JP3325323B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、使用者に距離感覚を知
覚させる両眼視の表示装置に係り、特にぼけを制御する
ことによって自然な距離感覚を知覚させる両眼視の表示
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、使用者に距離感覚を知覚させる代
表的な表示装置として両眼視表示装置が提案されてい
る。

【０００３】この種の装置は、両眼輻輳角に基づいて距
離情報を獲得する人間の両眼視の原理を利用している。
この原理を図１に示す。図中の符号１０１、１０２は各
々観察者の左右眼球であり、符号１０３、１０４は、各
々空間中の点である。このとき、前記観察者は前記点１
０３を注視している状態にあり、前記左右眼球１０１と
１０２の視線がなす角すなわち両眼輻輳角ωによって該
点１０３の空間位置を知覚している。

【０００４】両眼視表示装置は上記原理に基づいて機能
するものである。該装置の原理を図２に示す。図中の符
号２０１、２０２は各々使用者の左右眼球であり、符号
２０３は該装置により生成された画像が表示される表示
面であり、符号２０４、２０５は各々該表示面に呈示さ
れる左右眼球の各々に向けて生成された画像を選択的に
各々の眼球に観察させるためのフィルタであり、符号２
０６〜２０９は各々該表示面上に表示される点である。
このとき、使用者は前記点２０６を右眼球で、点２０７
を左眼球で各々観察することにより空間中に点２１０を
知覚し、また、点２０８を左眼球で、点２０９を右眼球
で各々観察することにより空間中に点２１１を知覚す
る。

【０００５】ところで、従来の両眼視表示装置は、使用
者の左右の目に映るはずの画像を呈示するに際して、全
ての箇所を鮮明に呈示している。しかしながら、図１に
示したように、自然な状態における人間の両眼視では、
左右眼球１０１と１０２の焦点が前記注視点１０３に合
っているため、該点１０３の左右網膜上における像１０
５と１０６は各網膜上で各々鮮明に結像されているもの
の、前記点１０３より前後する距離にある例えば点１０
４の左右網膜上における像１０７と１０８は、該像が前
記網膜上で結像しないために不鮮明なものとなってい
る。また、観察者には左右の網膜像が各々独立に知覚さ
れているのではなく、前記注視点１０３の像１０５と１
０６を一致させるように、左右網膜像を位置合わせして
総合的に知覚されているものと考えられる。このとき、
点１０３に前後する箇所の像は左右網膜上で一致しない
ためにだぶって知覚される。例えば、人差し指を目の前
に立て、眼の焦点を該指からずらして遠くの景色に移し
た場合、該指が２本に見えることからも明らかである。
しかしながら、このときの指の像は十分にぼけているの
で、遠景を観察する際の支障と感じられないはずであ
る。このように人間における両眼視では、各網膜上の像
は注視箇所が鮮明化され、該注視箇所より前後する箇所
がぼかされることにより、観察者に余分な情報を排除し
た良好な状態で該注視箇所を観察することを可能とさ
せ、かつ、注視箇所が最も鮮明な像を有するために、該
像の鮮明度に刺激されて注視状態を維持することを容易
にしていると考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、図２に
示したように、従来の両眼視表示装置では両眼輻輳角に
よって知覚される空間中の２点２１０と２１１の例えば
右眼球２０２に対する距離差２１２が大きくても、網膜
上の結像状態に関係する実際の表示面上の距離差２１３
は僅かであり、このため、２点２１０と２１１が右網膜
上でいずれも鮮明に結像されてしまう。この結像は同時
に左網膜上でも起こっている。この結果、観察される像
が網膜上のいたるところで鮮明となるために注視箇所が
移ろいやすく、目的の箇所を注視し続けるための精神集
中が使用者に要求される。すなわち、従来の両眼視表示
装置では、該呈示画像の過剰な鮮明さが両眼輻輳角に基
づく距離知覚における注視制御を妨害し、使用者の疲労
を誘って長時間作業を困難とさせ、作業効率の低下を招
くという問題点があった。

