JP2001133725A - 画像観察装置 - Google Patents

画像観察装置

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JP2001133725A
JP2001133725A JP31656899A JP31656899A JP2001133725A JP 2001133725 A JP2001133725 A JP 2001133725A JP 31656899 A JP31656899 A JP 31656899A JP 31656899 A JP31656899 A JP 31656899A JP 2001133725 A JP2001133725 A JP 2001133725A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】裸眼観察時とビデオシースルー観察時の物体像
の大きさ知覚を略一致させることができる画像観察装置
を得ること。 【解決手段】外界像を撮像光学系を介して取得する撮像
系と、該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示
し、該表示手段からの光束を該接眼光学系を介して眼球
へ導く表示系と、を有する画像観察装置において、該撮
像光学系の外界側光軸は該接眼光学系の眼球側光軸を延
長した軸上に略一致しており、かつ該撮像光学系の入射
瞳は該眼球光学系の入射瞳と等価な位置よりも外界側に
ずらして配置されていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【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
るようにした画像観察装置、あるいは現実の外界の光景
（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様々な疑似的体験を行うと
いったことを目的とした画像観察装置に関するものであ
る。
【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（表示手段）に表示し、接眼
光学系を介して外界画像を観察（以下「ビデオシースル
ー観察」という。）し、あたかも外界を裸眼で観察して
いるように構成された画像観察装置が知られている。
【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画像観察装
置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような形態の画像
観察装置は、裸眼で観察している場合に対し、物体の位
置などを観察方向で一致させるために、撮像系の撮像光
学系の外界側光軸と表示系の接眼光学系の眼球側光軸を
一致させ、さらに撮像光学系の入射瞳は眼球光学系の入
射瞳と等価な位置に配置している。
【０００５】しかしながら、撮像光学系を眼球光学系に
対して、全く等価な位置に配置すると、裸眼で外界を観
察している場合に対し、画像表示手段で表示した物体の
大きさが小さく知覚されるという問題が生じることが、
実験的に得られている。
【０００６】図１０はある大きさの物体を距離を変えて
観察した場合に、裸眼観察時と、撮像光学系を眼球光学
系に対して光学的に全く等価な位置に配置した装置によ
るビデオシースルー観察とで知覚される大きさを比較す
る実験を行った結果である。横軸が物体距離、縦軸がそ
の大きさを示す。
【０００７】図１０において、実線が裸眼観察時で破線
がビデオシースルー観察時を表す。裸眼観察時に比べ、
ビデオシースルー観察時の方が有意に物体の大きさが小
さく感じられることがわかる。
【０００８】本発明は、ビデオシースルー観察したとき
と裸眼観察したときとで同様な大きさで外界観察ができ
る画像観察装置の提供を目的とする。
【０００９】この他本発明は、装置全体の小型化が図れ
頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させること
ができる画像観察装置の提供を目的とする。
【００１０】この他本発明は、撮像系において、一つの
面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズム
を使用することにより、装置全体の小型が図れ、また外
界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、明
るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置の
提供を目的とする。
【００１１】
【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、外界像を撮像光学系を介して取得する撮像系
と、該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示
し、該表示手段からの光束を接眼光学系を介して眼球へ
導く表示系と、を有する画像観察装置において、該撮像
光学系の外界側光軸は該接眼光学系の眼球側光軸を延長
した軸上に略一致しており、かつ該撮像光学系の入射瞳
は該眼球光学系の入射瞳と等価な位置よりも外界側にず
らして配置されていることを特徴としている。
【００１２】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記眼球光学系の入射瞳と等価な位置に対する前記
撮像光学系の入射瞳のずらし量をｄとしたとき ｄ＜６０（ｍｍ） を満足していることを特徴としている。
