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JP3324695B2 - Three-dimensional display method and head-mounted display device - Google Patents

Three-dimensional display method and head-mounted display device

Info

Publication number
JP3324695B2
JP3324695B2 JP06039399A JP6039399A JP3324695B2 JP 3324695 B2 JP3324695 B2 JP 3324695B2 JP 06039399 A JP06039399 A JP 06039399A JP 6039399 A JP6039399 A JP 6039399A JP 3324695 B2 JP3324695 B2 JP 3324695B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
display
observer
dimensional
image
displayed
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP06039399A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000261832A (en
Inventor
史朗 陶山
英明 高田
員丈 上平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority to US09/314,072 priority patent/US6525699B1/en
Priority to DE69942434T priority patent/DE69942434D1/en
Priority to EP06075188A priority patent/EP1657586B1/en
Priority to EP99303917A priority patent/EP0959377B1/en
Priority to EP06075186A priority patent/EP1657584B1/en
Priority to EP06075185A priority patent/EP1657583B1/en
Priority to EP06075187A priority patent/EP1657585B1/en
Priority to DE69935883T priority patent/DE69935883T2/en
Priority to DE69942432T priority patent/DE69942432D1/en
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Publication of JP3324695B2 publication Critical patent/JP3324695B2/en
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Priority to US10/291,377 priority patent/US7148859B2/en
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Priority to US10/291,404 priority patent/US7002532B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元表示方法お
よびヘッドマウントディスプレイ装置に係わり、特に、
三次元像を情報量を少なくして、電子的に動画再生でき
る三次元表示方法およびヘッドマウントディスプレイ装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional display method and a head-mounted display device.
The present invention relates to a three-dimensional display method and a head-mounted display device capable of electronically reproducing a moving image of a three-dimensional image with a reduced amount of information.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電気的に書き換え可能な動画の立
体表示を行うヘッドマウントディスプレイ装置として、
図18に示すような平面表示装置が知られている。この
図18に示す平面表示装置は、液晶表示装置(LCD)
(53L,53R)と凸レンズ(54L,54R)を用
いるものであり、以下、図18に示す平面表示装置の原
理について説明する。3次元物体501を異なる方向か
ら見た像(これを視差像と呼ぶ)を、例えば、カメラ
(52L,52R)によって撮像する。このカメラ(5
2L,52R)で撮影された映像を、それぞれ左右の液
晶表示装置(53L,53R)に入力し、表示する。観
察者は、左右の液晶表示装置(53L,53R)のそれ
ぞれ異なる表示画像を、それぞれ凸レンズ(54L,5
4R)を通して、左右の眼(55L,55R)で別々に
観察する。これにより、観察者は、同時に左右の眼によ
り視差像506を観察でき、両眼視差による立体視が可
能となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a head mounted display device for displaying an electrically rewritable three-dimensional moving image,
A flat panel display device as shown in FIG. 18 is known. The flat panel display shown in FIG. 18 is a liquid crystal display (LCD).
(53L, 53R) and convex lenses (54L, 54R). The principle of the flat panel display shown in FIG. 18 will be described below. Images of the three-dimensional object 501 viewed from different directions (this is called a parallax image) are captured by, for example, cameras (52L, 52R). This camera (5
2L and 52R) are input and displayed on the left and right liquid crystal display devices (53L and 53R), respectively. The observer views the different display images of the left and right liquid crystal display devices (53L, 53R) with convex lenses (54L, 5R), respectively.
4R) and separately observed with the left and right eyes (55L, 55R). Thereby, the observer can observe the parallax image 506 with the left and right eyes at the same time, and the stereoscopic vision by the binocular parallax becomes possible.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
18に示すような平面表示装置では、奥行き方向の一定
の範囲における両眼視差を提示することはできるが、両
眼視差、輻輳と、眼のピントとの間に矛盾が生ずるた
め、自然な立体視が困難である。即ち、前記図18に示
すような平面表示装置では、眼のピントは、凸レンズ
(54L,54R)の焦点距離と、液晶表示装置(53
L,53R)の位置により決定される位置に固定され
る。また、両眼の輻輳角の変化量を大きくとるために
は、液晶表示装置(53L,53R)のサイズを精細度
を保ちながらきわめて大きくする必要がある。このよう
に、前記図18に示すような平面表示装置では、自然な
立体視にとって必要な両眼視差、輻輳、眼のピントとの
間に矛盾が生じ、疲労感を感じるという問題点があっ
た。
However, the flat display device as shown in FIG. 18 can present the binocular parallax in a certain range in the depth direction, but the binocular parallax, the convergence, and the binocular parallax. Since inconsistency arises with focus, natural stereoscopic vision is difficult. That is, in the flat display device as shown in FIG. 18, the eye focuses on the focal length of the convex lenses (54L, 54R) and the liquid crystal display device (53).
(L, 53R). In addition, in order to increase the amount of change in the convergence angle of both eyes, it is necessary to extremely increase the size of the liquid crystal display devices (53L, 53R) while maintaining the definition. As described above, in the flat display device as shown in FIG. 18, there is a problem that inconsistency arises between binocular parallax, convergence, and eye focus necessary for natural stereoscopic vision, and a feeling of fatigue is felt. .

【0004】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、眼鏡な
しで、かつ立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、
さらに電気的に書き換え可能で、動画表示が可能な三次
元表示方法を提供することにある。また、本発明の他の
目的は、眼鏡なしで、かつ立体視の生理的要因間での矛
盾を抑制でき、さらに電気的に書き換え可能で、動画表
示が可能なヘッドマウントディスプレイ装置を提供する
ことにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明ら
かにする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to eliminate inconsistencies between physiological factors of stereoscopic vision without using glasses,
It is still another object of the present invention to provide a three-dimensional display method which is electrically rewritable and can display a moving image. Further, another object of the present invention is to provide a head mounted display device which can suppress inconsistency between physiological factors of stereoscopic vision without glasses, and is further electrically rewritable and capable of displaying moving images. It is in. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。即ち、本発明は、観察者の左眼およ
び右眼それぞれに対して、奥行き位置の異なる複数の表
示面を配置し、前記観察者の左眼および右眼に対する複
数の表示面に二次元像をそれぞれ表示して、三次元立体
像を表示する三次元表示方法であって、表示対象物体を
観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から、前記複数
の表示面へ射影した二次元像を生成し、前記生成された
二次元像の輝度を前記観察者の左眼および右眼に対する
複数の表示面毎に各々独立に変化させて、前記生成され
た二次元像を前記観察者の左眼および右眼に対する複数
の表示面に表示する際に、前記表示対象物体が、観察者
に近い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記
複数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する前
記二次元像の輝度を高くし、観察者から遠い表示面に表
示する前記二次元像の輝度を低くし、また、前記表示対
象物体が、観察者から遠い奥行き位置に表示される物体
である場合に、前記複数の表示面のうちの観察者に近い
表示面に表示する前記二次元像の輝度を低くし、観察者
から遠い表示面に表示する前記二次元像の輝度を高くす
ることを特徴とする。また、本発明は、前記二次元像
を、観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重
なるように前記複数の表示面に表示し、かつ観察者の見
る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等しくなる
ように、前記複数の表示面に表示される二次元像の輝度
を変化させることを特徴とする。また、本発明は、前記
二次元像を、観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点か
ら見て重なるように前記複数の表示面に表示し、かつ観
察者の見る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等
しくなるように、前記複数の表示面に表示される二次元
像の各部位の輝度を表示対象物体の奥行き位置に応じて
変化させることを特徴とする。また、本発明は、前記二
次元像を順次切り替えることにより、三次元の動画像を
生成することを特徴とする。また、本発明は、前記二次
元像が奥行き方向に移動する複数の物体像を含む場合
で、当該物体の移動方向が観察者に近づく方向である場
合に、前記二次元像の切り替えに同期して、前記複数の
表示面に表示される前記物体像の輝度を、観察者から遠
い表示面から観察者に近い表示面の順に順次高くし、ま
た、前記二次元像が奥行き方向に移動する複数の物体像
を含む場合で、当該物体の移動方向が観察者から遠ざか
る方向である場合に、前記二次元像の切り替えに同期し
て、前記複数の表示面に表示される前記物体像の輝度
を、観察者に近い表示面から観察者から遠い表示面の順
に順次高くすることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows. That is, the present invention arranges a plurality of display surfaces having different depth positions for each of the left eye and the right eye of the observer, and forms a two-dimensional image on the plurality of display surfaces for the left eye and the right eye of the observer. A three-dimensional display method for displaying and displaying a three-dimensional stereoscopic image, in which a display target object is projected onto a plurality of display surfaces from a point on a line connecting a right eye and a left eye of an observer. An image is generated, and the brightness of the generated two-dimensional image is independently changed for each of a plurality of display surfaces for the left eye and the right eye of the observer, and the generated two-dimensional image is generated by the observer. When displaying on a plurality of display surfaces for the left and right eyes , if the display target object is an object displayed at a depth position close to the observer, the display target object is closer to the observer of the plurality of display surfaces. The brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface is increased, and The brightness of the two-dimensional image displayed on a distant display surface is reduced, and when the display target object is an object displayed at a depth position distant from the observer, the observer of the plurality of display surfaces The brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the image is reduced, and the brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface far from the observer is increased. Also, the present invention displays the two-dimensional image on the plurality of display surfaces so as to overlap when viewed from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer, and the overall luminance seen by the observer. The brightness of the two-dimensional images displayed on the plurality of display surfaces is changed so that the brightness of the two-dimensional images becomes equal to the brightness of the original display target object. Also, the present invention displays the two-dimensional image on the plurality of display surfaces so as to overlap when viewed from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer, and the overall luminance seen by the observer. The luminance of each part of the two-dimensional image displayed on the plurality of display surfaces is changed in accordance with the depth position of the display target object so that is equal to the luminance of the original display target object. Further, the present invention is characterized in that a three-dimensional moving image is generated by sequentially switching the two-dimensional image. Further, the present invention, in the case where the two-dimensional image includes a plurality of object images moving in the depth direction, when the moving direction of the object is a direction approaching the observer, synchronized with the switching of the two-dimensional image The brightness of the object image displayed on the plurality of display surfaces is sequentially increased from the display surface far from the observer to the display surface close to the observer, and the two-dimensional image moves in the depth direction. In the case of including the object image, when the moving direction of the object is a direction away from the observer, in synchronization with the switching of the two-dimensional image, the brightness of the object image displayed on the plurality of display surfaces is The display surface is sequentially raised from the display surface closer to the observer to the display surface farther from the observer.

