JP2001215441A - 画像観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超多眼領域の立体表示を利用し、立体画像を観
察者が疲れずに自然な状態で観察することができる画像
観察装置を得ること。 【解決手段】視差のある画像情報の表示が可能な画像表
示手段，該画像表示手段を照明する複数の単一光源を有
する照明光源，該画像表示手段からの光束を観察眼へ導
く表示光学系を有し，該照明光源は該表示光学系の入射
瞳と光学的に等価な位置に配置され，該表示光学系の射
出瞳位置と該観察眼の入射瞳位置を略一致させており、
該複数の単一光源の像は該表示光学系の射出瞳を複数の
照射領域に空間分割しており、該複数の単一光源からの
光束の照射を時分割制御し、該射出瞳を複数の照射領域
に時分割制御し、該画像表示手段で表示する画像情報を
切り換え制御して観察者の単眼に複数の視差画像が時系
列的に入射されるようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３次元像（視差画
像）を観察することができる画像観察装置に関し、特に
画像表示手段に表示した画像を観察者が疲れず自然な状
態で良好に観察することができるようにしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、立体物（３次元物体）の画像
情報を画像記録手段に記録し、該画像記録手段に記録し
た画像情報を立体的に再生するための方式が種々と試み
られている。

【０００３】これらのうち両眼視差を用いて観察者に立
体視を行わせる方法（偏光メガネ方式、レンチキュラ方
式など）は簡便さの点から広く利用されている。

【０００４】又、より立体視のしやすさをめざして両眼
視差のみに頼らず、眼のその他の立体視機能を満足する
３次元像再生の方法がいくつか試みられている。

【０００５】このうち、平成９年，通信・放送機構が発
行した「高度立体動画像通信プロジェクト最終成果報告
書」の第３章８節「超多眼領域の立体視覚に関する研
究」によれば、観察者の瞳孔の空間周波数よりも高い周
波数で視点が標本化され実在の物体と同様に連続的な視
差が再現される「超多眼領域」の立体表示下において
は、観察者の単眼に複数の視差画像が入射しており、こ
の効果として観察者の眼の焦点調節が、両眼視差によっ
て誘導される擬似的な立体像の近傍に導かれ、観察者の
疲労や違和感が軽減される、とされている。

【０００６】つまり、従来から行われている２視点から
の視差画像を両眼に対して呈示する立体表示方法を、ｎ
視点からの視差画像をｎ視点に対して呈示する方法に拡
張し、なおかつｎ個の視点の隣り合う２点間距離を観察
者の瞳孔よりも小さくした場合、「単眼視差効果」によ
り目が疲れにくい立体表示となる、という見解が示され
ている。

【０００７】さらに同報告書第３章６節「集束化光源列
（ＦＬＡ）による多眼立体ディスプレイの研究開発」で
は上記理論を実践する具体例が示されている。

【０００８】図１７はこの具体例の構成図である。図１
７中のＦＬＡは集束化光源列(Focused Light Array)の
略語であり、図１８に示すような構成を有する。

【０００９】ＦＬＡは図１８（ａ）のように半導体レー
ザーなどの光源(Light Source)の光を光学系(Beam Shap
ing Optics)により細い光束に整形したものを、図１８
（ｂ）のように円弧状に並べてすべての光束を円の中心
に集光させたものである。

【００１０】こうして形成された焦点(Focal Point)は
光学系(Objective lens,Imaging lens)により垂直拡散
板(Vertical Diffuser)に再結像し、走査系(Vertical S
canner,Horizontal Scanner)により２次元的に高速走査
され、２次元的な画像を形成する。走査の周期が観察者
の眼の残像許容時間内（約１／５０秒以内）であればフ
リッカーのない画像観察が可能となる。

【００１１】ある瞬間における焦点は２次元画像の個々
の画素を構成しており、各画素は元の光源の数だけ異な
る方向に光線を出射する輝点と考えられる。

【００１２】どの方向に光線を出射させるかは、発光さ
せる光源を選択することで決定することができる。この
光線の出射方向は非常に小さな角度だけ異なっているの
で、観察位置では観察者の瞳に２本以上の異なる光線が
入射するような条件になっている。

【００１３】つまり、上記構成によれば観察者の単眼に
複数の視差画像が入射する「超多眼領域」の立体表示が
可能となり、観察者の眼の焦点調節が立体像近傍に導か
れ観察者の疲労や違和感が軽減される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術には次のよ
うな問題点が存在する。「超多眼領域」の立体表示を行
う場合きわめて微少な視差画像を観察者に呈示する必要
があるため、非常に膨大な量の画像情報を取り扱う必要
が生じる。

【００１５】しかも全視差画像を観察者の眼の残像許容
時間内にすべて表示しなければならないので、きわめて
高速な情報表示手段が必須となる。

【００１６】前述の文献によると視差画像の刻みは０．
５度刻みとなっており、水平方向２２．５度の観察域に
対して４５枚の視差画像を再生する構成をとっている。

【００１７】このため通常の２次元の画像表示装置の４
５倍の画像情報処理と高速画像表示が必要となる。

【００１８】従来例においてはこうした高速描画性を満
足するために走査系と半導体レーザーを組み合わせてい
るが、いずれも画像情報表示手段としては一般的な手段
とはいえず、装置規模や製作コストの拡大、画像処理の
特殊性といった実施上好ましくない。

