が注視している場合、注視点を正確に検出するのは難しかった。
【０００５】
また、このような立体表示システムでは、観察者が注視している表示物体の距離を取得しなければならない。立体表示システムは、一例として、左右の視差画像のそれぞれから注視点近傍の小画像を抽出し、抽出した小画像間の相関を演算して両者のずれ量を算出する。そして、立体表示システムは、その算出したずれ量から距離情報を取得することができる。しかし、オクルージョン等により左右の視差画像のうちの一方にのみ注視している表示物体が表示され、他方には表示されないような場合、このような方法では距離情報を取得することができなかった。従って、このような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正確に一致させることが困難であった。
【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、本発明の第１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、前記虚像の位置を制御して、前記表示部の前記表示面と前記片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ制御部と、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く、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】本実施形態の表示装置１０において表示される第１の視差画像の一例を示す。
【図７】本実施形態の表示装置１０において表示される第２の視差画像の一例を示す。
【図８】本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が何ら制御を行っていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。
【図９】図８の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【図１０】本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行っているが、水晶体４２の厚みが完全には調整されていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。
【図１１】図１０の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【図１２】本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行い、且つ、水晶体４２の厚みが完全に調整された状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。
【図１３】図１２の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【図１４】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１５】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合の調整光および表示光の光路を示す。
【図１６】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。
【図１７】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。
【図１８】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合、（ｂ）後側にある場合、および、（ｃ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの大きさの一例を示す。
【図１９】本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの直径ｄの関係を表す。
【図２０】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、調整光出力部６０から片眼４０へ向かう調整光の光路の一例を示す。
【図２１】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０から調整光受光部７０へ向かう、片眼４０の網膜４４により反射された調整光の光路の一例を示す。
【図２２】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１の後側にある場合、および、（ｂ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさの一例を示す。
【図２３】本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２、および、直径ｄ１と直径ｄ２との差（ｄ１−ｄ２）の関係を示す。
【図２４】本実施形態の第３例に係る表示装置１０における、光学系１６、表示部１４および検出部１８の構成を示す。
【図２５】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２６】本実施形態の第３例に係る光学素子８０を通過する光の経路の一例を示す。
【図２７】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１０２の位置を示す。
【図２８】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１０２の位置を示す。
【図２９】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１０２の位置を示す。
【図３０】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１０２の位置を示す。
【図３１】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３２】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１０２の位置を示す。
【図３３】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１０２の位置を示す。
【図３４】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１０２の位置を示す。
【図３５】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１０２の位置を示す。
【図３６】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く、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。
【００１１】
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、右眼用の検出部１８−Ｒと、左眼用の検出部１８−Ｌと、制御部２０とを備える。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【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る。
【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、一例として、表示部１４および光学系１６の一方または両方は、互いの光軸方向の相対的な位置を変更することができる。例えば、表示部１４の表示面２２および光学系１６のレンズ２４の一方または両方は、光軸方向の位置を移動することができる。
【００２２】
右眼用の検出部１８―Ｒは、観察者の右眼の網膜との光学的共役位置と右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。本実施形態においては、右眼用の検出部１８―Ｒは、観察者の右眼の網膜からの光を検出し、検出した光に基づいて、観察者の右眼の網膜との光学的共役位置と右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２３】