【0006】また、本発明は、観察者から見て奥行き位
置がそれぞれ異なる複数の表示面に、それぞれ二次元像
を表示して三次元立体像を表示するヘッドマウントディ
スプレイ装置であって、前記複数の表示面と、観察者の
左眼および右眼との相対的位置を固定する第1の手段
と、表示対象物体を、観察者の左眼および右眼を結ぶ直
線上にある一点から、前記複数の表示面へ投影した二次
元像を生成する第2の手段と、前記像生成手段で生成さ
れた二次元像を、前記複数の表示面の少なくとも2つの
表示面に表示する第3の手段と、前記少なくとも2つの
表示面に表示される二次元像の輝度を、各表示面毎に各
々独立に変化させる第4の手段とを具備し、前記第4の
手段が、前記表示対象物体が観察者に近い奥行き位置に
表示される物体である場合に、前記複数の表示面のうち
の観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度を
高くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像
の輝度を低くし、また、前記表示対象物体が観察者から
遠い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複
数の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する前記
二次元像の輝度を低くし、観察者から遠い表示面に表示
する前記二次元像の輝度を高くすることを特徴とする。
また、本発明は、観察者の左目から見て奥行き位置がそ
れぞれ異なる複数の表示面、および観察者の右目から見
て奥行き位置がそれぞれ異なる複数の表示面に、それぞ
れ二次元像を表示して三次元立体像を表示するヘッドマ
ウントディスプレイ装置であって、記左眼および右眼用
の複数の表示面と、観察者の左眼および右眼との相対的
位置を固定する第1の手段と、表示対象物体を、観察者
の左眼および右眼を結ぶ直線上にある一点から、前記左
眼および右眼用の複数の表示面へ投影した二次元像を生
成する第2の手段と、前記像生成手段で生成された二次
元像を、前記左眼および右眼用の複数の表示面の少なく
とも2つの表示面に表示する第3の手段と、前記左眼お
よび右眼用の少なくとも2つの表示面に表示される二次
元像の輝度を、前記左眼および右眼用の少なくとも2つ
の表示面毎に各々独立に変化させる第4の手段とを具備
し、前記第4の手段が、前記表示対象物体が観察者に近
い奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複数
の表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する前記二
次元像の輝度を高くし、観察者から遠 い表示面に表示す
る前記二次元像の輝度を低くし、また、前記表示対象物
体が観察者から遠い奥行き位置に表示される物体である
場合に、前記複数の表示面のうちの観察者に近い表示面
に表示する前記二次元像の輝度を低くし、観察者から遠
い表示面に表示する前記二次元像の輝度を高くすること
を特徴とする。また、本発明は、前記第3の手段が、複
数の二次元表示装置と、前記複数の二次元表示装置のう
ち観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元表
示装置と組み合わされ、当該二次元表示装置の表示を観
察者の視線上の像として配置する全反射鏡あるいは部分
反射鏡と、前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置さ
れる二次元表示装置以外の二次元表示装置と組み合わさ
れ、各二次元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上
の像として配置する部分反射鏡とから構成されることを
特徴とする。また、本発明は、前記第3の手段が、複数
の二次元表示装置と、前記複数の二次元表示装置のうち
観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元表示
装置と組み合わされ、当該二次元表示装置の表示を観察
者の視線上の像として配置する全反射鏡とレンズの組み
合わせ、あるいは部分反射鏡とレンズの組み合わせと、
前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元
表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次
元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として
配置する部分反射鏡とレンズの組み合わせとから構成さ
れることを特徴とする。また、本発明は、前記第3の手
段が、観察者から見て異なった奥行き位置に配置される
透過状態と散乱状態の切り替え制御が可能な複数の散乱
板と、前記各散乱板に二次元像を投射する複数の投射型
二次元表示装置と、前記複数の散乱板と前記複数の投射
型二次元表示装置との間に配置され、前記複数の散乱板
の透過状態と散乱状態との切り替えに同期して透過状態
と遮断状態を切り替る複数のシャッタとから構成される
ことを特徴とする。また、本発明は、前記複数の表示面
と観察者との間に、レンズ光学系を設置したことを特徴
とする た、本発明は、前記第3の手段が、前記二次
元像を、観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見
て重なるように前記複数の表示面に表示し、前記第4の
手段が、観察者の見る総体的な輝度が元の表示対象物体
の輝度と等しくなるように、前記複数の表示面に表示さ
れる二次元像の輝度を変化させることを特徴とする。ま
た、本発明は、前記第3の手段が、前記二次元像を、観
察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるよ
うに前記複数の表示面に表示し、前記第4の手段が、観
察者の見る総体的な輝度が元の表示対象物体の輝度と等
しくなるように、前記複数の表示面に表示される二次元
像の各部位の輝度を表示対象物体の奥行き位置に応じて
変化させることを特徴とする。また、本発明は、前記第
3の手段が、前記像生成手段で生成された二次元像を順
次切り替えて表示し、三次元の動画像を表示することを
特徴とする。また、本発明は、前記第4の手段が、前記
第1の手段で生成された二次元像が、奥行き方向に移動
する複数の物体像を含む場合に、当該物体の移動方向が
観察者に近づく方向である場合に、前記第3の手段での
二次元像の切り替えに同期して、前記複数の表示面に表
示される前記物体像の輝度を、観察者から遠い表示面か
ら観察者に近い表示面の順に順次高くし、また、当該物
体の移動方向が観察者から遠ざかる方向である場合に、
前記第3の手段での二次元像の切り替えに同期して、前
記複数の表示面に表示される前記物体像の輝度を、観察
者に近い表示面から観察者から遠い表示面の順に順次高
くすることを特徴とする。
The present invention also relates to a head-mounted display device for displaying a two-dimensional image and displaying a three-dimensional stereoscopic image on a plurality of display surfaces each having a different depth position as viewed from an observer. Display surface, the first means for fixing the relative position of the observer's left eye and right eye, and the display target object, from one point on a straight line connecting the observer's left eye and right eye, Second means for generating a two-dimensional image projected on a plurality of display surfaces, and third means for displaying the two-dimensional image generated by the image generating means on at least two display surfaces of the plurality of display surfaces And fourth means for independently changing the luminance of the two-dimensional image displayed on the at least two display surfaces for each display surface , wherein the fourth means
Means for moving the display object at a depth position close to the observer;
When the object is displayed, the plurality of display surfaces
Brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer of
The two-dimensional image to be raised and displayed on a display surface far from the observer
Lower the brightness of the display target object from the observer
If the object is displayed at a distant depth position,
Displaying on the display surface closer to the observer among the number of display surfaces
Reduces the brightness of the two-dimensional image and displays it on the display surface far from the observer
The brightness of the two-dimensional image is increased .
Further, the present invention displays a two-dimensional image on each of a plurality of display surfaces having different depth positions as viewed from the left eye of the observer, and a plurality of display surfaces having different depth positions as viewed from the right eye of the observer. A head-mounted display device for displaying a three-dimensional stereoscopic image, comprising a plurality of display surfaces for the left eye and the right eye, and first means for fixing a relative position between a left eye and a right eye of an observer. A second means for generating a two-dimensional image by projecting the display target object from a point on a straight line connecting the left and right eyes of the observer to a plurality of display surfaces for the left and right eyes, Third means for displaying the two-dimensional image generated by the image generating means on at least two of the plurality of display surfaces for the left and right eyes, and at least two for the left and right eyes Brightness of the two-dimensional image displayed on one display surface And a fourth means for varying each independently at least two display surfaces each for the left and right eyes
The fourth means is arranged so that the display target object is close to the observer.
If the object is displayed at a different depth position,
The display on the display surface closer to the observer among the display surfaces of
Increasing the luminance dimension image, and displays on the display surface not far from the observer
Lowering the brightness of the two-dimensional image,
An object whose body is displayed at a depth position far from the observer
A display surface that is closer to an observer among the plurality of display surfaces.
Lower the brightness of the two-dimensional image displayed on the
A brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface is increased . Further, the present invention is characterized in that the third means is combined with a plurality of two-dimensional display devices and a two-dimensional display device arranged at a depth position farthest from an observer among the plurality of two-dimensional display devices, Combining a two-dimensional display device other than the two-dimensional display device arranged at the depth position farthest from the observer with a total reflection mirror or a partial reflection mirror that arranges the display of the two-dimensional display device as an image on the line of sight of the observer And a partial reflector for arranging the display of each two-dimensional display device as an image on the line of sight of the observer. Further, the present invention is characterized in that the third means is combined with a plurality of two-dimensional display devices and a two-dimensional display device arranged at a depth position farthest from an observer among the plurality of two-dimensional display devices, A combination of a total reflection mirror and a lens, or a combination of a partial reflection mirror and a lens, which arranges the display of the two-dimensional display device as an image on the line of sight of the observer,
A partial reflector and a lens that are combined with a two-dimensional display device other than the two-dimensional display device that is arranged at a depth position farthest from the observer, and that arranges the display of each two-dimensional display device as an image on the line of sight of the observer. And a combination of the following. Further, in the present invention, the third means may include a plurality of scattering plates which are arranged at different depth positions as viewed from an observer and which can control switching between a transmission state and a scattering state; A plurality of projection type two-dimensional display devices for projecting images, disposed between the plurality of scattering plates and the plurality of projection type two-dimensional display devices, switching between the transmission state and the scattering state of the plurality of scattering plates. And a plurality of shutters that switch between a transmission state and a blocking state in synchronization with the shutter. Further, the present invention is characterized in that a lens optical system is provided between the plurality of display surfaces and an observer . Also, the present invention, the third means, the two-dimensional image, the display to a plurality of display surfaces so as to overlap when viewed from a point on a line connecting the right and left eyes of the observer, the The fourth means is characterized in that the luminance of the two-dimensional images displayed on the plurality of display surfaces is changed so that the overall luminance seen by the observer is equal to the luminance of the original display target object. . Also, in the present invention, the third means displays the two-dimensional image on the plurality of display surfaces so as to overlap when viewed from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer, and Means for measuring the brightness of each part of the two-dimensional image displayed on the plurality of display surfaces so that the overall brightness viewed by the observer is equal to the brightness of the original display target object; It is characterized by being changed according to the position. Further, the present invention is characterized in that the third means sequentially switches and displays the two-dimensional images generated by the image generating means, and displays a three-dimensional moving image. Also, in the present invention, when the two-dimensional image generated by the first means includes a plurality of object images moving in the depth direction, the fourth means may provide the observer with a direction in which the object moves. In the case of the approaching direction, in synchronization with the switching of the two-dimensional image by the third means, the brightness of the object image displayed on the plurality of display surfaces is changed from the display surface far from the observer to the observer. If the moving direction of the object is a direction away from the observer,
In synchronization with the switching of the two-dimensional image in the third means, the brightness of the object images displayed on the plurality of display surfaces is sequentially increased from the display surface closer to the observer to the display surface farther from the observer. It is characterized by doing.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一機能を有するものは同一符
号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 [実施の形態1]以下の実施例では、像を配置する
「面」という表現を用いるが、これは光学などで多用さ
れる像面などと同様な表現であり、かつこのような像面
を実現する手段としては、種々の光学素子(例えば、レ
ンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素
子、波長板など)と二次元表示装置(例えば、CRT、
液晶ディスプレイ、LEDディスプレイ、プラズマディ
スプレイ、FEDディスプレイ、DMDディスプレイ、
プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレ
イなど)を用いて、多くの光学的組み合わせ技術によ
り、実現可能なことは明らかである。また、以下の実施
例では、提示する三次元物体を主に2つの面に二次元像
として表示する場合について述べるが、これを2つ以上
の面としても同様な効果が期待できることは明らかであ
る。図1は、本発明の実施の形態1のヘッドマウントデ
ィスプレイ装置の原理を説明するための図である。本実
施の形態では、観察者100の前面に、複数の面(10
1,102)(例えば、面101が面102より観察者
100に近い)を設定し、これらの面に複数の二次元像
を表示するために、例えば、二次元表示装置と種々の光
学素子とを用いて光学系103を構成する(詳細は、実
施の形態3以下で後述する。)。この二次元表示装置と
しては、例えば、CRT、液晶ディスプレイ、LEDデ
ィスプレイ、プラズマディスプレイ、FEDディスプレ
イ、DMDディスプレイ、プロジェクション型ディスプ
レイ、線描画型ディスプレイなどが、また、光学素子と
しては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲
鏡、プリズム、偏光素子、波長板などが使用可能であ
る。ここで、観察者100は、これらの面(101,1
02)に表示された複数の二次元像と、観察者100の
左目、右目との相対位置を固定するため、例えば、固定
治具110を装着する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted. [Embodiment 1] In the following examples, the expression "surface" on which an image is arranged is used. This expression is similar to an image surface often used in optics and the like. As means for realizing, various optical elements (for example, lens, total reflection mirror, partial reflection mirror, curved mirror, prism, polarizing element, wave plate, etc.) and two-dimensional display device (for example, CRT,
Liquid crystal display, LED display, plasma display, FED display, DMD display,
It is obvious that the present invention can be realized by many optical combination techniques using a projection display, a line drawing display, and the like. Further, in the following embodiment, a case will be described in which a presented three-dimensional object is mainly displayed as a two-dimensional image on two surfaces. However, it is apparent that a similar effect can be expected by using two or more surfaces. . FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the head mounted display device according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a plurality of surfaces (10
1, 102) (for example, the surface 101 is closer to the observer 100 than the surface 102) and in order to display a plurality of two-dimensional images on these surfaces, for example, a two-dimensional display device and various optical elements are used. Is used to configure the optical system 103 (details will be described later in Embodiment 3 and below). Examples of the two-dimensional display device include a CRT, a liquid crystal display, an LED display, a plasma display, an FED display, a DMD display, a projection type display, and a line drawing type display. A reflecting mirror, a partial reflecting mirror, a curved mirror, a prism, a polarizing element, a wave plate, and the like can be used. Here, the observer 100 recognizes these planes (101, 1).
In order to fix the relative positions of the plurality of two-dimensional images displayed in 02) and the left and right eyes of the observer 100, for example, a fixing jig 110 is attached.