【００１９】本発明は、立体画像の表示を容易に行い、
しかも観察者が疲労せずに良好に立体画像を観察するこ
とができる画像観察装置の提供を目的とする。

【００２０】

【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、視差のある画像情報の表示が可能な画像表示
手段，該画像表示手段を照明する照明光源を有する照明
手段，該画像表示手段からの光束を観察眼へ導く表示光
学系を有し，該照明光源は該表示光学系の入射瞳と光学
的に等価な位置又はその近傍に配置され，該表示光学系
の射出瞳位置と該観察眼の入射瞳位置を略一致させて該
画像情報を観察する画像観察装置において，該照明光源
は複数の単位光源を有しており、該複数の単位光源の像
は該表示光学系の射出瞳を複数の照射領域に空間分割し
ており、該複数の単位光源からの光束の照射を時分割制
御することにより、該表示光学系の射出瞳を複数の照射
領域に時分割制御し、かつ，該各照射領域への光束の入
射状況に対応して該画像表示手段で表示する画像情報を
切り換え制御する制御手段を利用して観察者の単眼に複
数の視差画像が時系列的に入射されるようにしたことを
特徴としている。

【００２１】請求項２の発明の画像観察装置は、視差の
ある画像情報の表示が可能な複数個の画像表示手段，該
複数個の画像表示手段を照明する照明光源を有する照明
手段を少なくとも１つ、該複数の画像表示手段からの光
束を観察眼へ導く表示光学系を有し，該照明光源は該表
示光学系の入射瞳と光学的に等価な位置又はその近傍に
配置され，該表示光学系の射出瞳位置と該観察眼の入射
瞳位置を略一致させて該画像情報を観察する画像観察装
置において，該照明光源は複数の単位光源を有してお
り、該複数の単位光源の像は該表示光学系の射出瞳を複
数の照明領域に空間分割しており，該複数の単位光源か
らの光束の照射に対応して該複数個の画像表示手段に表
示する視差画像を制御する制御手段を利用して観察者の
単眼に複数の視差画像が同時又は時系列的に入射される
ようにしたことを特徴としている。

【００２２】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、前記照明手段を複数個有し、前記制御手段は各照明
手段の照明光源が有する複数個の単位光源から光束の照
射を時分割制御することにより，該表示光学系の射出瞳
の複数の照射領域への光束の入射を時分割制御するとと
もに，該複数の照射領域への光束の入射に対応して該複
数個の画像表示手段に表示される視差画像を切り換え制
御することを特徴としている。

【００２３】請求項４の発明は請求項１，２又は３の発
明において、前記表示光学系の射出瞳の水平方向の大き
さは，３０ｍｍ以下であることを特徴としている。

【００２４】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、前記照明光源の複数個の単位光
源は，発光体アレイにより構成されていることを特徴と
している。

【００２５】請求項６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、前記照明光源の複数個の単位光
源は，面光源と透過型の空間変調素子により構成されて
いることを特徴としている。

【００２６】請求項７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、前記照明光源の複数個の単位光
源は，面光源と反射型の空間変調素子により構成されて
いることを特徴としている。

【００２７】請求項８の発明は請求項１から７のいずれ
か１項の発明において、前記画像表示手段は，透過型の
空間変調素子を有していることを特徴としている。

【００２８】請求項９の発明は請求項１から７のいずれ
か１項の発明において、前記画像表示手段は，反射型の
空間変調素子を有していることを特徴としている。

【００２９】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において、前記表示光学系は，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ていることを特徴としてい
る。

【００３０】請求項１１の発明の画像観察システムは、
請求項１から１０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。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１〜５は、本発明の画像観察装
置の光学系の基本概念の説明図である。本発明による画
像観察装置Ｓは、単位光源（単位光源）を複数（１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ）含む照明光源１１と光学部材（不
図示）等を有する照明手段１０，画像情報２１を表示す
る画像表示手段２０，画像情報２１の拡大虚像２１’を
形成する表示光学系３０，そして照明手段１０や画像表
示手段２０の動作を制御する制御手段４０を有してい
る。

【００３２】図１において，照明手段１０を構成する照
明光源１１は表示光学系３０の入射瞳位置Ｑ又はその近
傍に配置され，表示光学系３０により入射瞳Ｑと共役関
係にある表示光学系３０の射出瞳Ｐの位置に照明光源１
１の像１１’を形成する。

【００３３】観察者は眼Ｅの入射瞳を表示光学系３０の
射出瞳Ｐに略一致させ，照明手段１０により照明された
画像表示手段２０に表示された画像情報２１の表示光学
系３０による像（拡大虚像）２１’を観察する。表示光
学系３０は画像表示手段２０の表示素子面の拡大虚像を
眼Ｅより例えば２ｍ先に形成するように，その位置及び
焦点距離等が決めている。

【００３４】照明光源１１は複数個の単位光源１１ａ，
１１ｂ，１１ｃを光軸Ｌａに対して垂直方向に１次元又
は２次元に配置しており、図３，図４，図５に示すよう
に，制御手段４０により順次点灯させている。複数の単
位光源１１ａ〜１１ｃは表示光学系３０の射出瞳Ｐを複
数の照射領域（１１’ａ，１１’ｂ，１１’ｃ）に空間
分割している。複数の単位光源からの光束の照射を制御
することにより各照射領域への光束の入射を時分割制御
している。