右眼用の検出部１８―Ｒは、一例として、赤外光等の不可視の調整光を右眼用の光学系１６−Ｒを介して観察者の右眼の網膜に与え、右眼の網膜から反射された調整光を右眼用の光学系１６−Ｒを介して受光する。そして、右眼用の検出部１８―Ｒは、受光した調整光に基づき、右眼の網膜との光学的共役位置と右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２４】
左眼用の検出部１８―Ｌは、観察者の左眼の網膜との光学的共役位置と左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。本実施形態においては、左眼用の検出部１８―Ｌは、観察者の左眼の網膜からの光を検出し、検出した光に基づいて、観察者の左眼の網膜との光学的共役位置と左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２５】
左眼用の検出部１８―Ｌは、一例として、赤外光等の不可視の調整光を左眼用の光学系１６−Ｌを介して観察者の左眼の網膜に与え、左眼の網膜から反射された調整光を左眼用の光学系１６−Ｌを介して受光する。そして、左眼用の検出部１８―Ｌは、受光した調整光に基づき、左眼の網膜との光学的共役位置と左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の位置とのずれ量を検出する。
【００２６】
なお、右眼用の検出部１８−Ｒおよび左眼用の検出部１８−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、単に検出部１８と称する。また、検出部１８の構成の具体例については詳細を後述する。
【００２７】
制御部２０は、右眼用の検出部１８−Ｒの検出結果に基づいて右眼用の光学系１６−Ｒおよび右眼用の表示部１４−Ｒの少なくとも一方の位置を制御して、右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２と右眼の網膜とを光学的共役関係に保つ。制御部２０は、一例として、右眼用の表示部１４−Ｒの表示面２２と右眼の網膜との光学的共役位置とのずれ量が０となるように、右眼用の光学系１６−Ｒのレンズ２４および右眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の少なくとも一方の光軸方向の位置を移動させる。
【００２８】
また、制御部２０は、左眼用の検出部１８−Ｌの検出結果に基づいて左眼用の光学系１６−Ｌおよび左眼用の表示部１４−Ｌの少なくとも一方の位置を制御して、左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２と左眼の網膜とを光学的共役関係に保つ。制御部２０は、一例として、左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２と左眼の網膜との光学的共役位置とのずれ量が０となるように、左眼用の光学系１６−Ｌのレンズ２４および左眼用の表示部１４−Ｌの表示面２２の少なくとも一方の光軸方向の位置を移動させる。
【００２９】
以上のような表示装置１０は、観察者の右眼に右眼用の画像を与え、観察者の左眼に左眼用の画像を与える。これにより、表示装置１０によれば、観察者に立体像を提供することができる。
【００３０】
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（点Ｐ１という場合もある）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５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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、点Ｐ１における視点からの距離はＨ１であるとする。
【００３５】
この場合、制御部２０は、第１の表示面２２−１と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。これとともに、制御部２０は、第２の表示面２２−２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。
【００３６】
更に、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。この間も、制御部２０は、水晶体４２の厚みの変化に追従して、網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御する。従って、観察者は、第１の視差画像の点Ｐ１の像と第１の視差画像の点Ｐ１の像とを重ねて、点Ｐ１の物体を鮮明に見ることができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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（点Ｐ２という場合もある）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、点Ｐ２における視点からの距離はＨ２であるとする。
【００３９】
この場合、制御部２０は、第１の表示面２２−１と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。これとともに、制御部２０は、第２の表示面２２−２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係とするように、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光軸方向の位置を制御する。
【００４０】
更に、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。これにより、観察者は、第１の視差画像の点Ｐ２の像と第２の視差画像の点Ｐ２の像とを重ねて、点Ｐ２の物体を鮮明に見ることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
図２および図３に示されるように、表示装置１０は、表示面２２と観察者の片眼４０の網膜４４との光学的共役位置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。
【００４３】
さらに、表示装置１０は、画像内における観察者の注視点を検出することなく、表示面２２と観察者の片眼４０の網膜４４との光学的共役位置とを一致させることができる。従って、表示装置１０によれば、注視点において常時正確にピントが合った立体像を観察者に観察させることができる。
【００４４】
例えば、表示装置１０によれば、突起物の先端を注視している場合およびオクルージョンにより左右の眼に対する像が異なる箇所を注視している場合等であっても、注視点にピントが合った立体像を観察者に観察させることができる。また、表示装置１０によれば、観察者の注視点を検出するための装置および注視点における距離等を演算する装置を用いないでよいので、構成および処理を簡易にすることができる。
【００４５】
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。点Ｐ２から第１のレンズ２４−１を通り片眼４０に向かう光束の主光線、および、点Ｐ２から第２のレンズ２４−２を通り片眼４０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上の面ではずれて観察される。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。点Ｐ1から第１のレンズ２４−１を通り片眼４０に向かう光束の主光線、および、点Ｐ1から第２のレンズ２４−２を通り片眼４０に向かう光束の主光線は、距離Ｈ１上の面では一致するが、距離Ｈ２上の面ではずれて観察される。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図６は、本実施形態の表示装置１０において表示される第１の視差画像の一例を示す。図７は、本実施形態の表示装置１０において表示される第２の視差画像の一例を示す。
【００５５】
表示装置１０は、例えば、図６および図７に示されるような所定方向（例えば水平方向）に微小にずれた視点から撮像した第１の視差画像および第２の視差画像を、観察者の片眼４０に対して同時に与える。この場合、表示装置１０は、第１の視差画像および第２の視差画像をそれぞれ視点に応じた位置から観察者の片眼４０に与えられるように合成して与える。
