JP2000310747A - Image observation device - Google Patents
Image observation deviceInfo
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- JP2000310747A JP2000310747A JP11062026A JP6202699A JP2000310747A JP 2000310747 A JP2000310747 A JP 2000310747A JP 11062026 A JP11062026 A JP 11062026A JP 6202699 A JP6202699 A JP 6202699A JP 2000310747 A JP2000310747 A JP 2000310747A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像光学系(撮像
系)により取得した外界の光景(外界画像,外界情報)
をディスプレイ装置(画像表示手段)に表示し観察でき
るようにした頭部装着型の画像観察装置、あるいは現実
の光景(外界情報)にコンピューター等で人工的に作り
出した画像(仮想画像)や、ビデオ等によって記録され
た映像を重ね合わせることによってさまざまな擬似的体
験を行うといったことを目的とした頭部装着型の画像観
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 external scene (external image, external information) acquired by an imaging optical system (imaging system).
Or a head-mounted image observation device that allows the user to display and observe images on a display device (image display means), or an image (virtual image) artificially created by a computer or the like on a real scene (external world information), or a video The present invention relates to a head-mounted image observation apparatus for performing various simulated experiences by superimposing images recorded by the above method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、外界画像(外界情報)をCC
Dカメラ等の撮影装置で電気信号に変換し、それをCR
TやLCDなどの表示素子に表示し、接眼光学系を介し
て外界画像を観察する頭部装着型の画像観察装置が知ら
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, an external image (external information) has been
It is converted to an electric signal by a photographing device such as a D camera,
2. Description of the Related Art There is known a head mounted image observation apparatus that displays an image on a display element such as a T or an LCD and observes an external image via an eyepiece optical system.
【0003】又カメラによって撮像された外界画像にコ
ンピューターグラフィックス等により生成された画像や
ビデオ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ものや、遠
隔地や危険作業地域に設置されたカメラの画像を表示
し、あたかもその場所に居るように光景(外界情報)を
観察できるようにした画像観察装置が提案されている。[0003] In addition, an image generated by computer graphics or the like or an image recorded by a video or the like is synthesized and displayed on an external image captured by a camera so that a real space and a virtual space can be synthesized and observed. 2. Description of the Related Art There has been proposed an image observation apparatus which displays an image of a camera installed in a remote place or a dangerous work area, and allows a user to observe a scene (external world information) as if he / she were at the place.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】現実空間と仮想空間を
合成して観察するようにした画像観察装置では現実の光
景(外界情報)を観察する際の解像力がカメラの解像力
に依存することになる。In an image observation apparatus which combines and observes a real space and a virtual space, the resolving power when observing a real scene (external world information) depends on the resolving power of a camera. .
【0005】例えば画像観察時の水平方向視野角が15
度程度の場合を考えると、水平解像度450TV本程度
のカメラにより撮影された画像は、視角にして2分程度
の分解能を有することとなり、直接外界を観察する場合
と画質的にあまり差が生じない。For example, when the horizontal viewing angle during image observation is 15
Considering the case of about degrees, an image photographed by a camera having a horizontal resolution of about 450 TV has a resolution of about 2 minutes as a viewing angle, and there is not much difference in image quality from the case of directly observing the external world. .
【0006】一方、水平方向視野角が30度程度になる
と分解能は4分程度となるが、表示素子として画素数の
多いものを用い画像処理を施すことにより直接観察する
場合との画質の差は小さくできる。On the other hand, when the horizontal viewing angle is about 30 degrees, the resolution is about 4 minutes. However, the difference in image quality from direct observation by performing image processing using a display element having a large number of pixels is given. Can be smaller.
【0007】しかし、水平方向視野角が45度程度の画
像観察装置で同じ外界画像を観察すると、分解能は6分
程度となり画素数の多い表示素子を用い画像処理を施し
たとしても、直接外界情報を観察する場合に比べ明らか
に画質が劣る。つまり広い視野角を有する画像観察装置
の場合においては、非常に大型であるハイビジョン用カ
メラなどの高解像力のカメラを用いない限り、外界像を
観察する際に充分な画質を得ることができない。However, when the same external image is observed with an image observation device having a horizontal viewing angle of about 45 degrees, the resolution is about 6 minutes, and even if image processing is performed using a display element having a large number of pixels, the external image information is directly obtained. The image quality is clearly inferior to the case of observing. In other words, in the case of an image observation apparatus having a wide viewing angle, a sufficient image quality cannot be obtained when observing an external image unless a camera with a high resolution, such as a very large high-vision camera, is used.
【0008】本発明は、現実空間の外界情報とコンピュ
ータグラフィックス等の仮想空間の画像情報を合成して
観察するとき、ハイビジョンカメラ等の高解像度のカメ
ラを用いなくても、広い視野角の外界情報を違和感なく
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 combining and observing external world information in a real space and image information in a virtual space such as computer graphics, the external world with a wide viewing angle can be used without using a high-resolution camera such as a high-vision camera. It is an object of the present invention to provide an image observing device capable of satisfactorily observing information without discomfort.
【0009】[0009]
【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、外界画像を撮像素子に結像させる撮像系と、
該撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示する
表示手段と、該表示手段からの光を眼球へ導く観察系を
有する画像観察装置において、該撮像系は狭視野高解像
の第一撮像系と、広視野低解像の第二撮像系を有してお
り、該第一,第二撮像系からの外界画像を合成し、該表
示手段に表示する画像合成手段を設けたことを特徴とし
ている。According to a first aspect of the present invention, there is provided an image observation apparatus comprising: an imaging system for forming an external image on an imaging device;
In an image observation apparatus having a display means for displaying an external image acquired by the imaging system on a display element, and an observation system for guiding light from the display means to an eyeball, the imaging system has a narrow-field high-resolution first imaging system. And a second imaging system having a wide field of view and low resolution, and an image synthesizing means for synthesizing external images from the first and second imaging systems and displaying the synthesized image on the display means. And
【0010】請求項2の発明は請求項1の発明におい
て、前記撮像系は外界画像の観察時の水平方向視野角が
30度以上であることを特徴としている。In a second aspect of the present invention, in the first aspect, the imaging system has a horizontal viewing angle of 30 degrees or more when observing an external image.
【0011】請求項3の発明は請求項1又は2の発明に
おいて、前記第一及び第二撮像系は、各々結像光学系を
有し、互いの結像光学系は外界画像を各々の撮像素子に
異なる倍率で結像させていることを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the first and second image pickup systems each have an image forming optical system, and the image forming optical systems mutually pick up an external image. An image is formed on the element at different magnifications.
【0012】請求項4の発明は請求項1又は2の発明に
おいて、前記第一及び第二撮像系は、外界画像を撮像素
子に結像させる結像光学系を共用し、該第一撮像系の撮
像素子の撮像面と第ニ撮像系の撮像素子の撮像面は大き
さが異なっていることを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the first and second imaging systems share an imaging optical system for imaging an external image on an imaging device, and the first imaging system The image pickup surface of the image pickup device of the second embodiment is different from the image pickup surface of the image pickup device of the second image pickup system in size.