【００３５】ここで１つの領域は観察者の眼Ｅの瞳孔よ
り小さな幅となっている。

【００３６】尚、複数の照射領域（１１’ａ，１１’
ｂ，１１’ｃ）の１つの大きさは観察者の眼の瞳面上に
複数個、形成される寸法（面積）であれば良い。

【００３７】このとき制御手段４０は，上記単位光源の
点灯の切り換えに対応して，画像表示手段２０に表示す
る画像情報をそれぞれ互いに視差の異なる画像情報（視
差画像）２１ａ，２１ｂ，２１ｃに切り換えている。画
像情報（視差画像）２１ａ，２１ｂ，２１ｃは，再現す
る物体をそれぞれの領域１１’ａ，１１’ｂ，１１’ｃ
の中心位置を視点としたときに得られる視差画像であ
る。これにより立体画像の観察を行っている。

【００３８】制御手段４０による照明光源１１及びそれ
に同期した画像情報２１の切り換えは，観察者の眼の残
像許容時間より短い周期で繰り返し行い、これによっ
て，切り換え動作が観察者に意識されることのないよう
にしている。

【００３９】本実施形態では画像観察装置Ｓを図２に示
すように観察者の左右眼用に一対設けて、ヘッドアップ
ディスプレイ装置（画像観察システム）として用いてい
る。

【００４０】以上の構成及び制御により，前述した従来
例と同様に観察者の単眼に複数の視差画像を時系列的又
は後述するように同時に入射させることができ，これに
よって「超多眼領域」の立体表示を可能としている。

【００４１】本実施形態では生成する視差画像を有効に
観察眼に提供することができるため，生成する視差画像
の数を少なくすることが可能となり，これによって装置
の小型化，簡素化を図っている。

【００４２】次に本発明の具体的な実施形態を順次説明
する。

【００４３】（実施形態１）図６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。本画像観察装置は
照明光源１１を有する照明手段１０，視差画像を含む画
像情報を表示する表示素子２５を有する画像表示手段２
０，照明手段１０からの光束により照明された画像表示
手段２０に表示された画像情報を観察眼Ｅに導く球面又
は非球面等の凹面鏡３２を含む表示光学系３０，そして
制御手段４０を有している。照明光学系１１は複数の単
位光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有している。

【００４４】照明光源１１の複数の単位光源１１ａ，１
１ｂ，１１ｃから時系列的に順次射出した光束は，偏光
板２３を通過し、直線偏光となり，ハーフミラー３１で
その一部が透過し，画像表示手段２０の表示素子２５に
導かれる。表示素子２５は画素構造を有する反射型液晶
パネルなどの反射型表示素子であり，例えば“ＯＮ”表
示部分の画素に入射した直線偏光の偏光方向を９０度回
転させて反射し，“ＯＦＦ”表示部分の画素に入射した
直線偏光の偏光方向を保存して反射するという機能を有
する。

【００４５】表示素子２５で反射された光束は，ハーフ
ミラー３１でその一部が反射し，凹面鏡３２で反射され
ハーフミラー３１でその一部が透過し，偏光板２４に導
かれる。偏光板２４は偏光板２３と透過偏光軸が直交す
るように配置されている。表示素子２５の“ＯＮ”表示
部分の画素からの反射光は，偏光方向が９０度回転して
いるため偏光板２４を通過し，観察眼Ｅに導かれる。し
かし，表示素子２５の“ＯＦＦ”表示部分の画素からの
反射光は，偏光方向が保存されているため偏光板２４で
遮断され，観察眼Ｅには入射しない。また，偏光板２４
は，照明光源１１から射出し偏光板２３を通過してハー
フミラー３１で観察眼Ｅ側に一部反射される光束を遮断
し，観察眼Ｅに入射することを防止する役割も有する。

【００４６】照明光源１１は表示光学系３０の入射瞳位
置Ｑに配置され，表示光学系３０により入射瞳と共役関
係にある表示光学系３０の射出瞳Ｐの位置に照明光源１
１の像を形成する。これによって複数の単位光源１１ａ
〜１１ｃで射出瞳Ｐを複数の照射領域（１１’ａ〜１
１’ｃ）に空間分割している。

【００４７】観察者は眼Ｅの入射瞳を表示光学系３０の
射出瞳Ｐに略一致させ，照明光源１１により照明された
画像表示手段２０に表示された画像情報の表示光学系３
０による拡大虚像を観察する。表示光学系３０は画像表
示手段２０の表示素子面２５の画像情報の拡大虚像を例
えば眼球より２ｍ先に形成するように，その位置及び焦
点距離等が決められている。

【００４８】制御回路４０は照明光源１１及び表示素子
２５に示す視差画像を適切に時分割切り換え制御するこ
とにより，図３〜図５に示した観察原理に基づき観察者
の単眼に複数の視差画像を時系列的に入射させ、これに
よって「超多眼領域」の立体表示を可能としている。