【0008】次に、図2に示すように、観察者100に
提示したい三次元物体104を、観察者100の左目と
右目とを結ぶ線上の一点から見て、面(101,10
2)に投影した像(以下、2D化像と称する。)である
2D化像(105,106)を生成する。この2D化像
の生成方法としては、例えば、前記一点から三次元物体
104をカメラで撮影する方法、別の方向から撮影した
複数枚の二次元像から合成する方法、コンピュータグラ
フィックによる合成技術、あるいは、モデル化を用いる
方法など種々の方法がある。この2D化像(105,1
06)を、図1に示すように、面101と面102の双
方に、前記一点から見て重なるように表示する。これ
は、例えば、2D化像(105,106)のそれぞれの
中心や重心を視線上に配置することで可能となる。
Next, as shown in FIG. 2, a three-dimensional object 104 to be presented to the observer 100 is viewed from a point on a line connecting the left eye and the right eye of the observer 100, and the plane (101, 10)
2D images (105, 106), which are images projected on 2) (hereinafter referred to as 2D images), are generated. As a method of generating the 2D image, for example, a method of photographing the three-dimensional object 104 from the one point with a camera, a method of composing from a plurality of two-dimensional images photographed from another direction, a compositing technique using computer graphics, or There are various methods such as a method using modeling. This 2D image (105, 1
06) is displayed on both the surface 101 and the surface 102 as shown in FIG. This is possible, for example, by arranging the centers and the centers of gravity of the 2D images (105, 106) on the line of sight.

【0009】本発明における重要な要点は、前記構成を
有する装置上で、2D化像(105,106)の各々の
輝度を、観察者100から見た総体的な輝度を一定に保
ちつつ(即ち、観察者100から見た総体的な輝度が三
次元物体104の輝度と等しくなるように)、三次元物
体104の奥行き位置に対応して変えることである。そ
の変え方の一例を、以下に述ベる。なお、図3ないし図
6では、白黒図面であるため、分かりやすいように輝度
が高い方を濃く示している。例えば、三次元物体104
を、面101の位置に対応する奥行き位置に表示する場
合には、図3に示すように、面101上の2D化像10
5の輝度を三次元物体104の輝度に等しくし、面10
2上の2D化像106の輝度をゼロとする。次に、例え
ば、三次元物体104が観察者100より少し遠ざかっ
て、三次元物体104を面101より面102側に少し
寄った奥行き位置に表示する場合には、図4に示すよう
に、2D化像105の輝度を少し下げ、2D化像106
の輝度を少し上げる。さらに、例えば、三次元物体10
4が観察者100よりさらに遠ざかって、三次元物体1
04を面101より面102側にさらに寄った奥行き位
置に表示する場合には、図5に示すように、2D化像1
05の輝度をさらに下げ、2D化像106の輝度をさら
に上げる。遂に、例えば、三次元物体104を、面10
2の位置に対応する奥行き位置に表示する場合には、面
102上の2D化像106の輝度を三次元物体104の
輝度に等しくし、面101上の2D化像105の輝度は
ゼロとする。このように表示することにより、人の生理
的、または心理的要因、あるいは錯覚により、表示して
いるのが2D化像(105,106)であっても、観察
者100には、あたかも面101と面102の中間に三
次元物体104が位置しているように感じられる。即
ち、例えば、面101と面102にほぼ等輝度の2D化
像(105,106)を表示した場合には、面101と
面102の奥行き位置の中間付近に三次元物体104が
あるように感じられる。
An important point of the present invention is that the luminance of each of the 2D images (105, 106) is kept constant on the apparatus having the above configuration while maintaining the overall luminance as viewed from the observer 100 (that is, the luminance is kept constant). (So that the overall luminance as viewed from the observer 100 becomes equal to the luminance of the three-dimensional object 104), corresponding to the depth position of the three-dimensional object 104. An example of the change is described below. 3 to 6 are black and white drawings, so that those with higher luminance are shown darker for easy understanding. For example, the three-dimensional object 104
Is displayed at a depth position corresponding to the position of the surface 101, as shown in FIG.
5 is equal to the luminance of the three-dimensional object 104, and the surface 10
The brightness of the 2D image 106 on 2 is set to zero. Next, for example, when the three-dimensional object 104 is slightly away from the observer 100 and the three-dimensional object 104 is displayed at a depth position slightly closer to the surface 102 side than the surface 101, as shown in FIG. The brightness of the compounded image 105 is slightly reduced,
Increase the brightness a little. Further, for example, the three-dimensional object 10
4 is further away from the observer 100, and the three-dimensional object 1
04 is displayed at a depth position further closer to the surface 102 than the surface 101, as shown in FIG.
Further, the luminance of the 2D image 106 is further increased. Finally, for example, the three-dimensional object 104 is
When the image is displayed at the depth position corresponding to the position 2, the luminance of the 2D image 106 on the surface 102 is made equal to the luminance of the three-dimensional object 104, and the luminance of the 2D image 105 on the surface 101 is set to zero. . By displaying in this manner, even if what is displayed is a 2D image (105, 106) due to human physiological or psychological factors or an illusion, the observer 100 is presented to the surface 101 as if it were a surface 101. It is felt that the three-dimensional object 104 is located between the and the surface 102. That is, for example, when the 2D images (105, 106) with almost equal luminance are displayed on the surfaces 101 and 102, it is felt that the three-dimensional object 104 is located near the middle of the depth position between the surfaces 101 and 102. Can be

【0010】特に、観察者100の左目と右目とを結ぶ
線上の一点として、左目と右目との間の一点を用いる場
合には、この効果を得られる信頼性が多くなる(簡単に
言うと多くの人が、あるいは多くの場合に効果が得られ
る。)。さらに、観察者100の左右眼の中心位置を前
記一点として用いると、さらに効果が得やすくなるとと
もに、左右眼における、例えば、面(101,102)
から生じる二重像の大きさを小さくできる利点を有す
る。
In particular, when one point between the left eye and the right eye is used as one point on the line connecting the left eye and the right eye of the observer 100, the reliability of obtaining this effect is increased (in short, many points). The effect is obtained in many people or in many cases.) Furthermore, when the center position of the left and right eyes of the observer 100 is used as the one point, the effect is more easily obtained, and for example, the plane (101, 102) in the left and right eyes
This has the advantage that the size of the double image resulting from is reduced.

【0011】なお、前記説明においては、例えば、三次
元物体104全体の奥行き位置を、例えば、面101、
面102に表示した二次元像を用いて表現する方法およ
び装置について主に述べたが、本実施の形態1の方法
は、例えば、三次元物体自体が有する奥行きを表現する
方法および装置としても使用できることは明らかであ
る。この場合には、2D化像(105,106)の各々
の部位の輝度を、観察者100から見た総体的な輝度を
一定に保ちつつ(即ち、観察者100から見た総体的な
輝度が三次元物体104の輝度と等しくなるように)、
三次元物体104の各部位が有する奥行き位置に対応し
て変えるようにすればよい。即ち、例えば、観察者10
0から近い面101に表示される2D化像105では、
観察者100に近い部位の輝度を高く、かつ遠い部位の
輝度を低くなるようにその奥行き位置に対応して徐々に
変化させる。また、観察者100から遠い面102に表
示される2D化像105では、観察者100に近い部位
の輝度を低く、かつ遠い部位の輝度が高くなるようにそ
の奥行き位置に対応して徐々に変化させる。このように
表示することにより、観察者100の生理的あるいは心
理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが二次元
像であっても、観察者100にはあたかも奥行きを持っ
た三次元物体に体があるように感じられる。
In the above description, for example, the depth position of the entire three-dimensional object 104 is, for example,
Although the method and apparatus for expressing using a two-dimensional image displayed on the surface 102 have been mainly described, the method according to the first embodiment is also used, for example, as a method and apparatus for expressing the depth of a three-dimensional object itself. Clearly what you can do. In this case, the brightness of each part of the 2D image (105, 106) is kept constant while the overall brightness viewed from the observer 100 is kept constant (that is, the overall brightness viewed from the observer 100 is reduced). (Equal to the brightness of the three-dimensional object 104),
What is necessary is just to change according to the depth position which each part of the three-dimensional object 104 has. That is, for example, the observer 10
In the 2D image 105 displayed on the surface 101 near 0,
The luminance is gradually changed in accordance with the depth position so that the luminance of a part close to the observer 100 is high and the luminance of a part far from the observer 100 is low. Further, in the 2D image 105 displayed on the surface 102 far from the observer 100, the brightness of a portion close to the observer 100 is low and the brightness of a portion far from the observer 100 is gradually changed in accordance with the depth position so as to increase the brightness. Let it. By displaying in this way, even if a two-dimensional image is displayed due to a physiological or psychological factor or an illusion of the observer 100, the observer 100 is given a three-dimensional object as if it had a depth. I feel as if I have a body.

