JP2000267038A - Picture observation device - Google Patents

Picture observation device

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JP2000267038A
JP2000267038A JP11066495A JP6649599A JP2000267038A JP 2000267038 A JP2000267038 A JP 2000267038A JP 11066495 A JP11066495 A JP 11066495A JP 6649599 A JP6649599 A JP 6649599A JP 2000267038 A JP2000267038 A JP 2000267038A
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JP
Japan
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image
display
external
modulation element
spatial modulation
Prior art date
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Application number
JP11066495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akinari Takagi
章成 高木
Yoshihiro Saito
義広 斎藤
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MR SYSTEM KENKYUSHO KK
MR System Kenkyusho KK
Original Assignee
MR SYSTEM KENKYUSHO KK
MR System Kenkyusho KK
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Filing date
Publication date
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Priority to US09/273,746 priority patent/US6215532B1/en
Priority to EP99105843A priority patent/EP0977071A1/en
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Priority to US09/736,242 priority patent/US6271895B2/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a picture observation device by which both of an outside picture and a picture displayed on a display means can be excellently observed within the same visual field. SOLUTION: This picture observation device is constituted so that both light beams of the outside picture and the picture displayed at the display means 13 are guided to an observer side through an optical path split means and observed within the identical visual field. Then, it is provided with an image pickup means picking up the image of the outside picture and a spatial modulation element having two-dimensional pixel structure in an optical path. Besides, it is provided with a control means SP enabling the observation of luminous flux constituting the outside picture and the observation of luminous flux constituting the display picture to be switched by modulating at least one part area of the spatial modulation element, controlling the spatial modulation element so as to cut off or shield the luminous flux in the area of the outside picture according to the area of the display picture and complement image information obtained by picking up the image by the image pickup means in the circumferential area of the display picture so that an area becoming dark because the luminous flux is vignetted by the spatial modulation element is not caused at the circumferential area of the display image.

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】本発明は画像観察装置に関
し、例えば外界の光景(外界情報,外界画像)とディス
プレイ装置(画像表示手段)に表示した画像(表示画
像)が同一視野内に観察できるようにしたこと、あるい
は観察者が直接見ている現実の光景(外界情報)にコン
ピューターグラフィックス等で人工的に作り出した画像
(仮想物体)や、ビデオによって記録された映像(画像
情報)を重ね合わせることによってさまざまな擬似的体
験を行うことができる画像観察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 an image observation apparatus, for example, so that an external scene (external information, external image) and an image (display image) displayed on a display device (image display means) can be observed in the same visual field. Or an image (virtual object) artificially created by computer graphics or the like or a video (image information) recorded by video on a real scene (external world information) directly viewed by the observer The present invention relates to an image observation device capable of performing various pseudo experiences by doing so.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、観察者が直接外界を観察して
いる外界画像(外界情報)にコンピューターグラフィッ
クス等により生成された画像(仮想画像)やビデオカメ
ラ等によって記録された映像を合成表示し、現実空間と
仮想空間を合成し観察できるようにした画像観察装置が
種々と提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an image (virtual image) generated by computer graphics or an image recorded by a video camera or the like is synthesized and displayed on an external image (external information) in which an observer directly observes the external world. In addition, various image observation apparatuses have been proposed in which a real space and a virtual space can be synthesized and observed.

【0003】図13は従来の外界情報と表示画像との双
方を同一視野内で観察するようにした画像観察装置の要
部概略図である。同図はディスプレイ101上にコンピ
ューターグラフィックス等によって生成した画像を表示
し、その画像をハーフミラー102を介し、凹面鏡10
3で反射させ、再度ハーフミラー102を介し一定の倍
率で観察者の眼104に拡大した虚像として表示すると
同時に、ハーフミラー102を通して観察者がいる現実
の外界の光景(外界画像)を重畳して直接見られるよう
にしたものである。
FIG. 13 is a schematic view of a main part of a conventional image observation apparatus for observing both external world information and a display image within the same field of view. In FIG. 1, an image generated by computer graphics or the like is displayed on a display 101, and the image is transmitted to a concave mirror 10 through a half mirror 102.
3 and again displayed as a virtual image magnified on the observer's eye 104 at a fixed magnification via the half mirror 102, and at the same time, a real external scene (external image) where the observer is present is superimposed via the half mirror 102. It is made to be seen directly.

【0004】このような構成の画像観察装置は、例え
ば、作業者が実際の作業を行いながら同時に作業上必要
な情報をディスプレイ101上に表示された文字や映像
等によって得られるといった利点が有り、そうした用途
に使用することができる。
[0004] The image observation apparatus having such a configuration has an advantage that, for example, an operator can obtain information necessary for the operation at the same time while performing the actual operation by using characters and images displayed on the display 101. It can be used for such purposes.

【0005】あるいは、例えば図14に示すようにコン
ピューターグラフィックス等によって視差のついた花瓶
106の画像を作成し、それを観察者の左右眼用のディ
スプレイに表示することにより、あたかも花瓶106が
現実空間にある机105上にあるように見せ観察者に様
々な擬似的体験をさせるといった頭部装着型の画像観察
装置にも使用することができる。
[0005] Alternatively, an image of the vase 106 with parallax is created by computer graphics or the like as shown in FIG. 14 and displayed on a display for the left and right eyes of the observer, so that the vase 106 is realized as if it were a real vase. The present invention can also be used for a head-mounted image observation apparatus that makes it appear as if it is on a desk 105 in a space and gives the observer various pseudo experiences.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の画像観察装置は
ディスプレイ(表示手段)で表示されている画像は虚像
として観察者の眼に映じるため、表示される像は透けた
像として見える。したがって、特に日差しの強い戸外等
では外界情報が明るすぎてディスプレイに表示された文
字や映像等の画像情報の表示が暗くなり見づらいといっ
た問題が生じる。その対策としてフィルター等により外
界からの光量を調節し、ディスプレイ画面を見やすくす
るといったことは可能であるが、表示画面全体に対して
であり、表示する文字や映像の領域に相当する部分につ
いてのみ行うといったことは出来なかった。
In the conventional image observation apparatus, the image displayed on the display (display means) is reflected on the eyes of the observer as a virtual image, so that the displayed image appears as a transparent image. Accordingly, there is a problem that the outside world information is too bright especially in the outdoors where sunlight is strong, so that the display of image information such as characters and images displayed on the display becomes dark and difficult to see. As a countermeasure, it is possible to adjust the amount of light from the outside world with a filter or the like to make the display screen easier to see, but it is only for the entire display screen and only for the part corresponding to the character or image area to be displayed I couldn't do that.

【0007】また、外界情報としての現実空間内にある
机の上に仮想物体としてコンピューターグラフィックス
等で作成した花瓶を重ね合わせ、あたかも花瓶が実際に
机の上に有るように見せようとしても、花瓶は透けて見
えてしまい、実際に花瓶が机の上にある場合のようには
見えないという問題があった。また黒い色の画像を表示
しようとしても透けてしまい表示することが不可能であ
った。
[0007] Further, even if a vase created by computer graphics or the like as a virtual object is superimposed on a desk in a real space as external world information to make it seem as if the vase is actually on the desk, There was a problem that the vase was seen through and did not look as if the vase were actually on a desk. Further, even if an attempt is made to display a black color image, the image is transparent and cannot be displayed.

