JP2002131693A - 画像観察装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 画像情報を網膜に直接投影して観察するとき
視野周辺部も良好に観察することができる画像観察装置
及びそれを用いた画像観察システムを得ること。 【解決手段】 画像情報を表示する画像表示手段，該画
像表示手段に表示された画像情報を観察眼の網膜に投影
する表示光学系を有し，該画像情報を観察する画像観察
装置において，観察眼の入射瞳面上への入射光束の位置
を変化させる入射光束制御手段を有していること。
視野周辺部も良好に観察することができる画像観察装置
及びそれを用いた画像観察システムを得ること。 【解決手段】 画像情報を表示する画像表示手段，該画
像表示手段に表示された画像情報を観察眼の網膜に投影
する表示光学系を有し，該画像情報を観察する画像観察
装置において，観察眼の入射瞳面上への入射光束の位置
を変化させる入射光束制御手段を有していること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、観察眼の網膜に直
接画像情報を投影し、観察する画像観察装置及びそれを
用いた画像観察システムに関するものである。
接画像情報を投影し、観察する画像観察装置及びそれを
用いた画像観察システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より，液晶表示パネル等の画像表示
手段に基づく画像情報を観察する装置として網膜に直接
画像を投影するタイプの画像観察装置が知られている。
例えば特許番号第２６７９１７６号明細書に開示されて
いる方式は、点光源で表示素子を照明し、その点光源の
像を光学系により観察者の入射瞳に結像させることによ
り、ピンホールカメラの原理と同様に画像情報を観察し
ている。このように構成すると眼の結像能力に依存せ
ず、画像情報を鮮明に観察することができる。
手段に基づく画像情報を観察する装置として網膜に直接
画像を投影するタイプの画像観察装置が知られている。
例えば特許番号第２６７９１７６号明細書に開示されて
いる方式は、点光源で表示素子を照明し、その点光源の
像を光学系により観察者の入射瞳に結像させることによ
り、ピンホールカメラの原理と同様に画像情報を観察し
ている。このように構成すると眼の結像能力に依存せ
ず、画像情報を鮮明に観察することができる。
【０００３】又、立体画像を観察する場合には、左右眼
用に一対画像観察装置を設け、両眼視差を用いて立体視
を行わせる。このように構成すると、観察像の結像状態
が眼の調節に依存しないため、両眼視差のみで立体画像
を観察した場合の、観察眼の輻輳と調節の矛盾を低減で
き、観察者が自然な状態で立体画像を良好に観察するこ
とができる。
用に一対画像観察装置を設け、両眼視差を用いて立体視
を行わせる。このように構成すると、観察像の結像状態
が眼の調節に依存しないため、両眼視差のみで立体画像
を観察した場合の、観察眼の輻輳と調節の矛盾を低減で
き、観察者が自然な状態で立体画像を良好に観察するこ
とができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】網膜に直接画像を投影
するタイプの画像観察装置は、原理的に観察眼の入射瞳
位置での入射光束径が小さいため、広い画角の画像情報
の観察には適さない。これは、図２２に示すように、視
野周辺部を注視する場合に、眼球Ｅを眼球回転中心Ｃを
中心として回転させると、眼球回転中心Ｃと瞳孔Ｐ（入
射瞳）の位置が異なるため、瞳孔Ｐの位置が変化して光
束が虹彩Ｉでけられ、眼球内に入射しなくなり、観察が
不可能になるためである。
するタイプの画像観察装置は、原理的に観察眼の入射瞳
位置での入射光束径が小さいため、広い画角の画像情報
の観察には適さない。これは、図２２に示すように、視
野周辺部を注視する場合に、眼球Ｅを眼球回転中心Ｃを
中心として回転させると、眼球回転中心Ｃと瞳孔Ｐ（入
射瞳）の位置が異なるため、瞳孔Ｐの位置が変化して光
束が虹彩Ｉでけられ、眼球内に入射しなくなり、観察が
不可能になるためである。
【０００５】尚、図２２（Ａ）は画像情報の視野中心を
注視している場合を示し、表示光束２００は虹彩Ｉにけ
られることなく瞳孔Ｐを通り観察眼Ｅに入射する。しか
し、図２２（Ｂ）に示すように、視野周辺部を注視する
ために眼球Ｅを回転させると、表示光束２００は虹彩Ｉ
でけられ、観察眼Ｅに入射しない。Ｌは視線方向を表わ
す。
注視している場合を示し、表示光束２００は虹彩Ｉにけ
られることなく瞳孔Ｐを通り観察眼Ｅに入射する。しか
し、図２２（Ｂ）に示すように、視野周辺部を注視する
ために眼球Ｅを回転させると、表示光束２００は虹彩Ｉ
でけられ、観察眼Ｅに入射しない。Ｌは視線方向を表わ
す。
【０００６】本発明は画像表示手段で表示された画像情
報を観察するとき、視野中心より眼球を回転させて視野
周辺部を注視しても光束が虹彩でけられること無く眼球
内に入射し、広い画角の表示、観察が可能でき、又立体
画像の観察時には奥行き方向に広い範囲で空間を再現す
ることができる。画像観察装置及びそれを用いた画像観
察システムの提供を目的とする。
報を観察するとき、視野中心より眼球を回転させて視野
周辺部を注視しても光束が虹彩でけられること無く眼球
内に入射し、広い画角の表示、観察が可能でき、又立体
画像の観察時には奥行き方向に広い範囲で空間を再現す
ることができる。画像観察装置及びそれを用いた画像観
察システムの提供を目的とする。
【０００７】
【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、画像情報を表示する画像表示手段，該画像表
示手段に表示された画像情報を観察眼の網膜に投影する
表示光学系を有し，該画像情報を観察する画像観察装置
において，観察眼の入射瞳面上への入射光束の位置を変
化させる入射光束制御手段を有していることを特徴とし
ている。
察装置は、画像情報を表示する画像表示手段，該画像表
示手段に表示された画像情報を観察眼の網膜に投影する
表示光学系を有し，該画像情報を観察する画像観察装置
において，観察眼の入射瞳面上への入射光束の位置を変
化させる入射光束制御手段を有していることを特徴とし
ている。
【０００８】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記画像表示手段に表示する画像情報に対応して、
前期入射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上への入