【０００７】一方、前述したように、使用者の眼球は装
置表示面に焦点を合わせているので、もし、ぼけを含ん
だ画像を呈示したなら、該画像の全ての箇所が該ぼけた
状態も含めて網膜上で鮮明に結像されるはずである。従
って、従来の両眼視表示装置が抱える前述の問題点を解
決するためには、注視すべき箇所を鮮明化し、該箇所か
らずれた領域に対しては、該領域と前記注視箇所との奥
行き差に応じたぼけを付加した画像を呈示すれば良いこ
とがわかる。また、人間の瞳孔の開度は外光の強度変化
に伴って変化し、該瞳孔開度の変化に伴って眼球光学系
の物体深度が変化するので、同一光景に対するぼけの程
度は外光強度、すなわち、瞳孔開度に応じて変動するこ
とが知られている。もし、上記のようにぼけを含んだ画
像を呈示することによって網膜上に目的とする結像状態
を発生させるならば、瞳孔開度に応じたぼけ量の制御、
あるいは瞳孔開度を一定に保つための外光制御もまた必
要であることがわかる。しかしながら、従来の両眼視表
示装置には、以上で述べた対策を施されたものは存在し
なかった。

【０００８】このように従来の両眼視表示装置には、網
膜上の結像状態への配慮を欠くために、使用者の疲労を
誘い、作業効率を低下させるという問題点があった。

【０００９】本発明はこのような問題点に鑑みて成され
たものであり、その目的とするところは、網膜上のある
べき結像状態を再現できるぼけを含んだ画像を生成して
呈示することにより、使用者に疲労の少ない距離知覚を
行なわせる表示装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の表示
装置は、使用者が表示対象上の注視する箇所を、前記使
用者の両眼視線の交点から指定する注視箇所指定手段
と、前記表示対象についてぼけを含まない画像を生成す
る前描画手段と、前記ぼけを含まない画像の各画素の空
間位置と、前記注視箇所の空間位置とに基づいて各画素
毎にぼけ直径を算出し、前記各画素のぼけ直径を直径と
する円パターンを加え合わせて輝度分布を生成する画像
生成手段と、前記生成された画像を表示可能な表示手段
とを具備したものである。

【００１１】請求項２の表示装置は、請求項１のものに
おいて、使用者の瞳径を計測する瞳径推定手段と、画像
生成手段が表示対象上の各箇所の空間位置と、注視箇所
の空間位置と、前記瞳径推定手段によって計測した瞳径
とに基づいて前記各箇所を所定の要領でぼかした画像を
生成する手段を具備したものである。

【００１２】請求項３の表示装置は、請求項１のものに
おいて、使用者の瞳径を計測する瞳径計測手段と、画像
生成手段が表示対象上の各箇所の空間位置と注視箇所の
空間位置とに基づいて前記各箇所を所定の要領でぼかす
と同時に、前記瞳径計測手段によって計測した瞳径に基
づいて輝度調整された画像を生成する手段を具備したも
のである。

【００１３】請求項４の表示装置は、請求項１のものに
おいて、前記注視箇所指定手段は、前記表示対象をマル
チウインドウとなし、前記マルチウインドウの各ウイン
ドウに奥行き距離ｚ値を与え、最も手前に表示されるウ
インドウのｚ値をｚ _０ として、前記使用者が注視する
箇所とするものである。

【００１４】

【００１５】

【作 用】本発明の請求項１の表示装置は、注視箇所指
定手段が、使用者が注視する個所もしくは表示対象上の
注視したい箇所を指定可能とし、画像生成手段が前記表
示対象上の各箇所の空間位置と、前記注視箇所の空間位
置とに基づいて前記各箇所を所定の要領でぼかした両眼
画像を生成し、表示手段が前記生成された画像を使用者
に呈示する。

【００１６】請求項２の表示装置であると、画像生成手
段が表示対象上の各箇所の空間位置と、注視箇所の空間
位置と、瞳径推定手段によって計測した瞳径とに基づい
て前記各箇所を所定の要領でぼかした画像を生成でき
る。

【００１７】請求項３の表示装置であると、画像生成手
段が表示対象上の各箇所の空間位置と、注視箇所の空間
位置とに基づいて前記各箇所を所定の要領でぼかすと同
時に、瞳径計測手段によって計測した瞳径に基づいて輝
度調整された画像を生成できる。

【００１８】請求項４の表示装置であると、予め設定さ
れる特定空間位置を注視箇所指定手段が出力する。この
ような例として、マルチウインドウシステムなどにおい
て各ウインドウに奥行き距離を与え、例えば最も手前に
表示されるウインドウを注視個所とし、後方のウインド
ウをぼかして表示することが考えられる。