【0008】そこでこうした現象を避けるため、現実空
間の光景(外界情報)をCCDカメラ等の撮影装置で電
気信号に変換し、それをコンピューターグラフィックス
等で作成した仮想画像と合成し表示するという方法があ
る。しかしこの場合、現実の光景(外界情報)はカメラ
の解像力に依存することになり、現状においては直接目
で見るほど緻密な画像は得られない。したがって現実と
は異なった光景となってしまうことが避けられないとい
う問題があった。
Therefore, in order to avoid such a phenomenon, a method of converting a scene in the real space (external world information) into an electric signal by a photographing device such as a CCD camera and synthesizing it with a virtual image created by computer graphics or the like and displaying it. There is. However, in this case, the actual scene (external world information) depends on the resolution of the camera, and at present, a dense image cannot be obtained as easily as seen by the naked eye. Therefore, there is a problem that it is inevitable that the scene will be different from reality.

【0009】本発明は、外界からの外界画像と表示手段
(ディスプレイ)で表示した表示画像の双方を同一視野
で観察するとき、表示手段上に表示された画像(表示画
像)に相当する領域を外界からの光束が通過し、観察者
の眼に入射するのを遮断し、表示画像と外界画像の双方
が見やすくなるようにした画像観察装置及び、コンピュ
ーターグラフィックス等で作成した仮想画像(表示画
像)を現実空間の光景(外界情報)に重ね合わせた際、
仮想画像が透けた画像とならないようにし、双方の画像
を良好に観察することができる画像観察装置の提供を目
的とする。
According to the present invention, when both an external image from the outside and a display image displayed on a display means (display) are observed in the same field of view, an area corresponding to the image (display image) displayed on the display means is obtained. A virtual image (display image) created by computer graphics or the like, and an image observation device that blocks a light beam from the outside world from passing through and entering the observer's eyes so that both the display image and the outside world image are easy to see. ) Is superimposed on the real world scene (external world information)
It is an object of the present invention to provide an image observation device that can prevent a virtual image from being a transparent image and can favorably observe both images.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の画像観
察装置は、外界の外界画像と表示手段に表示した表示画
像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し、同
一視野内で観察する画像観察装置において、該外界画像
を撮像する撮像手段と2次元画素構造を有する空間変調
素子を有し、該空間変調素子の少なくとも一部領域を変
調して該外界画像を構成する光束と該表示画像を構成す
る光束の観察を切換可能とし、該表示画像の領域に対応
して該外界画像の領域の光束を遮断あるいは減光するよ
うに該空間変調素子を制御するとともに、該表示画像の
周囲領域に該空間変調素子で光束がけられ、暗くなる領
域が発生しないように該撮像手段で撮像した画像情報を
該周囲領域に補完する制御手段を有することを特徴とし
ている。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an image observing apparatus for guiding both an external image of an external environment and a display image displayed on a display means to an observer through an optical path dividing means. An image observation apparatus for observing in a field of view, comprising: an imaging unit for imaging the external world image; and a spatial modulation element having a two-dimensional pixel structure, and modulating at least a part of the spatial modulation element to form the external world image. To switch the observation of the light beam and the light beam constituting the display image, and control the spatial modulation element so as to block or reduce the light beam in the region of the external image corresponding to the region of the display image, A light source is provided by the spatial modulation element in a peripheral region of the display image, and a control unit is provided for complementing image information captured by the imaging unit to the peripheral region so that a darkened region does not occur.

【0011】請求項2の発明は請求項1の発明におい
て、前記外界画像を構成する光束と前記表示画像を構成
する光束は、互いに偏光状態の異なる光束であり、前記
空間変調素子は透過型の液晶パネルを利用していること
を特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the luminous flux forming the external image and the luminous flux forming the display image are luminous fluxes having different polarization states, and the spatial modulation element is a transmission type. It is characterized by using a liquid crystal panel.

【0012】請求項3の発明の画像観察装置は、外界の
外界画像と表示手段に表示した表示画像の双方を光路分
割手段を介して観察者側に導光し、同一視野内で観察す
る画像観察装置において、光路中に2次元画素構造を有
する空間変調素子を有し、該空間変調素子の少なくとも
一部領域を変調して該外界画像を構成する光束と該表示
画像を構成する光束の観察を切換可能とし、該表示画像
の領域に対応して該外界画像の領域の光束を遮断あるい
は減光するように該空間変調素子を制御する制御手段を
有することを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an image observation apparatus which guides both an external image of an external environment and a display image displayed on a display means to an observer through an optical path dividing means, and observes the image in the same visual field. The observation device includes a spatial light modulator having a two-dimensional pixel structure in an optical path, and observes a light beam constituting the external image and a light beam constituting the display image by modulating at least a part of the spatial light modulator. And a control means for controlling the spatial modulation element so as to block or diminish the luminous flux in the area of the external image corresponding to the area of the display image.

【0013】請求項4の発明は請求項3の発明におい
て、前記空間変調素子は透過型の液晶パネルを利用して
いることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the spatial modulation element utilizes a transmission type liquid crystal panel.

【0014】請求項5の発明は請求項3の発明におい
て、前記外界画像を構成する光束と前記表示画像を構成
する光束は、互いに偏光状態の異なる光束であることを
特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the light beam forming the external image and the light beam forming the display image are light beams having different polarization states.

【0015】請求項6の発明の画像観察装置は、外界の
外界画像と表示手段に表示した表示画像を光路分割手段
を介して同一視野内で観察する画像観察装置において、
該外界画像は2次元画素構造を有する空間変調素子を介
して観察しており、該空間変調素子は変調により該外界
画像と表示画像の一部または全部を同一視野内において
面積的に選択しており、該選択した表示画像の周囲領域
を該外界画像を撮像する撮像手段で得た画像情報を利用
して補完する制御手段を有していることを特徴としてい
る。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an image observation apparatus for observing an external image of an external environment and a display image displayed on a display means in the same visual field via an optical path dividing means.
The external image is observed through a spatial modulation element having a two-dimensional pixel structure, and the spatial modulation element selects a part or all of the external image and the display image by modulation in area within the same field of view. And a control unit that complements a surrounding area of the selected display image by using image information obtained by an imaging unit that captures the external image.

【0016】請求項7の発明は請求項6の発明におい
て、前記空間変調素子は互いに直交する偏光を利用して
前記外界画像と表示画像の少なくとも一部を選択して観
察者に導光していることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the invention, the spatial modulation element selects at least a part of the external image and the display image using polarized light orthogonal to each other to guide the light to an observer. It is characterized by having.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は本発明の実
施形態1の要部概略図である。本実施形態による画像観
察装置は、コンピューターグラフィックス等によって形
成される仮想物体や撮像手段で得られた外界情報(外界
画像)を表示する表示素子13に表示した画像情報を観
察する表示観察系と外界の画像情報を直接観察する観察
系と、外界の画像情報を撮像素子18に結像させる撮影
系とを有し、該表示観察系による画像情報と該観察系に
よる外界の画像情報、そして該撮影系で得られた外界の
画像情報等の画像情報を同一視野で観察位置(眼)Eよ
り観察する構成となっている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view of a main part of Embodiment 1 of the present invention. The image observation apparatus according to the present embodiment includes a display observation system for observing image information displayed on the display element 13 for displaying a virtual object formed by computer graphics or the like and external information (external image) obtained by imaging means. It has an observation system for directly observing image information of the outside world, and a photographing system for forming an image of the outside world on the image sensor 18. The image information by the display observation system and the image information of the outside world by the observation system, and The image information such as the image information of the outside world obtained by the photographing system is observed from the observation position (eye) E in the same field of view.