【0013】請求項5の発明は請求項1から4のいずれ
か1項の発明において、画像を生成する画像生成手段を
有し、前記画像合成手段は、該画像生成手段からの画像
と前記撮像系からの画像を合成して前記表示素子に表示
していることを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, there is provided an image generating means for generating an image, wherein the image synthesizing means includes an image from the image generating means and the image pickup. An image from the system is combined and displayed on the display element.
【0014】請求項6の発明の画像観察システムは請求
項1から5のいずれか1項の画像観察装置を観察者の左
右眼用に一対設けた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 system wherein a pair of the image observation apparatuses according to any one of the first to fifth aspects are provided for left and right eyes of an observer.
【0015】請求項7の発明の画像観察装置は、外界画
像を撮像素子に結像させる撮像系と、該撮像系により取
得した外界画像を表示素子に表示し、該表示素子からの
光を眼球へ導く観察系を有する画像観察装置において、
該撮像系は視野周辺部において負の歪曲収差を有し、該
撮像系により得られた外界画像の歪みを補正して該表示
手段に表示する画像歪み補正手段を有することを特徴と
している。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an image observation apparatus for imaging an external image on an image sensor, displaying the external image acquired by the image sensor on a display element, and transmitting light from the display element to an eyeball. In an image observation device having an observation system that leads to
The imaging system has a negative distortion at the periphery of the visual field, and has an image distortion correction unit for correcting distortion of an external image obtained by the imaging system and displaying the image on the display unit.
【0016】請求項8の発明は請求項7の発明におい
て、前記撮像系は画像の観察時の水平方向視野角が30
度以上であることを特徴としている。The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the imaging system has a horizontal viewing angle of 30 when observing an image.
It is characterized in that it is higher than degree.
【0017】請求項9の発明は請求項7又は8の発明に
おいて、前記画像歪み補正手段は、前記撮像系により取
得した外界画像の歪みを電気的に補正して前記表示素子
に表示していることを特徴としている。According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect, the image distortion correcting means electrically corrects a distortion of an external image acquired by the image pickup system and displays the image on the display element. It is characterized by:
【0018】請求項10の発明は請求項7又は8の発明
において、前記画像歪み補正手段は、前記撮像系の歪み
と逆の歪みを前記観察系で発生させて補正していること
を特徴としている。According to a tenth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect, the image distortion correcting means generates and corrects a distortion opposite to the distortion of the imaging system in the observation system. I have.
【0019】請求項11の発明は請求項7から10のい
ずれか1項の発明において、画像を生成する画像生成手
段及び画像を合成する画像合成手段を有し、該画像合成
手段は該画像生成手段からの画像と前記撮像系からの画
像を合成して前記表示素子に表示していることを特徴と
している。According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the seventh to tenth aspects, there is provided an image generating means for generating an image and an image synthesizing means for synthesizing the image. The image from the means and the image from the imaging system are combined and displayed on the display element.
【0020】請求項12の発明の画像観察システムは、
請求項7から11のいずれか1項の画像観察装置を観察
者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an image observation system comprising:
The image observation apparatus according to any one of claims 7 to 11 is provided as a pair for the left and right eyes of an observer.
【0021】請求項13の発明の画像観察装置は、請求
項1〜5,7〜11のいずれか1項の画像観察装置にお
いて、前記撮像系の一部と前記観察系の一部を利用して
外界像を直接観察することを特徴としている。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the image observation apparatus according to any one of the first to fifth and seventh to eleventh aspects, a part of the imaging system and a part of the observation system are used. It is characterized by direct observation of the outside world image.
【0022】請求項14の発明の画像観察システムは、
請求項13の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設
けたことを特徴としている。According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an image observation system comprising:
A pair of the image observation devices according to claim 13 are provided for the left and right eyes of the observer.
【0023】請求項15の発明の画像観察システムは、
観察者の左右眼用に請求項1〜5,7〜11のいずれか
1項の画像観察装置を一対と、観察者の左右眼共用の1
つの光学要素と、を有していることを特徴としている。According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an image observation system comprising:
Any of claims 1 to 5, 7 to 11 for the left and right eyes of the observer
1 pair of the image observation device of item 1 and 1 for both left and right eyes of the observer
And two optical elements.
【0024】請求項16の発明の画像観察システムは、
観察者の左右眼用に請求項13の画像観察装置を一対
と、観察者の左右眼共用の1つの光学要素と、を有して
いることを特徴としている。An image observation system according to a sixteenth aspect of the present invention
An image observation apparatus according to claim 13 is provided for the right and left eyes of the observer, and one optical element shared by the left and right eyes of the observer.
【0025】請求項17の発明の画像観察装置は請求項
1〜5,7〜11,13のいずれか1項において、前記
観察系は頭部装着型であることを特徴としている。An image observation apparatus according to a seventeenth aspect is characterized in that, in any one of the first to fifth, seventh to eleventh and thirteenth aspects, the observation system is a head-mounted type.
【0026】請求項18の発明の画像観察装置は請求項
1〜5,7〜11,13のいずれか1項において、前記
撮影系と、観察系はいずれも頭部装着型であることを特
徴としている。An image observation apparatus according to an eighteenth aspect is characterized in that, in any one of the first to fifth, seventh to eleventh and thirteenth aspects, both the photographing system and the observation system are head-mounted. And
【0027】請求項19の発明の画像観察システムは、
請求項15又は16において、前記1つの光学素子は平
面ミラー、若しくは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラ
ー、若しくは曲面ミラーであることを特徴としている。An image observation system according to a nineteenth aspect is
17. The optical device according to claim 15, wherein the one optical element is a plane mirror, a curved mirror, or a translucent plane mirror, or a curved mirror.
【0028】請求項20の発明の画像観察システムは、
請求項6,12,14,15又は19において、頭部装
着型であることを特徴としている。An image observation system according to a twentieth aspect of the present invention
Claims 6, 12, 14, 15 or 19 are characterized by being a head mounted type.
【0029】請求項21の発明の画像観察システムは、
外界画像を撮像素子に結像させる撮像光学系と、該撮像
光学系により取得した外界画像を表示素子に表示する表
示手段と、該表示手段からの光束を眼球へ導く観察系を
有する画像観察装置を左右眼用に一対と、観察者の左右
眼共用の1つの光学要素と、を有していることを特徴と
している。An image observation system according to a twenty-first aspect of the present invention
An image observation apparatus having an imaging optical system that forms an external image on an imaging element, display means for displaying the external image acquired by the imaging optical system on a display element, and an observation system for guiding a light beam from the display means to an eyeball For the left and right eyes and one optical element shared by the observer's left and right eyes.
【0030】請求項22の発明は請求項21の発明にお
いて、前記画像観察システムは頭部装着型であることを
特徴としている。According to a twenty-second aspect, in the twenty-first aspect, the image observation system is head-mounted.