【００１３】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記撮像系で得られる外界像の撮像画角は、前
記表示系で表示する表示画角と略一致していることを特
徴としている。
【００１４】請求項４の発明は請求項１から３のいずれ
か一項の発明において、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、該合成画像を前記表示素子に表示していること
を特徴としている。
【００１５】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か一項の発明において、前記撮像系は複数の平面で構成
されたプリズムを有し、該プリズムは透過作用及び全反
射作用をする面を有しており、該プリズムを介した光束
を正の光学的パワーを有する光学要素によって撮像素子
に導光していることを特徴としている。
【００１６】請求項６の発明は請求項１から５のいずれ
か一項の発明において、前記撮像系はアジムス角度によ
り光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有
していることを特徴としている。
【００１７】請求項７の発明は請求項１から６のいずれ
か一項の発明において、前記表示系はアジムス角度によ
り光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有
していることを特徴としている。
【００１８】請求項８の発明の画像観察システムは、請
求項１から７のいずれか一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。
【００１９】請求項９の発明の画像観察装置は、外界像
を撮像光学系を介して取得する撮像系と、該撮像系によ
り取得した外界像を表示素子に表示し、該表示手段から
の光束を接眼光学系を介して眼球へ導く表示系と、を有
する画像観察装置において、前記表示系はアジムス角度
により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面
を含むプリズム体を有し、該撮像光学系の外界側光軸は
前記接眼光学系の眼球側光軸を延長した軸上に略一致し
ており、かつ該撮像光学系の入射瞳は眼球光学系の入射
瞳と等価な位置よりも外界側にずらして配置されてお
り、該ずらし量をｄとしたとき ｄ＜６０（ｍｍ） を満足していることを特徴としている。
【００２０】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、前記撮像系は反射面を有し、該反射面による光軸の
偏向方向は、前記表示系の反射面による光軸の偏向方向
とは異なる方向であることを特徴としている。
【００２１】請求項１１の発明は請求項９又は１０の発
明において、前記撮像系で得られる外界像の撮像画角
は、前記表示系で表示する表示画角と略一致しているこ
とを特徴としている。
【００２２】請求項１２の発明は請求項９から１１のい
ずれか一項の発明において、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、該合成画像を前記表示素子に表示している
ことを特徴としている。
【００２３】請求項１３の発明は請求項９から１２のい
ずれか一項の発明において、前記撮像系は複数の平面で
構成されたプリズムを有し、該プリズムは透過作用及び
全反射作用をする面を有しており、該プリズムを介した
光束を正の光学的パワーを有する光学要素によって撮像
素子に導光していることを特徴としている。
【００２４】請求項１４の発明は請求項９から１２のい
ずれか一項の発明において、前記撮像系はアジムス角度
により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面
を有していることを特徴としている。
【００２５】請求項１５の発明の画像観察システムは、
請求項９から１４のいずれか一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。
【００２６】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の画
像観察装置の実施形態１の要部概略図である。本実施形
態による画像観察装置Ｓは表示手段１１に表示した画像
情報を観察眼Ｅに導くための表示系１０、外界の画像情
報ＯＢを撮像素子２３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信号処理手段Ｓ
Ｐで信号処理し、電気信号に変換した後に該表示系１０
の表示手段１１に表示し、該表示手段１１に表示した他
の画像情報と共に観察眼Ｅで観察している。
【００２７】表示系１０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの
表示手段１１，接眼光学系１２，ミラー１３を有してい
る。撮像系２０は、ミラー１３，正の光学的パワーを有
する撮像光学系２１，ＣＣＤなどの撮像素子２３を有し
ている。
【００２８】まず表示系１０の構成について説明する。
本実施形態において、例えばバックライト、偏光板、透
過型液晶素子等で構成される表示手段１１からその画像
情報に基づいて射出した表示光は接眼光学系１２を通過
し、ミラー１３の表示系１０側の面１３ａで反射され、
観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。接眼光学系１２は表示
手段１１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成
するように位置及び焦点距離等が決められており、その