【0018】本実施形態の画像観察装置は、P偏光を透
過し、S偏光を反射する偏光ビームスプリッター10、
2次元画素構造を有する空間変調素子11、P偏光を透
過するように配置した偏光板12、バックライト、液晶
素子、そして偏光板等から構成されP偏光を射出する表
示手段13、P偏光を透過し、S偏光を反射する偏光ビ
ームスプリッター14、1/4波長板15、正のパワー
を有するミラー(曲面ミラー)16、撮像光学系17、
CCD等の2次元撮像素子18等を有している。図中E
は観察者の眼である。
The image observation apparatus of the present embodiment has a polarization beam splitter 10 that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light.
A spatial light modulator 11 having a two-dimensional pixel structure, a polarizing plate 12 arranged to transmit P-polarized light, a backlight, a liquid crystal element, a display means 13 for emitting P-polarized light, and a P-polarized light; A polarizing beam splitter 14 for reflecting S-polarized light, a quarter-wave plate 15, a mirror (curved mirror) 16 having a positive power, an imaging optical system 17,
It has a two-dimensional image sensor 18 such as a CCD. E in the figure
Is the eye of the observer.

【0019】空間変調素子11は、例えば透過型のTN
液晶パネル等で構成され、各画素ごとにオン動作の場合
に入射光の偏光方向を保存し、オフ動作時に入射光の偏
光方向を90度回転させる機能を有する。ミラー16は
表示手段13の表示ディスプレイ面を例えば2m先の位
置に拡大された虚像として表示して観察眼Eに提示する
ように、その焦点距離及び位置等が決められている。表
示手段13で表示した画像を観察するための各要素で表
示観察系を構成している。
The spatial modulation element 11 is, for example, a transmission type TN
It is composed of a liquid crystal panel or the like, and has a function of preserving the polarization direction of incident light for each pixel in the case of an ON operation and rotating the polarization direction of the incident light by 90 degrees in an OFF operation. The focal length, position, and the like of the mirror 16 are determined so that the display surface of the display unit 13 is displayed as a virtual image enlarged, for example, to a position 2 m ahead and presented to the observation eye E. Each element for observing the image displayed on the display means 13 constitutes a display observation system.

【0020】外界からの光束L0の内、P偏光成分は偏
光ビームスプリッター10を透過し、空間変調素子11
に導かれる。空間変調素子11がオン状態の領域におい
て、空間変調素子11を通過したP偏光成分の光束は偏
光板12を通過し、観察眼Eに導かれる。この観察系は
パワーを有した光学系等を光束が通過しないため、観察
者はガラス窓越しに見る場合のように、自然に外界の画
像情報を見ることができる。外界の画像情報を直接観察
するための各要素で観察系を構成している。一方、空間
変調素子11がオフ状態の領域において、空間変調素子
11を通過時にP偏光は偏光面を回転させられS偏光成
分となるので、この光束は偏光板12で遮断され、観察
眼Eには達しない。
Of the light beam L0 from the outside, the P-polarized light component passes through the polarization beam splitter 10 and
It is led to. In the region where the spatial modulation element 11 is in the ON state, the light beam of the P-polarized light component that has passed through the spatial modulation element 11 passes through the polarizing plate 12 and is guided to the observation eye E. This observation system does not allow a light beam to pass through an optical system or the like having power, so that the observer can naturally see image information of the outside world as in the case of viewing through a glass window. Each element for directly observing image information of the outside world constitutes an observation system. On the other hand, in the region where the spatial modulation element 11 is in the off state, when passing through the spatial modulation element 11, the P-polarized light is rotated in the plane of polarization and becomes an S-polarized light component. Does not reach.

【0021】一方、外界からの光束L0の内、S偏光成
分は偏光ビームスプリッター10及び偏光ビームスプリ
ッター14で反射され、撮像光学系17で集束され、撮
像素子18上に外界の画像情報を形成する。
On the other hand, of the light beam L0 from the outside, the S-polarized light component is reflected by the polarizing beam splitter 10 and the polarizing beam splitter 14, is focused by the imaging optical system 17, and forms image information of the outside on the imaging device 18. .

【0022】撮像素子18で得られる画像情報は信号処
理回路(制御手段)SPによって処理して、表示手段1
3に表示している。外界の画像情報を撮影素子18に形
成するための各要素で撮像系を構成している。
Image information obtained by the image pickup device 18 is processed by a signal processing circuit (control means) SP, and
3 is displayed. Each element for forming image information of the outside world on the imaging element 18 constitutes an imaging system.

【0023】表示手段13から射出された表示像光はP
偏光であるため、偏光ビームスプリッター14と偏光ビ
ームスプリッター10を透過し、1/4波長板15を透
過し、ミラー16で反射され、再び1/4波長板15を
透過する。この時1/4波長板を2回通過するため偏光
面が回転し、表示像光はS偏光となる。1/4波長板1
5を再度透過した光束はS偏光であるため、今度は偏光
ビームスプリッター10で反射され、空間変調素子11
に導かれる。空間変調素子11がオン状態の領域におい
て、空間変調素子11で偏光面が保持されるため、それ
を通過したS偏光成分の光束は偏光板12で遮断され、
観察眼Eには達しない。一方、空間変調素子11がオフ
状態の領域において、S偏光成分は空間変調素子11を
通過時に偏光面を回転されたP偏光成分の光束となり、
それは偏光板12を通過し、観察眼Eに導かれる。
The display image light emitted from the display means 13 is P
Since the light is polarized, it passes through the polarizing beam splitter 14 and the polarizing beam splitter 10, passes through the quarter-wave plate 15, is reflected by the mirror 16, and passes through the quarter-wave plate 15 again. At this time, since the light passes through the quarter-wave plate twice, the polarization plane rotates, and the display image light becomes S-polarized light. 1/4 wavelength plate 1
5 is S-polarized light, so that it is reflected by the polarization beam splitter 10 this time, and
It is led to. In the region where the spatial modulation element 11 is in the ON state, the polarization plane is held by the spatial modulation element 11, so that the luminous flux of the S-polarized component that has passed therethrough is blocked by the polarizing plate 12,
It does not reach the observation eye E. On the other hand, in the region where the spatial modulation element 11 is in the off state, the S-polarized light component becomes a light beam of a P-polarized light component whose polarization plane is rotated when passing through the spatial light modulation element 11,
It passes through the polarizing plate 12 and is guided to the observation eye E.

【0024】次に本実施形態の特徴を説明する。例えば
図2(A)に示すように実空間に物体22が存在したと
する。図2(A)はその時観察系で観察される外界画像
である。図2(A)において、21は観察域を表す。こ
こに図2(B)で示すコンピューターグラフィックスC
G等で作成した仮想物体(表示画像)23を図2(A)
の実物体22の手前に重ねて表示する場合について説明
する。
Next, the features of this embodiment will be described. For example, assume that the object 22 exists in the real space as shown in FIG. FIG. 2A shows an external image observed by the observation system at that time. In FIG. 2A, reference numeral 21 denotes an observation area. Here, the computer graphics C shown in FIG.
FIG. 2A shows a virtual object (display image) 23 created by G or the like.
The case where the image is superimposed and displayed in front of the real object 22 will be described.

【0025】従来の画像観察装置では図2(C)に示す
ように表示画像23が虚像であるため、実物体22と重
なっている部分で仮想物体23が透けてしまい実物体2
2が見えてしまう。
In the conventional image observation apparatus, since the display image 23 is a virtual image as shown in FIG. 2C, the virtual object 23 is transparent at the portion overlapping the real object 22 and
2 is visible.