【００１９】

【００２０】

【実施例】本発明に係る表示装置の実施例を図面に従っ
て説明する。

【００２１】図３は、本発明に係る表示装置の第１の実
施例の全体構成図である。

【００２２】符号３０１は、表示対象上の注視したい箇
所を使用者が指定可能な注視箇所指定部であり、符号３
０２は、前記対象上の各箇所の空間位置と、前記注視箇
所指定部３０１により得られた注視箇所の空間位置とに
応じて前記各箇所に所定のぼけ具合を与えた両眼画像を
生成する画像生成部であり、符号３０３は、前記画像生
成部３０２により生成された両眼画像を使用者の両眼に
各々呈示可能な表示部である。

【００２３】次に前記各部を詳説する。

【００２４】注視箇所指定部３０１は図４に示す構成と
なっている。

【００２５】符号４０１は、使用者の両眼に向けて設置
されたテレビカメラなどの画像入力手段によって、該使
用者の眼球画像を撮影する画像撮影部であり、符号４０
２は、前記眼球画像から使用者の瞳を表す楕円形黒領域
を抽出する瞳抽出部であり、符号４０３は、前記楕円形
黒領域の長軸と短軸の比と該楕円形の中心の前記眼球画
像上の変移量とから、本来円形であるはずの瞳が、該楕
円形に変換されるアフィン変換量を逆算することによっ
て左右眼球の視線方向を求める視線計算部であり、符号
４０４は、前記左右眼球の視線が空間中で最も近接する
箇所において、該２視線を最短距離で結ぶ線分の中点を
計算し、該中点の空間座標値（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）を前
記注視箇所として出力する注視座標計算部である。

【００２６】なお、前記注視箇所指定部３０１は、上記
の例に代表される使用者の視線を直接検出する手段の他
に、使用者の操作入力を受理するキーボード、マウス、
３次元デジィタイザのような操作手段、使用者の音声入
力を受理する音声入力手段、使用者の身振り手振りを認
識する画像認識手段などによって使用者が注視したい箇
所を間接的に指定可能な手段を用いても良い。すなわ
ち、使用者が発する何等かの信号によって前記表示対象
上の特定箇所を使用者の意思に従って指定可能であれ
ば、前記注視箇所指定部３０１の実現手段は問わない。

【００２７】画像生成部３０２は、図５に示す構成とな
っている。

【００２８】符号５０１は、従来の両眼視表示装置が行
なうのと同様のぼけを含まない両眼画像を高速に生成す
る前描画部であり、符号５０２は、前描画部５０１によ
って描画される前描画バッファである。前記前描画バッ
ファ５０２の各画素は輝度ベクトル（カラー画像であれ
ば、例えばＲＧＢの３次元）と該輝度ベクトルを与える
表示対象上の点の少なくとも奥行き座標を含む空間座標
値とを１組にして格納する。一般に前記空間座標値とし
て奥行き座標値のみを扱う前描画バッファはｚバッファ
とよばれている。前記前描画部５０１は、前記表示対象
上の各点から所定の変換に従って該点に対応する前描画
バッファ５０２上の画素を求め、既に別の点の輝度ベク
トルと空間座標値が該画素に格納されていれば両者の空
間座標を比較し、手前に存在する方の点の輝度ベクトル
と空間座標値を新たに格納して前描画バッファ５０２の
内容を更新する。また、該画素に別の点が格納されてい
なければ、該点の輝度ベクトルと空間座標値を該画素に
格納する。この結果、前描画バッファ５０２の各画素に
は表示対象上の該画素に対応する最も手前にある点の輝
度ベクトルと空間座標値が格納される。前描画処理は本
装置の起動時、もしくは、前記表示対象に変更のあった
場合、もしくは、前記所定の変換に変更のあった場合に
のみ実行される。符号５０３は、前記前描画バッファ上
の全画素について各画素の空間位置と前記注視点座標と
に基づいてぼけの直径を計算するぼけ直径算出部であ
る。符号５０４は前記ぼけ直径に基づいて当該画素を中
心とするぼけパターンを描画するぼけパターン描画部で
ある。符号５０５は、前記ぼけパターン描画部５０４が
ぼけパターンを描画するフレームバッファであり、該フ
レームバッファの画素の数と各画素の位置とは前記前描
画バッファ５０２に一致している。符号５０６は、前記
注視点を示すパターンを前記フレームバッファ５０５に
上書きする注視点描画部である。