射光束の位置を変化させることを特徴としている。
て、前記画像表示手段に表示する画像情報に対応して、
前期入射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上への入
射光束の位置を変化させることを特徴としている。
【０００９】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検出手段
を有し、該瞳孔位置検出手段で得た情報をもとに、前記
入射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上への入射光
束の位置を変化させることを特徴としている。
おいて、観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検出手段
を有し、該瞳孔位置検出手段で得た情報をもとに、前記
入射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上への入射光
束の位置を変化させることを特徴としている。
【００１０】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、前記瞳孔位置検出手段は、眼球照明手段及び該眼球
照明手段による照明光の眼球による反射光を受光する受
光手段を有していることを特徴としている。
て、前記瞳孔位置検出手段は、眼球照明手段及び該眼球
照明手段による照明光の眼球による反射光を受光する受
光手段を有していることを特徴としている。
【００１１】請求項５の発明は請求項４の発明におい
て、前記眼球照明手段による照明光は赤外光であること
を特徴としている。
て、前記眼球照明手段による照明光は赤外光であること
を特徴としている。
【００１２】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、前記画像表示手段を照明する照
明手段を有し、該照明手段が有する照明光源は前記表示
光学系により観察眼の入射瞳位置又はその近傍に結像さ
れ、該照明手段の発光状態を制御することにより、観察
眼の入射瞳面上への入射光束の位置を変化させることを
特徴としている。
か一項の発明において、前記画像表示手段を照明する照
明手段を有し、該照明手段が有する照明光源は前記表示
光学系により観察眼の入射瞳位置又はその近傍に結像さ
れ、該照明手段の発光状態を制御することにより、観察
眼の入射瞳面上への入射光束の位置を変化させることを
特徴としている。
【００１３】請求項７の発明は請求項６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。
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。
【００１４】請求項８の発明は請求項６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。
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。
【００１５】請求項９の発明は請求項６から８のいずれ
か一項の発明において、前記照明手段は、発光体アレイ
を有していることを特徴としている。
か一項の発明において、前記照明手段は、発光体アレイ
を有していることを特徴としている。
【００１６】請求項１０の発明は請求項６から８のいず
れか一項の発明において、前記照明手段は、面光源と空
間変調素子を有していることを特徴としている。
れか一項の発明において、前記照明手段は、面光源と空
間変調素子を有していることを特徴としている。
【００１７】請求項１１の発明は請求項６から８のいず
れか一項の発明において、前記照明光手段は、点光源、
正のパワーを有する光学系を有していることを特徴とし
ている。
れか一項の発明において、前記照明光手段は、点光源、
正のパワーを有する光学系を有していることを特徴とし
ている。
【００１８】請求項１２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、前記画像表示手段は自発光型
または光源一体型表示素子であり、該画像表示手段から
の光束を制限する空間変調素子を有し、該空間変調素子
は前記表示光学系により観察眼の入射瞳位置又はその近
傍に結像され、該空間変調素子を制御することにより、
観察眼の入射瞳面上への入射光束の状態を変化させてい
ることを特徴としている。
れか一項の発明において、前記画像表示手段は自発光型
または光源一体型表示素子であり、該画像表示手段から
の光束を制限する空間変調素子を有し、該空間変調素子
は前記表示光学系により観察眼の入射瞳位置又はその近
傍に結像され、該空間変調素子を制御することにより、
観察眼の入射瞳面上への入射光束の状態を変化させてい
ることを特徴としている。
【００１９】請求項１３の発明は請求項１２の発明にお
いて、前記空間変調素子は２次元画素構造を有している
ことを特徴としている。
いて、前記空間変調素子は２次元画素構造を有している
ことを特徴としている。
【００２０】請求項１４の発明は請求項１２又は１３の
発明において、前記空間変調素子は、透過型の空間変調
素子であることを特徴としている。
発明において、前記空間変調素子は、透過型の空間変調
素子であることを特徴としている。
【００２１】請求項１５の発明は請求項１２又は１３の
発明において、前記空間変調素子は、反射型の空間変調
素子であることを特徴としている。
発明において、前記空間変調素子は、反射型の空間変調
素子であることを特徴としている。
【００２２】請求項１６の発明は請求項１から１５のい
ずれか一項の発明において、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。
ずれか一項の発明において、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。
【００２３】請求項１７の発明の画像観察装置は、画像
情報を表示する画像表示手段、該画像表示手段に表示さ
せた画像情報に基づく光束を観察眼の入射瞳を介し網膜
上に導光する表示光学系を有し、該画像情報を観察する
画像観察装置において、該画像表示手段に表示する画像
情報に対応して観察眼の入射瞳面上への入射光束の位置
を変化させる入射光束制御手段を有していることを特徴
としている。
情報を表示する画像表示手段、該画像表示手段に表示さ
せた画像情報に基づく光束を観察眼の入射瞳を介し網膜