【００４９】図６に示した実施形態においては，表示手
段２０の表示素子として反射型液晶パネルを用いたが，
図７に示すように透過型の表示素子を用いても良い。

【００５０】図７において，図６に示す実施形態と同じ
役割を果たすものは，同じ符号を付し説明を略す。照明
手段１０の照明光源１１を射出した照明光束はコンデン
サーレンズ１２で屈折され表示手段２０の表示素子２６
に導かれる。表示素子２６は偏光板及び透過型液晶パネ
ルなどで構成される透過型表示素子である。表示素子２
６を通過した光束は，ハーフミラー３１と凹面鏡３２等
を含む表示光学系３０により観察眼Ｅに導かれる。コン
デンサーレンズ１２は，照明光源１１のコンデンサーレ
ンズ１２による像位置Ｑが表示光学系３０の入射瞳位置
に一致するように，その焦点距離及び位置等が決められ
ている。表示光学系３０は，その射出瞳Ｐの位置に照明
光源１１の像を形成する。観察者は眼Ｅの入射瞳を表示
光学系３０の射出瞳Ｐに略一致させ，照明光源１１によ
り照明された画像表示手段２０に表示された画像情報の
表示光学系３０による拡大虚像を観察する。

【００５１】制御回路４０は照明光源１１及び表示素子
２６を適切に時分割切り換え制御することにより，図３
〜図５に示した観察原理に基づき観察者の単眼に複数の
視差画像を入射させ、これによって「超多眼領域」の立
体表示を可能としている。

【００５２】（実施形態２）図８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。本画像観察装置は
図７に示した実施形態１と同様に，照明光源１１を有す
る照明手段１０，視差画像を含む画像情報を表示する表
示素子２６を有する画像表示手段２０，照明手段１０か
らの光束により照明された画像表示手段２０に表示され
た画像情報を観察眼Ｅに導くプリズム体３３を含む表示
光学系３０，そして制御手段４０を有している。

【００５３】図７に示す実施形態と同じ役割を果たすも
のは，同じ符号を付し説明を略す。

【００５４】照明光源１１の複数の単位光源１１（１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ）から時系列に順次射出した照明光
束は，コンデンサーレンズ１２で屈折され画像表示手段
２０の表示素子２６に導かれ，表示素子２６を通過した
光束は，面３４で屈折されつつプリズム体３３に入射す
る。プリズム体３３に入射した光束は臨界角以上の入射
角度で面３５に入射し全反射され，ミラー面３６で反射
されて今度は臨界角以下の入射角度で再度面３５に入射
し屈折されつつプリズム体３３を射出し，観察眼Ｅの入
射瞳Ｐに導かれる。

【００５５】本実施形態のプリズム体３３は光学的パワ
ーを有した面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を含むように構成され
ており，表示光学系３０の小型化を図っている。プリズ
ム体３３は表示手段２０の表示素子面２６の拡大虚像を
例えば眼球Ｅより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いる。

【００５６】表示光学系３０は，その射出瞳Ｐの位置に
照明光源１１の像、即ち複数の単位光源１１ａ〜１１ｃ
の像を形成する。観察者は眼Ｅの入射瞳を表示光学系３
０の射出瞳Ｐに略一致させ，照明光源１１により照明さ
れた画像表示手段２０に表示された画像情報の表示光学
系３０による拡大虚像を観察する。

【００５７】制御回路４０は照明光源１１及び表示素子
２６を適切に時分割切り換え制御することにより，図３
〜図５に示した観察原理に基づき観察者の単眼に複数の
視差画像を入射させ、これによって「超多眼領域」の立
体表示を可能としている。

【００５８】図８に示した実施形態において，表示手段
２０の表示素子として図９に示すように反射型の表示素
子を用いても良い。なお，図６及び図８に示す実施形態
と同じ役割を果たすものは，同じ符号を付し説明を略
す。

【００５９】図９において，照明手段１０の照明光源１
１を射出した照明光束は，コンデンサーレンズ１２で屈
折され偏光板２３を通過し直線偏光となり，プリズム体
１３の面１４で屈折されつつプリズム１３に入射する。
プリズム１３は平面で構成された又は必要に応じて曲面
を含む三角プリズムである。プリズム１３に入射した光
束は臨界角以上の角度で面１５に入射し全反射され，面
１６で屈折されつつプリズム１３から射出し，反射型表
示素子２５に入射する。反射型表示素子２５で反射され
た光束は，面１６で屈折されつつプリズム１３に入射
し，臨界角以下の角度で面１５に再び入射し屈折されつ
つプリズム１３を射出し，偏光板２４に入射する。

【００６０】図４に示した実施形態と同様に，表示素子
２５の“ＯＮ”表示部分の画素からの反射光は偏光板２
４を通過し，表示素子２５の“ＯＦＦ”表示部分の画素
からの反射光は，偏光板２４で遮断される。偏光板２４
を通過した光束は図８で示したプリズム体３３と同様の
光学作用を有するプリズム体３３により反射屈折されつ
つ，観察眼Ｅに導かれる。

【００６１】プリズム１３で全反射を用いて照明手段１
０を構成することにより，装置の小型化を図っている。

【００６２】表示光学系３０は，その射出瞳Ｐの位置に
照明光源１１の像を形成する。観察者は眼の入射瞳を表
示光学系３０の射出瞳Ｐに略一致させ，照明光源１１に
より照明された画像表示手段２０に表示された画像情報
の表示光学系３０による像を観察する。