【００２９】ぼけ直径算出部５０３におけるぼけ直径算
出の原理を図６に示す。点６０３は、光軸６０７を持つ
理想的なレンズ６０１によって画像面６０２上の点６０
４に結像される空間中の点である。また、点６０５は点
６０３より光軸上で奥行き方向にずれた位置に存在する
空間中の点であり、点６０６に結像される。このとき、
点６０５から発せられる光束は画像面６０２上では結像
しないために画像面６０２上を直径εの大きさの円形の
広がりで通過している。このεの大きさの円形の広がり
がぼけである。ここで、物体深度の計算式より前記εを
誘導すると次式のようになる。なお、奥行き座標値はレ
ンズ６０１の中心を原点とし、光軸６０７上の左向きを
正として定義される。

【００３０】 ε＝β×Ｄ×｜ｚ−ｚ₀ ｜／｜ｚ｜ …………（ａ） ｚ₀ ： 点６０３の奥行き座標値 ｚ ： 点６０５の奥行き座標値 β ： 光学系の横倍率（＞０） Ｄ ： レンズの開口径（≧０） ｚ₀ は前記注視箇所指定部３０１により得られているの
で、前記β×Ｄとして適当な定数を与えると、ぼけ直径
εはｚが決定されれば算出可能となる。このとき、εは
前記β×Ｄに比例しており、適当なぼけ具合となるよう
にβとＤを各々調節可能である。前記ぼけパターン描画
部５０４は、中心を前記ぼけ直径εが算出されるもとと
なった画素の位置、直径を前記ぼけ直径εとする円パタ
ーンを前記フレームバッファ５０５上に加え合わせてゆ
く。なお、該円パターンを描画されるフレームバッファ
５０５上の画素は直径εの円周がかかる画素と該円周内
に含まれる画素であり、該円パターンとは該描画される
画素に所定の輝度ベクトルｉを与えるパターンである。
ここで、該所定の輝度ベクトルは次式で与えられる。こ
の式は、前描画バッファ５０２上の輝度ベクトルがフレ
ームバッファ５０５上の対応するパターンに分配される
ことを表している。

【００３１】 ｉ＝ｉ₀ ／Ａ …………（ｂ） ｉ₀ ： 前描画バッファ５０２における輝度ベクトル Ａ ： 当該円パターンにより描画される画素数 この結果、フレームバッファ５０５には前描画バッファ
５０２上の各画素に対するぼけパターンを加え合わせた
輝度分布が生成される。この輝度分布が前記表示部３０
３によって表示される画像である。

【００３２】上記処理を図９のフローチャートにもとづ
いて簡単に説明すると、注視箇所指定部３０１で注視個
所検出処理を行い、画像生成部３０２の前描画部５０１
で前描画処理を行い、同じくぼけパターン描画部５０４
でぼけ画像描画処理を行って、両者を合成して表示部３
０３に表示する。

【００３３】以上の構成による表示装置は、所定の奥行
き距離からはずれる対象をぼかして表示可能であり、従
来の両眼視表示装置における問題点を解決するという点
において利便性が向上している。

【００３４】なお、本実施例では、前記表示部３０３と
して、使用者の頭部に固定装着可能なヘッドマウントデ
ィスプレイ（ＨＭＤ）を使用し、前記注視箇所指定部３
０１における眼球画像撮影用の小形テレビカメラを該Ｈ
ＭＤに固定設置する態様が可能である。また、前記表示
部３０３を液晶シャッタディスプレイなどのように使用
者の頭部ではなく環境に固定設置することも可能である
し、前記テレビカメラを環境に固定設置することも可能
である。

【００３５】ところで、上記の実施例における前描画部
５０１は、一般にｚバッファアルゴリズムと呼ばれる方
法によって描画を行なうものであった。しかしながら、
この描画アルゴリズムにはマッピングテクニックによっ
て疑似的に描画しない限り、透過屈折物体や鏡面反射物
体を扱えないという欠点がある。このため、一般にレイ
トレーシングと呼ばれる透過屈折と鏡面反射を扱える描
画アルゴリズムが提案されている。

【００３６】図７にレイトレーシングの原理を示す。こ
の図において、視点７０１から光軸７０２の方向に見る
とき、画像面７０３上の画素７０４の輝度ベクトルを決
定する場合を考える。視点７０１を出発した視線７０５
を追跡すると、該視線７０５は、透過反射面７０６と点
７０７において交差している。透過反射面７０６に斜め
から突入する視線７０５は、屈折されて、散乱面７０８
と点７０９との交差する成分と、反射されて散乱面７１
０と点７１１で交差する成分とに分割される。各々の成
分は、散乱面と交差した時点で追跡を終了する。このと
き、視点７０１から画素７０４に見える点は、前記７０
７と７０９と７１１の３点であり、各点における輝度ベ
クトルを適当にブレンドしたベクトルが、前記画素７０
４の輝度ベクトルとして与えられる。