【００５６】
図８は、本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が何ら制御を行っていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。図９は、図８の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【００５７】
例えば、表示装置１０が図６および図７に示された第１の視差画像および第２の視差画像を合成して、観察者の片眼４０に与えたとする。この場合、制御部２０が何ら制御を行っていなければ、図８に示されるように、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束は、どちらも網膜４４上で集光しておらず、それらの主光線同士も網膜４４上では一致していない。このような状態においては、観察者には、図９に示されるように、画像全体がぼけており、更に、注視点Ｐｉの近傍においても第１の視差画像および第２の視差画像の間でずれた像が見える。
【００５８】
図１０は、本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行っているが、水晶体４２の厚みが完全には調整されていない状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。図１１は、図１０の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【００５９】
表示装置１０は、網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように、表示面２２および光学系１６の少なくとも一方の光軸方向の位置を移動させる。網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立した結果、図１０に示されるように、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束は、どちらも網膜４４上で集光する。このような状態においては、観察者には、図１１に示されるように、画像全体のぼけが無くなり、鮮明な画像を見ることができる。
【００６０】
しかしながら、水晶体４２の厚みは完全には調整されていないので、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束の主光線同士は網膜４４上では一致せず、網膜４４には、第１の視差画像および第２の視差画像の間で２重にずれた光が与えられる。従って、観察者は、図１１に示されるような、注視点Ｐｉの近傍においては第１の視差画像および第２の視差画像の間でずれた像が見える。
【００６１】
図１２は、本実施形態の表示装置１０が図６の第１の視差画像および図７の第２の視差画像を合成して観察者の片眼４０に与えた場合に、制御部２０が網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行い、且つ、水晶体４２の厚みが完全に調整された状態において、注視点Ｐｉの像が観察者の片眼４０にどのように与えられるかを示す。図１３は、図１２の状態において観察者に見える像のシミュレーション結果を示す。
【００６２】
観察者の片眼４０は、第１の視差画像および第２の視差画像の間のずれを解消しようとして、水晶体４２の厚みを調整する。これとともに、制御部２０は、水晶体４２の厚みの変化に追従して、網膜４４と表示面２２との間で光学的共役関係が成立するように制御を行う。この結果、図１２に示されるように、第１の視差画像および第２の視差画像のそれぞれからの光束は、どちらも網膜４４上で集光し、且つ、それらの主光線同士も網膜４４上で一致する。これにより、観察者は、図１３に示されるように、注視点Ｐｉの像を、第１の視差画像および第２の視差画像の間で重なり、且つ、ピントが合った状態で見ることができる。
【００６３】
これに対して、注視点Ｐｉとは異なる距離の像は、画面内方向にずれた状態で観察者の片眼４０の網膜４４に与えられる。従って、観察者は、注視点Ｐｉとは異なる距離の物体を２重にずれた状態、即ち、擬似的にぼけた状態で見ることができる。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。
【００６４】
このように、表示装置１０によれば、注視点の像と観察者の片眼４０の網膜４４との光学的共役位置とを一致させることができる。更に、表示装置１０によれば、注視点とは異なる距離の像を、注視点の像からの奥行き方向の距離に応じて第１の視差画像と第２の視差画像との間でずらして観察者に見せる。これにより、表示装置１０によれば、不快感および疲労等の少ない自然な像を観察者に与えることができる。
【００６５】
図１４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、図１４には、検出部１８の構成を省略して示す。検出部１８の構成は図１５を参照して説明する。
【００６６】
また、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、第１の表示面２２−１は、制御部２０による制御に応じて光軸方向に沿って前後に移動する。同様に、第２の表示面２２−２は、制御部２０による制御に応じて光軸方向に沿って前後に移動する。第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２は、互いに同期して同一の移動量で移動する。
【００７２】
また、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を有する構成であってもよい。この場合、偏光ビームスプリッターは、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）を反射することにより、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。表示装置１０は、このような構成の光学系１６を用いた場合も、部分透過ミラー５０を用いた場合と同様の作用効果を有する。
【００７３】
図１５は、本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合の調整光および表示光の光路を示す。図１６は、図１５と同様の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。図１７は、図１５と同様の構成、並びに、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側にある場合の調整光および表示光の光路を示す。
【００７４】
検出部１８は、調整光を光学系１６を介して観察者の片眼４０の網膜４４に与える。片眼４０の網膜４４は、与えられた調整光の一部を吸収し、一部を散乱および正反射する。検出部１８は、片眼４０の網膜４４から反射された調整光を光学系１６を介して受光する。
【００７５】
本例において、検出部１８は、第１の表示面２２−１と光学系１６の第１のレンズ２４−１との間の光路中に配置される。また、本例において、検出部１８および第１の表示面２２−１は一体化されて光学ユニット７２を形成する。そして、光学ユニット７２は、光軸に沿って前後に移動する。
【００７６】
検出部１８は、調整光出力部６０と、出力用レンズ６２と、第１のハーフミラー６４と、第２のハーフミラー６６と、受光用レンズ６８と、調整光受光部７０とを有する。
【００７７】
調整光出力部６０は、観察者に不可視の調整光を出力する。調整光出力部６０は、観察者が視覚的に認識することができない赤外光等の不可視波長領域の調整光を出力する。また、調整光出力部６０は、観察者が認識することができない程度の短時間発光するパルス波の調整光を出力してもよい。
【００７８】
出力用レンズ６２は、調整光出力部６０から出力された調整光を集光する。この場合において、出力用レンズ６２は、当該調整光が調整光出力部６０から片眼４０の網膜４４に与えられるまでの光路上における、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置に、調整光を集光する。
【００７９】