【0012】本実施の形態においては、前記図18に示
す従来装置(平面表示装置)とは異なり、実際に像を表
示する面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも2つ以上
存在するため、従来の装置にあった両眼視差、輻輳と、
ピント調節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労な
どを抑制できると考えられる。また、ピント調節自体
は、観察者100が2つ以上の面を同時に見ることにな
るため、双方の像を最もぼけさずに見ることができる錯
覚位置に合致する。さらに、本実施の形態では、複数の
面の間にある三次元物体104も表現できることから、
三次元表示を行う場合のデータ量を大きく減らせる利点
も有する。また、本実施の形態は、観察者100に固定
して装置を装着するため、観察者100の動きや眼の動
きに対応して2D化像を表示しやすい利点を有する。な
お、ヘッドマウントディスプレイ装置とは、基本的には
表示装置を頭部に装着・固定するものであるが、観察者
100の両眼と面との位置関係が変化しないように構成
された装置であれば、表示装置を頭部に装着しない装置
であっても、本発明が適用可能であることは明らかであ
る。また、本実施の形態は、二次元像の輝度の変化のみ
による人の生理的、心理的あるいは錯覚を利用している
ため、光源として、特にレーザー等のコヒーレント光源
を必要とせず、かつ、カラー化も容易である利点を有し
ている。また、本実施の形態は、機械的駆動部を含まな
いため、軽量化、信頼性の向上などに適している利点を
有する。なお、本実施の形態においては、二次元像を配
置する面の中で、主に2つの面に関してのみ記述し、か
つ観察者100に提示する三次元物体104が2つの面
の間にある場合について説明したが、二次元像を配置す
る面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三次元
物体104の位置が異なる場合であっても、同様な構成
が可能であることは明らかである。
In the present embodiment, unlike the conventional device (flat display device) shown in FIG. 18, there are at least two or more surfaces for actually displaying an image across the illusion position. Binocular parallax, convergence that was in the device of
It is considered that contradiction between focus adjustment and eye strain can be greatly suppressed. In addition, since the focus adjustment itself causes the observer 100 to view two or more surfaces at the same time, it matches the illusion position where both images can be seen without blurring. Furthermore, in this embodiment, since the three-dimensional object 104 between a plurality of surfaces can be expressed,
There is also an advantage that the data amount when performing three-dimensional display can be greatly reduced. In addition, the present embodiment has an advantage that the 2D image can be easily displayed in accordance with the movement of the observer 100 and the movement of the eyes because the apparatus is fixed to the observer 100 and the device is mounted. The head-mounted display device is basically a device in which the display device is attached and fixed to the head, but is a device configured so that the positional relationship between the eyes and the surface of the observer 100 does not change. If so, it is clear that the present invention is applicable to a device in which the display device is not mounted on the head. In addition, since the present embodiment utilizes the physiological, psychological, or illusion of a person only due to the change in the luminance of the two-dimensional image, it does not require a coherent light source such as a laser, and This has the advantage that the conversion is easy. In addition, the present embodiment does not include a mechanical drive unit, and thus has an advantage that it is suitable for weight reduction, improvement in reliability, and the like. Note that, in the present embodiment, only two planes are mainly described among the planes on which the two-dimensional image is arranged, and the three-dimensional object 104 to be presented to the observer 100 is between the two planes. However, it is obvious that the same configuration is possible even when the number of surfaces on which the two-dimensional image is arranged is larger than this, or when the position of the presented three-dimensional object 104 is different.

【0013】本実施の形態は、各二次元表示装置が動画
対応できる表示速度を有しているだけで、観察者からみ
て左右上方向には動画表示ができることは明らかであ
り、かつ、奥行き方向にも、複数の面の輝度変化を1フ
レーム毎に行っていけば可能であることは明らかであ
る。この場合には、2D化像(105,106)の各々
の部位の輝度を、観察者100から見た総体的な輝度を
一定に保ちつつ(即ち、観察者100から見た総体的な
輝度が三次元物体104の輝度と等しくなるように)、
三次元物体104の奥行き位置の時間的変化に対応して
変化させることである。即ち、例えば、三次元物体10
4が面101上にある場合には、面101上の2D化像
105の輝度を三次元物体104の輝度に等しくし、面
102上の2D化像106の輝度はゼロとする。
In the present embodiment, it is clear that a moving image can be displayed in the upper right and left directions from the viewpoint of the observer only when each of the two-dimensional display devices has a display speed capable of coping with the moving image. However, it is obvious that the luminance can be changed by changing the luminance of a plurality of surfaces for each frame. In this case, the brightness of each part of the 2D image (105, 106) is kept constant while the overall brightness viewed from the observer 100 is kept constant (that is, the overall brightness viewed from the observer 100 is reduced). (Equal to the brightness of the three-dimensional object 104),
This is to change the depth position of the three-dimensional object 104 in response to a temporal change. That is, for example, the three-dimensional object 10
When 4 is on the surface 101, the luminance of the 2D image 105 on the surface 101 is made equal to the luminance of the three-dimensional object 104, and the luminance of the 2D image 106 on the surface 102 is set to zero.

【0014】次に、例えば、三次元物体104が、次第
に観察者100より時間的に少し遠ざかり、面101よ
り面102側に時間的に少し寄ってくる場合には、三次
元物体104の奥行き位置の移動に対応させて2D化像
105の輝度を時間的に少し下げ、かつ2D化像106
の輝度を時間的に少し上げる。次に、例えば、三次元物
体104が観察者100より時間的にさらに遠ざかり、
面101より面102側にさらに寄った位置に時間的に
移動する場合には、三次元物体104の奥行き位置の移
動に対応させて2D化像105の輝度を時間的にさらに
下げ、かつ2D化像106の輝度を時間的にさらに上げ
る。次に、例えば、三次元物体104が、遂に面102
上まで時間的に移動してきた場合には、三次元物体10
4の奥行き位置の移動に対応させてこの上の2D化像1
06の輝度を三次元物体104の輝度に等しくなるまで
時間的に変化させ、かつ面101上の2D化像105の
輝度がゼロとなるまで変化させる。このように表示する
ことにより、人の生理的あるいは心理的要因あるいは錯
覚により、表示しているのが2D化像(105,10
6)であっても、観察者100にはあたかも面(10
1,102)の間を、面101から面102に三次元物
体104が奥行き方向に移動するように感じられる。ま
た、前記した二次元像は、1フレーム中に表示するので
あれば、同時に表示しても、別々の時間に表示しても、
あるいはある時間だけ同時に表示して、他の時間は別々
に表示しても、残像効果の原理から同様な効果が得られ
ることは明らかである。さらに、本実施の形態では、複
数の面の間にある三次元物体も表現できることから、三
次元表示を行う場合のデータ量を大きく減らせる利点も
有する。 [実施の形態2]図7は、本発明の実施の形態2のヘッ
ドマウントディスプレイ装置の原理を説明するための図
である。本実施の形態では、観察者100の右眼と左眼
の前面に、複数の面、例えば、面(1R1,1R2,1
L1,1L2)(例えば、面(1R1,1L1)が面
(1R2,1L2)より観察者100に近い)を設定
し、これらの面に複数の二次元像を表示するために、例
えば、二次元表示装置と、種々の光学素子を用いて、光
学系103を右眼用と左眼用とに各々構築する(詳細
は、実施の形態3以下で後述する)。この二次元表示装
置としては、例えば、CRT、液晶ディスプレイ、LE
Dディスプレイ、プラズマディスプレイ、FEDディス
プレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型デ
ィスプレイなどが、また、光学素子としては、例えば、
レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲境、プリズム、偏光
素子、波長板などが使用可能である。ここで、観察者1
00は、これらの面(1R1,1R2,1L1,1L
2)に表示された複数の二次元像と、観察者100の左
目、右目との相対位置を固定するため、例えば、固定治
具210を装着する。
Next, for example, when the three-dimensional object 104 gradually moves away from the observer 100 a little in time and slightly closes to the surface 102 from the surface 101, the depth position of the three-dimensional object 104 The brightness of the 2D image 105 is slightly reduced temporally in accordance with the movement of the
Slightly increase the brightness over time. Next, for example, the three-dimensional object 104 moves farther in time than the observer 100,
In the case of temporally moving to a position further closer to the surface 102 than the surface 101, the luminance of the 2D image 105 is further reduced temporally in accordance with the movement of the depth position of the three-dimensional object 104, and the 2D image is formed. The brightness of the image 106 is further increased over time. Next, for example, the three-dimensional object 104 finally reaches the surface 102.
When moving up in time, the three-dimensional object 10
2D image 1 corresponding to the movement of the depth position 4
06 is changed over time until it becomes equal to the brightness of the three-dimensional object 104, and until the brightness of the 2D image 105 on the surface 101 becomes zero. By displaying in this manner, what is displayed is a 2D image (105, 10) due to human physiological or psychological factors or an illusion.
6), it is as if the observer 100 is facing (10
It is felt that the three-dimensional object 104 moves in the depth direction from the surface 101 to the surface 102 between (1, 102). In addition, if the two-dimensional image is displayed in one frame, the two-dimensional image can be displayed simultaneously or at different times.
Alternatively, it is apparent that the same effect can be obtained from the principle of the afterimage effect even if the image is displayed simultaneously for a certain time and separately displayed at other times. Further, in the present embodiment, since a three-dimensional object existing between a plurality of surfaces can be expressed, there is an advantage that the amount of data when performing three-dimensional display can be greatly reduced. [Second Embodiment] FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of a head-mounted display device according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a plurality of surfaces, for example, surfaces (1R1, 1R2, 1) are provided in front of the right and left eyes of the observer 100.
L1, 1L2) (for example, the plane (1R1, 1L1) is closer to the observer 100 than the plane (1R2, 1L2)), and in order to display a plurality of two-dimensional images on these planes, for example, two-dimensional Using the display device and various optical elements, the optical system 103 is constructed for each of the right eye and the left eye (details will be described later in Embodiment 3 and below). As the two-dimensional display device, for example, a CRT, a liquid crystal display, an LE
D display, plasma display, FED display, projection type display, line drawing type display, etc., and as the optical element, for example,
A lens, a total reflection mirror, a partial reflection mirror, a curved surface, a prism, a polarizing element, a wave plate, and the like can be used. Here, observer 1
00 indicates these planes (1R1, 1R2, 1L1, 1L
In order to fix the relative positions of the plurality of two-dimensional images displayed in 2) and the left and right eyes of the observer 100, for example, a fixing jig 210 is attached.

【0015】次に、図8に示すように、観察者100に
提示したい三次元物体104を、観察者100の左目と
右目とを結ぶ線上の一点から見て、面(1R1,1R
2,1L1,1L2)へ投影した像(以下、2D化像と
称する。)である2D化像(1R5,1R6,1L5,
1L6)を生成する。なお、図8では、右眼用の構成の
みを図示しているが、左眼用では、記号RをLと読み代
えればよい。また、2D化像(1R5,1R6,1L
5,1L6)を生成する方法は、例えば、視線方向から
三次元物体104をカメラで撮影した二次元像を用いる
方法、別の方向からから撮影した複数枚の二次元像から
合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによ
る合成技術、あるいはモデル化を用いる方法など種々の
方法がある。これら2D化像(1R5,1R6,1L
5,1L6)を、図7に示すように、それぞれ面(1R
1,1L1)と、面(1R2,1L2)の双方に、観察
者100の左眼と右眼とを結ぶ線上の一点からみて重な
るように表示する。これは、例えば、2D化像(1R
5,1R6,1L5,1L6)の各々の中心、あるいは
重心を視線上に配置することで可能となる。
Next, as shown in FIG. 8, the three-dimensional object 104 to be presented to the observer 100 is viewed from a point on a line connecting the left eye and the right eye of the observer 100, and is viewed from the surface (1R1, 1R).
2D image (1R5, 1R6, 1L5) which is an image (hereinafter, referred to as a 2D image) projected onto (2, 1L1, 1L2).
1L6). Although FIG. 8 shows only the configuration for the right eye, the symbol R may be replaced with L for the left eye. In addition, 2D images (1R5, 1R6, 1L
The method of generating (5, 1L6) includes, for example, a method using a two-dimensional image of the three-dimensional object 104 captured by a camera from the line of sight, a method of combining a plurality of two-dimensional images captured from another direction, or There are various methods such as a synthesis technique using computer graphics and a method using modeling. These 2D images (1R5, 1R6, 1L
5, 1L6) as shown in FIG.
1, 1L1) and the plane (1R2, 1L2) are displayed so as to overlap as viewed from one point on a line connecting the left eye and the right eye of the observer 100. This is, for example, a 2D image (1R
5, 1R6, 1L5, 1L6) can be realized by arranging the center or the center of gravity on the line of sight.