【0026】そこで図3に示すように、空間変調素子1
1上で仮想物体(表示像)23を構成する光束が通過す
る領域11aをオフ状態にし、その他の領域11bをオ
ン状態とさせる。尚、図3は図1に示した本実施形態の
空間変調素子11から観察眼Eまでの部分の拡大図であ
る。Pは観察眼Eの入射瞳を表す。空間変調素子11上
でオフにする領域11aは、仮想物体23の位置,大き
さ及び観察眼の入射瞳の大きさ,空間変調素子11の位
置,眼球回旋,3次元画像を表示する場合は両眼視差量
等をもとに、その位置及び大きさが決定される。
Therefore, as shown in FIG.
The area 11a through which the light beam forming the virtual object (display image) 23 passes on 1 is turned off, and the other area 11b is turned on. FIG. 3 is an enlarged view of a portion from the spatial light modulator 11 of this embodiment shown in FIG. P represents the entrance pupil of the observation eye E. The area 11a to be turned off on the spatial light modulator 11 is the position and size of the virtual object 23, the size of the entrance pupil of the observation eye, the position of the spatial light modulator 11, the rotation of the eyeball, and both when displaying a three-dimensional image. The position and size are determined based on the amount of parallax.

【0027】このようにすると外界からの光束で偏光ビ
ームスプリッター10を通過する光束はP偏光であるた
め、空間変調素子11のうちオン状態である領域11b
に入射する光束はP偏光のままなので偏光板12を通過
し、観察眼Eに入射するが、オフ状態である領域11a
に入射した光束はS偏光となって射出するため、偏光板
12で遮断される。
In this case, since the light beam from the outside and passing through the polarizing beam splitter 10 is P-polarized light, the region 11b of the spatial modulation element 11 which is in the on state is turned on.
Incident on the observation eye E passes through the polarizing plate 12 because it remains P-polarized light, but the region 11a in the off state
Are emitted as S-polarized light, and are blocked by the polarizing plate 12.

【0028】一方、表示手段13からの光束は空間変調
素子11に入射する際はS偏光であるため、領域11b
に入射する光束はS偏光のまま射出するので偏光板12
で遮断され、領域11aに入射した光束はP偏光となる
ので偏光板12を通過する。これにより、領域Qの部分
の外界からの光束は観察眼Eに達せず、領域Sにおいて
は空間変調素子11のオン状態の部分11bを通して、
光束がけられることなく観察することができる。
On the other hand, the light beam from the display means 13 is S-polarized when it enters the spatial
Is incident on the polarizing plate 12 as S-polarized light.
The light beam that has been cut off and incident on the area 11a becomes P-polarized light and passes through the polarizing plate 12. As a result, the luminous flux from the outside in the region Q does not reach the observation eye E, and in the region S, the light passes through the ON portion 11b of the spatial modulation element 11.
Observation can be made without the light beam being blurred.

【0029】しかし図3に示すように、表示手段13の
表示パネルの虚像Mが空間変調素子11と光学的に等価
な位置になく、入射瞳Pが大きさを持つため、外界から
の光束が完全に遮蔽される領域Qの周囲に部分的に光束
がけられる領域Rが存在してしまう。この時の観察画像
は図4(A)のようになり、仮想物体23の周囲に暗い
領域24が生じてしまう。図4(A)における観察域2
1上のA−A’ライン上での外界光束及び表示光束の透
過率分布Tをそれぞれ図4(B),(C)に示す。
However, as shown in FIG. 3, since the virtual image M of the display panel of the display means 13 is not located at an optically equivalent position to the spatial modulation element 11 and the entrance pupil P has a size, the light flux from the outside world is reduced. A region R where a light beam is partially blocked exists around the region Q that is completely shielded. The observation image at this time is as shown in FIG. 4A, and a dark region 24 is generated around the virtual object 23. Observation area 2 in FIG.
4 (B) and 4 (C) show the transmittance distributions T of the external light flux and the display light flux on the AA 'line on FIG.

【0030】本実施形態では、撮像素子18で受像した
外界画像22とコンピューターグラフィックス等で作成
した仮想画像23を重合させて、制御手段SPで画像処
理を行って、仮想画像23と外界画像22との重なった
領域が透けてしまわないようにして、図4(D)に示す
ような画像を表示手段13に表示している。
In the present embodiment, the external image 22 received by the image sensor 18 and the virtual image 23 created by computer graphics and the like are superimposed, and image processing is performed by the control means SP. An image as shown in FIG. 4D is displayed on the display means 13 so that the area overlapping with the image does not show through.

【0031】このようにすると仮想画像23の周囲の部
分で空間変調素子11、偏光板12により部分的にけら
れる外界の風景が、撮像素子18で受像し表示手段13
に表示された外界画像で補完されるため、違和感無く観
察することができる。現実の光景を直接見る場合より
は、若干質が低下するが、直接見る外界画像と一旦電子
化された画像とが重畳されたものであるため、かなり質
の高い画像となる。また、観察域のほとんどを占める領
域では、直接外界を観察することができる。
In this manner, the scene of the outside world partially shaded by the spatial light modulator 11 and the polarizing plate 12 in the area around the virtual image 23 is received by the image sensor 18 and displayed by the display means 13.
Is complemented by the external image displayed on the screen, so that it is possible to observe without discomfort. Although the quality is slightly lower than in the case where the actual scene is viewed directly, since the directly viewed external image and the image once digitized are superimposed, the image becomes quite high in quality. Further, in an area occupying most of the observation area, the outside world can be directly observed.

【0032】制御手段SPは、撮像素子18で受像した
外界画像22とコンピューターグラフィックスCG等で
作成した仮想画像23を重合させて表示手段13に表示
するとともに、上述した各パラメータをもとに演算を行
い、オンオフの領域を決定して空間変調素子11を制御
することにより、観察者は表示画像と外界画像の双方の
画像を良好に観察することができる。
The control means SP superimposes the external image 22 received by the image pickup device 18 and the virtual image 23 created by computer graphics CG or the like, displays the superimposed image on the display means 13, and calculates based on the above-mentioned parameters. Is performed, and the spatial modulation element 11 is controlled by determining the ON / OFF region, so that the observer can favorably observe both the display image and the external image.

【0033】また空間変調素子11を制御し外界光束を
遮断することができるため、”黒い色”を表示し外界画
像に重畳することもできる。
Since the spatial light modulator 11 can be controlled to block the external light beam, a "black color" can be displayed and superimposed on the external image.

【0034】上記実施形態においては、空間変調素子1
1の動作状態としてオン、オフの2値の場合の例を示し
たが、その中間の状態つまり入射する光束の偏光方向の
回転角を90度ではなく、任意の角度に設定することに
より、任意に透けた画像を提示するようにしても良い。
In the above embodiment, the spatial light modulator 1
Although an example in which the operation state of 1 is a binary state of on and off is shown, an intermediate state between them, that is, the rotation angle of the polarization direction of the incident light beam is set to an arbitrary angle instead of 90 degrees, so that an arbitrary state can be obtained. May be presented.