即ち、出力用レンズ６２は、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置と、調整光出力部６０の発光位置との間を、共役関係とするレンズであってよい。これにより、出力用レンズ６２は、第１の表示面２２−１から光学系１６の第１のレンズ２４−１までの光学的距離と、当該出力用レンズ６２が集光した調整光のスポットＳｓの位置から光学系１６の第１のレンズ２４−１までの光学的距離とを同一とすることができる。
【００８０】
第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、調整光出力部６０から出力された調整光を、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の光路中に導いて、光学系１６を介して片眼４０の網膜４４へ与える。また、第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、片眼４０の網膜４４により反射された調整光を、光学系１６と第１の表示面２２−１との間の光路中から取り出して、調整光受光部７０に与える。
【００８１】
例えば、第１のハーフミラー６４は、出力用レンズ６２と、出力用レンズ６２が集光した調整光のスポットＳｓとの間に配置される。第１のハーフミラー６４は、出力用レンズ６２から出力された調整光を反射（または透過）して、第２のハーフミラー６６に与える。
【００８２】
例えば、第２のハーフミラー６６は、第１のレンズ２４−１と第１の表示面２２−１との間の光路中に、光軸に対して４５度の角度に設けられる。第２のハーフミラー６６は、第１のハーフミラー６４からの調整光を反射して、光学系１６を介して片眼４０の網膜４４に与える。また、第２のハーフミラー６６は、片眼４０の網膜４４から戻った調整光を反射して、第１のハーフミラー６４に与える。第１のハーフミラー６４は、第２のハーフミラー６６により反射された調整光を透過（または反射）して、調整光受光部７０に与える。
【００８３】
なお、第２のハーフミラー６６は、一例として、調整光出力部６０が所定の波長の調整光（例えば赤外光）を出力する場合には、赤外光のみを反射し、他の波長の光を透過するダイクロイックミラーであってよい。これにより、第２のハーフミラー６６は、第１の表示面２２−１から片眼４０へ与えられる表示光に影響を与えずに、調整光を片眼４０の網膜４４に与え、更に、片眼４０の網膜４４から反射した調整光を取り出すことができる。
【００８４】
また、第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、調整光出力部６０から出力された調整光を光学系１６を介して片眼４０の網膜４４に与えるとともに、片眼４０の網膜４４から反射されて光学系１６を介して出力された調整光を取り出す検出用光学系であれば、どのような構成であってもよい。
【００８５】
受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された調整光を集光して調整光受光部７０に与える。この場合において、受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された調整光を、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置を通過した後に集光する。受光用レンズ６８は、一例として、第１のハーフミラー６４と調整光受光部７０との間に設けられる。
【００８６】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から反射された調整光における、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置でのスポットＳｉの大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置と受光用レンズ６８を挟んで光学的に共役な関係となるように配置されたイメージセンサと、このイメージセンサにより検出された画像からスポットＳｉの大きさを算出する算出部とを含む。
【００８７】
以上のような表示装置１０において、網膜４４上に照射される調整光のスポットＳｒの大きさは、片眼４０のピントの位置に応じて変化する。具体的には、図１５に示されるように、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合には、網膜４４上に照射される調整光のスポットＳｒは、最も小さくなる。
【００８８】
また、図１６に示されるように、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側（片眼４０から遠い位置）にある場合には、網膜４４上における調整光のスポットＳｒは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量に応じて大きくなる。また、図１７に示されるように、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側（片眼４０より近い位置）にある場合も、網膜４４上における調整光のスポットＳｒは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量に応じて大きくなる。
【００８９】
図１８は、本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合、（ｂ）後側にある場合、および、（ｃ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの大きさの一例を示す。図１９は、本実施形態の第１例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される調整光のスポットＳｉの直径ｄの関係を表す。
【００９０】
なお、Ｌは、第１の表示面２２−１と光学系１６（例えば第１のレンズ２４−１の主平面）との間の距離を表す。また、ｄは、調整光受光部７０により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された調整光のスポットＳｉの直径を表す。
【００９１】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一距離の参照位置において、片眼４０の網膜４４により反射された調整光のスポットＳｉの大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、イメージセンサにより検出された画像データのエッジを検出して、スポットＳｉの直径ｄを算出する。
【００９２】
ここで、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、図１８の（ａ）に示されるように、最も短くなる。
【００９３】
これに対して、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合（即ち、距離Ｌが短い場合）、図１８の（ｂ）に示されるように、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量が大きいほど長くなる。同様に、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より前側にある場合（即ち、距離Ｌが長い場合）も、図１８の（ｃ）に示されるように、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、網膜４４との光学的共役位置のずれ量が大きいほど長くなる。
【００９４】
従って、図１９に示されるように、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出されるスポットＳｉの直径ｄは、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合に最も短く、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１からずれるほど長くなる。
【００９５】
そこで、制御部２０は、検出部１８により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された調整光のスポットＳｉに基づき、当該スポットのＳｉの直径ｄを算出する。そして、制御部２０は、算出した直径ｄが最も小さくなるように、第１の表示面２２−１の光軸方向の位置（本例においては第１の表示面２２−１と検出部１８とを一体化した光学ユニット７２）を移動させる。さらに、制御部２０は、第１の表示面２２−１と同様に、第２の表示面２２−２の光軸方向の位置を移動させる。
