[发明专利]三维显示装置及方法

说明书

技术领域

本文所讨论的实施例涉及三维(3D)显示装置和3D显示方法。

背景技术

在可佩戴计算中，头戴式显示器（Head Mounted Display，HMD）作为由个人所佩戴的显示器为人们所知。由于在佩戴状态下双手是空闲的，因而期望HMD成为辅助工作者的装置。HMD具有如下主要配置元件：用于显示诸如视频图像等图像的显示部和将显示部的清晰视觉的距离设置得更远的目镜。在HMD中，通常有一对提供给左眼和右眼的显示部和目镜组，利用该对显示部和目镜组，可以用每只相应的眼睛来观看独立的图像。这样的HMD通过显示相同的图像作为左眼图像和右眼图像来作为普通2D显示器工作，而通过显示分离的视差图像作为左眼图像和右眼图像从而使得能够通过双目视觉实现深度感知来作为3D显示器工作。

存在一些关于能从2D显示切换到3D显示的HMD的提议，该HMD配置有设在显示部和目镜之间的双凸透镜以将左右图像的光沿不同方向分开。

利用双眼视差来显示3D图像的已知问题是，观察者对非自然感觉的敏感性和观察者的严重眼疲劳。存在多视角（multi-view）3D显示方法和超多视角（super-multi-view）3D显示方法的提议作为其对策。

下面首先参考图14对多视角3D显示方法进行解释。多视角3D显示方法是根据观看位置创建空间中的多个视点图像以呈现“运动视差”（随头部运动而改变的视点）来显示几乎自然的3D图像的技术。如图14所示，在典型的多视角3D显示器中，视点图像以两眼间距的间隔而设置。从而可观看的3D图像随观看位置而变化，从而呈现运动视差。

下面参考图15A、图15B、图16A和图16B对超多视角3D显示方法进行解释。控制人对3D空间的感知的光线是从实际物体发出的连续光线中的穿过左眼和右眼的瞳孔的光线。图15A中所示的多视角方法中的采样间隔过于粗疏，以至于不能采样到上面所指的光线的自然连续性。于是，如图15B中所示的超多视角3D显示方法那样，使采样间隔比瞳孔直径窄。如图15B中所示，在超多视角3D显示方法中，使采样间隔比瞳孔直径窄，且在由被分隔得比瞳孔直径窄的各光线所形成的相应图像之间也产生了轻微的视差。当来自具有轻微视差的图像的光线同时进入眼球时，如图16A所示，当眼球中的晶状体聚焦在屏幕的平面上时，视点图像PR1,PR2被投射为在视网膜上的两个不同位置处的两个分离的图像。这在视网膜上被感觉为模糊。由于大脑的为避免模糊的视觉的动作，会诱发对眼球中晶状体的调节刺激，以便从呈现两个分离的图像的状态调节为如图16B所示的在视网膜上呈现单个图像的状态，在此状态下，眼球中的晶状体聚焦在3D图像上。

当观察者正在注视自然物体时，两只眼睛会聚在空间中物体被觉察到的位置上，并且还调节其焦点以匹配。即，通过调节向空间中物体被觉察到的位置的移动，避免了由双眼视差引起的两个分离的图像，并通过使焦点匹配，达到不再可能与注视自然物体的状态区分开的状态。换言之，实现了自然立体视觉。

【相关专利文献】

日本专利申请公开公报No.2011-145488

发明内容

由于眼睛相对于HMD中所安装的显示部的位置不变，因此，只要能容许两眼间距的个体差别，则无需呈现运动视差，且当对HMD中的3D显示器应用超多视角3D显示方法时，能够预期到实现上述的自然立体视觉。然而，不存在这样的已知示例：在具有配置为通过目镜可视化虚像的光学系统的、诸如HMD等显示装置中应用超多视角3D显示方法来显示3D图像。因此，在如上述所配置的显示装置中应用超多视角3D显示方法来实现3D图像的适当显示的光学条件不是已知的。

因此，本文所讨论的实施例的一方面的一个目的是获取能够在具有配置为通过目镜来可视化虚像的光学系统的配置中应用超多视角3D显示方法来实现3D图像的适当显示的光学条件。