【0035】図5は本発明の実施形態2の要部概略図で
ある。図5において、図1に示した実施形態1と同じ機
能を有するものに関しては、同じ符号を付し説明を略
す。
FIG. 5 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the present invention. 5, components having the same functions as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0036】図5においてプリズム体Ll,L2の境界
面31にはP偏光を透過し、S偏光を反射するような偏
光選択性のある光学薄膜が形成されている。またプリズ
ム体Ll及びL2は複屈折性を有しない素材を用いてい
る。
In FIG. 5, a polarization-selective optical thin film that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light is formed on a boundary surface 31 between the prism bodies L1 and L2. The prism bodies L1 and L2 are made of a material having no birefringence.

【0037】表示手段13aからはS偏光の光が射出し
ている。表示手段13aから出射されたS偏光の光束
は、面35で屈折してプリズム体L2に入射し、臨界角
以上の角度で面36に入射して全反射され、S偏光であ
るため正のパワーを有した面31で反射され、臨界角以
下の角度で再び面36に入射し、屈折してプリズム体L
2から射出され、空間変調素子11に導かれる。面3
1,35,36はそれぞれ光学的パワーを有しており、
表示手段13aの拡大された虚像を形成する。面31,
35,36はそれぞれ面頂点回りのアジムス角度により
パワーが異なる回転非対称非球面で構成することによ
り、光学系を偏心させることにより生じる諸収差を少な
い光学要素で補正することが可能となる。外界からの光
束L0は面30で屈折されプリズム体Llに入射し、光
束L0の内P偏光成分は面31を透過し、面36に入射
し、屈折してプリズム体L2から射出され、空間変調素
子11に導かれる。プリズム体Ll,L2は同じ屈折率
の材質で構成し、面30及び面36の形状を最適化する
ことにより、外界からの光束に関してノンパワーとなる
ように構成されている。
S-polarized light is emitted from the display means 13a. The s-polarized light beam emitted from the display means 13a is refracted by the surface 35, enters the prism L2, enters the surface 36 at an angle equal to or greater than the critical angle, is totally reflected, and has a positive power because it is s-polarized light. Is reflected by the surface 31 having the angle L, enters the surface 36 again at an angle smaller than the critical angle, is refracted, and
2 and is guided to the spatial modulation element 11. Face 3
1, 35 and 36 each have an optical power,
An enlarged virtual image of the display means 13a is formed. Face 31,
By configuring each of 35 and 36 with a rotationally asymmetric aspheric surface having different power depending on the azimuth angle around the surface vertex, it becomes possible to correct various aberrations caused by decentering the optical system with a small number of optical elements. The light beam L0 from the outside world is refracted by the surface 30 and is incident on the prism L1, and the P-polarized light component of the light beam L0 is transmitted through the surface 31 and is incident on the surface 36, is refracted and is emitted from the prism body L2, and is spatially modulated. It is led to the element 11. The prism bodies L1 and L2 are made of a material having the same refractive index, and are configured so as to have no power with respect to a light beam from the outside by optimizing the shapes of the surfaces 30 and 36.

【0038】一方、面30で屈折した外界からの光束L
0のうちS偏光成分は、負のパワーを有した面31で反
射されて臨界角以上の角度で正のパワーを有する面30
に再び入射し全反射され、面32で屈折されプリズム体
Llから射出され、正のパワーを有したレンズ群33に
より集光され撮像素子34上に外界画像を形成する。面
30,32はそれぞれ面項点回りのアジムス角度により
パワーが異なる回転非対称非球面で構成される。
On the other hand, the light beam L from the outside refracted by the surface 30
0, the S-polarized light component is reflected by the surface 31 having a negative power and the surface 30 having a positive power at an angle equal to or larger than the critical angle.
Again, totally reflected, refracted by the surface 32 and emitted from the prism body Ll, condensed by the lens group 33 having positive power, and forms an external image on the image sensor 34. The surfaces 30 and 32 are each formed of a rotationally asymmetric aspheric surface having different power depending on the azimuth angle around the surface term point.

【0039】図5におけるこの他の構成は、図1の実施
形態1と同じである。
Other configurations in FIG. 5 are the same as those in the first embodiment in FIG.

【0040】図6は本発明の実施形態3の要部概略図で
ある。本実施形態は図5の実施形態2のプリズム体L
l、レンズ群33、撮像素子34で構成されていた撮像
系の部分を偏光ビームスプリッター37、撮像光学系3
8、撮像素子34で構成した点が異なっており、その他
の構成は同じである。
FIG. 6 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the prism body L of the second embodiment shown in FIG.
l, a lens group 33, and an image pickup device 34, the image pickup system portion is replaced with a polarizing beam splitter 37 and an image pickup optical system 3.
8 and the configuration is the same as that of the first embodiment except that the image sensor 34 is used.

【0041】外界からの光束L0の内、偏光ビームスプ
リッター37でS偏光を反射させ、P偏光を透過してい
る。偏光ビームスプリッター37を透過したP偏光はプ
リズム体L1,L2を通過して空間変調素子11に入射
している。偏光ビームスプリッター37で反射したS偏
光は撮像光学系38によって撮像素子34上に導光され
る。表示手段13aからのS偏光の光路は図5と同じで
ある。
In the light beam L0 from the outside, the polarization beam splitter 37 reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. The P-polarized light transmitted through the polarization beam splitter 37 is incident on the spatial light modulator 11 after passing through the prisms L1 and L2. The S-polarized light reflected by the polarization beam splitter 37 is guided by the imaging optical system 38 onto the imaging device 34. The optical path of the S-polarized light from the display means 13a is the same as in FIG.

【0042】図5及び図6で示した実施形態とも、図1
で示した実施形態と同じ原理で現実の風景と仮想像の重
畳が可能である。
The embodiment shown in FIG. 5 and FIG.
The superimposition of the real scenery and the virtual image is possible on the same principle as the embodiment shown in FIG.

【0043】図7は本発明の実施形態4の要部概略図で
ある。本実施形態の画像観察装置は、P偏光を透過し、
S偏光を反射する偏光ビームスプリッター40、2次元
画素構造を有する空間変調素子43、バックライト、液
晶素子、偏光板等から構成されP偏光を射出する表示手
段45、P偏光を透過し、S偏光を反射する偏光ビーム
スプリッター44、1/4波長板46、正のパワーを有
するミラー47、撮像光学系41、CCD等の2次元撮
像素子42から構成される。図中Eは観察者の眼であ
る。
FIG. 7 is a schematic view of a main part of a fourth embodiment of the present invention. The image observation device of the present embodiment transmits P-polarized light,
A polarizing beam splitter 40 that reflects S-polarized light, a spatial modulation element 43 having a two-dimensional pixel structure, a display unit 45 that includes a backlight, a liquid crystal element, a polarizing plate, and the like, and that emits P-polarized light. , A polarizing beam splitter 44, a quarter-wave plate 46, a mirror 47 having a positive power, an imaging optical system 41, and a two-dimensional imaging device 42 such as a CCD. E in the figure is the eye of the observer.

【0044】空間変調素子43は、液晶パネル等で構成
され、各画素ごとにオン動作の場合に入射光の偏光方向
を保存し、オフ動作時に入射光の偏光方向を90度回転
させる機能を有する。ミラー47は表示手段45の表示
ディスプレイ面を例えば2m先の位置に拡大された虚像
として観察眼に提示するように、その焦点距離及び位置
が決められている。
The spatial modulation element 43 is composed of a liquid crystal panel or the like, and has a function of preserving the polarization direction of the incident light for each pixel in the case of the ON operation, and rotating the polarization direction of the incident light by 90 degrees in the OFF operation. . The focal length and position of the mirror 47 are determined so that the display surface of the display means 45 is presented to the observation eye as a virtual image enlarged to a position 2 m ahead, for example.