上に導光する表示光学系を有し、該画像情報を観察する
画像観察装置において、該画像表示手段に表示する画像
情報に対応して観察眼の入射瞳面上への入射光束の位置
を変化させる入射光束制御手段を有していることを特徴
としている。
【００２４】請求項１８の発明は請求項１７の発明にお
いて、観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検出手段を
有し、該瞳孔位置検出手段で得た情報をもとに、前記入
射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上への入射光束
の位置を変化させることを特徴としている。
いて、観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検出手段を
有し、該瞳孔位置検出手段で得た情報をもとに、前記入
射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上への入射光束
の位置を変化させることを特徴としている。
【００２５】請求項１９の発明の画像観察システムは請
求項１から１８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。
求項１から１８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】図１から図３は本発明の画像観察
装置の基本概念の説明図である。
装置の基本概念の説明図である。
【００２７】本発明による画像観察装置Ｓは，大別して
照明光源１１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，表示光学系３０，制御手段４
０を有している。
照明光源１１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，表示光学系３０，制御手段４
０を有している。
【００２８】図１において，照明手段１０は表示光学系
３０より観察眼Ｅの瞳孔（入射瞳）Ｐの位置又はその近
傍に照明光源１１の像１１’を形成する。このとき照明
光源像１１’の大きさは、観察眼Ｅの瞳孔Ｐの大きさよ
り十分小さな大きさとなるように照明光源１１の大き
さ、表示光学系３０の位置及び焦点距離等を設定する。
表示光学系３０は、画像情報２１を観察眼Ｅの網膜上に
直接投影又は画像情報２１からの光束を入射瞳Ｐを介し
て観察眼Ｅの網膜上に導光している。観察者は，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）２
１’を観察する。
３０より観察眼Ｅの瞳孔（入射瞳）Ｐの位置又はその近
傍に照明光源１１の像１１’を形成する。このとき照明
光源像１１’の大きさは、観察眼Ｅの瞳孔Ｐの大きさよ
り十分小さな大きさとなるように照明光源１１の大き
さ、表示光学系３０の位置及び焦点距離等を設定する。
表示光学系３０は、画像情報２１を観察眼Ｅの網膜上に
直接投影又は画像情報２１からの光束を入射瞳Ｐを介し
て観察眼Ｅの網膜上に導光している。観察者は，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）２
１’を観察する。
【００２９】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段からの出力を基に、照明手段１
０を制御し照明光源１１の発光面又は発光点の位置を変
化させ、観察眼Eの瞳孔P位置での入射光束の位置を変化
させる。
述する瞳孔位置検出手段からの出力を基に、照明手段１
０を制御し照明光源１１の発光面又は発光点の位置を変
化させ、観察眼Eの瞳孔P位置での入射光束の位置を変化
させる。
【００３０】照明光源１１は複数個の単位光源（１１
ａ、１１ｂ、・・・）により構成され、図２、図３に示
すように入射光束制御回路４１は観察者の瞳孔Ｐの位置
に応じて各々の単位光源１１ａ〜１１ｃのうち少なくと
も１つを点灯する。図２は観察者が画像情報２１の視野
中心部を注視している場合であり、入射光束制御回路４
１は照明手段１０を制御し、単位光源１１ａを点灯させ
る。表示光学系３０により観察眼Ｅの瞳孔Ｐ上に光源像
１１’ａが形成され、観察者は画像情報２１の表示光学
系３０による像２１’を観察することができる。観察者
が画像情報２１の視野周辺部を注視している場合は、図
３に示すように、入射光束制御回路４１は照明手段１０
を制御し、単位光源１１ｂを点灯させる。表示光学系３
０により観察眼Ｅの瞳孔Ｐ上に光源像１１’ｂが形成さ
れ、観察者は画像情報２１の表示光学系３０による像２
１’を観察することができる。
ａ、１１ｂ、・・・）により構成され、図２、図３に示
すように入射光束制御回路４１は観察者の瞳孔Ｐの位置
に応じて各々の単位光源１１ａ〜１１ｃのうち少なくと
も１つを点灯する。図２は観察者が画像情報２１の視野
中心部を注視している場合であり、入射光束制御回路４
１は照明手段１０を制御し、単位光源１１ａを点灯させ
る。表示光学系３０により観察眼Ｅの瞳孔Ｐ上に光源像
１１’ａが形成され、観察者は画像情報２１の表示光学
系３０による像２１’を観察することができる。観察者
が画像情報２１の視野周辺部を注視している場合は、図
３に示すように、入射光束制御回路４１は照明手段１０
を制御し、単位光源１１ｂを点灯させる。表示光学系３
０により観察眼Ｅの瞳孔Ｐ上に光源像１１’ｂが形成さ
れ、観察者は画像情報２１の表示光学系３０による像２
１’を観察することができる。
【００３１】このように構成すると、観察者の入射瞳Ｐ
の位置での入射光束の径が小さいため、所謂ピンホール
カメラと同様の原理により、観察者の眼球光学系の結像
能力に依存せず、鮮明に画像情報２１の画像を観察する
ことができる。さらに画像情報２１の視野周辺部を注視
しても光束がけられること無く眼に入射するため、広い
画角の表示、観察が可能となる。
の位置での入射光束の径が小さいため、所謂ピンホール
カメラと同様の原理により、観察者の眼球光学系の結像
能力に依存せず、鮮明に画像情報２１の画像を観察する
ことができる。さらに画像情報２１の視野周辺部を注視
しても光束がけられること無く眼に入射するため、広い
画角の表示、観察が可能となる。
【００３２】図４から図９は照明手段１０の照明光源１
１の具体的な動作のうちのいくつかの構成を示したもの
である。
１の具体的な動作のうちのいくつかの構成を示したもの
である。
【００３３】例えば図４に示すように、照明光源１１は