射出瞳は、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００２９】次に撮影系２０について説明する。外界の
物体ＯＢからの光束はミラー１３の撮像系２０側の面１
３ｂで反射され、撮像光学系２１によって撮像素子２３
上に結像される。ここで撮像系２０の外界側光軸Ｏ
2は、表示系１０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ1の延長線と略一
致させてある。２２は結像光学系２１の入射瞳である。
【００３０】撮像系２０で撮像された外界画像情報は信
号処理手段ＳＰで処理され電気信号に変換された後に表
示手段１１に表示され、表示系１０により観察眼Ｅに導
かれる。このとき、あたかも裸眼で外界の物体ＯＢを観
察しているように構成している。
【００３１】この時、特に撮像系２０の外界像の撮像画
角（撮像素子２３のサイズと結像光学系２１の焦点距離
及びその位置関係で決定される）を、表示系１０の表示
画角（表示手段１１の表示素子のサイズと接眼光学系１
２の焦点距離及びその位置関係で決定される）と略一致
させることにより、ビデオシースルー観察時（表示手段
１１の画像情報を観察すること）の外界観察倍率を裸眼
観察時のそれと合わせている。
【００３２】尚、本実施形態において、撮像系２０の撮
像画角を、予め表示系１０の表示画角よりも大き目に設
定し、撮影系で撮影した外界像の一部を切り取り表示系
の表示画角と同じにして表示系１０の表示手段１１に表
示して双方が等倍観察となるようにしても良い。
【００３３】図１１に従来の画像観察装置の要部概略図
を示す。尚、図１に示した本実施形態と同じ役割を果た
すものに付いては同じ記号を付加し、説明を略す。
【００３４】図１１に示すように従来の画像観察装置で
は、撮像系２０の結像光学系２１の入射瞳２２は観察眼
Ｅの入射瞳Ｐと光学的に等価な位置になるように構成さ
れていた。２２’はミラー１３による結像光学系２１の
入射瞳２２の鏡像を示す。このような構成の装置で外界
を表示手段１１に表示して観察した場合、外界に存在す
る物体ＯＢの大きさが、裸眼で観察する場合に比べ小さ
目に知覚されてしまうという問題が生じる。
【００３５】これを解決するために、本発明においては
図１に示すように、撮像系２０の結像光学系２１及び撮
像素子２３を従来の装置（図１１）よりも外界側にずら
して配置する（ミラー１３側へ移動させる）、つまり撮
像系２０の撮像光学系２１の入射瞳位置２２を、観察者
の眼球光学系の入射瞳位置Ｐに対し点２２’となるよう
に外界側にずらし量ｄだけずらして配置することによ
り、これを解決している。
【００３６】このような構成とすることにより、外界空
間の位置関係を保ったまま、物体の大きさ知覚を裸眼観
察と合致させることができ、違和感の無い外界観察を可
能としている。また入射瞳Ｐ近傍に光学要素を配置する
ことが可能であるため、光学系の小型化を可能としてい
る。
【００３７】本実施形態において、このずらし量ｄを大
きく取り過ぎると、観察者に近い距離（例えば３００ｍ
ｍ程度）の空間においては、物体の距離感覚に対しての
影響が大きくなり、裸眼で観察した場合に比べ物体が近
い位置に感じられてしまう場合がある。
【００３８】そこでずらし量ｄは６０ｍｍ以下が良く、
好ましくは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが望まし
い。また特に１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲に設定す
ると距離感に対する影響は、ほとんど知覚されなくな
る。
【００３９】（実施形態２）図２は本発明の画像観察装
置の実施形態２の要部概略図である。本実施形態による
画像観察装置Ｓは表示手段３１に表示した画像情報を観
察眼Ｅに導くための表示系３０、外界の画像情報を撮像
素子４４に結像させるための撮像系４０とを有し、該撮
像系４０で得られた画像情報を信号処理手段ＳＰで処理
し、電気信号に変換した後に該表示系３０の表示手段３
１に表示し、表示手段３１に表示した他の画像情報と共
に観察眼Ｅで観察している。
【００４０】表示系３０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの
表示手段３１、ハーフミラー３２、球面又は非球面等の
凹面ミラー（接眼光学系）３３を有している。撮像系４
０は、ミラー４１、正の光学的パワーを有する撮像光学
系（光学素子）４２、ＣＣＤなどの撮像素子４４を有し
ている。
【００４１】本実施形態において、例えばバックライ
ト、偏光板、透過型液晶素子等で構成される表示手段３
１からの画像情報に基づいて射出した表示光はハーフミ
ラー３２でその一部が反射し、凹面ミラー３３で反射さ
れ、ハーフミラー３２でその一部が透過し、観察眼Ｅの
入射瞳Ｐに導かれる。凹面ミラー３３は表示手段３１の
表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように
位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は、
観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００４２】一方、外界の物体ＯＢからの光束はミラー
４１で反射され、結像光学系４２によって撮像素子４４
上に結像される。ここで撮像系４０の外界側光軸Ｏ
4は、表示系３０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ3を延長した線と
略一致させてある。
【００４３】撮像系４０で撮像された外界画像情報は表
示手段３１に表示され、表示系３０により観察眼Ｅに導
かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察で
きるように構成されている。
【００４４】結像光学系４２の入射瞳４３（４３’はミ
ラー４１による入射瞳４３の鏡像を示す）は観察眼Ｅの
入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置され
ており、これによって実施形態１で述べたのと同様の理
由により、違和感の無い外界観察を可能としている。
【００４５】（実施形態３）図３は本発明の画像観察装
置の実施形態３の要部概略図である。本実施形態による
画像観察装置Ｓは表示手段５１に表示した画像情報を観
察眼Ｅに導くための表示系５０、外界の画像情報ＯＢを
撮像素子６６に結像させるための撮像系６０とを有し、
該撮像系６０で得られた画像情報を該表示系５０の表示
手段５１に表示し、表示手段５１に表示した他の画像情
報とともに観察眼Ｅで観察している。
【００４６】表示系５０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの
表示手段５１、結像作用をするプリズム体ＰＲ１を有し
ている。撮像系６０は、各面が平面で構成されたプリズ
ムＰＲ２、正の光学的パワーを有する撮像光学系６４、
ＣＣＤなどの撮像素子６６を有している。
【００４７】本実施形態において、例えばバックライ
ト，偏光板，透過型液晶素子等で構成される表示手段５
１からの画像情報に基づいて射出した表示光はプリズム
体ＰＲ１の面５２で屈折されつつプリズム体ＰＲ１に入
射し、臨界角以上の入射角度で面５３に入射し全反射さ
れ、曲面を有するミラー面５４で反射されて臨界角以下
の入射角度で面５３に入射し屈折されつつプリズム体Ｐ
Ｒ１を射出し、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。
【００４８】プリズム体ＰＲ１は光学的パワーを有した
面５４が光軸Ｏ5に対して傾いて配置されることに起因
する収差を良好に補正するために、アジムス角度により
光学的パワーの異なる偏心した非回転対称面で構成され
ており、接眼光学系の小型化を図っている。
【００４９】プリズム体ＰＲ１は表示手段５１の表示素
子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及
び焦点距離等が決められており、その射出瞳は観察眼Ｅ
の入射瞳Ｐに一致させてある。
【００５０】一方、外界の物体ＯＢからの光束は面６１
で屈折されつつプリズムＰＲ２に入射し、ミラー面６２
で反射され、臨界角以上の入射角度で面６１に入射し全
反射され、臨界角以下の入射角度で面６３に入射し屈折
されつつプリズムＰＲ２を射出し、結像光学系６４によ
って撮像素子６６上に結像される。
【００５１】プリズムＰＲ２の各面は平面より成ってい
るが、任意の面を曲面としても良い。撮像系６０の外界
側の光軸Ｏ6は、表示系５０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ5の延
長線と略一致させてある。
【００５２】撮像系６０で撮像された外界画像情報は表
示手段５１に表示され、表示系５０により観察眼Ｅに導
かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察で
きるように構成されている。
【００５３】尚、本実施形態においては、図４に示すよ
うに、プリズムＰＲ２の代わりにミラー面で光学系を構
成する、つまりプリズムＰＲ２の面６１の代わりにハー
フミラー６８を、同様に面６２の代わりにミラー６９で
構成すると、撮像方向以外からの迷光（例えば光束６
７）が撮像素子６６に入射し、ゴースト像を形成してし
まう。
【００５４】これを解決するために本実施形態において
は、プリズムＰＲ２の透過及び反射作用を有する面６１
で光束を反射させる際に全反射条件を満たすように構成
している。これにより、撮像方向以外からの光が撮像素
子６６に入射することを回避することができ、さらに光
軸Ｏ6の折り畳みが可能となり光学系のレイアウトの自
由度が増し、装置の小型化を可能としている。
【００５５】また全反射を利用することにより外界光束
を効率良く撮像素子６６に導くことを可能としており、
これにより明るい像を得ている。
【００５６】尚、本実施形態において図５に示すように
ハーフミラー６８の外界側に偏光板１０１を、ミラー６
９の外界側に１／４波長板１０２を、撮像光学系６４の
直前に偏光板１０１とその吸収軸が直交するように設定
された偏光板１０３を配置する構成としても良い。これ
によれば光束６７が撮像素子６６に入射することを避け
ることができる。
【００５７】撮像方向からの光束は１／４波長板１０２
を２回通過するため、偏光方向が９０度回転し、偏光板
１０３を通過し結像光学系６４により撮像素子６６に導
かれる。このようにハーフミラーを用いて撮像光学系を
構成しても、ゴースト像の発生を回避できるが、波長板
のように高価な素子が必要となり、構造も複雑になる傾
向がある。
【００５８】撮像光学系６４の入射瞳６５（６５’はプ
リズムＰＲ２による入射瞳６５の像を示す）は観察眼Ｅ
の入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置さ
れており、実施形態１で述べた理由と同様にして、違和
感の無い外界観察を可能にしている。
【００５９】また、図３に示したように撮像系６０の光
軸の折り畳み（偏向）方向を表示系５０の光軸折り畳み
（偏向）方向と異なる方向に設定することにより、装置
全体の小型化を可能としている。この折り畳み方向は必
ずしも逆方向である必要は無く、図６に示すように例え