【0016】本実施の形態における重要な要点は、前記
構成を有する装置で、2D化像(1R5,1R6,1L
5,1L6)の各々の輝度を、観察者100から見た総
体的な輝度を一定に保ちつつ(即ち、観察者100から
見た総体的な輝度が三次元物体104の輝度と等しくな
るように)、三次元物体104の奥行き位置に対応し
て、人間の眼の残像時間内で、変えることである。その
変え方の一例を、以下に述ベる。なお、両眼ともに同様
であるため、図9ないし図12では右眼のみを記し、さ
らに、図9ないし図12では、白黒図面であるため、分
かりやすいように輝度が高い方を濃く示している。例え
ば、三次元物体104を、面(1R1,1L1)上の位
置に対応する奥行き位置に表示する場合には、図9に示
すように、面(1R1,1L1)の2D化像(1R5,
1L5)の輝度を三次元物体104の輝度に等しくし、
面(1R2,1L2)上の2D化像(1R6,1L6)
の輝度はゼロとする。次に、例えば、三次元物体104
が観察者100より少し遠ざかって、三次元物体104
を、面(1R1,1L1)より面(1R2,1L2)側
に少し寄った位置の奥行き位置に表示する場合には、図
10に示すように、2D化像(1R5,1L5)の輝度
を少し下げ、2D化像(1R6,1L6)の輝度を少し
上げる。さらに、例えば、三次元物体104が観察者1
00よりさらに遠ざかって、三次元物体104を、面
(1R1,1L1)より面(1R2,1L2)側にさら
に寄った位置の奥行き位置に表示する場合には、図11
に示すように、2D化像(1R5,1L5)の輝度をさ
らに下げ、2D化像(1R6,1L6)の輝度をさらに
上げる。遂に、例えば、三次元物体104を、面(1R
2,1L2)上に対応する奥行き位置に表示する場合に
は、図12に示すように、面(1R2,1L2)上の2
D化像(1R6,1L6)の輝度を三次元物体104の
輝度に等しくし、面(1R1,1L1)上の2D化像
(1R5、1L5)の輝度をゼロとする。このように表
示することにより、人の生理的、心理的要因あるいは錯
覚により、表示しているのが2D化像(1R5,1R
6,1L5,1L6)であっても、観察者100には、
あたかも面(1R1,1L1)と面(1R2,1L2)
との中間に三次元物体104が位置しているように感じ
られる。即ち、例えば、面(1R1,1L1)と面(1
R2,1L2)とにほぼ等輝度の2D化像を表示した場
合には、面(1R1,1L1)と面(1R2,1L2)
の奥行き位置の中間付近に三次元物体104があるよう
に感じられる。特に、観察者100の左目と右目とを結
ぶ線上の一点として、左目と右目との間の一点を用いる
場合には、この効果を得られる信頼性が多くなる(簡単
に言うと多くの人が、あるいは多くの場合に効果が得ら
れる。)。さらに、観察者100の左右眼の中心位置を
前記一点として用いると、さらに効果が得やすくなると
ともに、左右眼における、例えば、面(101,10
2)から生じる二重像の大きさを小さくできる利点を有
する。
An important point of this embodiment is that the apparatus having the above-described configuration is a 2D image (1R5, 1R6, 1L).
5, 1L6) so that the overall brightness as viewed from the observer 100 is kept constant (that is, the overall brightness as viewed from the observer 100 is equal to the brightness of the three-dimensional object 104). ), Changing within the afterimage time of the human eye in accordance with the depth position of the three-dimensional object 104. An example of the change is described below. Since both eyes are the same, only the right eye is shown in FIGS. 9 to 12, and since FIGS. 9 to 12 are black and white drawings, those with higher luminance are shown darker for easy understanding. . For example, when the three-dimensional object 104 is displayed at a depth position corresponding to a position on the plane (1R1, 1L1), as shown in FIG. 9, a 2D image (1R5, 1R5) of the plane (1R1, 1L1) is displayed.
1L5) is equal to the luminance of the three-dimensional object 104,
2D image (1R6, 1L6) on plane (1R2, 1L2)
Has a luminance of zero. Next, for example, the three-dimensional object 104
Is slightly away from the observer 100, and the three-dimensional object 104
Is displayed at a position slightly closer to the surface (1R2, 1L2) than the surface (1R1, 1L1), as shown in FIG. 10, the brightness of the 2D image (1R5, 1L5) is slightly reduced. The brightness of the 2D image (1R6, 1L6) is slightly increased. Further, for example, the three-dimensional object 104 is
When the three-dimensional object 104 is displayed at a depth position closer to the plane (1R2, 1L2) side than the plane (1R1, 1L1) further away from 00, FIG.
As shown in (2), the luminance of the 2D image (1R5, 1L5) is further reduced, and the luminance of the 2D image (1R6, 1L6) is further increased. Finally, for example, the three-dimensional object 104 is placed on a surface (1R
When displaying at a depth position corresponding to (1, 2L2) on the plane (1R2, 1L2), as shown in FIG.
The luminance of the D images (1R6, 1L6) is made equal to the luminance of the three-dimensional object 104, and the luminance of the 2D images (1R5, 1L5) on the plane (1R1, 1L1) is set to zero. By displaying in this manner, the displayed 2D image (1R5, 1R) is displayed due to a physiological or psychological factor or an illusion of a person.
6, 1L5, 1L6), the observer 100
As if the plane (1R1, 1L1) and the plane (1R2, 1L2)
It is felt that the three-dimensional object 104 is located in the middle between the two. That is, for example, the plane (1R1, 1L1) and the plane (1
R2, 1L2) and the planes (1R1, 1L1) and (1R2, 1L2)
It is felt that there is a three-dimensional object 104 near the middle of the depth position of. In particular, when one point between the left eye and the right eye is used as one point on a line connecting the left eye and the right eye of the observer 100, the reliability of obtaining this effect is increased (in short, many people have a problem). Or, in many cases, the effect is obtained.) Further, when the center position of the left and right eyes of the observer 100 is used as the one point, the effect is more easily obtained, and for example, the plane (101, 10) in the left and right eyes
This has the advantage that the size of the double image resulting from 2) can be reduced.

【0017】なお、本実施の形態においても、前記実施
の形態1と同様、三次元物体自体が有する奥行きを表現
できることは明らかである。本実施の形態では、前記図
18に示した従来装置とは異なり、実際に像を表示する
面が、その錯覚位置を挟んで少なくとも2つ以上存在す
るため、従来装置にあった両眼視差、輻輳と、ピント調
節との間の矛盾を大きく抑制でき、眼精疲労などを抑制
できると考えられる。また、本実施の形態では、ピント
調節自体は、観察者100が2つ以上の面を同時に見る
ことになるため、双方の像を最もぼけさずに見ることが
できる錯覚位置に合致する。また、本実施の形態では、
左右眼に個別に装置を取り付けるため、観察者の動きや
眼の動きに対応して2D化像を表示しやすい利点を有す
る。また、本実施の形態では、2次元像の輝度の変化の
みによる人の生理的、心理的要因あるいは錯覚を利用し
ているため、光源として、特に、レーザーなどのコヒー
レント光源を必要とせず、かつカラー化も容易である利
点を有している。また、本実施の形態では、機械的駆動
部を含まないため、軽量化、信頼性の向上などに適して
いる利点を有する。なお、本実施例においては、二次元
像を配置する面の中で主に2つの面に関してのみ説明
し、かつ観察者100に提示する三次元物体104が2
つの面の間にある場合について述べたが、二次元像を配
置する面の個数がこれよりも多く、あるいは提示する三
次元物体の位置が異なる場合であっても、同様な構成が
可能であることは明らかである。本実施の形態は、各二
次元表示装置が動画対応できる表示速度を有しているだ
けで、観察者からみて左右上方向には動画表示ができる
ことは明らかであり、かつ、奥行き方向にも、複数の面
の輝度変化を1フレーム毎に行っていけば可能であり、
前記実施の形態1と同様、動画表示ができることも明ら
かである。また、前記した二次元像は、1フレーム中に
表示するのであれば、同時に表示しても、別々の時間に
表示しても、あるいはある時間だけ同時に表示して、他
の時間は別々に表示しても、残像効果の原理から同様な
効果が得られることは明らかである。さらに、本実施の
形態では、複数の面の間にある三次元物体も表現できる
ことから、三次元表示を行う場合のデータ量を大きく減
らせる利点も有する。 [実施の形態3]以下、前記各実施の形態に使用可能な
光学系103について説明する。図13は、前記各実施
の形態に使用可能な光学系103の一例を示す図であ
る。図13に示す光学系103は、複数の二次元表示装
置(201,202)と、全反射鏡203(例えば、反
射率/透過率=100/0)、部分反射鏡204(例え
ば、反射率/透過率=50/50)とを使用するもので
ある。ここで、複数の二次元表示装置(201,20
2)は、例えば、CRT、液晶ディスプレイ、LEDデ
ィスプレイ、プラズマディスプレイ、FEDディスプレ
イ、DMDディスプレイ、プロジェクション型ディスプ
レイ、線描画型ディスプレイなどで構成される。図13
に示す光学系において、各々の配置を変えることによ
り、二次元表示装置201の2次元像が全反射鏡203
で反射し、部分反射鏡204を透過してできる面205
と、二次元表示装置202の二次元像が部分反射鏡20
4を反射してできる面206とを奥行き方向に異なる位
置に配置することができる。図13に示す光学系では、
鏡(全反射鏡203、部分反射鏡204)のみを用いる
ため、画質の劣化が少ない利点を有する。
It is clear that the depth of the three-dimensional object itself can be expressed in the present embodiment, as in the first embodiment. In the present embodiment, unlike the conventional device shown in FIG. 18, since there are at least two surfaces for actually displaying an image across the illusion position, the binocular parallax, It is considered that the contradiction between the convergence and the focus adjustment can be largely suppressed, and eyestrain and the like can be suppressed. In the present embodiment, the focus adjustment itself matches the illusion position where the observer 100 can see both images with the least blur since the observer 100 sees two or more surfaces simultaneously. In the present embodiment,
Since the devices are individually attached to the left and right eyes, there is an advantage that a 2D image can be easily displayed according to the movement of the observer or the movement of the eyes. Further, in the present embodiment, since a physiological or psychological factor or an illusion of a person based only on a change in luminance of a two-dimensional image is used, a coherent light source such as a laser is not particularly required as a light source, and It has the advantage that colorization is easy. In addition, the present embodiment does not include a mechanical driving unit, and thus has an advantage that it is suitable for weight reduction, improvement in reliability, and the like. In the present embodiment, only two planes among the planes on which a two-dimensional image is arranged will be described, and the three-dimensional object 104 to be presented to the observer 100 is two-dimensional.
Although the case where the two-dimensional image is located between two surfaces has been described, a similar configuration is possible even when the number of surfaces on which the two-dimensional image is arranged is larger than this, or when the position of the three-dimensional object to be presented is different. It is clear. In the present embodiment, it is clear that each two-dimensional display device has a display speed that can support a moving image, and it is clear that a moving image can be displayed in the left and right upper direction as viewed from the observer, and also in the depth direction, It is possible if the brightness changes of multiple surfaces are performed for each frame,
It is clear that moving images can be displayed as in the first embodiment. In addition, if the two-dimensional image described above is displayed in one frame, it can be displayed simultaneously, displayed at different times, or displayed simultaneously for a certain time, and separately displayed at other times. However, it is clear that a similar effect can be obtained from the principle of the afterimage effect. Further, in the present embodiment, since a three-dimensional object existing between a plurality of surfaces can be expressed, there is an advantage that the amount of data when performing three-dimensional display can be greatly reduced. [Embodiment 3] Hereinafter, an optical system 103 that can be used in each of the above embodiments will be described. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the optical system 103 that can be used in each of the embodiments. The optical system 103 shown in FIG. 13 includes a plurality of two-dimensional display devices (201, 202), a total reflection mirror 203 (for example, reflectance / transmittance = 100/0), and a partial reflection mirror 204 (for example, reflectance / (Transmittance = 50/50). Here, a plurality of two-dimensional display devices (201, 20)
2) includes, for example, a CRT, a liquid crystal display, an LED display, a plasma display, an FED display, a DMD display, a projection display, a line drawing display, and the like. FIG.
In the optical system shown in (1), the two-dimensional image of the two-dimensional display device 201 is changed by changing the respective arrangements.
Surface 205 that is reflected by
And the two-dimensional image of the two-dimensional display device 202 is
4 can be arranged at different positions in the depth direction. In the optical system shown in FIG.
Since only mirrors (total reflection mirror 203 and partial reflection mirror 204) are used, there is an advantage that image quality is less deteriorated.