【００３７】ここで、レイトレーシングに対応した前描
画部と前描画バッファとを持つ本発明に係る第２の実施
例を説明する。本実施例の全体構成および各部構成は前
記第１の実施例と同一であるので、ここでは相違点のみ
を説明する。

【００３８】図７における２点７０９と７１１は見かけ
上、視線７０５の延長上の点７１２と７１３に各々存在
する。点７０７と点７１２の距離は点７０７と点７０９
の距離に等しく、また、点７０７と点７１３の距離は点
７０７と点７１１の距離に等しい。このとき、前描画バ
ッファ５０２が１つの画素に対して多数の輝度ベクトル
と空間座標値の組を格納可能であるとすれば、３点７０
７と７１２と７１３の輝度ベクトルと空間座標値の組を
格納させ、さらに、ぼけ直径算出部５０３とぼけパター
ン描画部５０４とが前記前描画バッファ５０２に格納さ
れる輝度ベクトルと空間座標値の全ての組についてのぼ
けパターンをフレームバッファ５０５に描画させること
によって透過屈折と鏡面反射を扱ったぼけ画像が生成可
能である。第２の実施例は第１の実施例よりも前描画部
における処理コストが増大しているものの、透過屈折と
鏡面反射を扱えるという点において一層利便性が向上し
ている。

【００３９】本発明に係る表示装置の第３の実施例を説
明する。

【００４０】図８は本実施例の全体構成図である。

【００４１】符号８０１は、表示対象上の注視したい箇
所を使用者が指定可能な注視箇所指定部であり、上記第
１の実施例における注視箇所指定部３０１と同様に使用
者の眼球に向けて設置された画像入力手段によって得ら
れた使用者の眼球画像から、瞳を表す楕円形黒領域を抽
出し、その長軸と短軸の比と画像中の位置とから使用者
の視線方向を検出して注視箇所を計算するものである。

【００４２】符号８０２は、使用者の瞳径を計測する瞳
径推定部であり、前記注視箇所指定部８０１において得
られた楕円形黒領域の長軸の長さを瞳径Ｄとして出力す
るものである。

【００４３】符号８０３は、前記対象上の各箇所の奥行
き距離ｚと前記注視箇所指定部８０１により得られた注
視箇所の奥行き距離ｚ₀ と前記瞳径推定部８０２により
得られた使用者の瞳径Ｄとに応じて計算されるぼけ直径
εのぼけパターンを与えた画像を生成する画像生成部で
ある。

【００４４】符号８０４は、前記画像生成部８０３によ
り生成された画像を表示する表示部である。このとき前
記ぼけ直径εの計算式は前述した式（ａ）を引用して次
式のように定義され、この結果、ぼけ直径εはβに適当
な定数を与えた場合、ｚとｚ₀ とＤの関数となる。

【００４５】 ε＝β×Ｄ×｜ｚ−ｚ₀ ｜／｜ｚ｜ …………（ａ１） ｚ₀ ： 注視箇所の奥行き座標値 ｚ ： 当該箇所の奥行き座標値 β ： 定数（＞０） Ｄ ： 瞳径（≧０） 以上の構成による表示装置は、表示輝度や外光強度が変
化することに起因する使用者の瞳孔開度の変化に追随し
てぼけ量を制御可能である。したがって、暗くなると物
がぼやけ、明るいと鮮明に見えるという実際の視知覚現
象を良く模擬できるという忠実性において、第１の実施
例よりも一層利便性が向上している。

【００４６】ところで、上記第３の実施例は、使用者の
瞳径の変動に対応してぼけ量を制御するものであった
が、これとは別に、前記瞳径を一定に保つ制御を行なう
ことも考えられる。このようにすると前記ぼけ量は前記
瞳径に影響されない。

【００４７】この例として本発明に係る表示装置の第４
の実施例を説明する。本実施例の全体構成は図８に示し
たものと同じであるので、ここでは相違点のみを説明す
る。本実施例における画像生成部８０３は以下の２式に
よって計算されるぼけ直径εと輝度ベクトルｉ’とに基
づいて、該εを直径とする円パターンを構成する画素に
輝度ベクトルｉ’を与えたぼけパターンを加え合わせた
画像を生成する。