面積的に複数の領域に分割された単位光源５１を複数有
するように構成されている。入射光束制御回路４１は観
察眼の瞳孔位置に応じて各単位光源を点灯させる。
面積的に複数の領域に分割された単位光源５１を複数有
するように構成されている。入射光束制御回路４１は観
察眼の瞳孔位置に応じて各単位光源を点灯させる。
【００３４】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５から図８に示したよ
うな構造となっている。
のような発光体アレイ，または図５から図８に示したよ
うな構造となっている。
【００３５】図５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５３により
構成される。遮光板５４は隣接する発光体５２の光束が
漏れこむことを防止するためのものである。図６におい
て，単位光源５１は発光体５２と、それからの光束で照
明された拡散板５５により構成される。遮光板５４は隣
接する発光体の光束が漏れこむことを防止するためのも
のである。
と、それからの光束で照明されたピンホール５３により
構成される。遮光板５４は隣接する発光体５２の光束が
漏れこむことを防止するためのものである。図６におい
て，単位光源５１は発光体５２と、それからの光束で照
明された拡散板５５により構成される。遮光板５４は隣
接する発光体の光束が漏れこむことを防止するためのも
のである。
【００３６】図７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
どの透過型の空間変調素子５７で構成される。単位光源
５１は透過型の空間変調素子５７の一画素あるいは数画
素で構成される。
び導光板などの面発光光源５６及び透過型液晶パネルな
どの透過型の空間変調素子５７で構成される。単位光源
５１は透過型の空間変調素子５７の一画素あるいは数画
素で構成される。
【００３７】図８において，照明光源１１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
ネルなどの反射型の空間変調素子６０で構成される。単
位光源５１は透過型空間変調素子６０の一画素（６０
ａ、６０ｂ、６０ｃ）あるいは数画素で構成される。こ
こで面発光光源５８からの光束はハーフミラー６１で反
射し、空間変調素子６０に入射する。空間変調素子６０
で光変調された光束はハーフミラー６１を通過し、画像
表示手段（図１参照）を照明する。
５８，レンズ５９，ハーフミラー６１及び反射型液晶パ
ネルなどの反射型の空間変調素子６０で構成される。単
位光源５１は透過型空間変調素子６０の一画素（６０
ａ、６０ｂ、６０ｃ）あるいは数画素で構成される。こ
こで面発光光源５８からの光束はハーフミラー６１で反
射し、空間変調素子６０に入射する。空間変調素子６０
で光変調された光束はハーフミラー６１を通過し、画像
表示手段（図１参照）を照明する。
【００３８】また，照明光源１１の他の構成として図９
に示した構成でも実現することができる。同図の左側は
要部側面図を示し、右側は要部正面図を示している。照
明光源１１は略点光源とみなせる光源６２，正のパワー
の照明レンズ６３、拡散板６４を有している。図９
（Ａ）に示すように，光源６２と拡散板６４の拡散面６
４ａを共役関係にすると，照明光源１１は小さな面積の
発光面１１ａを有する光源となる。図９（Ｂ），（Ｃ）
に示すように，照明レンズ６３あるいは光源６２を光軸
と垂直方向に移動させることにより，照明光源１１の発
光面１１ａの位置を変化させることが可能である。
に示した構成でも実現することができる。同図の左側は
要部側面図を示し、右側は要部正面図を示している。照
明光源１１は略点光源とみなせる光源６２，正のパワー
の照明レンズ６３、拡散板６４を有している。図９
（Ａ）に示すように，光源６２と拡散板６４の拡散面６
４ａを共役関係にすると，照明光源１１は小さな面積の
発光面１１ａを有する光源となる。図９（Ｂ），（Ｃ）
に示すように，照明レンズ６３あるいは光源６２を光軸
と垂直方向に移動させることにより，照明光源１１の発
光面１１ａの位置を変化させることが可能である。
【００３９】以上のように照明光源１１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する
ことができる。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
などどのような形状でも良い。また図４に示すように各
単位光源は連続的に配列されている必要は無く、離散的
に配列されていても良い。
により，面積的に分割した複数個の単位光源を実現する
ことができる。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
などどのような形状でも良い。また図４に示すように各
単位光源は連続的に配列されている必要は無く、離散的
に配列されていても良い。
【００４０】次に本発明の画像観察装置の各実施形態に
ついて説明する。（実施形態１）図１０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。本装置は照
明光源１１を有する照明手段１０，画像情報を表示する
画像表示手段２０，照明手段１０の照明光源１１の像を
観察眼Ｅの瞳孔Ｐの位置又はその近傍に結像するととも
に、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の眼底に直接
投影する表示光学系３０，そして制御手段４０を有して
いる。
ついて説明する。（実施形態１）図１０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。本装置は照
明光源１１を有する照明手段１０，画像情報を表示する
画像表示手段２０，照明手段１０の照明光源１１の像を
観察眼Ｅの瞳孔Ｐの位置又はその近傍に結像するととも
に、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の眼底に直接
投影する表示光学系３０，そして制御手段４０を有して
いる。
【００４１】照明手段１０の照明光源１１から射出した
光束は，偏光板３３を通過し直線偏光となり，ハーフミ
ラー３１でその一部が反射し，レンズ３２に導かれ屈折
され表示手段２０の表示素子２２に導かれる。表示素子
２２は画素構造を有する反射型液晶パネルなどの反射型
の表示素子であり，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。