【００９６】
これにより、制御部２０は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置を第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２に一致させることができる。そして、制御部２０は、このような制御を観察者が立体像の観察中において常時行う。これにより、制御部２０は、表示部１４の表示面２２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係に保つことができる。
【００９７】
なお、図１９に示されるように、人間の眼の特性等の影響から片眼４０のピントが第１の表示面２２−１に一致した位置の近傍において、スポットＳｉの直径ｄが変化しない領域が生じる。しかし、制御部２０が表示部１４の表示面２２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係に保つように制御する上では特に支障はない。
【００９８】
図２０は、本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、光学系１６の一部、表示部１４および検出部１８の構成、並びに、調整光出力部６０から片眼４０へ向かう調整光の光路の一例を示す。図２１は、図２０と同様の構成、並びに、片眼４０から調整光受光部７０へ向かう、片眼４０の網膜４４により反射された調整光の光路の一例を示す。
【００９９】
なお、本実施形態に係る第２例に係る表示装置１０は、図１〜図１９に示された第１例に係る表示装置１０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。
【０１００】
第２例に係る検出部１８は、例えば赤外光である第１の調整光および第２の調整光のそれぞれを、光学系１６を介して観察者の片眼４０の網膜４４に与える。そして、第２例に係る検出部１８は、片眼４０の網膜４４から反射された第１の調整光および第２の調整光を光学系１６を介して受光する。
【０１０１】
第２例に係る調整光出力部６０は、第１の調整光および第２の調整光を出力する。調整光出力部６０は、一例として、発光位置が光軸方向にずれるとともに、発光位置が光軸の水平方向にずれた第１の調整光および第２の調整光を出力する。
【０１０２】
調整光出力部６０は、一例として、第１発光素子７４と、第２発光素子７６と、平行平板ガラス７８とを有する。第１発光素子７４は、第１の調整光を出力する。第２発光素子７６は、第２の調整光を出力する。第１発光素子７４および第２発光素子７６は、互いに同一の方向に第１の調整光および第２の調整光を出力し、且つ、光軸に対して水平方向に発光位置が所定距離ずれている。
【０１０３】
平行平板ガラス７８は、入射面に９０度未満の角度で第１の調整光が入射されるように、第１発光素子７４と出力用レンズ６２との間に配置される。平行平板ガラス７８は、第１の調整光を平行な２つの面により２回屈折して出力する。従って、平行平板ガラス７８は、第１の調整光の発光位置を第２の調整光の発光位置より光軸方向に、見かけ上、出力用レンズ６２に近くすることができる。このような構成の調整光出力部６０は、発光位置が光軸方向にずれるとともに発光位置が光軸の水平方向にずれた第１の調整光および第２の調整光を出力することができる。
【０１０４】
出力用レンズ６２は、調整光出力部６０から出力された第１の調整光および第２の調整光を集光する。この場合において、調整光が調整光出力部６０から片眼４０の網膜４４に与えられるまでの光路上における、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置を挟んで光軸方向に前後する位置に、第１の調整光および第２の調整光を集光する。
【０１０５】
出力用レンズ６２は、一例として、調整光出力部６０から出力された第１の調整光を集光したスポットＳｓ１を、片眼４０から見て光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置より前側（即ち、光学系１６側）に形成する。また、出力用レンズ６２は、一例として、調整光出力部６０から出力された第２の調整光を集光したスポットＳｓ２を、片眼４０から見て光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置より後側（即ち、調整光出力部６０側）に形成する。
【０１０６】
なお、出力用レンズ６２は、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置からスポットＳｓ１までの距離と、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい位置からスポットＳｓ２までの距離とが等しいことが好ましい。
【０１０７】
第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、調整光出力部６０から出力された第１の調整光および第２の調整光を、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の光路中に導いて、光学系１６を介して片眼４０の網膜４４へ与える。また、第１のハーフミラー６４および第２のハーフミラー６６は、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光および第２の調整光を、光学系１６と第１の表示面２２−１との間の光路中から取り出して、調整光受光部７０に与える。
【０１０８】
受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光および第２の調整光を集光して調整光受光部７０に与える。この場合において、受光用レンズ６８は、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光および第２の調整光を、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置を通過した後に集光する。
【０１０９】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から反射された第１の調整光および第２の調整光のそれぞれにおける、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置でのスポットＳｉ１およびスポット２の大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、光学系１６からの光学的距離が表示面２２と等しい参照位置と受光用レンズ６８を挟んで光学的に共役な関係となるように配置されたイメージセンサと、このイメージセンサにより検出された画像からスポットＳｉ１およびスポットＳｉ２の大きさを算出する算出部とを含む。
【０１１０】
このような検出部１８において、出力用レンズ６２が第１の調整光を集光したスポットＳｓ１は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一の距離の位置よりも、前側（片眼４０から近い位置）に形成される。また、検出部１８において、出力用レンズ６２が第２の調整光を集光したスポットＳｓ２は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一の距離の位置よりも、後側（片眼４０から遠い位置）に形成される。従って、第２例にかかる表示装置１０において、網膜４４上に照射される第１の調整光のスポットＳｒ１の大きさおよび第２の調整光のスポットＳｒ２の大きさを比較した比較結果は、片眼４０のピントの位置に応じて変化する。
【０１１１】
具体的には、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも後側にある場合には、網膜４４上における第２の調整光のスポットＳｒ２の方が、網膜４４上における第１の調整光のスポットＳｒ１よりも小さくなる。また、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも前側にある場合、網膜４４上における第１の調整光のスポットＳｒ１の方が、網膜４４上における第２の調整光のスポットＳｒ２よりも小さくなる。また、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致する場合、網膜４４上における第１の調整光のスポットＳｒ１と、網膜４４上における第２の調整光のスポットＳｒ２とは大きさがほぼ一致する。