【００６３】制御回路４０は照明光源１１及び表示素子
２５を適切に時分割切り換え制御することにより，図３
〜図５に示した観察原理に基づき観察者の単眼に複数の
視差画像を入射させ、これによって「超多眼領域」の立
体表示を可能としている。

【００６４】以上の図６から図９に示した各実施形態に
おいて，照明手段１０は図１０に示すように複数個の単
位光源１１ａ〜１１ｆから構成される照明光源１１を有
する。図１０に示すように，照明光源１１は面積的に分
割された複数（図１０では６個）の単位光源（１１ａ〜
１１ｆ）から構成されている。

【００６５】図１０は，水平方向に３視差，垂直方向に
２視差，合計６視差の視差画像を観察眼に提供する場合
の照明光源１１を示している。観察眼に提供する視差画
像の数は照明光源，表示素子の切り換えが可能な範囲で
多いほうが良く，本発明はこれに限定されるものではな
い。また，立体視においては水平方向の視差の影響力が
垂直方向の視差の影響よりも大きいため，水平方向の視
差数を垂直方向の視差数よりも多く設定することが望ま
しい。

【００６６】この為、垂直方向に比べて水平方向に多く
の単位光源を配置している。観察眼に複数の視差画像を
入射させるために，照明光源１１を構成する複数の単位
光源１１ａ〜１１ｆの表示光学系の射出瞳Ｐ上での像の
中心間隔は３ｍｍ以下とするのが良い。照明光源１１の
表示光学系の射出瞳Ｐ上での像の大きさを大きくし過ぎ
ると，それだけ単位光源の数及び視差画像の数を非常に
多く設定しなければならなくなり，装置の複雑化，大型
化を招く。このため表示光学系の射出瞳Ｐ上に形成する
照明光源１１の像の大きさは、視差画像を有効に観察眼
に入射させるため，観察眼の眼球運動などを考慮し，水
平方向で２０ｍｍ以下であることが望ましい。よって，
表示光学系の射出瞳の大きさは，調整範囲等も考慮にい
れ，照明光源の像の大きさよりも若干大きく，水平方向
で３０ｍｍ以下であることが望ましい。この条件を基
に，表示光学系の瞳径，瞳結像倍率及び照明光源，単位
光源の大きさ等を決定している。

【００６７】照明光源１１はＥＬパネルやＬＥＤアレイ
のような発光体アレイ，または図１１（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）等に示したような構造となっている。

【００６８】図１１（ａ）において，単位光源５１は発
光体５２と、それからの光束で照明されたピンホール５
３により構成される。遮光板５４は隣接する単位光源の
発光体５２ａからの光束が漏れこむことを防止するため
のものである。

【００６９】図１１（ｂ）において，単位光源５１は発
光体５２で照明された拡散板５５により構成される。遮
光板５４は隣接する発光体５２ａからの光束が漏れこむ
ことを防止するためのものである。

【００７０】図１１（ｃ）において，照明光源１１は冷
陰極管及び導光板などの面発光光源５６及び透過型液晶
パネルなどの透過型空間変調素子５７で構成される。単
位光源５１は透過型空間変調素子５７の一画素あるいは
数画素で構成される。

【００７１】図１１（ｄ）において，照明手段１０は面
発光光源５８，レンズ５９，ハーフミラー６１及び反射
型液晶パネルなどの反射型空間変調素子６０で構成され
る。照明光源１１は各要素５８，６０等を含む。照明光
源１１を構成する複数の単位光源のうち、１つの単位光
源５１は反射型空間変調素子６０の一画素あるいは数画
素で構成される。

【００７２】図１１（ｄ）では面発光光源５８からの光
束はレンズ５９で集光され、ハーフミラー６１で反射
し、空間変調素子６０上に光源像を形成する。空間変調
素子６０の所定数の画素（５１）部分において変調され
反射した光束をハーフミラー６１を介して取り出して、
１つの照明光源５１として用いている。

【００７３】以上のように照明手段を構成することによ
り，面積的に分割した複数個の単位光源を実現してい
る。なお，単位光源の形状は必ずしも図示したような矩
形である必要は無く，円形，楕円形，多角形などでも良
い。

【００７４】図６から図９に示す実施形態においては，
複数の視差画像を観察眼に入射させるために，照明光源
１０及び表示素子２１を高速に時分割切り換え制御して
いたが，表示手段２０を複数設けることによって時分割
切換え制御なしで単眼に同時に複数の視差画像を入射さ
せることでも同様の効果を得ることができる。

【００７５】（実施形態３）図１２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。本画像観察装置
は複数個の単位光源７１ａ，７１ｂ，７１ｃおよび各々
の単位光源に対応する複数個の表示手段８１ａ，８１
ｂ，８１ｃ，表示光学系９０を有している。

【００７６】表示光学系９０はクロスプリズム９１と光
学要素９４を有している。複数の単位光源７１ａ〜７１
ｃは光路を展開したとき、光軸と垂直方向に重ならない
状態で配置している。単位光源７１ａから射出した光束
は，透過型液晶パネルなどの透過型表示素子８１ａを通
過しクロスプリズム９１に入射する。クロスプリズム９
１の各接合面９２，９３にはハーフミラーコートが形成
されている。