光束は，偏光板３３を通過し直線偏光となり，ハーフミ
ラー３１でその一部が反射し，レンズ３２に導かれ屈折
され表示手段２０の表示素子２２に導かれる。表示素子
２２は画素構造を有する反射型液晶パネルなどの反射型
の表示素子であり，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。
【００４２】表示素子２２で反射された光束は，再びレ
ンズ３２で屈折されハーフミラー３１でその一部が透過
し，偏光板３４に導かれる。偏光板３４は偏光板３３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
２２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３４を通過し，観察
眼Ｅに導かれる。しかし，表示素子２２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３４で遮断され，観察眼Ｅには入射しな
い。
ンズ３２で屈折されハーフミラー３１でその一部が透過
し，偏光板３４に導かれる。偏光板３４は偏光板３３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
２２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３４を通過し，観察
眼Ｅに導かれる。しかし，表示素子２２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３４で遮断され，観察眼Ｅには入射しな
い。
【００４３】照明光源１１は表示光学系３０により観察
眼Ｅの瞳孔Ｐの位置に照明光源１１の像１１’を形成す
る。このとき照明光源像１１’の大きさは、観察眼Ｅの
瞳孔Ｐより十分小さな大きさとなるように照明光源１１
の大きさ、表示光学系３０の位置及び焦点距離等を設定
する。観察者は、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す
る。
眼Ｅの瞳孔Ｐの位置に照明光源１１の像１１’を形成す
る。このとき照明光源像１１’の大きさは、観察眼Ｅの
瞳孔Ｐより十分小さな大きさとなるように照明光源１１
の大きさ、表示光学系３０の位置及び焦点距離等を設定
する。観察者は、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す
る。
【００４４】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
【００４５】反射型の表示素子２２としては、必ずしも
液晶パネルである必要は無く、マイクロミラーデバイス
等でも良い。マイクロミラーデバイスを用いた場合は、
偏光板３３、３４は不要である。
液晶パネルである必要は無く、マイクロミラーデバイス
等でも良い。マイクロミラーデバイスを用いた場合は、
偏光板３３、３４は不要である。
【００４６】図１０に示した実施形態においては，表示
光学系３０にレンズを用いたが、図１１に示すように球
面、非球面、楕円面、双曲面等の曲率を有した反射鏡
（凹面鏡）を用いて構成しても良い。
光学系３０にレンズを用いたが、図１１に示すように球
面、非球面、楕円面、双曲面等の曲率を有した反射鏡
（凹面鏡）を用いて構成しても良い。
【００４７】図１１において，図１０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。
同じ役割を果たすものは，同じ符号を付し説明を略す。
【００４８】照明手段１０の照明光源１１を射出した光
束は、偏光板３３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、表示手段２０の表示素子２
２に導かれる。表示素子２２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
れ再びハーフミラー３１でその一部が透過し、偏光板３
４に導かれる。図１０に示した実施形態と同様に、表示
素子２２の“ＯＮ”表示部分の画素からの反射光は、観
察眼Ｅに導かれ、表示素子２２の“ＯＦＦ”表示部分の
画素からの反射光は，観察眼Eには入射しない。ここで
偏光板３３、３４は照明光源１１から射出し、ハーフミ
ラー３１で観察眼Ｅ側に反射する光束を遮断し、観察眼
Ｅに入射することを防止する役割も有する。
束は、偏光板３３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、表示手段２０の表示素子２
２に導かれる。表示素子２２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
れ再びハーフミラー３１でその一部が透過し、偏光板３
４に導かれる。図１０に示した実施形態と同様に、表示
素子２２の“ＯＮ”表示部分の画素からの反射光は、観
察眼Ｅに導かれ、表示素子２２の“ＯＦＦ”表示部分の
画素からの反射光は，観察眼Eには入射しない。ここで
偏光板３３、３４は照明光源１１から射出し、ハーフミ
ラー３１で観察眼Ｅ側に反射する光束を遮断し、観察眼
Ｅに入射することを防止する役割も有する。
【００４９】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
【００５０】図１０、１１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の表示素子を
用いたが、図１２に示すように透過型の表示素子２３を
用いても良い。
は、表示手段２０の表示素子として反射型の表示素子を
用いたが、図１２に示すように透過型の表示素子２３を
用いても良い。
【００５１】図１２において、図１０、図１１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
束はレンズ３５で屈折され表示手段２０の表示素子２３
に導かれる。表示素子２３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
３を通過した光束は、ハーフミラー３１、凹面鏡３２を
含む表示光学系３０により観察眼Ｅに導かれる。
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
束はレンズ３５で屈折され表示手段２０の表示素子２３
に導かれる。表示素子２３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