【０１１２】
図２２は、本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、（ａ）片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１の後側にある場合、および、（ｂ）前側にある場合の、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさの一例を示す。図２３は、本実施形態の第２例に係る表示装置１０における、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌに対する、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２、および、直径ｄ１と直径ｄ２との差（ｄ２−ｄ１）の関係を示す。
【０１１３】
なお、ｄ１は、調整光受光部７０により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された第１の調整光のスポットＳｉ１の直径を表す。また、ｄ２は、調整光受光部７０により検出された、片眼４０の網膜４４から反射された第２の調整光のスポットＳｉ２の直径を表す。
【０１１４】
調整光受光部７０は、片眼４０の網膜４４から第１の表示面２２−１と光学的に同一の距離の参照位置における、片眼４０の網膜４４により反射された第１の調整光のスポットＳｉ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさを検出する。調整光受光部７０は、一例として、光軸に対して水平方向にずれた位置に形成される、スポットＳｉ１およびスポットＳｉ２のそれぞれをイメージセンサにより検出し、イメージセンサにより検出された画像データのエッジ等からスポットＳｉ１の直径ｄ１およびスポットＳｉ２の直径ｄ２を算出する。
【０１１５】
ここで、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合、調整光受光部７０により検出される第１調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１および第２調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２は、ほぼ一致する。
【０１１６】
これに対して、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合（例えば、距離Ｌが短い場合）、図２２の（ａ）に示されるように、調整光受光部７０により検出される第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２の方が、第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１よりも小さくなる。また、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側にある場合（例えば、距離Ｌが長い場合）、図２２の（ｂ）に示されるように、調整光受光部７０により検出される第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１の方が、第２の調整光のスポットＳｉ２の直径ｄ２よりも小さくなる。
【０１１７】
従って、図２３に示されるように、第１の調整光のスポットＳｉ１の大きさｄ１と第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさｄ２との差（ｄ２−ｄ１）は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１に一致した場合に０とる。また、この差（ｄ２−ｄ１）は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも後側にある場合（例えば、距離Ｌがピントのあっている状態よりも短い場合）にマイナスとなり、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１よりも前側にある場合（例えば、距離Ｌがピントのあっている状態よりも長い場合）にプラスとなる。
【０１１８】
そこで、第２変形例において、制御部２０は、検出部１８により検出された、第１の調整光のスポットＳｉ１の大きさｄ１および第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさｄ２に基づき、第１の調整光のスポットＳｉ１の大きさｄ１と第２の調整光のスポットＳｉ２の大きさｄ２との差（ｄ２−ｄ１）を算出する。そして、制御部２０は、算出した差（ｄ２−ｄ１）が０となるように、第１の表示面２２−１の光軸方向の位置（本例においては第１の表示面２２−１と検出部１８とを一体化した光学ユニット７２）を移動させる。
【０１１９】
例えば、制御部２０は、第１のスポットＳｉ２の直径ｄ２から第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１を減じた値が、プラスの値であれば、第１の表示面２２−１と光学系１６との間の距離Ｌを短くする方向に制御し、マイナスの値であれば、第１の表示面２２−１と光学系１６の第１のレンズ２４−１との間の距離Ｌを長くする方向に制御する。これにより、制御部２０は、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置を第１の表示面２２−１および第２の表示面２２−２に一致させることができる。そして、制御部２０は、このような制御を観察者が立体像の観察中において常時行う。これにより、制御部２０は、表示部１４の表示面２２と片眼４０の網膜４４とを光学的共役関係に保つことができる。
【０１２０】
以上のように、第２変形例に係る表示装置１０によれば、第１の調整光のスポットＳｉ１の直径ｄ１から第１のスポットＳｉ２の直径ｄ２との差の符号により、片眼４０の網膜４４との光学的共役位置が第１の表示面２２−１より後側か前側にあるかを判別することができる。これにより、表示装置１０によれば、サーボ制御により安定した制御を行うことができる。
【０１２１】
図２４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、光学系１６および検出部１８の構成を示す。なお、第３例に係る表示装置１０は、図１４から図２３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１４から図２３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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
第３例に係る光学系１６は、１つのレンズ２４と、光学素子８０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。
【０１２４】
光学素子８０は、レンズ２４を透過した光を入射する。そして、光学素子８０は、入射した光の第１偏光成分と第２偏光成分とを、平行な異なる面において反射する。これにより、光学素子８０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ことができる。
【０１２５】
第３例に係る検出部１８は、偏光素子８２を更に有する。第３変形例に係る検出部１８は、偏光素子８２以外の構成については、図１５に示された検出部１８または図２０に示された検出部１８と構成が同一である。
【０１２６】
偏光素子８２は、片眼４０の網膜４４から反射された調整光のうちの、第１偏光成分および第２偏光成分の一方のみを透過する。これにより、第３変形例に係る検出部１８は、第１の視差画像または第２の視差画像の一方の光路を通過した調整光を受光する。従って、制御部２０は、片眼４０の網膜４４から調整光受光部７０までの光路長が一定となり、安定した制御を行うことができる。
【０１２７】
以上のような第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８０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。
【０１２８】
図２５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る。