【0031】請求項23の発明は請求項21又は22の
発明において、前記1つの光学素子は平面ミラー、若し
くは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラー、若しくは曲
面ミラーであることを特徴としている。According to a twenty-third aspect, in the twenty-first or twenty-second aspect, the one optical element is a plane mirror, a curved mirror, a transflective plane mirror, or a curved mirror.
【0032】[0032]
【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
察装置は頭部に装着され、表示素子に表示した画像情報
を観察する観察系10と、外界の画像情報を撮像素子に
結像させる撮像系20とを有し、該撮像系20で得られ
た画像情報を該観察系10の表示素子に表示し、観察位
置(眼)Eより観察している。(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 has an observation system 10 mounted on the head and observing image information displayed on a display element, and an imaging system 20 for imaging external image information on the imaging element. The image information obtained by the system 20 is displayed on the display element of the observation system 10 and observed from the observation position (eye) E.
【0033】観察系10はLCDやELパネルなどの表
示素子11,ミラー12,接眼光学系13を有してい
る。撮像系20は水平視野角30度以上の広視野低解像
の第二撮像系20aと水平視野角30度以下の狭視野高
解像の第一撮像系20bとを有している。広視野低解像
の撮像系20aはミラー12,結像光学系21,ハーフ
ミラー22,CCDなどの撮像素子23を有している。
又狭視野高解像の撮像系20bは、ミラー12,結像光
学系21,ハーフミラー22,変倍光学系24、CCD
などの撮像素子25を有している。Eは観察者の眼を示
す。The observation system 10 has a display element 11, such as an LCD or an EL panel, a mirror 12, and an eyepiece optical system 13. The imaging system 20 has a second imaging system 20a having a wide viewing angle and a low resolution of 30 degrees or less and a first imaging system 20b having a narrow viewing angle and a high resolution of 30 degrees or less. The wide-field, low-resolution imaging system 20a includes a mirror 12, an imaging optical system 21, a half mirror 22, and an imaging device 23 such as a CCD.
The imaging system 20b having a narrow field of view and high resolution includes a mirror 12, an image forming optical system 21, a half mirror 22, a variable power optical system 24, and a CCD.
And the like. E indicates the observer's eye.
【0034】本実施形態において、例えば偏光板、バッ
クライト、液晶素子等で構成された表示素子11を射出
した表示光はミラー12で反射し、接眼光学系13によ
り観察眼Eに導かれる。接眼光学系13は表示手段11
の表示スクリーン面11a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。In the present embodiment, the display light emitted from the display element 11 composed of, for example, a polarizing plate, a backlight, a liquid crystal element and the like is reflected by a mirror 12 and guided to an observation eye E by an eyepiece optical system 13. The eyepiece optical system 13 is a display unit 11
The focal length and the position are determined so that the display screen surface 11a is presented to the observation eye as a virtual image enlarged to a position 2 m ahead, for example.
【0035】一方外界からの光束はミラー12で反射さ
れ、結像光学系21で集束されつつ一部の光束はハーフ
ミラー22を透過し、撮像素子23上に結像される。広
視野低解像の撮像系20aの撮像素子23上では観察系
10の表示画角と同じ画角かそれよりも大きい画角の像
が撮像される。On the other hand, a light beam from the outside is reflected by the mirror 12, and a part of the light beam is transmitted through the half mirror 22 while being focused by the image forming optical system 21, and is imaged on the image sensor 23. On the image sensor 23 of the imaging system 20a having a wide field of view and a low resolution, an image having an angle of view equal to or larger than the display angle of view of the observation system 10 is captured.
【0036】一方ハーフミラー22で反射された光束
(外界像)は変倍光学系24で変倍され、撮像素子25
上に撮像素子23上に結像される像よりも高い倍率の像
が結像される。On the other hand, the light beam (external image) reflected by the half mirror 22 is scaled by the zooming optical system 24, and
An image having a higher magnification than an image formed on the image sensor 23 is formed thereon.
【0037】画像合成手段26は外界の画像のうち中心
部は撮像素子25から、周辺部は撮像素子23からの情
報をもとに外界像を合成し、表示手段11に表示する。
これにより観察者は表示手段11に表示した外界像を観
察している。このとき観察系10の光軸O1と撮像系2
0の光軸O2は略一致させてあり、また表示画角は観察
者が直接外界を観察した場合と同じになるようにしてい
る。これによりパララックスが無く自然な状態で外界像
を観察することができるようにしている。The image synthesizing means 26 synthesizes an external image based on the information from the image sensor 25 in the central part and the image from the image sensor 23 in the peripheral part, and displays the image on the display means 11.
Thereby, the observer observes the external image displayed on the display unit 11. At this time, the optical axis O1 of the observation system 10 and the imaging system 2
The optical axis O2 of 0 is substantially matched, and the display angle of view is set to be the same as when the observer directly observes the outside world. As a result, an external image can be observed in a natural state without parallax.
【0038】通常人間が視線の移動のみで情報の受容・
識別が成立する範囲は水平方向で約30度といわれてお
り、それ以上の視野に対しては頭部運動が誘発される。
本実施形態の画像観察装置のように撮像系20及び観察
系10を頭部に装着する場合は、撮像位置及び表示スク
リーン面11aの位置も頭部の動きに追従して動く。Normally, humans receive information only by moving their eyes.
The range in which the identification is established is said to be about 30 degrees in the horizontal direction, and a head movement is induced for a visual field beyond that.
When the imaging system 20 and the observation system 10 are mounted on the head as in the image observation device of the present embodiment, the imaging position and the position of the display screen surface 11a also move following the movement of the head.
【0039】つまり水平画角30度以上の位置にある対
象を注視しようとする場合は頭部運動が誘発されるた
め、撮像視野及び表示視野も動くため高い解像力を必要
とする水平方向表示画角は30度以内であれば良いこと
となる。同様の理由で垂直方向表示画角は20度以内で
あれば良い。That is, when the user tries to gaze at an object located at a horizontal angle of view of 30 degrees or more, the head movement is induced, and the imaging field of view and the display field of view also move. Should be within 30 degrees. For the same reason, the vertical display angle of view may be within 20 degrees.
【0040】本実施形態では狭視野高解像撮像系20b
の水平方向撮影画角は約30度に設定している。例えば
水平表示画角を60度とすると広視野低解像の撮像系2
0aの撮影水平画角は60度以上に設定され、画像合成
手段26は水平画角0度から30度までは狭視野高解像
の撮像系20bで取得した画像を用い、水平画角30度
から60度までは広視野低解像の撮像系20aで取得し
た画像を用いて外界像を構成する。In this embodiment, a narrow-field high-resolution imaging system 20b
Is set to about 30 degrees. For example, if the horizontal display angle of view is 60 degrees, a wide-field, low-resolution imaging system 2
The shooting horizontal view angle of 0a is set to 60 degrees or more, and the image combining means 26 uses an image obtained by the narrow-view high-resolution imaging system 20b from the horizontal view angle of 0 to 30 degrees, and the horizontal view angle of 30 degrees. From 60 to 60 degrees, an external image is formed using an image acquired by the imaging system 20a having a wide field of view and low resolution.