３を通過した光束は、ハーフミラー３１、凹面鏡３２を
含む表示光学系３０により観察眼Ｅに導かれる。
【００５２】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
【００５３】このように構成すると、図１、図２、図３
に示した原理により、表示手段２０の画像情報を鮮明に
観察することができ、また視野周辺部を注視しても光束
がけられること無く眼に入射するため、広い画角の表
示、観察が可能となる。（実施形態２）図１３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。本装
置は図１２に示した実施形態と同様に，照明光源１１を
有する照明手段１０，画像情報を表示する画像表示手段
２０，照明手段１０の照明光源１１の像を観察眼Ｅの瞳
孔Ｐの位置又はその近傍に結像するとともに、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
像情報を観察眼Eの眼底に直接投影する表示光学系３
０，そして制御手段４０を有している。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。
に示した原理により、表示手段２０の画像情報を鮮明に
観察することができ、また視野周辺部を注視しても光束
がけられること無く眼に入射するため、広い画角の表
示、観察が可能となる。（実施形態２）図１３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。本装
置は図１２に示した実施形態と同様に，照明光源１１を
有する照明手段１０，画像情報を表示する画像表示手段
２０，照明手段１０の照明光源１１の像を観察眼Ｅの瞳
孔Ｐの位置又はその近傍に結像するとともに、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
像情報を観察眼Eの眼底に直接投影する表示光学系３
０，そして制御手段４０を有している。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。
【００５４】照明手段１０の照明光源１１を射出した照
明光束は，レンズ３５で屈折され表示手段２０の表示素
子２３に導かれ，表示素子２３を通過した光束は，面３
６ａで屈折されつつプリズム体３６に入射する。プリズ
ム体３６の面３６ａより入射した光束は臨界角以上の入
射角度で面３６ｂに入射し全反射され，ミラー面３６ｃ
で反射されて今度は臨界角以下の入射角度で面３６ｂに
入射し屈折されつつプリズム体３６を射出し，観察眼Ｅ
の入射瞳Ｐに導かれる。プリズム体３６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少なくとも１つ有する
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。
明光束は，レンズ３５で屈折され表示手段２０の表示素
子２３に導かれ，表示素子２３を通過した光束は，面３
６ａで屈折されつつプリズム体３６に入射する。プリズ
ム体３６の面３６ａより入射した光束は臨界角以上の入
射角度で面３６ｂに入射し全反射され，ミラー面３６ｃ
で反射されて今度は臨界角以下の入射角度で面３６ｂに
入射し屈折されつつプリズム体３６を射出し，観察眼Ｅ
の入射瞳Ｐに導かれる。プリズム体３６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少なくとも１つ有する
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。
【００５５】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
【００５６】図１３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１４に示すように反射型の表
示素子を用いても良い。なお，図１１及び図１３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。
段２０の表示素子として図１４に示すように反射型の表
示素子を用いても良い。なお，図１１及び図１３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。
【００５７】図１４において，照明手段１０の照明光源
１１を射出した照明光束は，レンズ３５で屈折され偏光
板３３を通過し直線偏光となり，面３７ａで屈折されつ
つプリズム３７に入射する。プリズム３７は平面で構成
された三角プリズム（一部に曲面を有していても良
い。）である。プリズム３７に入射した光束は臨界角以
上の角度で面３７ｂに入射し全反射され，面３７ｃで屈
折されつつプリズム３７から射出し，反射型の表示素子
２２に入射する。反射型の表示素子２３で反射された光
束は，面３７ｃで屈折されつつプリズム３７に入射し，
臨界角以下の角度で面３７ｂに再び入射し屈折されつつ
プリズム３７を射出し，偏光板３４に入射する。図１１
に示した実施形態と同様に，表示素子２２の“ＯＮ”表
示部分の画素からの反射光は偏光板３４を通過し，表示
素子２２の“ＯＦＦ”表示部分の画素からの反射光は，
偏光板３４で遮断される。偏光板３４を通過した光束は
図１３で示したのと同様のプリズム体３６により反射屈
折されつつ，観察眼Ｅに導かれる。プリズム３７で全反
射を用いて表示光学系３０の一部を構成することによ
り，装置の小型化を図っている。なお、本実施例におい
ては、プリズム３７の面３７ｂを全反射面としたが、ハ
ーフミラー面、偏光ビームスプリッター面としても良
い。
１１を射出した照明光束は，レンズ３５で屈折され偏光
板３３を通過し直線偏光となり，面３７ａで屈折されつ
つプリズム３７に入射する。プリズム３７は平面で構成
された三角プリズム（一部に曲面を有していても良
い。）である。プリズム３７に入射した光束は臨界角以
上の角度で面３７ｂに入射し全反射され，面３７ｃで屈
折されつつプリズム３７から射出し，反射型の表示素子
２２に入射する。反射型の表示素子２３で反射された光
束は，面３７ｃで屈折されつつプリズム３７に入射し，
臨界角以下の角度で面３７ｂに再び入射し屈折されつつ
プリズム３７を射出し，偏光板３４に入射する。図１１
に示した実施形態と同様に，表示素子２２の“ＯＮ”表
示部分の画素からの反射光は偏光板３４を通過し，表示
素子２２の“ＯＦＦ”表示部分の画素からの反射光は，
偏光板３４で遮断される。偏光板３４を通過した光束は