【０１２９】
例えば、表示面２２は、図２５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る。また、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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
図２６は、本実施形態の第３例に係る光学素子８０を反射する光の経路の一例を示す。光学素子８０は、第１面８４と、第２面８６とを有する。第１面８４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８６は、第１面８４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８４へ出射する。第２面８６は、一例として、第１面８４と平行に配置される。
【０１３２】
このような光学素子８０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８０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８０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。
【０１３３】
第１面８４および第２面８６は、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８６は、偏光に依存せずに反射をする反射面であってもよい。
【０１３４】
また、第２面８６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。
【０１３５】
図２７および図２８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１０２の位置を示す。図２９および図３０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１０２の位置を示す。
【０１３６】
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１０２は、一例として、図２７から図３０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。
【０１３７】
ここで、被写体１００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１０２の瞳位置までの距離をＲとする。
【０１３８】
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。
【０１３９】
まず、図２７に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図２８に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１４０】
続いて、図２９に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図３０に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１４１】
以上の各位置から撮像することにより、撮像装置１０２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１０２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。
【０１４２】
以上のように、撮像装置１０２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１０２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１０２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。
【０１４３】
図３１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２７から図３０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。
【０１４４】
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１１０−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌの虚像１１０−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２７から図３０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。
【０１４５】
図３２および図３３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１０２の位置を示す。図３４および図３５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１０２の位置を示す。
【０１４６】
被写体１００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。
【０１４７】
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）
【０１４８】
まず、図３２に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図３３に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、右眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１４９】
続いて、図３４に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第１の視差画像を撮像素子１０４により記録する。続いて、図３５に示されるように、撮像装置１０２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平行移動した線上に配置して、左眼用の第２の視差画像を撮像素子１０４により記録する。
【０１５０】
これにより撮像装置１０２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１０２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。
【０１５１】
以上のように、撮像装置１０２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１０２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。
【０１５２】
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１０２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。
【０１５３】
図３６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。
【０１５４】
図３２から図３５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。
【０１５５】
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１１０−Ｒおよび左眼用の表示部１４−Ｌの虚像１１０−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３２から図３５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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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】
【０１５８】