【００４８】 ε＝β×Ｄ₀ ×｜ｚ−ｚ₀ ｜／｜ｚ｜ …………（ａ２） ｚ₀ ： 注視箇所の奥行き座標値 ｚ ： 当該箇所の奥行き座標値 β ： 定数（＞０） Ｄ ： 基準瞳径（≧０） ｉ’＝Ｉ_S ×ｉ＝Ｉ_S ×ｉ₀ ／Ａ …………（ｂ１） ｉ₀ ： 前描画バッファ５０２における輝度ベクトル Ａ ： 当該円パターンにより描画される画素数 Ｉ_S ： 輝度調整係数 使用者の目に入射する光の量Ｊと瞳径Ｄの２乗と表示輝
度Ｉ₁ と外光強度Ｉ₂との関係は次式で与えられると考
えられる。

【００４９】 Ｊ＝π×Ｄ² ×（ｍ×Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）／４ …………（ｃ） ｍ ： 定数（＞０） 瞳孔の開度は入射光量Ｊを一定に保つように働くので、
表示輝度Ｉ₁ に変化が無いなら、瞳径Ｄの変化は外光強
度Ｉ₂ の変化によって引き起こされたことになる。この
影響を排除して瞳径Ｄを基準瞳径Ｄ₀ に保つために、画
像生成部８０３は前記Ｉ_S を変化させてＤがＤ₀ に一致
するＩ_S を発見するサーボ機構を備えている。すなわ
ち、瞳径ＤがＤ₀ に比して大きい場合には入射光量が少
ないとしてＩ_S を増加させて表示輝度Ｉ₁ を増加し、逆
の場合にはＩ_S を減少させて表示輝度Ｉ₁ を減少させ
る。この増加、減少の度合い△Ｉ_S を本実施例では次式
で定義する。

【００５０】 △Ｉ_S ＝ｎ×｜Ｄ−Ｄ₀ ｜ …………（ｄ） Ｄ₀ ： 基準瞳径（≧０） Ｄ ： 実際の瞳径（≧０） ｎ ： 定数（＞０） なお、上記△Ｉ_S の定義は式（ｄ）に限定されるもので
はない。例えば、下記の２式のいずれでも良い。要する
に、前記輝度調整係数Ｉ_S を決定可能であれば細部の差
異は問題とはならない。

【００５１】 △Ｉ_S ＝ｎ×｜Ｄ₂ −Ｄ₀ ² ｜ …………（ｄ１） △Ｉ_S ＝ｎ×（Ｄ−Ｄ₀ ）² …………（ｄ２） 以上の構成による表示装置は瞳孔開度を一定に保つよう
に表示輝度を制御して、使用者に知覚されるぼけ量を安
定に保つという点において第１の実施例より一層利便性
が向上している。

【００５２】以下、本発明に係る表示装置の変形実施例
を説明する。

【００５３】例えば、上記実施例における前描画部はｚ
バッファアルゴリズムとレイトレーシングのみを対象と
したが、使用される描画アルゴリズムは上記の例に限定
されない。要するに、本発明においては、ぼけ生成に必
要とされる輝度ベクトルと空間座標値の組が計算可能で
ありさえすれば、描画アルゴリズムの差異は問題とはな
らない。

【００５４】また、上記各実施例および変形例における
注視箇所指定部が表示対象上のある箇所を検出するので
はなく、注視箇所の奥行き距離ｚ₀ に相当する特定の奥
行き距離を使用者の操作により指定可能としても良い。
また、前記ｚ₀ が使用者により指定されるのではなく、
装置により自動的に設定されるようにしても良い。ある
いは、前記ｚ₀ が予め設定されており、使用者の操作に
よって表示対象が空間中を移動するようにしても良い。
このような例として、マルチウインドウシステムなどに
おいて各ウインドウに奥行き距離ｚ値を与え、例えば最
も手前に表示されるウインドウのｚ値をｚ₀ として、後
方のウインドウをぼかして表示することが考えられる。
要するに、本発明に係る表示装置においては少なくとも
前記ｚ₀が与えられ、少なくとも該ｚ₀ と前記表示対象
の特定箇所の奥行き座標ｚとの関係が使用者によって指
定可能でありさえすれば、細部の差異は問題とはならな
い。