【0045】外界からの光束L0の内、P偏光成分は偏
光ビームスプリッター40を透過し、空間変調素子43
に導かれる。空間変調素子43で偏光面を回転させられ
ないで、それを通過したP偏光成分の光束は偏光ビーム
スプリッター44を透過し、観察眼Eに導かれる。この
場合パワーを有した光学系等を光束が通過しないため、
観察者はガラス窓越しに見る場合のように、自然に外界
画像を見ることができる。
The P-polarized light component of the light beam L0 from the outside passes through the polarization beam splitter 40,
It is led to. The light beam of the P-polarized light component that has passed through the polarization plane without being rotated by the spatial modulation element 43 passes through the polarization beam splitter 44 and is guided to the observation eye E. In this case, since the light flux does not pass through the optical system or the like having power,
The observer can naturally see the outside world image as if looking through a glass window.

【0046】一方、空間変調素子43を通過時に偏光面
を回転されたS偏光成分の光束は偏光ビームスプリッタ
ー44で反射され、観察眼Eには達しない。外界からの
光束L0の内、S偏光成分は偏光ビームスプリッター4
0で反射され、撮像光学系41で集束され、撮像素子4
2上に外界画像を形成する。
On the other hand, the luminous flux of the S-polarized light component whose polarization plane has been rotated when passing through the spatial light modulator 43 is reflected by the polarization beam splitter 44 and does not reach the observation eye E. Of the light beam L0 from the outside world, the S-polarized light component is polarized light beam splitter 4
0, is converged by the imaging optical system 41,
2 to form an external image.

【0047】表示手段45から射出された表示像光はP
偏光であるため、偏光ビームスプリッター44を透過
し、1/4波長板46を透過し、ミラー47で反射さ
れ、再び1/4波長板46を透過する。この時、1/4
波長板を2回通過するため偏光面が回転し、表示像光は
S偏光となる。1/4波長板46を再度透過した光束は
S偏光であるため偏光ビームスプリッター44で反射さ
れ観察眼Eに導かれる。
The display image light emitted from the display means 45 is P
Since the light is polarized, it passes through the polarizing beam splitter 44, passes through the 1 / wavelength plate 46, is reflected by the mirror 47, and passes through the 波長 wavelength plate 46 again. At this time, 1/4
Since the light passes through the wave plate twice, the polarization plane rotates, and the display image light becomes S-polarized light. The luminous flux transmitted through the quarter-wave plate 46 again is S-polarized light, and is reflected by the polarization beam splitter 44 and guided to the observation eye E.

【0048】外界からの光束L0は、図3で示した原理
により、空間変調素子43を制御することにより、任意
の領域で遮光が可能となる。一方、表示手段45には、
図8(A)で示す外界光束の透過率分布を補完するよう
に図8(B)で示すような光量分布の画像を表示する。
このような構成とすることにより実施形態1と同様の効
果が得られる。また、空間変調素子43の位置を観察眼
の瞳孔からより離れた位置に設けることが可能となり、
遮光領域の近傍の領域に対するけられの影響を小さくす
ることができる。
The light beam L0 from the outside world can be shielded from light in an arbitrary area by controlling the spatial modulation element 43 according to the principle shown in FIG. On the other hand, the display means 45
An image having a light quantity distribution as shown in FIG. 8B is displayed so as to complement the transmittance distribution of the external light flux shown in FIG.
With such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, it is possible to provide the position of the spatial modulation element 43 at a position further away from the pupil of the observation eye,
The effect of the shaking on the area near the light shielding area can be reduced.

【0049】図9,図10,図11は本発明の実施形態
5,6,7の要部概略図である。これらの各実施形態に
おいて、図1,図5,図6に示した実施形態と同じ機能
を有する部分に付いては、同じ符号を付し説明を略す。
FIG. 9, FIG. 10 and FIG. 11 are schematic views of main parts of the fifth, sixth and seventh embodiments of the present invention. In these embodiments, portions having the same functions as those in the embodiment shown in FIGS. 1, 5, and 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0050】図9は図1に示した実施形態1の偏光ビー
ムスプリッター10,14をそれぞれハーフミラー1
0’,14’に置き換え、1/4波長板15を除き、P
偏光を透過するように配置した偏光板48を外界側に付
加し、空間変調素子11をハーフミラー10’よりも外
界側に設けた点が異なっておりその他の構成は同じであ
る。
FIG. 9 shows the polarization beam splitters 10 and 14 of the first embodiment shown in FIG.
0 ', 14', except for the quarter-wave plate 15, P
The difference is that a polarizing plate 48 arranged to transmit polarized light is added to the outside, and the spatial modulation element 11 is provided outside the half mirror 10 ′. The other configuration is the same.

【0051】図10は図5に示した実施形態のS偏光を
射出する表示手段13aをP偏光を射出する表示手段1
3に、プリズム接合面31をハーフミラー31’にそれ
ぞれ置き換え、P偏光を透過するように配置した偏光板
48を外界側に付加し、空間変調素子11をプリズム体
Llよりも外界側に設けた点が異なっておりその他の構
成は同じである。
FIG. 10 shows the display means 13a for emitting S-polarized light in the embodiment shown in FIG.
3, the prism joint surface 31 was replaced with a half mirror 31 ', a polarizing plate 48 arranged to transmit P-polarized light was added to the outside, and the spatial modulation element 11 was provided outside the prism Ll. The points are different, and the other configurations are the same.

【0052】図11は図6に示した実施形態のプリズム
接合面31をハーフミラー31’に置き換え、空間変調
素子11及び偏光板12をプリズム体Llよりも外界側
に設けた点が異なっておりその他の構成は同じである。
FIG. 11 is different from the embodiment shown in FIG. 6 in that the prism joining surface 31 is replaced with a half mirror 31 ', and the spatial modulation element 11 and the polarizing plate 12 are provided on the outer side of the prism body Ll. Other configurations are the same.

【0053】図9,図10,図11の各実施形態によれ
ば、このような構成とすることにより図7に示した実施
形態4と同様の制御を行うことにより同様の効果が得ら
れる。
According to each of the embodiments shown in FIGS. 9, 10, and 11, the same effects can be obtained by performing the same control as that of the fourth embodiment shown in FIG. 7 by adopting such a configuration.

【0054】図12(A)は本発明の実施形態8の要部
概略図である。本実施形態は観察空間に提示する画像と
して、図12(B)に示したような現実の物体との奥行
方向の位置関係に配慮が要らないもの、例えばコンピュ
ーター画面等を提示する場合には、図12(A)に示す
ような構成を用いている。なお、図1に示した実施形態
と同じ機能を有するものに関しては、同じ符号を付し説
明を略す。
FIG. 12A is a schematic view of a main part of an eighth embodiment of the present invention. In the present embodiment, when an image to be presented in the observation space does not need to consider the positional relationship in the depth direction with a real object as shown in FIG. A configuration as shown in FIG. Note that components having the same functions as those of the embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

【0055】外界からの光束L0の内P偏光成分は、P
偏光を透過するように配置された偏光板50を通過し、
ハーフミラー51を透過して空間変調素子11に導かれ
る。バックライト、液晶素子、偏光板等から構成されS
偏光を射出する表示手段13aから射出された表示光束
はハーフミラー51を透過し、ミラー16で反射され、
ハーフミラー51で反射されて空間変調素子11に導か
れる。このような構成にすると前述した原理により、図
12(B)に示すように観察域21内に表示画像23を
外界が透けること無く観察することができる。この場合
は、図4(A)に示した場合と同じように表示画像の周
囲に暗い部分が生じるが、視野内の任意の位置にコンピ
ューター画面を外界が透けること無く表示できる。
The P polarization component of the light beam L0 from the outside is P
Passing through a polarizing plate 50 arranged to transmit polarized light,
The light passes through the half mirror 51 and is guided to the spatial light modulator 11. It is composed of a backlight, a liquid crystal element, a polarizing plate, etc.
The display light flux emitted from the display means 13a which emits polarized light passes through the half mirror 51, is reflected by the mirror 16, and
The light is reflected by the half mirror 51 and guided to the spatial light modulator 11. With such a configuration, according to the above-described principle, the display image 23 can be observed in the observation area 21 without the outside world being transparent as shown in FIG. In this case, as in the case shown in FIG. 4A, a dark portion occurs around the display image, but the computer screen can be displayed at an arbitrary position in the field of view without the outside world being transparent.