【0018】図14は、前記各実施の形態に使用可能な
光学系103の他の例を示す図である。図14に示す光
学系103は、図13に示す光学系にレンズ(207,
208)などを含めることにより、面の位置をよりフレ
キシブルに変更できるようにしたものである。図14に
示す光学系において、即ち、複数の二次元表示装置(2
01,202)と、全反射鏡203(例えば、反射率/
透過率=100/0)、部分反射鏡204(例えば、反
射率/透過率=50/50)の構成に、例えば、凸レン
ズ(207,208)を加えて像位置を変えることによ
り、装置の大きさの制約などにより限られていた面20
5と面206の位置関係をより柔軟に設定することがで
きる。勿論、凸レンズだけでなく組み合わせレンズなど
を用いたレンズ光学系を用いることにより、歪みなどの
点で有利なる場合もあることは通常のレンズ光学系と同
様である。また、この場合は虚像を用いる場合を例とし
て示したが、実像を用いる場合でも同様なことができる
ことは明らかである。
FIG. 14 is a diagram showing another example of the optical system 103 that can be used in each of the above embodiments. The optical system 103 shown in FIG. 14 is similar to the optical system shown in FIG.
208) etc., the position of the surface can be changed more flexibly. In the optical system shown in FIG. 14, that is, a plurality of two-dimensional display devices (2
01, 202) and the total reflection mirror 203 (for example, the reflectance /
By changing the image position by adding, for example, a convex lens (207, 208) to the configuration of the partial reflecting mirror 204 (for example, reflectance / transmittance = 50/50), the size of the apparatus can be increased. The surface 20 which was limited due to restrictions on length
The positional relationship between 5 and the surface 206 can be set more flexibly. Of course, the use of a lens optical system using not only a convex lens but also a combination lens may be advantageous in terms of distortion and the like, as in the ordinary lens optical system. Further, in this case, the case where a virtual image is used has been described as an example, but it is apparent that the same can be achieved when a real image is used.

【0019】図15は、前記各実施の形態に使用可能な
光学系103の他の例を示す図である。図15に示す光
学系103は、図13に示す光学系に、さらに二次元表
示装置を追加したものである。即ち、複数の二次元表示
装置(211,212,213,214,215)と、
例えば、全反射鏡216(例えば、反射率/透過率=1
00/0)、部分反射鏡217(例えば、反射率/透過
率=50/50)、218(例えば、反射率/透過率=
33.3/66.7)、219(例えば、反射率/透過
率=25/75)、220(例えば、反射率/透過率=
20/80)を用いて光学系を構成したものである。図
15に示す光学系103において、各々の配置を変える
ことにより、二次元表示装置211の二次元像が全反射
鏡216を反射して部分反射鏡(217〜220)を透
過してできる面221と、二次元表示装置(212〜2
15)の二次元像が各々部分反射鏡(217〜220)
で反射し、さらに部分反射鏡を透過してできる面(22
2〜225)を、各々奥行き方向に異なる位置に配置す
ることができる。この図15に示す光学系103では、
鏡のみを用いるため、画質の劣化が少ない利点を有す
る。なお、図15では、二次元表示装置が5個の場合に
ついて述べたが、それ以外の個数でも同様な構成が可能
なことは明らかである。この場合においても、図14の
ように、レンズ光学系を付加することにより、面の位置
を制御しやすくなることは同様に明らかである。
FIG. 15 is a diagram showing another example of the optical system 103 that can be used in each of the above embodiments. The optical system 103 shown in FIG. 15 is obtained by further adding a two-dimensional display device to the optical system shown in FIG. That is, a plurality of two-dimensional display devices (211, 212, 213, 214, 215)
For example, the total reflection mirror 216 (for example, reflectance / transmittance = 1
00/0), partial reflecting mirror 217 (for example, reflectance / transmittance = 50/50), 218 (for example, reflectance / transmittance =
33.3 / 66.7), 219 (eg, reflectivity / transmittance = 25/75), 220 (eg, reflectivity / transmittance =
20/80) to form an optical system. In the optical system 103 shown in FIG. 15, the surface 221 formed by changing the arrangement of the two-dimensional display device 211 reflects the total reflection mirror 216 and transmits the partial reflection mirrors (217 to 220). And a two-dimensional display device (212 to 2)
15) The two-dimensional images are partially reflected mirrors (217 to 220), respectively.
Surface (22)
2 to 225) can be arranged at different positions in the depth direction. In the optical system 103 shown in FIG.
Since only a mirror is used, there is an advantage that image quality is less deteriorated. Although FIG. 15 illustrates the case where the number of the two-dimensional display devices is five, it is obvious that a similar configuration can be performed with other two-dimensional display devices. In this case as well, it is apparent that the position of the surface can be easily controlled by adding a lens optical system as shown in FIG.

【0020】図16は、前記各実施の形態に使用可能な
光学系103の他の例を示す図である。図16に示す光
学系103は、複数のプロジェクタ型二次元表示装置
(231,232,233,234,235)と、シャ
ッタ(241,242,243,244,245)と、
散乱板(236,237,238,239,240)と
を用いて、各プロジェクタ型二次元表示装置(231〜
235)からシャッタ(241〜245)を介して散乱
板(236〜240)に二次元像を投影することによ
り、複数の二元像を配置するための光学系を構成したも
のである。ここで、各プロジェクタ型二次元表示装置
(231〜235)は、例えば、CTR型、LCD型、
ILV型、DMD型等で構成される。また、散乱板(2
36〜240)は、例えば、高分子分散型液晶素子、ホ
ログラフッィク高分子分散型液晶素子、液晶とマルチレ
ンズアレイの組合せ素子などのように、散乱状態/透過
状態、反射状態/透過状態を制御でき、さらに、シャッ
タ(241〜245)は、例えば、ツイストネマティッ
ク液晶素子、強誘電液晶素子、あるいは機械的シャッタ
素子などのように透過状態/遮断状態を制御できるもの
とする。散乱板(236〜240)を奥行き位置を変え
て配置し、これらの散乱板(236〜240)に、各プ
ロジェクタ型二次元表示装置(231〜235)の各々
のピント面を合わせて二次元像を投射し、かつ散乱板
(236〜240)の散乱状態/透過状態のタイミング
と、シャッタ(241〜245)の透過状態/遮断状態
のタイミングを合わせて駆動することにより、時分割
で、散乱板(236〜240)上に形成される面(24
1〜245)の奥行き位置を制御できる。この図16に
示す光学系103のように、プロジェクタ型二次元表示
装置(231〜235)を用いる場合には、装置のレイ
アウトの自由度が大きい利点を有する。なお、この図1
6に示す光学系103では、プロジェクタ型二次元表示
装置が5個の場合について述べたが、それ以外の個数で
も同様な構成が可能なことは明らかである。また、シャ
ッタ(241〜245)の代わりに、プロジェクタ型二
次元表示装置(231〜235)のランプをON/OF
Fしてもよいことは明らかである。
FIG. 16 is a diagram showing another example of the optical system 103 that can be used in each of the above embodiments. The optical system 103 shown in FIG. 16 includes a plurality of projector type two-dimensional display devices (231, 232, 233, 234, 235), shutters (241, 242, 243, 244, 245),
Using the scattering plates (236, 237, 238, 239, 240), each projector type two-dimensional display device (231 to 231) is used.
An optical system for arranging a plurality of binary images is formed by projecting a two-dimensional image from the light source 235 through the shutters 241 to 245 onto the scattering plates 236 to 240. Here, each of the projector type two-dimensional display devices (231 to 235) is, for example, a CTR type, an LCD type,
It is composed of ILV type, DMD type and the like. In addition, the scattering plate (2
36 to 240) can control a scattering state / transmission state and a reflection state / transmission state, for example, like a polymer dispersed liquid crystal element, a holographic polymer dispersed liquid crystal element, and a combination element of a liquid crystal and a multi-lens array. Further, the shutters (241 to 245) can control the transmission state / blocking state like a twisted nematic liquid crystal element, a ferroelectric liquid crystal element, or a mechanical shutter element. The scattering plates (236 to 240) are arranged at different depth positions, and the respective focusing surfaces of the projector type two-dimensional display devices (231 to 235) are aligned with these scattering plates (236 to 240) to obtain a two-dimensional image. And the timing of the scattering state / transmission state of the scattering plates (236 to 240) and the timing of the transmission state / blocking state of the shutters (241 to 245) are driven in synchronization with each other, so that (236-240) formed on the surface (24
1 to 245) can be controlled. When the projector type two-dimensional display device (231 to 235) is used as in the optical system 103 shown in FIG. 16, there is an advantage that the degree of freedom in the layout of the device is large. Note that FIG.
In the optical system 103 shown in FIG. 6, the case where the number of the projector-type two-dimensional display devices is five has been described, but it is apparent that the same configuration is possible with other numbers. Also, instead of the shutters (241 to 245), the lamps of the projector type two-dimensional display devices (231 to 235) are turned ON / OF.
Obviously, F may be used.