【００７７】クロスプリズム９１に入射した光束は面９
２でその一部が反射し，クロスプリズム９１から射出し
正の光学的パワーを有する光学要素９４で集束されつつ
観察眼Ｅに導かれる。照明光源７１ａは表示光学系９０
の入射瞳位置に配置され，表示光学系９０はその射出瞳
Ｐ上に照明光源７１ａの像７１ａ’を形成する。

【００７８】同様に単位光源７１ｂ，７１ｃから射出し
た光束は，それぞれ透過型表示素子８１ｂ，８１ｃを照
明し，表示光学系９０を介し、観察眼Ｅに導かれてい
る。表示光学系９０はその射出瞳Ｐ上に単位光源７１
ｂ，７１ｃの像７１ｂ’，７１ｃ’を形成する。

【００７９】観察者は眼Ｅの入射瞳を表示光学系９０の
射出瞳Ｐに略一致させ，単位光源７１ａ，７１ｂ，７１
ｃにより照明された透過型表示素子８１ａ，８１ｂ，８
１ｃに表示された画像情報の表示光学系９０による拡大
虚像を観察する。表示光学系９０は透過型表示素子８１
ａ，８１ｂ，８１ｃの表示素子面の拡大虚像を眼Ｅの前
方、例えば２ｍ先に形成するように、その位置及び焦点
距離等が決められている。

【００８０】図示しない制御手段は、単位光源７１ａ，
７１ｂ，７１ｃを同時に点灯し、透過型表示素子８１
ａ，８１ｂ，８１ｃに、それぞれ単位光源の像７１
ａ’，７１ｂ’，７１ｃ’に対応した視差画像を表示す
ることにより、観察者の単眼に複数の視差画像を同時に
入射させることができ、「超多眼領域」の立体表示を可
能としている。

【００８１】以上のように表示手段及び各表示手段を照
明する照明手段を複数個設けることによって、高速な画
像表示手段を用いることなく、「超多眼領域」の立体表
示を可能としている。

【００８２】尚、本実施形態において、複数の単位光源
を時系列的に点灯するようよにしても良い。

【００８３】図１３は本実施形態における表示光学系９
０の他の実施例の説明図である。図１３において図１２
に示す実施形態と同じ役割を果たすものは，同じ符号を
付し説明を略す。

【００８４】単位光源７１ａから射出した光束は，透過
型表示素子８１ａを通過しハーフミラー９５でその一部
が反射され、光学要素９６，９７で集束されつつ，ハー
フミラー９９でその一部が透過し，観察眼Ｅの瞳に導か
れる。なお光学要素９７を構成する面９８にはハーフミ
ラーコートが形成されている。単位光源７１ｂから射出
した光束は，透過型表示素子８１ｂを通過しハーフミラ
ー９５でその一部が透過し、光学要素９６，９７そして
ハーフミラー９９を介して単位光源７１ａを用いた場合
と同様に観察眼Ｅの瞳に導かれる。

【００８５】単位光源７１ｃから射出した光束は，透過
型表示素子８１ｃを通過しハーフミラー９９でその一部
が反射され，光学要素９７に設けた正の光学的パワーを
有するハーフミラー面９８で反射及び集束されつつ再び
ハーフミラー９９を透過して，観察眼Ｅの瞳に導かれ
る。照明光源，表示素子，表示光学系及び観察眼の相対
的な位置関係は図１２に示す実施形態と同じである。こ
のように本発明は表示光学系９０の形態に制限されるも
のではない。

【００８６】また，図１２および図１３において，単位
光源７１ａ，７１ｂ，７１ｃを図１０に示すような複数
個の単位光源で構成し，さらに表示素子８１ａ，８１
ｂ，８１ｃを時分割駆動して，単位光源の点灯と表示素
子の表示画像を適切に制御することにより，観察眼に提
供する視差画像の数を増やすことも可能である。

【００８７】（実施形態４）次に本発明の画像観察装置
の実施形態４について説明する。

【００８８】従来より，反射型の高速駆動が可能なモノ
クロパネル（単色の空間変調素子）を用いて，照明光源
の色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を切り換えるとともに，それに同期
させ対応する表示画像を表示してカラーディスプレイを
実現するものが知られている。

【００８９】本実施形態ではこのような表示素子を用い
て，図１４，図１５，図１６に示すように画像観察装置
を構成している。

【００９０】図１４，図１５，図１６は各々本発明の画
像観察装置の実施形態４の要部概略図である。本画像観
察装置は図８に示すような複数個の単位光源から構成さ
れる照明光源７２，７３，上述したような高速駆動が可
能な反射型モノクロパネル（画像表示手段）８２Ｒ，８
２Ｇ，８２Ｂ，表示光学系１００を有している。

【００９１】照明光源７２は青色光，緑色光を含んだ照
明光，照明光源７３は赤色光を発光する照明光源であ
る。光学要素１０３を構成する面１０４には赤色光を反
射し，青色光，緑色光を透過させるダイクロイックフィ
ルターが形成されている。

【００９２】照明光源７２を射出した光束は，偏光板８
４を通過して直線偏光となり，ハーフミラー１０１でそ
の一部が透過し，青色光以外の光を吸収する青色フィル
ター８５を透過して青色光となり，反射型モノクロパネ
ル８２Ｂに導かれる。反射型モノクロパネル８２Ｂは画
素構造を有する反射型液晶パネルなどの反射型表示素子
であり，例えば“ＯＮ”表示部分の画素に入射した直線
偏光の偏光方向を９０度回転させて反射し，“ＯＦＦ”
表示部分の画素に入射した直線偏光の偏光方向を保存し
て反射するという機能を有する。