【0056】上記各実施形態においては表示手段13,
13aの表示素子として透過型の液晶パネルを用いた
が、表示素子として反射型の液晶パネルやELパネル等
を用いて構成することも可能である。
In each of the above embodiments, the display means 13,
Although a transmissive liquid crystal panel is used as the display element 13a, a reflective liquid crystal panel, an EL panel, or the like may be used as the display element.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明によれば、外界からの外界画像と
表示手段(ディスプレイ)で表示した表示画像の双方を
同一視野で観察するとき、表示手段上に表示された画像
(表示画像)に相当する領域を外界からの光束が通過
し、観察者の眼に入射するのを遮断し、表示画像と外界
画像の双方が見やすくなるようにした画像観察装置及
び、コンピューターグラフィックス等で作成した仮想画
像(表示画像)を現実空間の光景(外界情報)に重ね合
わせた際、仮想画像が透けた画像とならないようにし、
双方の画像を良好に観察することができる画像観察装置
を達成することができる。
According to the present invention, when observing both the external image from the external world and the display image displayed on the display means (display) in the same field of view, the image (display image) displayed on the display means is displayed. An image observing device and a virtual image created by computer graphics or the like, in which a luminous flux from the outside passes through the corresponding area and blocks the light from entering the observer's eyes so that both the display image and the outside image can be easily viewed. When an image (display image) is superimposed on a scene (external world information) in the real space, the virtual image is prevented from being a transparent image,
An image observation device capable of favorably observing both images can be achieved.

【0058】この他、本発明によれば、コンピュータグ
ラフィックス等で作成した仮想像(表示画像)を現実空
間の光景(外界情報)に重ね合わせた際、外界情報を取
得する撮像系の情報をもとに仮想像と現実空間の位置関
係を演算し、ディスプレイ(画像表示手段)上に表示さ
れた画像(表示画像)領域における外界からの外界情報
を表示画像に対応させて正確に遮断し、また当該領域の
周囲領域に光束がけられ暗くなる領域が発生しないよう
に撮像手段で撮像した外界情報を前記周囲領域に補完す
ることにより、表示画像と外界画像の双方の画像を良好
に観察することができる。また従来不可能であった”黒
い色”の表示が可能となる画像観察装置を達成すること
ができる。
In addition, according to the present invention, when a virtual image (display image) created by computer graphics or the like is superimposed on a scene (external world information) in a real space, information of an imaging system for acquiring external world information is obtained. Based on the calculated positional relationship between the virtual image and the real space, the external information in the image (display image) area displayed on the display (image display means) is accurately cut off in accordance with the display image, In addition, by supplementing the surrounding information with the outside information captured by the imaging unit so that a darkened area does not occur in the surrounding area of the area, it is possible to favorably observe both the display image and the outside image. Can be. In addition, it is possible to achieve an image observation device that can display a “black color” which was impossible in the related art.

【0059】また、本発明によれば、外界からの像光に
ディスプレイによる画像を重畳させて表示させるような
場合、像の重なった領域において、外界からの像光束を
任意の領域で取り除くことができる。したがって戸外等
外界からの光が強い場所においてもディスプレイに表示
れた文字や映像等の画像が見にくいといったことが防止
できる。また外界の光景すなわち実像の中にディスプレ
イによって表示された仮想像を合成表示した時に仮想像
が透けて見えるということも防止できる。
Further, according to the present invention, in a case where an image from a display is superimposed on an image light from the outside and displayed, it is possible to remove an image light flux from the outside in an arbitrary area in an area where the images overlap. it can. Therefore, it is possible to prevent an image such as a character or an image displayed on the display from being difficult to see even in a place where external light is strong, such as outdoors. Further, it is possible to prevent the virtual image from being seen through when the virtual image displayed by the display is synthesized and displayed in the external scene, that is, the real image.

【0060】また、本発明によれば、上記効果と同様の
効果を得られるとともに、視野内の任意の位置にコンピ
ューター画面等を外界が透けること無く表示することが
でき、観察者の負担を減らすことが可能となる。
Further, according to the present invention, the same effects as those described above can be obtained, and a computer screen or the like can be displayed at an arbitrary position in the field of view without the outside world being transparent, thereby reducing the burden on the observer. It becomes possible.

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

【図1】 本発明の実施形態1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の一部分の説明図FIG. 2 is an explanatory view of a part of FIG. 1;

【図3】 図1の一部分の説明図FIG. 3 is an explanatory view of a part of FIG. 1;

【図4】 図1の一部分の説明図FIG. 4 is an explanatory view of a part of FIG. 1;

【図5】 本発明の実施形態2の要部概略図FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施形態3の要部概略図FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施形態4の要部概略図FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 図7の一部分の説明図FIG. 8 is an explanatory view of a part of FIG. 7;

【図9】 本発明の実施形態5の要部概略図FIG. 9 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施形態6の要部概略図FIG. 10 is a schematic diagram of a main part of a sixth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施形態7の要部概略図FIG. 11 is a schematic view of a main part of a seventh embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の実施形態8の要部概略図FIG. 12 is a schematic view of a main part of an eighth embodiment of the present invention.

【図13】 従来の画像観察装置の要部概略図FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of a conventional image observation device.

【図14】 外界画像に仮想画像を加えたときの説明図FIG. 14 is an explanatory diagram when a virtual image is added to an external image

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,43 空間変調素子 12,50 偏光板 13,45,13a 表示手段 10,14,37,40,44 偏光ビームスプリッタ
ー 15 λ/4板 16,47 ミラー 17,38,41 撮像光学系 18,34,42 撮像素子 E 観察者の眼 21 観察域 22 実物体 23 仮想物体 L1 プリズム体 L2 プリズム体 33 レンズ群 SP 制御手段 CG コンピューターグラフィックス 10’,14’,31’,51 ハーフミラー
11, 43 Spatial modulation element 12, 50 Polarizing plate 13, 45, 13a Display means 10, 14, 37, 40, 44 Polarizing beam splitter 15 λ / 4 plate 16, 47 Mirror 17, 38, 41 Imaging optical system 18, 34 , 42 Image sensor E Observer's eye 21 Observation area 22 Real object 23 Virtual object L1 Prism body L2 Prism body 33 Lens group SP Control means CG Computer graphics 10 ', 14', 31 ', 51 Half mirror