【0021】前記各実施の形態では、ヘッドマウントデ
ィスプレイ装置付近、または内部あるいはこれより奥に
面がある場合について主に述べたが、これらの面を光学
装置を追加することにより、二次元表示装置より離し
て、あるいは前面に配置することも容易に可能である。
その一例を、図17に示す。例えば、前記各実施の形態
に示す光学系301の前面に、例えば、レンズ光学系3
03を配置することにより、内部の面302を外部の面
304の位置へ変換できることは明らかである。このよ
うな場合には、三次元像が空間に浮いて再現されるた
め、三次元像が装置内部や後方にある場合に比べ、人に
とってより三次元に感じやすいという利点を有する。以
上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態
に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲において種々変更可能であることは勿論である。
In each of the above-described embodiments, the case where there is a surface near, inside, or behind the head-mounted display device has been mainly described. It is easily possible to arrange them further apart or on the front side.
An example is shown in FIG. For example, on the front surface of the optical system 301 shown in each of the above embodiments, for example, the lens optical system 3
Obviously, by arranging 03, the inner surface 302 can be converted to the position of the outer surface 304. In such a case, since the three-dimensional image is reproduced floating in space, there is an advantage that a person can easily feel three-dimensionally compared to a case where the three-dimensional image is inside or behind the apparatus. As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Of course, it is.

【0022】[0022]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。本発明によれば、立体視の生理的要因
間の矛盾を抑制でき、かつ情報量の少なくでき、電気的
に書き換え可能な三次元動画像を再生することが可能と
なる。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the contradiction between the physiological factors of stereoscopic vision can be suppressed, the amount of information can be reduced, and it is possible to reproduce an electrically rewritable three-dimensional moving image.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1のヘッドマウントディス
プレイ装置の原理を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a head mounted display device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1のヘッドマウントディス
プレイ装置における2D化像の生成方法を説明するため
の図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of generating a 2D image in the head mounted display device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態1のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態1のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態1のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態2のヘッドマウントディス
プレイ装置の原理を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of the head mounted display device according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態2のヘッドマウントディス
プレイ装置における2D化像の生成方法を説明するため
の図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of generating a 2D image in the head mounted display device according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態2のヘッドマウントディス
プレイ装置における三次元像の表示方法を説明するため
の図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態2のヘッドマウントディ
スプレイ装置における三次元像の表示方法を説明するた
めの図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態2のヘッドマウントディ
スプレイ装置における三次元像の表示方法を説明するた
めの図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態2のヘッドマウントディ
スプレイ装置における三次元像の表示方法を説明するた
めの図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method of displaying a three-dimensional image in the head mounted display device according to the second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
一例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an optical system that can be used in each embodiment of the present invention.

【図14】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of an optical system that can be used in each embodiment of the present invention.

【図15】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating another example of an optical system that can be used in each embodiment of the present invention.

【図16】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating another example of an optical system that can be used in each embodiment of the present invention.

【図17】本発明の各実施の形態に使用可能な光学系の
他の例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating another example of an optical system that can be used in each embodiment of the present invention.

【図18】従来の電気的に書き換え可能な動画の立体表
示を行うヘッドマウントディスプレイ装置を示す図であ
る。
FIG. 18 is a diagram showing a conventional head mounted display device for performing stereoscopic display of an electrically rewritable moving image.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

52L,52R…カメラ、53L,53R…液晶表示装
置(LCD)、54L,54R,207,208…凸レ
ンズ、55L,55R…左右の眼、100…観察者、1
01,102,1R1,1R2,1L1,1L2,20
5,206,221,222,223,224,22
5,302,304…面、103,301…光学系、1
04,501…三次元物体、105,106,1R5,
1R6,1L5,1L6…2D化像、110,210…
固定治具、201,202,211,212,213,
214,215…二次元表示装置、203,216…全
反射鏡、204,217,218,219,220…部
分反射鏡、231,232,233,234,235…
プロジェクタ型二次元表示装置、236,237,23
8,239,240…散乱板、241,242,24
3,244,245…シャッタ、303…レンズ光学
系、506…視差像。
52L, 52R: camera, 53L, 53R: liquid crystal display (LCD), 54L, 54R, 207, 208: convex lens, 55L, 55R: left and right eyes, 100: observer, 1
01, 102, 1R1, 1R2, 1L1, 1L2, 20
5,206,221,222,223,224,22
5, 302, 304 ... surface, 103, 301 ... optical system, 1
04, 501 ... three-dimensional object, 105, 106, 1R5
1R6, 1L5, 1L6 ... 2D image, 110, 210 ...
Fixing jigs, 201, 202, 211, 212, 213
214, 215 ... two-dimensional display device, 203, 216 ... total reflection mirror, 204, 217, 218, 219, 220 ... partial reflection mirror, 231, 232, 233, 234, 235 ...
Projector type two-dimensional display device, 236, 237, 23
8,239,240 ... scattering plate, 241,242,24
3, 244, 245: shutter, 303: lens optical system, 506: parallax image.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上平 員丈 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−297282(JP,A) 特開 平9−331552(JP,A) 特開 平3−17999(JP,A) 特開2000−134643(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Katojo Kamihira 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-9-297282 (JP, A JP-A-9-331552 (JP, A) JP-A-3-17999 (JP, A) JP-A-2000-134643 (JP, A)