【0041】このように構成することにより水平画角0
度から30度までは高解像、30度から60度までは低
解像の像となり、上述したような理由で画質として違和
感の無い外界像を低価格で小型の撮像系で提供すること
を可能としている。With this configuration, the horizontal angle of view is 0
From 30 degrees to 30 degrees, high-resolution images are used from 30 degrees to 60 degrees, and low-resolution images are obtained from 30 degrees to 60 degrees. It is possible.
【0042】(実施形態2)図2は本発明の実施形態2
の要部概略図である。本実施形態は図1に示した実施形
態1に比べて、狭視野高解像の撮像系20bの変倍光学
系24、撮像素子25の代わりに撮像素子27で構成し
た以外は同じ構成である。(Embodiment 2) FIG. 2 shows Embodiment 2 of the present invention.
FIG. This embodiment has the same configuration as the first embodiment shown in FIG. 1 except that an imaging element 27 is used instead of the variable power optical system 24 and the imaging element 25 of the imaging system 20b having a narrow field of view and high resolution. .
【0043】図1の実施形態では変倍光学系24を用い
て撮影視野及び分解能を変えていた。In the embodiment shown in FIG. 1, the field of view and the resolution are changed by using the variable power optical system 24.
【0044】本実施形態では撮像素子23よりも受像面
積は小さいが画素数が同様の高解像度の撮像素子27を
用いることにより同様の効果を得ている。例えば撮像素
子23は2/3インチCCD、撮像素子27は同じ画素
数の1/3インチCCDで構成している。In this embodiment, the same effect is obtained by using the high-resolution image sensor 27 having a smaller image receiving area than the image sensor 23 but having the same number of pixels. For example, the image sensor 23 is a 2/3 inch CCD, and the image sensor 27 is a 1/3 inch CCD having the same number of pixels.
【0045】(実施形態3)図3は本発明の実施形態3
の要部概略図である。本発明による画像観察装置は頭部
に装着され、表示素子31に表示した画像情報を観察す
る観察系30と、外界の画像情報を撮像素子に結像させ
る撮像系40とを有し、該撮像系40で得られた画像情
報を該観察系30の表示素子31に表示し、観察位置
(眼)Eより観察している。(Embodiment 3) FIG. 3 shows Embodiment 3 of the present invention.
FIG. The image observation apparatus according to the present invention has an observation system 30 mounted on the head and observing image information displayed on the display element 31 and an imaging system 40 for imaging external image information on the imaging element. The image information obtained by the system 40 is displayed on the display element 31 of the observation system 30 and observed from the observation position (eye) E.
【0046】観察系30はLCDやELパネルなどの表
示素子31,ミラー32,接眼光学系33を有してい
る。撮像系40はミラー32,結像光学系41,CCD
などの撮像素子42,画像歪み補正手段43を有してい
る。Eは観察者の眼を示す。The observation system 30 has a display element 31, such as an LCD or an EL panel, a mirror 32, and an eyepiece optical system 33. The imaging system 40 includes a mirror 32, an imaging optical system 41, and a CCD.
And the like. E indicates the observer's eye.
【0047】本実施形態において例えば偏光板,バック
ライト,液晶素子等で構成された表示素子31を射出し
た表示光はミラー32で反射し、接眼光学系33により
観察眼Eに導かれる。In this embodiment, the display light emitted from the display element 31 constituted by, for example, a polarizing plate, a backlight, a liquid crystal element, etc. is reflected by a mirror 32 and guided to an observation eye E by an eyepiece optical system 33.
【0048】接眼光学系33は表示手段31の表示スク
リーン面31a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 focal length and position of the eyepiece optical system 33 are determined so that the display screen surface 31a of the display means 31 is presented to the observation eye as a virtual image enlarged to a position 2 m ahead, for example.
【0049】外界からの光束はミラー32で反射され、
結像光学系41で集束され撮像素子42上に結像され
る。撮像素子42上では観察系30の表示画角と同じ画
角かそれよりも大きい画角の像が撮像される。この結像
光学系41は大きな負の歪曲収差を有しており、中心部
は伸長され周辺部は圧縮されるように結像され、図4
(A)に示すような像高分布(歪曲収差)を示す。The light flux from the outside is reflected by the mirror 32,
The light is converged by the imaging optical system 41 and is imaged on the image sensor 42. On the image sensor 42, an image having an angle of view equal to or larger than the display angle of view of the observation system 30 is captured. This image forming optical system 41 has a large negative distortion, and the image is formed such that the central portion is elongated and the peripheral portion is compressed, and FIG.
An image height distribution (distortion aberration) as shown in FIG.
【0050】このように構成すると中心付近の画角に関
しては結像倍率を高く、周辺部に関しては結像倍率を低
く設定することができる。これによって図4(B)に示
すような像高分布を持つ大きな歪曲収差を有しない結像
光学系を用いた場合に比べ、中心付近の解像度を高く設
定することができる。With this configuration, the imaging magnification can be set high for the angle of view near the center and low for the peripheral portion. This makes it possible to set a higher resolution near the center than in the case where an imaging optical system having a large image height distribution and having no large distortion as shown in FIG. 4B is used.
【0051】特に実施形態1において述べたように水平
画角30度以上の周辺部においては表示画像の解像力を
あまり必要としないため、水平画角30度以上の周辺部
において大きく収差を発生させることにより、相対的に
中心付近の解像力を上げることができる。In particular, as described in the first embodiment, a peripheral portion having a horizontal angle of view of 30 degrees or more does not require much resolution of a display image. Thereby, the resolution near the center can be relatively increased.
【0052】本実施形態では撮像系40で取得された歪
んだ外界像は、画像歪み補正手段43に送られ、公知の
電気的手段により中心部は圧縮され周辺部は伸長される
ように歪みを補正され、表示手段31に表示される。In the present embodiment, the distorted external image acquired by the image pickup system 40 is sent to the image distortion correcting means 43, and the distortion is applied so that the central part is compressed and the peripheral part is expanded by known electric means. The correction is made and displayed on the display means 31.
【0053】これにより観察者は外界を観察することが
できる。このとき表示光学系の光軸O3と撮像光学系の
光軸O4は略一致させてあり、また表示画角は観察者が
直接外界を観察した場合と同じになるようにしてあり、
これによりパララックスが無く自然な状態で外界像を観
察することができるようにしている。Thus, the observer can observe the outside world. At this time, the optical axis O3 of the display optical system and the optical axis O4 of the imaging optical system are substantially aligned, and the display angle of view is set to be the same as when the observer directly observes the outside world.
As a result, an external image can be observed in a natural state without parallax.