ば直交方向に設定しても良い。
【００６０】図６において表示系５０は図３に示した実
施形態３と同じ機能を果たす。一方、外界の物体ＯＢか
らの光束は面７１で屈折されつつプリズムＰＲ３に入射
し、ミラー面７２で反射され、臨界角以上の入射角度で
面７１に入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面
７３に入射し屈折されつつプリズムＰＲ３を射出し、結
像光学系７４によって撮像素子７６上に結像される。
【００６１】（実施形態４）図７は本発明の画像観察装
置の実施形態４の要部概略図である。本実施形態は図３
の実施形態３に比べ撮像系６０が撮像系８０に代わって
いる点が異なっているだけであり、それ以外は同じ構成
である。
【００６２】図７において表示系５０は図３に示した実
施形態３と同じ機能を果たす。外界の物体ＯＢからの光
束は面８１で屈折されつつプリズム体ＰＲ４に入射し、
曲面を有したミラー面８２で反射され、臨界角以上の入
射角度で面８１に再び入射し全反射され、臨界角以下の
入射角度で面８３に入射し屈折されつつプリズム体ＰＲ
４を射出し、撮像素子８５上に結像される。
【００６３】プリズム体ＰＲ４は光学的パワーを有した
曲面８２が傾いて配置されることに起因する収差を良好
に補正するために、アジムス角度により光学的パワーの
異なる偏心した非回転対称面で構成されており、これに
より撮像光学系の小型化を図っている。
【００６４】撮像光学系（ＰＲ４）の入射瞳８４は観察
眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配
置されており、実施形態１で述べた理由と同様にして、
違和感の無い外界観察を可能にしている。
【００６５】図８は本発明の画像観察装置における信号
処理の要部ブロック図である。本発明においては、図８
（Ａ）に示すように、表示手段９１に表示する画像は撮
像系９０で取得した外界画像情報をそのまま表示するだ
けでなく、図８（Ｂ）に示すように撮像系９０で取得し
た外界画像情報に、画像生成手段９２で生成した画像情
報（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など）を画像合
成手段９３で合成して表示手段９１に表示するようにし
ても良い。
【００６６】また以上の各実施形態の画像観察装置Ｓを
図９に示すように観察者の左右眼用に一対設けるように
構成することにより、両眼視差を用いれば立体視が可能
となり、より自然に外界を観察することが可能な画像観
察システムを構築することができる。
【００６７】また以上の実施形態においては、表示素子
として透過型液晶素子を用いたが、反射型の液晶素子や
ＥＬなどの自発光型の素子を用いても良い。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、以上の構成とすること
により、ビデオシースルー観察したときと裸眼観察した
ときとで同様な大きさで外界観察ができる画像観察装置
を達成することができる。
【００６９】又本発明によれば、装置全体の小型化が図
れ頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させるこ
とができる画像観察装置の提供を達成することができ
る。
【００７０】又本発明によれば、撮像系において、一つ
の面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズ
ムを使用することにより、装置全体の小型が図れ、また
外界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、
明るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置
を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】 本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】 本発明と比較する為の画像観察装置の要部
概略図
【図５】 本発明の実施形態３の一部を変更したとき
の要部概略図
【図６】 本発明の実施形態３の一部を変更したとき
の要部概略図
【図７】 本発明の実施形態４の要部概略図
【図８】 本発明の画像観察装置に係る信号処理工程
の要部ブロック図
【図９】 本発明の画像観察システムの要部概略図
【図１０】 裸眼観察時とビデオシースルー観察時の知
覚される物体の大きさの説明図
【図１１】 従来の画像観察装置の要部概略図
【符号の説明】
Ｓ 画像観察装置 １０，３０，５０ 表示系 ２０，４０，６０ 観察系 １１，３１，５１ 表示手段 １２，３３ 接眼光学系 １３，４１ ミラー ２１，４２ 撮像光学系 ２２，４３ 絞り（入射瞳） ２３，４４，６６ 撮像素子 ３２ ハーフミラー Ｐ 入射瞳 Ｅ 観察眼 ３３ 凹面ミラー ＰＲ１，ＰＲ４ プリズム体 Ｏ1，Ｏ3，Ｏ5 表示系の光軸 Ｏ2，Ｏ4，Ｏ6 撮像系の光軸
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ // Ｈ０４Ｎ 13/00 13/00 Ｆターム(参考） 5C022 AC03 AC42 AC54 5C023 AA18 AA37 AA38 BA11 CA05 5C061 AB02 AB06 AB14 AB18 AB20 5G435 AA00 AA03 AA18 BB05 BB12 BB15 CC13 DD02 DD03 EE25 FF05 GG02 GG03 GG08 GG09 GG22

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外界像を撮像光学系を介して取得する撮