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 観察者の左眼および右眼それぞれに対し
て、奥行き位置の異なる複数の表示面を配置し、前記観
察者の左眼および右眼に対する複数の表示面に二次元像
をそれぞれ表示して、三次元立体像を表示する三次元表
示方法であって、 表示対象物体を観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点
から、前記複数の表示面へ射影した二次元像を生成し、 前記生成された二次元像の輝度を前記観察者の左眼およ
び右眼に対する複数の表示面毎に各々独立に変化させ
て、前記生成された二次元像を前記観察者の左眼および
右眼に対する複数の表示面に表示する三次元表示方法に
おいて、 前記表示対象物体が、観察者に近い奥行き位置に表示さ
れる物体である場合に、前記複数の表示面のうちの観察
者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度を高く
し、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元像の輝
度を低くし、 また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置
に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のう
ちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度
を低くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元
像の輝度を高く することを特徴とする三次元表示方法。
1. A plurality of display surfaces having different depth positions are arranged for each of a left eye and a right eye of an observer, and two-dimensional images are respectively displayed on the plurality of display surfaces for the left and right eyes of the observer. A three-dimensional display method for displaying and displaying a three-dimensional stereoscopic image, comprising projecting a display target object from a point on a line connecting the right and left eyes of an observer to the plurality of display surfaces. The brightness of the generated two-dimensional image is independently changed for each of a plurality of display surfaces for the left eye and the right eye of the observer, and the generated two-dimensional image is displayed on the left side of the observer. a three-dimensional display method that displays a plurality of display surfaces for the eye and the right eye
The display target object is displayed at a depth position close to the observer.
Observing the plurality of display surfaces when the object is
The brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the user
And the brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface far from the observer.
Degrees were low, and the display target object, the depth position distant from the viewer
When the object is displayed on the plurality of display surfaces,
Brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer
The two-dimensional display on a display surface far from the observer
A three-dimensional display method characterized by increasing the brightness of an image .
【請求項2】 前記二次元像を、観察者の右眼と左眼と
を結ぶ線上の一点から見て重なるように前記複数の表示
面に表示し、かつ観察者の見る総体的な輝度が元の表示
対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示面
に表示される二次元像の輝度を変化させることを特徴と
する請求項1に記載の三次元表示方法。
2. The two-dimensional image is displayed on the plurality of display surfaces so as to overlap when viewed from one point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer, and the overall luminance seen by the observer is to be equal to the luminance of the original display object, three-dimensional display method according to claim 1, characterized in that to change the brightness of the two-dimensional image to be displayed on the plurality of display surfaces.
【請求項3】 前記二次元像を、観察者の右眼と左眼と
を結ぶ線上の一点から見て重なるように前記複数の表示
面に表示し、かつ観察者の見る総体的な輝度が元の表示
対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示面
に表示される二次元像の各部位の輝度を表示対象物体の
奥行き位置に応じて変化させることを特徴とする請求項
1に記載の三次元表示方法。
3. The two-dimensional image is displayed on the plurality of display surfaces so as to overlap when viewed from a point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer, and the overall luminance seen by the observer is The brightness of each part of the two-dimensional image displayed on the plurality of display surfaces is changed according to the depth position of the display target object so as to be equal to the luminance of the original display target object.
Three-dimensional display method according to 1.
【請求項4】 前記二次元像を順次切り替えることによ
り、三次元の動画像を生成することを特徴とする請求項
1ないし請求項3のいずれか1項に記載の三次元表示方
法。
By wherein sequentially switching the two-dimensional image, three-dimensional display method according to any one of claims 1 to claim 3, characterized in that to generate a moving image of three dimensions.
【請求項5】 前記二次元像が奥行き方向に移動する複
数の物体像を含む場合で、当該物体の移動方向が観察者
に近づく方向である場合に、前記二次元像の切り替えに
同期して、前記複数の表示面に表示される前記物体像の
輝度を、観察者から遠い表示面から観察者に近い表示面
の順に順次高くし、 また、前記二次元像が奥行き方向に移動する複数の物体
像を含む場合で、当該物体の移動方向が観察者から遠ざ
かる方向である場合に、前記二次元像の切り替えに同期
して、前記複数の表示面に表示される前記物体像の輝度
を、観察者に近い表示面から観察者から遠い表示面の順
に順次高くすることを特徴とする請求項4に記載の三次
元表示方法。
In case of 5. A includes a plurality of object image the two-dimensional image is moved in the depth direction, when the moving direction of the object is a direction approaching the observer, in synchronization with the switching of the two-dimensional image The brightness of the object image displayed on the plurality of display surfaces, sequentially increasing from the display surface far from the observer to the display surface closer to the observer, and a plurality of the two-dimensional image is moved in the depth direction In the case of including the object image, if the moving direction of the object is a direction away from the observer, in synchronization with the switching of the two-dimensional image, the brightness of the object image displayed on the plurality of display surfaces, 5. The three-dimensional display method according to claim 4 , wherein the height is sequentially increased from a display surface closer to the observer to a display surface farther from the observer.
【請求項6】 観察者から見て奥行き位置がそれぞれ異
なる複数の表示面に、それぞれ二次元像を表示して三次
元立体像を表示するヘッドマウントディスプレイ装置で
あって、 前記複数の表示面と、観察者の左眼および右眼との相対
的位置を固定する第1の手段と、 表示対象物体を、観察者の左眼および右眼を結ぶ直線上
にある一点から、前記複数の表示面へ投影した二次元像
を生成する第2の手段と、 前記像生成手段で生成された二次元像を、前記複数の表
示面の少なくとも2つの表示面に表示する第3の手段
と、 前記少なくとも2つの表示面に表示される二次元像の輝
度を、各表示面毎に各々独立に変化させる第4の手段と
を具備し、 前記第4の手段は、前記表示対象物体が、観察者に近い
奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複数の
表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する前記二次
元像の輝度を高くし、観察者から遠い表示面に表示する
前記二次元像の輝度を低くし、 また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置
に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のう
ちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度
を低くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元
像の輝度を高く することを特徴とするヘッドマウントデ
ィスプレイ装置。
6. A head mounted display device for displaying a two-dimensional image and displaying a three-dimensional stereoscopic image on a plurality of display surfaces each having a different depth position as viewed from an observer, wherein the plurality of display surfaces are First means for fixing a relative position between the left eye and the right eye of the observer; and displaying the display target object from one point on a straight line connecting the left eye and the right eye of the observer to the plurality of display surfaces. A second unit that generates a two-dimensional image projected to the at least one of the plurality of display surfaces, and a third unit that displays the two-dimensional image generated by the image generating unit on at least two of the plurality of display surfaces. And fourth means for independently changing the luminance of the two-dimensional image displayed on the two display surfaces for each display surface , wherein the fourth object is configured such that the display target object is provided to an observer. near
If the object is displayed at a depth position,
The secondary display on the display surface of the display surface that is closer to the observer.
Increase the brightness of the original image and display it on a display surface far from the observer
The brightness of the two-dimensional image is reduced, and the display target object is located at a depth position far from an observer.
When the object is displayed on the plurality of display surfaces,
Brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer
The two-dimensional display on a display surface far from the observer
A head-mounted display device characterized by increasing the brightness of an image .
【請求項7】 観察者の左目から見て奥行き位置がそれ
ぞれ異なる複数の表示面、および観察者の右目から見て
奥行き位置がそれぞれ異なる複数の表示面に、それぞれ
二次元像を表示して三次元立体像を表示するヘッドマウ
ントディスプレイ装置であって、 前記左眼および右眼用の複数の表示面と、観察者の左眼
および右眼との相対的位置を固定する第1の手段と、 表示対象物体を、観察者の左眼および右眼を結ぶ直線上
にある一点から、前記左眼および右眼用の複数の表示面
へ投影した二次元像を生成する第2の手段と、 前記像生成手段で生成された二次元像を、前記左眼およ
び右眼用の複数の表示面の少なくとも2つの表示面に表
示する第3の手段と、 前記左眼および右眼用の少なくとも2つの表示面に表示
される二次元像の輝度を、前記左眼および右眼用の少な
くとも2つの表示面毎に各々独立に変化させる第4の手
段とを具備し、 前記第4の手段は、前記表示対象物体が、観察者に近い
奥行き位置に表示される物体である場合に、前記複数の
表示面のうちの観察者に近い表示面に表示する前記二次
元像の輝度を高くし、観察者から遠い表示面に表示する
前記二次元像の輝度を低くし、 また、前記表示対象物体が、観察者から遠い奥行き位置
に表示される物体である場合に、前記複数の表示面のう
ちの観察者に近い表示面に表示する前記二次元像の輝度
を低くし、観察者から遠い表示面に表示する前記二次元
像の輝度を高く することを特徴とするヘッドマウントデ
ィスプレイ装置。
7. A three-dimensional image is displayed on a plurality of display surfaces having different depth positions as viewed from the left eye of the observer and a plurality of display surfaces having different depth positions as viewed from the right eye of the observer. A head-mounted display device for displaying an original stereoscopic image, wherein a plurality of display surfaces for the left eye and the right eye, and first means for fixing a relative position between the left eye and the right eye of the observer, Second means for generating a two-dimensional image by projecting the display target object from a point on a straight line connecting the left and right eyes of the observer to a plurality of display surfaces for the left and right eyes, Third means for displaying the two-dimensional image generated by the image generating means on at least two of the plurality of display surfaces for the left and right eyes; and at least two for the left and right eyes The brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface ; And a fourth means for varying each independently Kihidarime and at least two display surfaces each for the right eye, the fourth means, the display target object is closer to the viewer
If the object is displayed at a depth position,
The secondary display on the display surface of the display surface that is closer to the observer.
Increase the brightness of the original image and display it on a display surface far from the observer
The brightness of the two-dimensional image is reduced, and the display target object is located at a depth position far from an observer.
When the object is displayed on the plurality of display surfaces,
Brightness of the two-dimensional image displayed on the display surface close to the observer
The two-dimensional display on a display surface far from the observer
A head-mounted display device characterized by increasing the brightness of an image .
【請求項8】 前記第3の手段は、複数の二次元表示装
置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
行き位置に配置される二次元表示装置と組み合わされ、
当該二次元表示装置の表示を観察者の視線上の像として
配置する全反射鏡あるいは部分反射鏡と、 前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元
表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次
元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として
配置する部分反射鏡とから構成されることを特徴とする
請求項6または請求項7に記載のヘッドマウントディス
プレイ装置。
Wherein said third means are combined and a plurality of two-dimensional display unit, a two-dimensional display unit disposed farthest depth position from the observer of the plurality of two-dimensional display device,
A two-dimensional display device other than a two-dimensional display device that is arranged at a depth position farthest from the observer, and a total reflection mirror or a partial reflection mirror that arranges the display of the two-dimensional display device as an image on the line of sight of the observer; And a partial reflector for arranging the display of each two-dimensional display device as an image on the line of sight of the observer.
A head-mounted display device according to claim 6 .
【請求項9】 前記第3の手段は、複数の二次元表示装
置と、 前記複数の二次元表示装置のうち観察者より最も遠い奥
行き位置に配置される二次元表示装置と組み合わされ、
当該二次元表示装置の表示を観察者の視線上の像として
配置する全反射鏡とレンズの組み合わせ、あるいは部分
反射鏡とレンズの組み合わせと、 前記観察者より最も遠い奥行き位置に配置される二次元
表示装置以外の二次元表示装置と組み合わされ、各二次
元表示装置の表示をそれぞれ観察者の視線上の像として
配置する部分反射鏡とレンズの組み合わせとから構成さ
れることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の
ヘッドマウントディスプレイ装置。
9. The third means is combined with a plurality of two-dimensional display devices, and a two-dimensional display device located at a depth position farthest from an observer among the plurality of two-dimensional display devices,
A combination of a total reflection mirror and a lens, or a combination of a partial reflection mirror and a lens, which arranges the display of the two-dimensional display device as an image on the observer's line of sight, and a two-dimensional arrangement arranged at a depth position farthest from the observer combined with two-dimensional display device other than the display device, according to claim, characterized in that they are composed of a combination of partially reflecting mirror and a lens to place the display of the two-dimensional display device as an image on the line of sight of each observer The head mounted display device according to claim 6 or 7 .
【請求項10】 前記第3の手段は、観察者から見て異
なった奥行き位置に配置される透過状態と散乱状態の切
り替え制御が可能な複数の散乱板と、 前記各散乱板に二次元像を投射する複数の投射型二次元
表示装置と、 前記複数の散乱板と前記複数の投射型二次元表示装置と
の間に配置され、前記複数の散乱板の透過状態と散乱状
態との切り替えに同期して透過状態と遮断状態を切り替
る複数のシャッタとから構成されることを特徴とする
求項6または請求項7に記載のヘッドマウントディスプ
レイ装置。
Wherein said third means includes a transmission state which is disposed at different depth positions as viewed from the observer and switching control multiple scattering plate capable of scattering state, two-dimensional images wherein each scattering plate And a plurality of projection type two-dimensional display devices, which are disposed between the plurality of scattering plates and the plurality of projection type two-dimensional display devices, for switching between the transmission state and the scattering state of the plurality of scattering plates. synchronously switches the cutoff state to the transmitting state, characterized in that it is composed of a plurality of shutter
A head-mounted display device according to claim 6 or claim 7 .
【請求項11】 前記複数の表示面と観察者との間に、
レンズ光学系を設置したことを特徴とする請求項6ない
し請求項10のいずれか1項に記載のヘッドマウントデ
ィスプレイ装置。
11. A method according to claim 11, further comprising :
7. The method according to claim 6 , wherein a lens optical system is provided.
The head-mounted display device according to claim 10 .
【請求項12】 前記第3の手段は、前記二次元像を、
観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なる
ように前記複数の表示面に表示し、 前記第4の手段は、観察者の見る総体的な輝度が元の表
示対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示
面に表示される二次元像の輝度を変化させることを特徴
とする請求項6ないし請求項11のいずれか1項に記載
のヘッドマウントディスプレイ装置。
12. The method according to claim 11, wherein the third means converts the two-dimensional image into
The plurality of display surfaces are displayed so as to be overlapped when viewed from a point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer, and the fourth means is configured so that the overall luminance seen by the observer is the original display target object. The head mounted display device according to any one of claims 6 to 11 , wherein the luminance of the two-dimensional images displayed on the plurality of display surfaces is changed so as to be equal to the luminance of the head.
【請求項13】 前記第3の手段は、前記二次元像を、
観察者の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なる
ように前記複数の表示面に表示し、 前記第4の手段は、観察者の見る総体的な輝度が元の表
示対象物体の輝度と等しくなるように、前記複数の表示
面に表示される二次元像の各部位の輝度を表示対象物体
の奥行き位置に応じて変化させることを特徴とする請求
項6ないし請求項11のいずれか1項に記載のヘッドマ
ウントディスプレイ装置。
13. The method according to claim 13, wherein the third means converts the two-dimensional image into
The plurality of display surfaces are displayed so as to be overlapped when viewed from a point on a line connecting the right eye and the left eye of the observer, and the fourth means is configured so that the overall luminance seen by the observer is the original display target object. of to equal the brightness claims, characterized in that is changed according to the depth position of the display target object brightness of each part of the two-dimensional image to be displayed on the plurality of display surface
The head mounted display device according to any one of claims 6 to 11 .
【請求項14】 前記第3の手段は、前記像生成手段で
生成された二次元像を順次切り替えて表示し、三次元の
動画像を表示することを特徴とする請求項6ないし請求
項13のいずれか1項に記載のヘッドマウントディスプ
レイ装置。
14. The method of claim 13, wherein the third means displays sequentially switching the two-dimensional image generated by said image generating means, according to claim 6 or claims and displaying a moving image of the three-dimensional
Item 14. The head-mounted display device according to any one of items 13 .
【請求項15】 前記第4の手段は、前記第1の手段で
生成された二次元像が、奥行き方向に移動する複数の物
体像を含む場合に、当該物体の移動方向が観察者に近づ
く方向である場合に、前記第3の手段での二次元像の切
り替えに同期して、前記複数の表示面に表示される前記
物体像の輝度を、観察者から遠い表示面から観察者に近
い表示面の順に順次高くし、 また、当該物体の移動方向が観察者から遠ざかる方向で
ある場合に、前記第3の手段での二次元像の切り替えに
同期して、前記複数の表示面に表示される前記物体像の
輝度を、観察者に近い表示面から観察者から遠い表示面
の順に順次高くすることを特徴とする請求項14に記載
のヘッドマウントディスプレイ装置。
15. The fourth means, when the two-dimensional image generated by the first means includes a plurality of object images moving in the depth direction, the moving direction of the object approaches the observer. In the case of the direction, in synchronization with the switching of the two-dimensional image in the third means, the brightness of the object image displayed on the plurality of display surfaces is closer to the observer from a display surface far from the observer. When the moving direction of the object is a direction moving away from the observer, the display is displayed on the plurality of display surfaces in synchronization with the switching of the two-dimensional image by the third means. 15. The head-mounted display device according to claim 14 , wherein the brightness of the object image is sequentially increased from a display surface closer to the observer to a display surface farther from the observer.
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