【0054】このように構成することにより水平画角0
度から30度までは高解像、30度以上の周辺画角にお
いては低解像の像となり、実施形態1で述べたような理
由で画質として違和感の無い外界像を低価格で小型の撮
像系で提供することを可能としている。With this configuration, the horizontal angle of view is 0
From 30 degrees to 30 degrees, a high-resolution image is obtained at a peripheral angle of view of 30 degrees or more, and a low-priced, small-sized image of an external image that does not cause a sense of incongruity in image quality due to the reason described in the first embodiment. It is possible to provide in the system.
【0055】(実施形態4)図5は本発明の実施形態4
の要部概略図である。本実施形態は1つの画像観察装置
を観察者の右眼E前方に装着した状態を示している。面
光源からの光束で照明された表示素子31に表示された
画像を偏心した曲率を有する面を含んだ3つの光学面
(33a,33b,33c)を有する接眼光学系33を
介して観察者Eに導光している(尚、表示素子31から
の光束は接眼光学系33の入射面33aから入射し、面
33bで全反射し、面33cで反射した後に、今度は面
33bを通過して観察眼Eに入射している。)。(Embodiment 4) FIG. 5 shows Embodiment 4 of the present invention.
FIG. This embodiment shows a state in which one image observation device is mounted in front of the right eye E of the observer. An observer E passes through an eyepiece optical system 33 having three optical surfaces (33a, 33b, 33c) including a surface having a decentered curvature of an image displayed on a display element 31 illuminated with a light beam from a surface light source. (Note that the light beam from the display element 31 enters the entrance surface 33a of the eyepiece optical system 33, is totally reflected by the surface 33b, is reflected by the surface 33c, and then passes through the surface 33b. It is incident on the observation eye E.).
【0056】一方外界からの画像情報は偏心した曲率を
有する面を含んだ3つの光学面(41a,41b,41
c)を有する結像光学系41によって、撮像素子42に
結像している(尚、外界からの光束は結像光学系41の
入射面41aより入射し、面41bで反射した後に面4
1aで全反射して面41cより出射して撮像素子42に
入射している。)。On the other hand, image information from the outside world has three optical surfaces (41a, 41b, 41b) including surfaces having eccentric curvatures.
(c), the image is formed on the image sensor 42 by the imaging optical system 41 (light from the outside enters from the incident surface 41a of the imaging optical system 41, and is reflected by the surface 41b before the surface 4).
The light is totally reflected at 1a, exits from the surface 41c, and enters the image sensor 42. ).
【0057】ここで表示光学系の光軸O3と撮像光学系
の光軸O4とは略一致させている。Here, the optical axis O3 of the display optical system substantially coincides with the optical axis O4 of the imaging optical system.
【0058】図5の実施形態では表示光学系と撮像光学
系の双方に、偏心回転非対称非球面プリズムを用いるこ
とにより、収差を良好に補正している。尚、図5におい
て図3に示した要素と同じ役目を果たすものに付いては
同じ符号を付した。In the embodiment shown in FIG. 5, the aberration is favorably corrected by using an eccentric rotationally asymmetric aspherical prism for both the display optical system and the image pickup optical system. In FIG. 5, the same reference numerals are given to components having the same functions as those shown in FIG.
【0059】本実施形態では非回転対称非球面を用いる
ことにより高次の非対称収差を発生させ、任意の画像歪
みに設定させることも可能である。In this embodiment, it is possible to generate a higher-order asymmetric aberration by using a non-rotationally symmetric aspherical surface and to set an arbitrary image distortion.
【0060】例えば表示視野が観察者の頭部正面に対し
て横方向にシフトしている場合などは、高い撮像分解能
を必要とする領域が撮像中心から横にずれているため、
図4(C)に示すような像高分布を持つ歪曲収差を発生
させれば良い。For example, when the display field of view is shifted in the horizontal direction with respect to the front of the observer's head, the area requiring high imaging resolution is shifted laterally from the imaging center.
Distortion having an image height distribution as shown in FIG. 4C may be generated.
【0061】(実施形態5)図6は本発明の実施形態5
の要部概略図である。本実施形態は図3の実施形態3に
比べて、画像歪み補正手段43が無く、接眼光学系33
が接眼光学系33′に代わっている以外は同じ構成であ
る。(Embodiment 5) FIG. 6 shows Embodiment 5 of the present invention.
FIG. This embodiment does not include the image distortion correcting unit 43 and the ocular optical system 33 as compared with the third embodiment of FIG.
Has the same configuration except that is replaced by an eyepiece optical system 33 '.
【0062】図3の実施形態3では画像歪み補正手段4
3による電気的手段によって結像光学系42で発生する
像歪みを補正していたが、本実施形態では接眼光学系3
3′において図7に示すような結像光学系42の歪曲収
差と逆の正の大きな歪曲収差を発生させることにより、
歪み補正を行うことにより同様の効果を得ている。In the third embodiment shown in FIG.
Although the image distortion generated in the imaging optical system 42 has been corrected by the electrical means of the eyepiece optical system 3, the eyepiece optical system 3 in the present embodiment.
By generating a large positive distortion opposite to the distortion of the imaging optical system 42 as shown in FIG.
Similar effects are obtained by performing distortion correction.
【0063】(実施形態6)図8は本発明の実施形態6
の要部概略図である。本実施形態は図1の実施形態1に
比べて撮像系20a,20b(ミラー12を除く)及び
6軸ステージ51を含む撮像装置50を頭部から分離し
て設置し、図1に示した表示系10(ミラー12を除
く)、頭部位置センサー61、角度センサー62等を頭
部装着部材63で頭部に装着するように構成している点
が異なっている。(Embodiment 6) FIG. 8 shows Embodiment 6 of the present invention.
FIG. In this embodiment, as compared with the first embodiment of FIG. 1, an imaging device 50 including imaging systems 20a and 20b (excluding the mirror 12) and a six-axis stage 51 is installed separately from the head, and the display shown in FIG. The difference is that the system 10 (excluding the mirror 12), the head position sensor 61, the angle sensor 62, and the like are configured to be mounted on the head by the head mounting member 63.
【0064】頭部位置センサー61、角度センサー62
で観察者の頭部の動きを検知し、その情報に基づいて6
軸ステージ51を駆動し、頭部の動きに連動させて撮像
系50が動くようにしている。Head position sensor 61, angle sensor 62
Detects the movement of the observer's head, and based on the information,
The axis stage 51 is driven so that the imaging system 50 moves in conjunction with the movement of the head.
【0065】広視野低解像の撮像系20aと狭視野高解
像の撮像系20bからの画像情報を画像合成手段26で
合成し、観察系10の表示手段11に表示している。観
察者は表示手段11に表示した画像情報を観察するよう
にしている。Image information from the wide-field, low-resolution imaging system 20a and the narrow-field, high-resolution imaging system 20b are combined by the image combining means 26 and displayed on the display means 11 of the observation system 10. The observer observes the image information displayed on the display means 11.