【００５５】さらに、画像生成部が使用するぼけパター
ンとして、上記実施例および変形例では輝度分布が一様
な直径εの円パターンを使用している。しかしながら、
これは使用者の視線が表示面と垂直に交差する場合には
図６に示す根拠により正しいが、視線が斜めに表示面と
交差する場合には正しくはない。表示面を斜め方向から
観察する眼球網膜上に円形ぼけパターンを結像させるた
めには、卵型のぼけパターンを該表示面上に呈示する必
要がある。しかし、表示面が十分小さい場合や、使用者
から十分遠い場合には、使用者の視線はほぼ垂直に該表
示面と交差すると考えられるので、呈示すべきパターン
を円パターンに近似することができる。無論、本来呈示
すべき卵型パターンを計算して呈示しても良いことは言
うまでもない。また、前述したように呈示画像中でぼけ
パターンは重ね描きされているので、各ぼけパターンの
境界や輝度分布は使用者には明確に識別できない場合が
多い。従って、ぼけパターンの形状、大きさ、輝度分布
は厳密に計算される必要はなく、様々なものが使用可能
であると考えて良い。すなわち、本来結像されて１点に
集中されるべき光がぼけパターンの内部に適当に配分さ
れるならば、任意の大きさと形状に任意の輝度分布を与
えたパターンをぼけパターンとして用いることが可能で
ある。例えば、ぼけパターンの形状として１辺がぼけ直
径εの正方形でも良いし、例えば、輝度分布としてガウ
ス分布を利用しても良い。また、ぼけ直径εの計算式と
して以下のいずれを用いても良い。

【００５６】 ε＝β×Ｄ×｜ｚ−ｚ₀ ｜／｜ｚ₀ ｜ …………（ａ３） ε＝ａ×Ｄ×｜ｚ−ｚ₀ ｜ …………（ａ４） ａ ： 定数（＞０） ε＝ｂ×｜ｚ−ｚ₀ ｜ …………（ａ５） ｂ ： 定数（＞０） 要するに、本発明に係る表示装置においては、前記ぼけ
パターンの大きさと形と輝度分布とは、表示対象上の各
箇所の空間位置と所定の空間位置とに応じてぼけて知覚
される画像を生成可能であるならば、どのようにでも定
義可能である。

【００５７】あるいは、上記実施例および変形例におけ
る瞳径推定部が、使用者の瞳径を直接計測するのではな
く、使用者の目に飛び込むであろう使用者周囲の明るさ
を計測して、間接的に現在の瞳径を割り出しても良い。
前記使用者周囲の明るさは表示輝度と外光の和であると
考えられるから、式（ｃ）からＤを計算するための式が
以下のように誘導される。

【００５８】 Ｄ² ×Ｉ＝Ｄ₀ ² ×Ｉ₀ …………（ｅ） Ｄ₀ ： 基準瞳径 Ｄ ： 現在の瞳径 Ｉ₀ ： 瞳孔開度が基準瞳径となる周囲光強度 Ｉ ： 現在の周囲光強度 Ｄ＝Ｄ₀ ×Ｉ_R …………（ｆ） Ｉ_R ： Ｉ₀ ／Ｉの平方根 周囲光強度に基づく瞳径推定部は、瞳径を直接計測しな
いために精度の点で多少劣るものと考えられるが、光セ
ンサのみで簡便に実現可能であり、装置規模を非常にコ
ンパクトにできるという点において利便性が高い。

【００５９】また、画像生成部が使用者の瞳径に応じて
表示輝度を変更する上記実施例および変形例において、
画像生成部が表示される画素の輝度ベクトルの合計値を
一定に保つ表示輝度の制御を行なうようにしても良い。
この場合、外光は一定であるとの仮定を必要とするが、
瞳径推定部全体と画像生成部におけるサーボ機構とを排
除したコンパクトな装置規模にできる利点があり、その
利便性はより一層向上する。あるいは、外光が制御可能
であるとして、表示輝度と外光の少なくとも１つを制御
することも可能である。

【００６０】さらに、瞳径推定部を有する上記の実施例
および変形例において、注視箇所指定部と瞳径推定部は
効率を上げるために前記楕円形長軸の情報を共用する構
成となっているが、例えば、眼球を動かす筋肉の電位を
計測することによって視線を推定し、瞳径を周囲光強度
から推定するなど、実現方式によっては各々独立の構成
とすることも可能である。