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、４４ 網膜、５０ 部分透過ミラー、６０ 調整光出力部、６２ 出力用レンズ、６４ 第１のハーフミラー、６６ 第２のハーフミラー、６８ 受光用レンズ、７０ 調整光受光部、７２ 光学ユニット、７４ 第１発光素子、７６ 第２発光素子、７８ 平行平板ガラス、８０ 光学素子、８２ 偏光素子、８４ 第１面、８６ 第２面、１００ 被写体、１０２ 撮像装置、１０４ 撮像素子、１１０ 虚像
【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、
前記虚像の位置を制御して、前記表示部の前記表示面と前記片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ制御部と、
を備える表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記光学系および前記表示部の少なくとも一方を制御して、前記表示部の前記表示面と前記片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記観察者の前記片眼の網膜からの光を検出する検出部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記虚像の位置を制御する
請求項１から２の何れかに記載の表示装置。
【請求項４】
前記検出部は、調整光を前記光学系を介して前記片眼の網膜に与え、前記片眼の網膜から反射された前記調整光を前記光学系を介して受光し、
前記制御部は、前記検出部により受光された前記調整光に基づいて、前記虚像の位置を制御する
請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記検出部は、不可視波長領域の調整光を前記片眼の網膜に与える
請求項３から４の何れかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記検出部は、パルス波の調整光を前記片眼の網膜に与える
請求項４から５の何れかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記検出部は、
前記調整光を出力する調整光出力部と、
前記調整光出力部から出力された調整光を、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい位置に集光する出力用レンズと、
前記調整光出力部により出力された前記調整光を前記光学系を介して前記片眼の網膜に与えるとともに、前記片眼の網膜から反射されて前記光学系を介して出力された前記調整光を取り出す検出用光学系と、
前記片眼の網膜から反射された前記調整光における、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい参照位置でのスポットの大きさを検出する調整光受光部と、
を有し、
前記制御部は、前記スポットの大きさに基づき、前記光学系と前記表示面との間の光学的距離を制御する
請求項４から６の何れかに記載の表示装置。
【請求項８】
互いに光軸方向に発光位置が異なる第１の前記調整光および第２の前記調整光を出力する調整光出力部と、
前記調整光出力部から出力された前記第１の調整光および前記第２の調整光を、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい位置を挟んで光軸方向に前後する位置に集光する出力用レンズと、
前記片眼の網膜から反射された前記第１の調整光および前記第２の調整光のそれぞれにおける、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい参照位置でのスポットの大きさを検出する調整光受光部と、
を有し、
前記制御部は、前記第１の調整光のスポットの大きさと前記第２の調整光のスポットの大きさとの差に基づき、前記光学系と前記表示面との間の光学的距離を制御する
請求項４から６の何れかに記載の表示装置。
【請求項９】
前記調整光出力部は、
前記第１の調整光を出力する第１発光素子と、
前記第１の調整光と同一方向に前記第２の調整光を出力する第２発光素子と、
前記第１発光素子から出力される前記第１の調整光の光路中に設けられた平行平板ガラスと、
を有する
請求項８に記載の表示装置。
【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、
前記虚像の位置を制御して、前記表示部の前記表示面と前記片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ制御部と、
を備える表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記光学系および前記表示部の少なくとも一方を制御して、前記表示部の前記表示面と前記片眼の網膜とを光学的共役関係に保つ
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記観察者の前記片眼の網膜からの光を検出する検出部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記虚像の位置を制御する
請求項１から２の何れかに記載の表示装置。
【請求項４】
前記検出部は、調整光を前記光学系を介して前記片眼の網膜に与え、前記片眼の網膜から反射された前記調整光を前記光学系を介して受光し、
前記制御部は、前記検出部により受光された前記調整光に基づいて、前記虚像の位置を制御する
請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記検出部は、不可視波長領域の調整光を前記片眼の網膜に与える
請求項３から４の何れかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記検出部は、パルス波の調整光を前記片眼の網膜に与える
請求項４から５の何れかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記検出部は、
前記調整光を出力する調整光出力部と、
前記調整光出力部から出力された調整光を、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい位置に集光する出力用レンズと、
前記調整光出力部により出力された前記調整光を前記光学系を介して前記片眼の網膜に与えるとともに、前記片眼の網膜から反射されて前記光学系を介して出力された前記調整光を取り出す検出用光学系と、
前記片眼の網膜から反射された前記調整光における、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい参照位置でのスポットの大きさを検出する調整光受光部と、
を有し、
前記制御部は、前記スポットの大きさに基づき、前記光学系と前記表示面との間の光学的距離を制御する
請求項４から６の何れかに記載の表示装置。
【請求項８】
互いに光軸方向に発光位置が異なる第１の前記調整光および第２の前記調整光を出力する調整光出力部と、
前記調整光出力部から出力された前記第１の調整光および前記第２の調整光を、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい位置を挟んで光軸方向に前後する位置に集光する出力用レンズと、
前記片眼の網膜から反射された前記第１の調整光および前記第２の調整光のそれぞれにおける、前記光学系からの光学的距離が前記表示面と等しい参照位置でのスポットの大きさを検出する調整光受光部と、
を有し、
前記制御部は、前記第１の調整光のスポットの大きさと前記第２の調整光のスポットの大きさとの差に基づき、前記光学系と前記表示面との間の光学的距離を制御する
請求項４から６の何れかに記載の表示装置。
【請求項９】
前記調整光出力部は、
前記第１の調整光を出力する第１発光素子と、
前記第１の調整光と同一方向に前記第２の調整光を出力する第２発光素子と、
前記第１発光素子から出力される前記第１の調整光の光路中に設けられた平行平板ガラスと、
を有する
請求項８に記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１５８６４４（Ｐ２０１１−１５８６４４Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１７２（Ｐ２０１０−１９１７２）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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