【0066】(実施形態7)図9は本発明の実施形態7
の要部概略図である。本実施形態は図3の実施形態3に
比べて撮像系40(ミラー32を除く)を頭部から分離
し、表示系として表示系30(ミラー32を除く)を頭
部装着部材63で頭部に装着している点が異なっている
だけであり、その他の構成は同じである。頭部位置セン
サー61,角度センサー62,6軸ステージ51等は図
8の実施形態6と同じである。(Embodiment 7) FIG. 9 shows Embodiment 7 of the present invention.
FIG. In the present embodiment, the imaging system 40 (excluding the mirror 32) is separated from the head as compared with the third embodiment in FIG. , Except that the other parts are the same. The head position sensor 61, the angle sensor 62, the six-axis stage 51, and the like are the same as those in the sixth embodiment shown in FIG.
【0067】尚、図8,図9の実施形態において撮像系
と観察系に図2,図5に示した撮像系・表示系を用いて
構成しても良い。In the embodiments shown in FIGS. 8 and 9, the imaging system and the observation system may be constituted by using the imaging system and the display system shown in FIGS.
【0068】(実施形態8)図10は本発明の実施形態
8の要部概略図である。本実施形態は図1,図2の実施
形態1,2に比べて観察系10と撮像系20に各々偏心
回転非対称非球面のプリズムPZ1,PZ2を用いてい
る点が異なっている。(Eighth Embodiment) FIG. 10 is a schematic view of a main part of an eighth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2 in that the observation system 10 and the imaging system 20 use eccentric rotationally asymmetric prisms PZ1 and PZ2, respectively.
【0069】プリズムPZ1,PZ2の光学的作用は図
5の接眼光学系33,結像光学系41と同様である。The optical functions of the prisms PZ1 and PZ2 are the same as those of the eyepiece optical system 33 and the imaging optical system 41 of FIG.
【0070】観察系10では表示素子11に表示した画
像情報からの光束を順にプリズムPZ1のPZ1a,全
反射面PZ1b,反射面PZ1c、そして全反射面PZ
1bを介して観察者Eに導光している。In the observation system 10, the luminous flux from the image information displayed on the display element 11 is sequentially transmitted to the PZ1a of the prism PZ1, the total reflection surface PZ1b, the reflection surface PZ1c, and the total reflection surface PZ.
The light is guided to the observer E via 1b.
【0071】撮像系20では外界からの画像情報からの
光束を順にプリズムPZ2の入射面PZ2a,反射面P
Z2b,面PZ2a,そして射出面PZ2cを介して結
像光学系21に導光している。そしてハーフミラー22
によって撮像素子23,25面上に外界の画像情報を結
像している。In the image pickup system 20, the light flux from the image information from the outside world is sequentially transmitted to the entrance surface PZ2a and the reflection surface PZ2 of the prism PZ2.
The light is guided to the imaging optical system 21 via the Z2b, the plane PZ2a, and the exit plane PZ2c. And half mirror 22
Thus, image information of the outside world is formed on the imaging elements 23 and 25.
【0072】(実施形態9)図11は本発明の実施形態
9の要部概略図である。本実施形態は図3の実施形態3
に比べて観察系30と撮像系40に各々偏心回転非対称
非球面のプリズムPZ3,PZ4を用いている点が異な
っている。(Embodiment 9) FIG. 11 is a schematic view of a main part of Embodiment 9 of the present invention. This embodiment corresponds to Embodiment 3 in FIG.
The difference is that the prisms PZ3 and PZ4 each having an eccentric rotationally asymmetric aspheric surface are used for the observation system 30 and the imaging system 40.
【0073】プリズムPZ3,PZ4の光学的作用は図
5の接眼光学系33,結像光学系41と同様である。The optical functions of the prisms PZ3 and PZ4 are the same as those of the eyepiece optical system 33 and the imaging optical system 41 of FIG.
【0074】観察系30では表示素子31に表示した画
像情報からの光束を順にプリズムPZ3のPZ3a,全
反射面PZ3b,反射面PZ3c、そして全反射面PZ
3bを介して観察者Eに導光している。In the observation system 30, the luminous flux from the image information displayed on the display element 31 is sequentially transmitted to the PZ3a of the prism PZ3, the total reflection surface PZ3b, the reflection surface PZ3c, and the total reflection surface PZ.
The light is guided to the observer E via 3b.
【0075】撮像系40では外界からの画像情報からの
光束を順にプリズムPZ4の入射面PZ4a,反射面P
Z4b,面PZ4a,そして射出面PZ4cを介して結
像光学系41に導光している。そして撮像素子42面上
に外界の画像情報を結像している。In the imaging system 40, the light flux from the image information from the outside world is sequentially transmitted to the entrance surface PZ4a and the reflection surface PZ4 of the prism PZ4.
The light is guided to the imaging optical system 41 via the Z4b, the surface PZ4a, and the exit surface PZ4c. The image information of the outside world is formed on the surface of the image sensor 42.
【0076】尚、図10,図11において図1及び図3
に示した実施形態と同じ役目を果たすものについては同
じ符号を付した。10 and 11, FIGS. 1 and 3
The same reference numerals are given to those which fulfill the same function as the embodiment shown in FIG.
【0077】このようにそれぞれの光学系は、屈折型素
子でも反射型素子でもどちらで構成しても良い。As described above, each optical system may be constituted by either a refraction element or a reflection element.
【0078】また以上の各実施形態の画像観察装置Sを
図12に示すように左右眼用に一対設けるように構成す
ることにより、両眼視差を用いて立体視が可能となり、
より自然に外界を観察することができる。Further, by configuring the image observation apparatus S of each of the above embodiments so as to provide a pair for the left and right eyes as shown in FIG. 12, stereoscopic viewing can be performed using binocular parallax.
The outside world can be observed more naturally.
【0079】例えば図3に示した実施形態の画像観察装
置を観察者の左右眼用に一対設けると、図14に示すよ
うになる。ミラー32と観察眼Eの位置関係を図15に
示す。図15は図14を上から見た図である。ここで、
撮像系の画角を大きく設定すると、左右眼それぞれの撮
像系が干渉しないように構成するためには、図16に示
すようにミラー32の位置が観察眼Eに非常に近くなっ
てしまい、観察時に眼鏡の使用が不可能になったり、装
置が眼に近いため観察者に疲労感を与えてしまう。For example, when a pair of the image observation apparatuses of the embodiment shown in FIG. 3 are provided for the left and right eyes of the observer, the result is as shown in FIG. FIG. 15 shows the positional relationship between the mirror 32 and the observation eye E. FIG. 15 is a view of FIG. 14 as viewed from above. here,
If the angle of view of the imaging system is set to be large, the position of the mirror 32 becomes very close to the observation eye E as shown in FIG. Sometimes the use of eyeglasses becomes impossible and the viewer is tired because the device is close to the eyes.
【0080】そこで本実施形態では図17に示すように
ミラー32の代わりに光学素子としてミラー80を用
い、左右眼用一対の撮像系において光学要素80を共用
することにより、装置を眼から離して配置することを可
能としている。Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 17, a mirror 80 is used as an optical element instead of the mirror 32, and the optical element 80 is shared between a pair of left and right eye imaging systems, so that the apparatus is separated from the eyes. It is possible to arrange.