【００９３】反射型モノクロパネル８２Ｂで反射された
青色光は青色カラーフィルター８５を透過し，ハーフミ
ラー１０１でその一部が反射され正の光学的パワーを有
する光学要素１０２，１０３で集束されつつダイクロイ
ックフィルター面１０４を透過し，ハーフミラー１０５
を透過して，偏光板８９に導かれる。偏光板８９は偏光
板８４と透過偏光軸が直交するように配置されている。

【００９４】反射型モノクロパネル８２Ｂの“ＯＮ”表
示部分の画素からの反射光は，偏光方向が９０度回転し
ているため偏光板８９を通過し，観察眼Ｅに導かれる。
しかし，反射型モノクロパネル８２Ｂの“ＯＦＦ”表示
部分の画素からの反射光は，偏光方向が保存されている
ため偏光板８９で遮断され，観察眼Ｅには入射しない。

【００９５】一方，照明光源７２を射出し，偏光板８４
を通過し，ハーフミラー１０１で反射された光束は，緑
色光以外の光を吸収する緑色フィルター８６を透過して
緑色光となり、反射型モノクロパネル８２Ｇに導かれ
る。反射型モノクロパネル８２Ｇで反射された緑色光は
緑色カラーフィルター８６を透過し，ハーフミラー１０
１でその一部が透過し正の光学的パワーを有する光学要
素１０２，１０３で集束されつつダイクロイックフィル
ター面１０４を透過し，ハーフミラー１０５を透過し
て，偏光板８９に導かれる。

【００９６】上述した青色光と同様な原理で反射型モノ
クロパネル８２Ｇの“ＯＮ”表示部分の画素からの反射
光のみが偏光板８９を通過し，観察眼Ｅに入射する。

【００９７】一方照明光源７３を射出した赤色光束は，
偏光板８４と透過偏光軸を一致させた偏光板８８を通過
して直線偏光となり，ハーフミラー１０５でその一部が
透過し，反射型モノクロパネル８２Ｒに導かれる。反射
型モノクロパネル８２Ｒで反射された赤色光はハーフミ
ラー１０５でその一部が反射され，正の光学的パワーを
有するダイクロイックフィルター面１０４で反射及び集
束されつつ再びハーフミラー１０５を透過して，偏光板
８９に導かれる。

【００９８】上述した青色光と同様な原理で反射型モノ
クロパネル８２Ｒの“ＯＮ”表示部分の画素からの反射
光のみが偏光板８９を通過し，観察眼Ｅに入射する。

【００９９】照明光源７２，７３は表示光学系１００の
入射瞳位置に配置され，表示光学系１００はその射出瞳
Ｐ上に照明光源７２，７３の像を形成する。

【０１００】観察者は眼Ｅの入射瞳を表示光学系１００
の射出瞳Ｐに略一致させ，照明光源７２，７３により照
明された反射型モノクロパネル８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ
に表示された画像情報の表示光学系１００による拡大虚
像を観察する。表示光学系１００は反射型モノクロパネ
ル８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂの表示素子面の拡大虚像を眼
Ｅの前方、例えば２ｍ先に形成するように，その位置及
び焦点距離等が決められている。

【０１０１】照明光源７２は図１０に示すような複数個
の単位光源７２ａ，７２ｂ，７２ｃにより構成され、図
１４，図１５，図１６に示すように、図示しない制御手
段により順次点灯される。同様に照明光源７３も複数個
の単位光源７３ａ，７３ｂ，７３ｃにより構成され、図
１４，図１５，図１６に示すように、順次点灯される。
これにより表示光学系１００の射出瞳Ｐは複数の照射領
域（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ）に空間分割され、各照射
領域への光束を時分割制御することができる。このとき
制御手段は、上記光源の切り換えに対応して、各照射領
域の位置及び照明光の色情報に基づき、画像表示素子８
２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂに表示する画像情報を対応する視
差画像に切り換える。

【０１０２】以上のように、モノクロパネルを用いた場
合においても、上記のような構成とし、照明光源７２，
７３及び表示素子８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂを適切に時分
割切換え制御することにより、図３〜図５に示した原理
に基づき観察者の単眼に複数のカラー視差画像を入射さ
せることができ、これにより「超多眼領域」の立体表示
を可能としている。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、立体画像の表示を容易
に行い、しかも観察者が疲労せずに良好に立体画像を観
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。

【０１０４】この他本発明によれば，以上のように構成
すると，非常に高速な画像表示手段，画像生成手段や多
数の画像表示手段を用いることなく「超多眼領域」の立
体表示が可能となり，装置の簡素化，小型化を図った画
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】 本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図２】 本発明の画像観察装置を用いた画像観察シス
テムの説明図

【図３】 本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図４】 本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図５】 本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図６】 本発明の実施形態１の要部概略図