【００６１】あるいは、注視箇所指定部を有し、前描画
部がｚバッファアルゴリズムで描画を行なう上記の実施
例および変形例において、注視箇所指定部がマウスなど
の手段で指定される表示画面上の座標を検出し、該座標
に対応する前描画バッファ上の画素に格納される座標を
注視座標として出力するか、前記図４における注視座標
計算部４０４が、２視線を最短距離で結ぶ線分の中点に
対応する前描画バッファ上の画素の座標を注視座標とし
て出力しても良い。このようにすると、注視箇所は必ず
視点から可視である表示対象表面上にある点となるの
で、注視することが無意味であったり、不可視であった
りする表示対象の手前や内部の点に不本意に焦点を合わ
せてしまうことを防止できるので、その利便性は一層向
上する。

【００６２】なお、本発明に係る表示装置に補助的な手
段を付加してその利便性を向上させることも可能であ
る。例えば、上記実施例および変形例に新たに通信手段
を付加し、表示対象や表示結果やその他の情報を他の外
部装置とやりとりしても良い。あるいは、装置の各構成
要素間を有線／無線のいずれかによって結び付けるため
の補助的通信手段を設けても良い。また、新たに印刷手
段や記録手段を付加し、表示結果を印刷出力や録画出力
しても良い。さらに、新たに記憶手段を付加し、各構成
要素に別々に格納される諸情報を一括して記憶格納する
構成としても良い。

【００６３】以上で述べたように、本発明に係る表示装
置はその要旨を逸脱しない限りにおいて種々変形組み合
わせて実施可能である。

【００６４】

【発明の効果】本発明に係る表示装置によれば、使用者
は両眼視において両眼輻輳角に基づく距離感覚に矛盾し
ないぼかし処理を施された画像を観察することができ、
疲労の少ない状態で該表示装置を使用でき、作業効率を
上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】両眼輻輳角に基づく人間の距離知覚の原理図。

【図２】両眼視表示装置の原理図。

【図３】本発明に係る表示装置の第１と第２の実施例の
全体構成図。

【図４】本発明に係る表示装置の注視箇所指定部の構成
図。

【図５】本発明に係る表示装置の画像生成部の構成図。

【図６】本発明に係る表示装置のぼけ生成の原理図。

【図７】レイトレーシングの原理図。

【図８】本発明に係る表示装置の第３と第４の実施例の
全体構成図。

【図９】本発明に係る表示装置の処理状態を示すフロー
チャート。

【符号の説明】

３０１……注視個所指定部 ３０２……画像生成部 ３０３……表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−129573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−66682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259778（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−1082（ＪＰ，Ａ) ”視覚のぼけ特性のモデル化と両眼立 体表示”，電子情報通信学会論文誌，社 団法人電子情報通信学会，1990年９月25 日，Ｖｏｌ．Ｊ73−Ｄ−ＩＩ，Ｎｏ. ９，ｐ．1571−1573 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 11/80 G06T 15/00 G06T 17/40 G09G 5/36 ＣＳＤＢ（日本国特許庁)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】使用者が表示対象上の注視する箇所を、前
   記使用者の両眼視線の交点から指定する注視箇所指定手
   段と、前記表示対象についてぼけを含まない画像を生成する前
   描画手段と、 前記ぼけを含まない画像の各画素の空間位置と、前記注
   視箇所の空間位置とに基づいて各画素毎にぼけ直径を算
   出し、前記各画素のぼけ直径を直径とする円パターンを
   加え合わせて輝度分布を 生成する画像生成手段と、 前記生成された画像を表示可能な表示手段とを具備した
   ことを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】使用者の瞳径を計測する瞳径推定手段と、 画像生成手段が、表示対象上の各箇所の空間位置と、注
   視箇所の空間位置と、前記瞳径推定手段によって計測し
   た瞳径とに基づいて前記各箇所を所定の要領でぼかした
   画像を生成する手段を具備したことを特徴とする請求項
   １記載の表示装置。
3. 【請求項３】使用者の瞳径を計測する瞳径計測手段と、 画像生成手段が、表示対象上の各箇所の空間位置と注視
   箇所の空間位置とに基づいて前記各箇所を所定の要領で
   ぼかすと同時に、前記瞳径計測手段によって計測した瞳
   径に基づいて輝度調整された画像を生成する手段を具備
   したことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 【請求項４】前記注視箇所指定手段は、 前記表示対象をマルチウインドウとなし、前記マルチウ
   インドウの各ウインドウに奥行き距離ｚ値を与え、最も
   手前に表示されるウインドウのｚ値をｚ _０ として、前
   記使用者が注視する箇所とする ことを特徴とする請求項
   １記載の表示装置。