【0081】尚、光学要素80は平面ミラー、曲面ミラ
ー、又は半透過の平面ミラー、曲面ミラーであっても良
い。The optical element 80 may be a plane mirror, a curved mirror, a semi-transmissive plane mirror, or a curved mirror.
【0082】光学要素80は画像観察装置として別個独
立に設けても良く、互いに共有する形で設けても良い。The optical elements 80 may be provided separately and independently as an image observation device, or may be provided in a form shared with each other.
【0083】以上の実施例においては表示素子として液
晶素子を用いたが、例えばELのような自発光型の素子
を用いても良い。Although a liquid crystal element is used as a display element in the above embodiments, a self-luminous element such as an EL element may be used.
【0084】また画像生成手段、画像合成手段を設けコ
ンピューターグラフィックスやビデオカメラなどで撮影
した画像を外界像に合成し表示して、現実空間と仮想空
間の融合空間を観察させるようにしても良い。Further, an image generating means and an image synthesizing means may be provided so that an image taken by a computer graphics or a video camera or the like is synthesized with an external image and displayed so that a fusion space of a real space and a virtual space can be observed. .
【0085】例えば図13に示すように、図1に示した
実施形態1に画像生成手段70を設け、画像生成手段7
0で生成したコンピューターグラフィックスなどの画像
合成手段26で外界像に合成し、表示素子11に表示し
て観察させるように攻勢することが可能である。For example, as shown in FIG. 13, the image generating means 70 is provided in the first embodiment shown in FIG.
It is possible to combine the image with an external image by an image combining means 26 such as computer graphics generated in step S0 and display the image on the display element 11 for observation.
【0086】さらに以上の各実施形態の画像観察装置に
おいて直接外界を観察することができる光学シースルー
機能を持たせるように構成しても良い。例えば図10ら
示した実施形態8において、面12をハーフミラーと
し、さらにプリズムPZ1及びPZ2のそれぞれの面P
Z1b,PZ2aの面形状を最適化しノンパワーとし、
さらに偏光板などを設けるなどして表示素子11から射
出する表示光束が撮像素子23,25に入射しないよう
にすることにより、光学シースルー機能を持たせること
ができる。The image observation apparatus of each of the above embodiments may be configured to have an optical see-through function for directly observing the outside world. For example, in Embodiment 8 shown in FIG. 10, the surface 12 is a half mirror, and the surface P of each of the prisms PZ1 and PZ2 is
Optimize the surface shape of Z1b and PZ2a to be non-power,
Furthermore, an optical see-through function can be provided by providing a polarizing plate or the like so that the display light flux emitted from the display element 11 does not enter the imaging elements 23 and 25.
【0087】[0087]
【発明の効果】本発明によれば、現実空間の外界情報と
コンピュータグラフィックス等の仮想空間の画像情報を
合成して観察するとき、ハイビジョンカメラ等の高解像
度のカメラを用いなくても、広い視野角の外界情報を違
和感なく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 external world information in the real space and image information in the virtual space such as computer graphics are synthesized and observed, a wide area can be obtained without using a high resolution camera such as a high vision camera. It is possible to achieve an image observation device capable of favorably observing external information on a viewing angle without a sense of incongruity.
【0088】特に本発明によれば、広い視野角を有する
画像観察装置の場合において、非常に大型であるハイビ
ジョン用カメラなどの高解像力のカメラを用いること無
しに、小型のカメラを用いて画質として違和感の無い外
界画像を観察可能とすることができる。さらに装置の小
型が可能となるため観察者の負担を減らすことができ
る。In particular, according to the present invention, in the case of an image observation device having a wide viewing angle, the image quality can be reduced by using a small camera without using a camera having a very high resolution such as a very large high vision camera. It is possible to observe an external image without a sense of incongruity. Further, the size of the apparatus can be reduced, so that the burden on the observer can be reduced.
【図1】本発明の実施形態1の要部概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施形態2の要部概略図FIG. 2 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施形態3の要部概略図FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of a third embodiment of the present invention.
【図4】図3の撮像系の歪曲収差の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of distortion of the imaging system of FIG. 3;
【図5】本発明の実施形態4の要部概略図FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施形態5の要部概略図FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of a fifth embodiment of the present invention.
【図7】図6の観察系の歪曲収差の説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of distortion of the observation system of FIG. 6;
【図8】本発明の実施形態6の要部概略図FIG. 8 is a schematic view of a main part of a sixth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の実施形態7の要部概略図FIG. 9 is a schematic diagram of a main part of a seventh embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施形態8の要部概略図FIG. 10 is a schematic view of a main part according to an eighth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の実施形態9の要部概略図FIG. 11 is a schematic view of a main part of a ninth embodiment of the present invention.
【図12】本発明に係る画像観察システムの要部概略図FIG. 12 is a schematic diagram of a main part of an image observation system according to the present invention.
【図13】図1の実施形態1の一部分を変更したときの
要部概略図FIG. 13 is a schematic view of a main part when a part of the first embodiment of FIG. 1 is changed.
【図14】本発明の画像観察システムを説明する為の要
部概略図FIG. 14 is a schematic diagram of a main part for explaining the image observation system of the present invention.
【図15】本発明の画像観察システムを説明する為の要
部概略図FIG. 15 is a schematic diagram of a main part for explaining the image observation system of the present invention.
【図16】本発明の画像観察システムを説明する為の要
部概略図FIG. 16 is a schematic diagram of a main part for explaining the image observation system of the present invention.
【図17】本発明の画像観察システムの要部概略図FIG. 17 is a schematic diagram of a main part of the image observation system of the present invention.
10,30 観察系 20,40,50 撮像系 20a 第二撮像系 20b 第一撮像系 11,31 表示素子 12 ミラー 13,33 接眼光学系 21,41 結像光学系 22 ハーフミラー 23,25,42,31 撮像素子 24 変倍光学系 26 画像合成手段 43 画像歪み補正手段 PZ1,PZ2,PZ3,PZ4 プリズム 80 光学要素 10, 30 Observation system 20, 40, 50 Imaging system 20a Second imaging system 20b First imaging system 11, 31 Display element 12 Mirror 13, 33 Eyepiece optical system 21, 41 Imaging optical system 22 Half mirror 23, 25, 42 31 image pickup device 24 variable power optical system 26 image synthesizing means 43 image distortion correcting means PZ1, PZ2, PZ3, PZ4 prism 80 optical element
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【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】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図10[Correction target item name] FIG.