図１３で示したのと同様のプリズム体３６により反射屈
折されつつ，観察眼Ｅに導かれる。プリズム３７で全反
射を用いて表示光学系３０の一部を構成することによ
り，装置の小型化を図っている。なお、本実施例におい
ては、プリズム３７の面３７ｂを全反射面としたが、ハ
ーフミラー面、偏光ビームスプリッター面としても良
い。
【００５８】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、照明手段１０を
制御し照明光源１１の発光面の位置を変化させ、観察眼
Ｅの瞳孔位置での入射光束の位置を変化させる。
【００５９】このように構成すると、図１、図２、図３
に示した原理より、表示手段２０の画像情報を鮮明に観
察することができ、また視野周辺部を注視しても光束が
けられること無く眼に入射するため、広い画角の表示、
観察が可能となる。（実施形態３）次に本発明の画像観
察装置の実施形態３について説明する。
に示した原理より、表示手段２０の画像情報を鮮明に観
察することができ、また視野周辺部を注視しても光束が
けられること無く眼に入射するため、広い画角の表示、
観察が可能となる。（実施形態３）次に本発明の画像観
察装置の実施形態３について説明する。
【００６０】従来よりＥＬパネルのように自発光型の表
示デバイスが知られている。また，バックライト，偏光
板，透過型液晶パネル等が一体化された光源一体型の表
示デバイスが知られている。本実施形態ではこのような
自発光型あるいは光源一体型の表示デバイスを用いて，
図１５に示すように画像観察装置を構成している。
示デバイスが知られている。また，バックライト，偏光
板，透過型液晶パネル等が一体化された光源一体型の表
示デバイスが知られている。本実施形態ではこのような
自発光型あるいは光源一体型の表示デバイスを用いて，
図１５に示すように画像観察装置を構成している。
【００６１】図１５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。
３の要部概略図である。
【００６２】本発明による画像観察装置Ｓは，画像情報
８１を表示するＥＬパネルなどの自発光型画像表示手段
８０，表示光学系（接眼光学系）９０，空間変調素子７
０，そして制御手段４０を有している。
８１を表示するＥＬパネルなどの自発光型画像表示手段
８０，表示光学系（接眼光学系）９０，空間変調素子７
０，そして制御手段４０を有している。
【００６３】図１５において，画像表示手段８０を射出
した光束は、空間変調素子７０を通過し、表示光学系９
０により観察眼Ｅに導かれる。観察者は表示光学系９０
による画像表示手段８０に表示された画像情報８１の像
８１’を観察する。
した光束は、空間変調素子７０を通過し、表示光学系９
０により観察眼Ｅに導かれる。観察者は表示光学系９０
による画像表示手段８０に表示された画像情報８１の像
８１’を観察する。
【００６４】空間変調素子７０は表示光学系９０により
観察眼の瞳孔Ｐの位置に７０’を形成する。これにより
空間変調素子７０透過部，遮光部の位置を制御すること
で，観察者の入射瞳位置での入射光束の状態を変化させ
ることができる。
観察眼の瞳孔Ｐの位置に７０’を形成する。これにより
空間変調素子７０透過部，遮光部の位置を制御すること
で，観察者の入射瞳位置での入射光束の状態を変化させ
ることができる。
【００６５】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、空間変調素子７
０の透過部、遮光部の位置を制御し、観察眼Ｅの瞳孔位
置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、空間変調素子７
０の透過部、遮光部の位置を制御し、観察眼Ｅの瞳孔位
置での入射光束の位置を変化させる。
【００６６】このように構成すると、図１、図２、図３
に示した原理と同様に，表示手段８０の画像情報を鮮明
に観察することができ、また視野周辺部を注視しても光
束がけられること無く眼に入射するため、広い画角の表
示、観察が可能となる。（実施形態４）図１６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。本装
置は画像情報を表示する自発光型画像表示手段８０，空
間変調素子７０，画像情報を観察眼Eに導く表示光学系
９０，そして制御手段４０を有している。
に示した原理と同様に，表示手段８０の画像情報を鮮明
に観察することができ、また視野周辺部を注視しても光
束がけられること無く眼に入射するため、広い画角の表
示、観察が可能となる。（実施形態４）図１６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。本装
置は画像情報を表示する自発光型画像表示手段８０，空
間変調素子７０，画像情報を観察眼Eに導く表示光学系
９０，そして制御手段４０を有している。
【００６７】画像表示手段８０で表示された画像情報８
１から射出した光束は，偏光板９３を通過し直線偏光と
なり，ハーフミラー９１でその一部が透過し，空間変調
素子７０に導かれる。空間変調素子７０は画素構造を有
する反射型液晶パネルなどの反射型の空間変調素子であ
り，例えば“ＯＮ”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”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。
１から射出した光束は，偏光板９３を通過し直線偏光と
なり，ハーフミラー９１でその一部が透過し，空間変調
素子７０に導かれる。空間変調素子７０は画素構造を有
する反射型液晶パネルなどの反射型の空間変調素子であ
り，例えば“ＯＮ”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”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。
【００６８】空間変調素子７０で反射された光束は，ハ
ーフミラー９１でその一部が反射し，曲率を有する凹面
鏡９２で反射され再びハーフミラー９１でその一部が透
過し，偏光板９４に導かれる。偏光板９４は偏光板９３
と透過偏光軸が直交するように配置されている。空間変
調素子７０の“ＯＮ”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９４を通過し，観
察眼Ｅに導かれる。しかし，空間変調素子７０の“ＯＦ