【図７】 本発明の実施形態１の一部分を変更したとき
の要部概略図

【図８】 本発明の実施形態２の要部概略図

【図９】 本発明の実施形態２の一部分を変更したとき
の要部概略図

【図１０】 本発明に係る照明手段の要部概略図

【図１１】 本発明に係る照明手段の要部概略図

【図１２】 本発明の実施形態３の要部概略図

【図１３】 本発明の実施形態３の一部分を変更したと
きの要部概略図

【図１４】 本発明の実施形態４の要部概略図

【図１５】 本発明の実施形態４の要部概略図

【図１６】 本発明の実施形態４の要部概略図

【図１７】 従来の画像観察装置の概略図

【図１８】 従来の画像観察装置の概略図

【符号の説明】

Ｓ：画像観察装置 １０，７２，７３，７４，８３Ｂ，８３Ｇ，８３Ｒ：照
明手段 １１：照明光源 １１ａ〜１１ｆ，７１ａ〜７１ｃ，７２ａ〜７２ｃ：単
位光源 １２：コンデンサーレンズ ２０：画像表示手段 ２１：画像情報 ２１ａ〜２１ｃ：視差画像 ２１ａ’〜２１ｃ’：虚像 ２５，２６：表示素子 ３０，１００：表示光学系 Ｐ：射出瞳 Ｅ：観察眼 ４０：制御手段 ３１：ハーフミラー ３２：凹面鏡 ２３，２４，８４，８９：偏光板 １３，３３：プリズム体 ８１ａ〜８１ｃ：表示手段 ９１：クロスプリズム

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１０月１３日（２０００．１０．
１３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

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） Ｇ０９Ｇ 3/20 ６６０ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６６０Ｘ 3/36 3/36 Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ 13/04 13/04 (72)発明者 尾坂 勉 神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地 株式会社エム・アール・システム研究所 内 Ｆターム(参考） 2H059 AA26 AA33 5C006 BB11 BB28 EA01 EC12 FA41 5C061 AA01 AA11 AA25 AB16 AB18 5C080 AA09 AA10 BB05 DD01 DD22 EE32 JJ02 JJ05 JJ06 5G435 AA01 CC11 DD05 FF03 GG03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視差のある画像情報の表示が可能な画像
   表示手段，該画像表示手段を照明する照明光源を有する
   照明手段，該画像表示手段からの光束を観察眼へ導く表
   示光学系を有し，該照明光源は該表示光学系の入射瞳と
   光学的に等価な位置又はその近傍に配置され，該表示光
   学系の射出瞳位置と該観察眼の入射瞳位置を略一致させ
   て該画像情報を観察する画像観察装置において，該照明
   光源は複数の単位光源を有しており、該複数の単位光源
   の像は該表示光学系の射出瞳を複数の照射領域に空間分
   割しており、該複数の単位光源からの光束の照射を時分
   割制御することにより、該表示光学系の射出瞳を複数の
   照射領域に時分割制御し、かつ，該各照射領域への光束
   の入射状況に対応して該画像表示手段で表示する画像情
   報を切り換え制御する制御手段を利用して観察者の単眼
   に複数の視差画像が時系列的に入射されるようにしたこ
   とを特徴とする画像観察装置。
2. 【請求項２】 視差のある画像情報の表示が可能な複数
   個の画像表示手段，該複数個の画像表示手段を照明する
   照明光源を有する照明手段を少なくとも１つ、該複数の
   画像表示手段からの光束を観察眼へ導く表示光学系を有
   し，該照明光源は該表示光学系の入射瞳と光学的に等価
   な位置又はその近傍に配置され，該表示光学系の射出瞳
   位置と該観察眼の入射瞳位置を略一致させて該画像情報
   を観察する画像観察装置において，該照明光源は複数の
   単位光源を有しており、該複数の単位光源の像は該表示
   光学系の射出瞳を複数の照明領域に空間分割しており，
   該複数の単位光源からの光束の照射に対応して該複数個
   の画像表示手段に表示する視差画像を制御する制御手段
   を利用して観察者の単眼に複数の視差画像が同時又は時
   系列的に入射されるようにしたことを特徴とする画像観
   察装置。
3. 【請求項３】 前記照明手段を複数個有し、前記制御手
   段は各照明手段の照明光源が有する複数個の単位光源か
   ら光束の照射を時分割制御することにより，該表示光学
   系の射出瞳の複数の照射領域への光束の入射を時分割制
   御するとともに，該複数の照射領域への光束の入射に対
   応して該複数個の画像表示手段に表示される視差画像を
   切り換え制御することを特徴とする請求項２の画像観察
   装置。
4. 【請求項４】 前記表示光学系の射出瞳の水平方向の大
   きさは，３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項
   １，２又は３の画像観察装置。
5. 【請求項５】 前記照明光源の複数個の単位光源は，発
   光体アレイにより構成され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。
6. 【請求項６】 前記照明光源の複数個の単位光源は，面
   光源と透過型の空間変調素子により構成されていること
   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。
7. 【請求項７】 前記照明光源の複数個の単位光源は，面
   光源と反射型の空間変調素子により構成されていること
   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。
8. 【請求項８】 前記画像表示手段は，透過型の空間変調
   素子を有していることを特徴とする請求項１〜７のいず
   れか１項の画像観察装置。
9. 【請求項９】 前記画像表示手段は，反射型の空間変調
   素子を有していることを特徴とする請求項１〜７のいず
   れか１項の画像観察装置。
10. 【請求項１０】 前記表示光学系は，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ていることを特徴とする請求項１〜
    ９のいずれか１項の画像観察装置。
11. 【請求項１１】 請求項１から１０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。