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図10】 FIG. 10
Claims (23)
と、該撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示
する表示手段と、該表示手段からの光を眼球へ導く観察
系を有する画像観察装置において、該撮像系は狭視野高
解像の第一撮像系と、広視野低解像の第二撮像系を有し
ており、該第一,第二撮像系からの外界画像を合成し、
該表示手段に表示する画像合成手段を設けたことを特徴
とする画像観察装置。1. An imaging system for forming an external image on an image sensor, a display unit for displaying an external image acquired by the image system on a display device, and an observation system for guiding light from the display unit to an eyeball. In the image observation apparatus, the imaging system has a first imaging system having a narrow-field high-resolution and a second imaging system having a wide-field low-resolution, and external images from the first and second imaging systems are provided. Synthesize and
An image observation apparatus, comprising: an image synthesizing unit for displaying on the display unit.
向視野角が30度以上であることを特徴とする請求項1
の画像観察装置。2. The imaging system according to claim 1, wherein a horizontal viewing angle when observing an external image is 30 degrees or more.
Image observation device.
学系を有し、互いの結像光学系は外界画像を各々の撮像
素子に異なる倍率で結像させていることを特徴とする請
求項1又は2の画像観察装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the first and second imaging systems each have an imaging optical system, and the respective imaging optical systems form an external image on each imaging device at different magnifications. The image observation device according to claim 1 or 2, wherein
撮像素子に結像させる結像光学系を共用し、該第一撮像
系の撮像素子の撮像面と第ニ撮像系の撮像素子の撮像面
は大きさが異なっていることを特徴とする請求項1又は
2の画像観察装置。4. The imaging system according to claim 1, wherein the first and second imaging systems share an imaging optical system that forms an external image on the imaging device, and an imaging surface of the imaging device of the first imaging system and imaging of the second imaging system. 3. The image observation device according to claim 1, wherein the image pickup surfaces of the elements have different sizes.
記画像合成手段は、該画像生成手段からの画像と前記撮
像系からの画像を合成して前記表示素子に表示している
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項の画像
観察装置。5. An image generating means for generating an image, wherein the image synthesizing means synthesizes an image from the image generating means and an image from the imaging system and displays the image on the display element. The image observation device according to any one of claims 1 to 4, wherein:
察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴とす
る画像観察システム。6. An image observation system comprising a pair of the image observation devices according to claim 1 provided for left and right eyes of an observer.
と、該撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示
し、該表示素子からの光を眼球へ導く観察系を有する画
像観察装置において、該撮像系は視野周辺部において負
の歪曲収差を有し、該撮像系により得られた外界画像の
歪みを補正して該表示手段に表示する画像歪み補正手段
を有することを特徴とする画像観察装置。7. An image observation apparatus having an imaging system for forming an external image on an imaging device, and an observation system for displaying the external image acquired by the imaging system on a display device and guiding light from the display device to an eyeball. Wherein the imaging system has negative distortion at the periphery of the visual field, and has image distortion correction means for correcting distortion of an external image obtained by the imaging system and displaying the distortion on the display means. Image observation device.
野角が30度以上であることを特徴とする請求項7の画
像観察装置。8. An image observation apparatus according to claim 7, wherein said imaging system has a horizontal viewing angle of 30 degrees or more when observing an image.
より取得した外界画像の歪みを電気的に補正して前記表
示素子に表示していることを特徴とする請求項7又は8
の画像観察装置。9. The image distortion correction unit according to claim 7, wherein the distortion of the external image acquired by the image pickup system is electrically corrected and displayed on the display element.
Image observation device.
の歪みと逆の歪みを前記観察系で発生させて補正してい
ることを特徴とする請求項7又は8の画像観察装置。10. The image observation apparatus according to claim 7, wherein the image distortion correction unit corrects the distortion by generating a distortion opposite to the distortion of the imaging system in the observation system.
を合成する画像合成手段を有し、該画像合成手段は該画
像生成手段からの画像と前記撮像系からの画像を合成し
て前記表示素子に表示していることを特徴とする請求項
7から10のいずれか1項の画像観察装置。11. An image generating means for generating an image, and an image synthesizing means for synthesizing the image, the image synthesizing means synthesizing the image from the image generating means and the image from the image pickup system to form the display element The image observation apparatus according to claim 7, wherein the image is displayed on a display.
像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴
とする画像観察システム。12. An image observation system comprising a pair of the image observation devices according to claim 7 provided for left and right eyes of an observer.
を利用して外界像を直接観察することを特徴とする請求
項1〜5,7〜11のいずれか1項の画像観察装置。13. The image observation according to claim 1, wherein an external image is directly observed using a part of the imaging system and a part of the observation system. apparatus.
左右眼用に一対設けたことを特徴とする画像観察システ
ム。14. An image observation system, wherein a pair of the image observation devices according to claim 13 are provided for left and right eyes of an observer.
〜11のいずれか1項の画像観察装置を一対と、観察者
の左右眼共用の1つの光学要素と、を有していることを
特徴とする画像観察システム。15. The method according to claim 1, wherein the right and left eyes of the observer are used.
12. An image observation system, comprising: a pair of the image observation devices according to any one of Items 1 to 11, and one optical element shared by the left and right eyes of the observer.
観察装置を一対と、観察者の左右眼共用の1つの光学要
素と、を有していることを特徴とする画像観察システ
ム。16. An image observation system comprising: a pair of the image observation devices according to claim 13 for left and right eyes of an observer; and one optical element shared by the left and right eyes of the observer.
特徴とする請求項1〜5,7〜11,13のいずれか1
項の画像観察装置。17. The observation system according to claim 1, wherein the observation system is a head-mounted type.
Item image observation device.
装着型であることを特徴とする請求項1〜5,7〜1
1,13のいずれか1項の画像観察装置。18. The apparatus according to claim 1, wherein each of the photographing system and the observation system is a head mounted type.
14. The image observation device according to any one of items 1 and 13.
しくは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラー、若しくは
曲面ミラーであることを特徴とする請求項15又は16
の画像観察システム。19. The optical device according to claim 15, wherein the one optical element is a flat mirror, a curved mirror, or a translucent flat mirror, or a curved mirror.
Image observation system.
求項6,12,14,15又は19の画像観察システ
ム。20. The image observation system according to claim 6, wherein the image observation system is a head mounted type.
光学系と、該撮像光学系により取得した外界画像を表示
素子に表示する表示手段と、該表示手段からの光束を眼
球へ導く観察系を有する画像観察装置を左右眼用に一対
と、観察者の左右眼共用の1つの光学要素と、を有して
いることを特徴とする画像観察システム。21. An image pickup optical system for forming an external image on an image pickup device, display means for displaying the external image acquired by the image pickup optical system on a display element, and an observation system for guiding a light beam from the display means to an eyeball. An image observation system, comprising: a pair of image observation apparatuses for the left and right eyes, and one optical element shared by the observer's left and right eyes.
あることを特徴とする請求項21の画像観察システム。22. The image observation system according to claim 21, wherein said image observation system is a head mounted type.
しくは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラー、若しくは
曲面ミラーであることを特徴とする請求項21又は22
の画像観察システム。23. The one optical element according to claim 21, wherein the one optical element is a plane mirror, a curved mirror, or a translucent plane mirror, or a curved mirror.
Image observation system.
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