    像系と、該撮像系により取得した外界像を表示素子に表
    示し、該表示手段からの光束を接眼光学系を介して眼球
    へ導く表示系と、を有する画像観察装置において、該撮
    像光学系の外界側光軸は該接眼光学系の眼球側光軸を延
    長した軸上に略一致しており、かつ該撮像光学系の入射
    瞳は該眼球光学系の入射瞳と等価な位置よりも外界側に
    ずらして配置されていることを特徴とする画像観察装
    置。
  2. 【請求項２】 前記眼球光学系の入射瞳と等価な位置に
    対する前記撮像光学系の入射瞳のずらし量をｄとしたと
    き ｄ＜６０（ｍｍ） を満足していることを特徴とする請求項１の画像観察装
    置。
  3. 【請求項３】 前記撮像系で得られる外界像の撮像画角
    は、前記表示系で表示する表示画角と略一致しているこ
    とを特徴とする請求項１又は２の画像観察装置。
  4. 【請求項４】 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、
    該合成画像を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３のいずれか一項の画像観察装置。
  5. 【請求項５】 前記撮像系は複数の平面で構成されたプ
    リズムを有し、該プリズムは透過作用及び全反射作用を
    する面を有しており、該プリズムを介した光束を正の光
    学的パワーを有する光学要素によって撮像素子に導光し
    ていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項
    の画像観察装置。
  6. 【請求項６】 前記撮像系はアジムス角度により光学的
    パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有している
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項の画像
    観察装置。
  7. 【請求項７】 前記表示系はアジムス角度により光学的
    パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有している
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項の画像
    観察装置。
  8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれか一項の画像観
    察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴とす
    る画像観察システム。
  9. 【請求項９】 外界像を撮像光学系を介して取得する撮
    像系と、該撮像系により取得した外界像を表示素子に表
    示し、該表示手段からの光束を接眼光学系を介して眼球
    へ導く表示系と、を有する画像観察装置において、前記
    表示系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心
    した非回転対称反射面を含むプリズム体を有し、該撮像
    光学系の外界側光軸は前記接眼光学系の眼球側光軸を延
    長した軸上に略一致しており、かつ該撮像光学系の入射
    瞳は眼球光学系の入射瞳と等価な位置よりも外界側にず
    らして配置されており、該ずらし量をｄとしたときｄ＜
    ６０（ｍｍ）を満足していることを特徴とする画像観察
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記撮像系は反射面を有し、該反射面
    による光軸の偏向方向は、前記表示系の反射面による光
    軸の偏向方向とは異なる方向であることを特徴とする請
    求項９の画像観察装置。
  11. 【請求項１１】 前記撮像系で得られる外界像の撮像画
    角は、前記表示系で表示する表示画角と略一致している
    ことを特徴とする請求項９又は１０の画像観察装置。
  12. 【請求項１２】 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、該合成画像を前記表示素子に表示していることを特
    徴とする請求項９から１１のいずれか一項の画像観察装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記撮像系は複数の平面で構成された
    プリズムを有し、該プリズムは透過作用及び全反射作用
    をする面を有しており、該プリズムを介した光束を正の
    光学的パワーを有する光学要素によって撮像素子に導光
    していることを特徴とする請求項９から１２のいずれか
    一項の画像観察装置。
  14. 【請求項１４】 前記撮像系はアジムス角度により光学
    的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有してい
    ることを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項の
    画像観察装置。
  15. 【請求項１５】 請求項９から１４のいずれか一項の画
    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
    とする画像観察システム。
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