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年3月14日(2000.3.1
4)
[Submission Date] March 14, 2000 (200.3.1)
4)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Correction target item name] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項3[Correction target item name] Claim 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の画像観
察装置は、外界の外界画像と表示手段に表示した表示画
像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し、同
一視野内で観察する画像観察装置において、該外界画像
を撮像する撮像手段と2次元画素構造を有する空間変調
素子を有し、該空間変調素子の少なくとも一部領域を変
調して該外界画像を構成する光束と該表示画像を構成す
る光束の観察を切換可能とし、該表示画像の領域に対応
して該外界画像の領域の光束を遮断あるいは減光するよ
うに該空間変調素子を制御するとともに、該外界画像の
該空間変調素子でけられる該表示画像の周囲領域を該撮
像手段で撮像した画像情報で補完する制御手段を有する
ことを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an image observing apparatus for guiding both an external image of an external environment and a display image displayed on a display means to an observer through an optical path dividing means. An image observation apparatus for observing in a field of view, comprising: an imaging unit for imaging the external world image; and a spatial modulation element having a two-dimensional pixel structure, and modulating at least a part of the spatial modulation element to form the external world image. To switch the observation of the light beam and the light beam constituting the display image, and control the spatial modulation element so as to block or reduce the light beam in the region of the external image corresponding to the region of the display image, The image processing apparatus further includes a control unit that complements a surrounding area of the display image of the external image, which is obtained by the spatial modulation element, with image information captured by the imaging unit.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0012】請求項3の発明の画像観察装置は、外界の
外界画像と表示手段に表示した表示画像の双方を光路分
割手段を介して観察者側に導光し、同一視野内で観察す
る画像観察装置において、該光路分割手段と観察眼の間
の光路中に2次元画素構造を有する空間変調素子を有
し、該空間変調素子の少なくとも一部領域を変調して該
外界画像を構成する光束と該表示画像を構成する光束の
観察を切換可能とし、該表示画像の領域に対応して該外
界画像の領域の光束を遮断あるいは減光するように該空
間変調素子を制御する制御手段を有することを特徴とし
ている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an image observation apparatus which guides both an external image of an external environment and a display image displayed on a display means to an observer through an optical path dividing means, and observes the image in the same visual field. In the observation device, a light beam having a spatial modulation element having a two-dimensional pixel structure in an optical path between the optical path dividing means and the observation eye, and modulating at least a part of the spatial modulation element to constitute the external image And control means for controlling the spatial light modulator so as to block or reduce the light flux in the area of the external image corresponding to the area of the display image. It is characterized by:

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H091 FA07Z FA08X FA08Z FA10Z FA11Z FA14Z FA15Z GA11 HA07 LA16 MA10 5C058 AA07 AA08 AB04 BA24 BA31 BB25  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H091 FA07Z FA08X FA08Z FA10Z FA11Z FA14Z FA15Z GA11 HA07 LA16 MA10 5C058 AA07 AA08 AB04 BA24 BA31 BB25

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
示画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光
し、同一視野内で観察する画像観察装置において、該外
界画像を撮像する撮像手段と2次元画素構造を有する空
間変調素子を有し、該空間変調素子の少なくとも一部領
域を変調して該外界画像を構成する光束と該表示画像を
構成する光束の観察を切換可能とし、該表示画像の領域
に対応して該外界画像の領域の光束を遮断あるいは減光
するように該空間変調素子を制御するとともに、該表示
画像の周囲領域に該空間変調素子で光束がけられ、暗く
なる領域が発生しないように該撮像手段で撮像した画像
情報を該周囲領域に補完する制御手段を有することを特
徴とする画像観察装置。
1. An image observation apparatus which guides both an external image of an external environment and a display image displayed on a display means to an observer through an optical path dividing means and observes the external image in the same visual field. A spatial light modulating device having a two-dimensional pixel structure, and modulating at least a partial area of the spatial light modulating device to switch between observation of a light beam constituting the external image and a light beam constituting the display image. And controlling the spatial modulation element so as to block or diminish the luminous flux in the area of the external image corresponding to the area of the display image, and the luminous flux is blocked by the spatial modulation element in a peripheral area of the display image. An image observation apparatus comprising control means for complementing image information taken by the image pickup means to the surrounding area so that a dark area does not occur.
【請求項2】 前記外界画像を構成する光束と前記表示
画像を構成する光束は、互いに偏光状態の異なる光束で
あり、前記空間変調素子は透過型の液晶パネルを利用し
ていることを特徴とする請求項1の画像観察装置。
2. A light beam forming the external image and a light beam forming the display image are light beams having different polarization states, and the spatial modulation element uses a transmission type liquid crystal panel. The image observation device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
示画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光
し、同一視野内で観察する画像観察装置において、光路
中に2次元画素構造を有する空間変調素子を有し、該空
間変調素子の少なくとも一部領域を変調して該外界画像
を構成する光束と該表示画像を構成する光束の観察を切
換可能とし、該表示画像の領域に対応して該外界画像の
領域の光束を遮断あるいは減光するように該空間変調素
子を制御する制御手段を有することを特徴とする画像観
察装置。
3. An image observation apparatus in which both an external image of the external world and a display image displayed on a display means are guided to an observer via an optical path dividing means and observed in the same visual field. A spatial modulation element having a pixel structure, and modulating at least a partial region of the spatial modulation element to enable switching between observation of a light beam forming the external image and a light beam forming the display image; An image observation apparatus, comprising: a control unit that controls the spatial modulation element so as to block or diminish a light flux in the area of the external world image corresponding to the area.
【請求項4】 前記空間変調素子は透過型の液晶パネル
を利用していることを特徴とする請求項3の画像観察装
置。
4. An image observation apparatus according to claim 3, wherein said spatial modulation element uses a transmission type liquid crystal panel.
【請求項5】 前記外界画像を構成する光束と前記表示
画像を構成する光束は、互いに偏光状態の異なる光束で
あることを特徴とする請求項3の画像観察装置。
5. The image observation apparatus according to claim 3, wherein the light beam forming the external image and the light beam forming the display image are light beams having different polarization states.
【請求項6】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
示画像を光路分割手段を介して同一視野内で観察する画
像観察装置において、該外界画像は2次元画素構造を有
する空間変調素子を介して観察しており、該空間変調素
子は変調により該外界画像と表示画像の一部または全部
を同一視野内において面積的に選択しており、該選択し
た表示画像の周囲領域を該外界画像を撮像する撮像手段
で得た画像情報を利用して補完する制御手段を有してい
ることを特徴とする画像観察装置。
6. An image observing apparatus for observing an external image of the external world and a display image displayed on a display means in the same field of view via an optical path dividing means, wherein the external image is transmitted through a spatial modulation element having a two-dimensional pixel structure. The spatial modulation element has selected a part or all of the external image and the display image by modulation in terms of area within the same field of view, and the surrounding area of the selected display image is displayed as the external image. An image observation apparatus comprising a control unit for complementing using image information obtained by an imaging unit for imaging.
【請求項7】 前記空間変調素子は互いに直交する偏光
を利用して前記外界画像と表示画像の少なくとも一部を
選択して観察者に導光していることを特徴とする請求項
6の画像観察装置。
7. The image according to claim 6, wherein the spatial modulation element selects at least a part of the external image and the display image using polarized light orthogonal to each other and guides the selected image to an observer. Observation device.
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US09/736,242 US6271895B2 (en) 1998-07-27 2000-12-15 Image observing apparatus for observing outside information superposed with a display image

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007156096A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 Shimadzu Corp Head-mounted display device and head-mounted display system
JP2013230402A (en) * 2013-08-19 2013-11-14 Canon Inc Ophthalmologic imaging apparatus

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