Ｆ”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９４で遮断され，観察眼Eには入射しな
い。また，偏光板９３、９４は，画像表示手段８０から
射出し偏光板９３を通過してハーフミラー９１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。
ーフミラー９１でその一部が反射し，曲率を有する凹面
鏡９２で反射され再びハーフミラー９１でその一部が透
過し，偏光板９４に導かれる。偏光板９４は偏光板９３
と透過偏光軸が直交するように配置されている。空間変
調素子７０の“ＯＮ”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９４を通過し，観
察眼Ｅに導かれる。しかし，空間変調素子７０の“ＯＦ
Ｆ”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９４で遮断され，観察眼Eには入射しな
い。また，偏光板９３、９４は，画像表示手段８０から
射出し偏光板９３を通過してハーフミラー９１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。
【００６９】空間変調素子７０は表示光学系９０により
観察眼の瞳孔Ｐの位置に像７０’を形成する。これによ
り空間変調素子７０の透過部、遮光部の位置を制御する
ことで、観察者の入射瞳位置での入射光束の状態を変化
させることができる。
観察眼の瞳孔Ｐの位置に像７０’を形成する。これによ
り空間変調素子７０の透過部、遮光部の位置を制御する
ことで、観察者の入射瞳位置での入射光束の状態を変化
させることができる。
【００７０】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、空間変調素子７
０の透過部、遮光部の位置を制御し、観察眼Ｅの瞳孔位
置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、空間変調素子７
０の透過部、遮光部の位置を制御し、観察眼Ｅの瞳孔位
置での入射光束の位置を変化させる。
【００７１】図１６に示した実施形態においては，空間
変調素子７０として反射型素子を用いたが，図１７に示
すように透過型の空間変調素子を用いても良い。
変調素子７０として反射型素子を用いたが，図１７に示
すように透過型の空間変調素子を用いても良い。
【００７２】図１７において，図１６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。
画像表示装置８０を射出した光束は、レンズ９５で屈折
されつつ空間変調素子７０に導かれる。空間変調素子７
０は偏光板及び透過型液晶パネルなどで構成される透過
型空間変調素子である。空間変調素子７０を通過した光
束は，ハーフミラー９１、凹面鏡９２を含む表示光学系
９０により観察眼Eに導かれる。表示光学系９０は，観
察眼Ｅの瞳孔Ｐの位置に空間変調素子７０の像を形成す
る。
同じ役割を果たすものは，同じ符号を付し説明を略す。
画像表示装置８０を射出した光束は、レンズ９５で屈折
されつつ空間変調素子７０に導かれる。空間変調素子７
０は偏光板及び透過型液晶パネルなどで構成される透過
型空間変調素子である。空間変調素子７０を通過した光
束は，ハーフミラー９１、凹面鏡９２を含む表示光学系
９０により観察眼Eに導かれる。表示光学系９０は，観
察眼Ｅの瞳孔Ｐの位置に空間変調素子７０の像を形成す
る。
【００７３】入射光束制御回路４１は、画像情報及び後
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、空間変調素子７
０の透過部、遮光部の位置を制御し、観察眼Ｅの瞳孔位
置での入射光束の位置を変化させる。
述する瞳孔位置検出手段の出力を基に、空間変調素子７
０の透過部、遮光部の位置を制御し、観察眼Ｅの瞳孔位
置での入射光束の位置を変化させる。
【００７４】このように構成すると、図１、図２、図３
に示した原理と同様に，鮮明に画像を観察することがで
き、また視野周辺部を注視しても光束がけられること無
く眼に入射するため、広い画角の表示、観察が可能とな
る。
に示した原理と同様に，鮮明に画像を観察することがで
き、また視野周辺部を注視しても光束がけられること無
く眼に入射するため、広い画角の表示、観察が可能とな
る。
【００７５】図１８、図１９は各実施形態で用いる瞳孔
位置検出系（瞳孔位置検出手段）の具体的な構成を示し
たものである。図１８において瞳孔位置検出系１００
は、眼球照明手段１０１及び眼球照明手段１０１からの
照明光の観察眼Ｅによる反射光を受光する受光手段１０
２、そして演算手段１０３を有している。瞳孔位置検出
系１００は画像を観察するための表示光学系の光路等と
干渉しない位置、例えば図１８の場合は上下方向に配置
される。眼球照明手段１０１は、赤外光ＬＥＤ等であ
る。赤外光を用いることにより、画像の観察に影響を与
えることなく、瞳孔位置の検出ができる。
位置検出系（瞳孔位置検出手段）の具体的な構成を示し
たものである。図１８において瞳孔位置検出系１００
は、眼球照明手段１０１及び眼球照明手段１０１からの
照明光の観察眼Ｅによる反射光を受光する受光手段１０
２、そして演算手段１０３を有している。瞳孔位置検出
系１００は画像を観察するための表示光学系の光路等と
干渉しない位置、例えば図１８の場合は上下方向に配置
される。眼球照明手段１０１は、赤外光ＬＥＤ等であ
る。赤外光を用いることにより、画像の観察に影響を与
えることなく、瞳孔位置の検出ができる。
【００７６】受光手段１０２はレンズ及びＣＣＤ等の撮
像素子から構成される。図１９（Ａ）、（Ｂ）は受光手
段１０２で受光した観察眼Ｅの像である。観察眼Ｅの各
部位からの反射光の強度は、まぶた等の皮膚及び強膜、
虹彩Ｉ、瞳孔Ｐの順で弱くなる。よって演算手段１０３
は受像した画像中で最も暗い部分を抽出し、その中心位
置を演算し、瞳孔位置を検出する。図１９（Ａ）は観察
者が視野中心部を注視している場合のものであり、図１
９（Ｂ）は観察者が視野周辺部（横）を注視している場
合のものである。
像素子から構成される。図１９（Ａ）、（Ｂ）は受光手
段１０２で受光した観察眼Ｅの像である。観察眼Ｅの各
部位からの反射光の強度は、まぶた等の皮膚及び強膜、
虹彩Ｉ、瞳孔Ｐの順で弱くなる。よって演算手段１０３
は受像した画像中で最も暗い部分を抽出し、その中心位
置を演算し、瞳孔位置を検出する。図１９（Ａ）は観察
者が視野中心部を注視している場合のものであり、図１
９（Ｂ）は観察者が視野周辺部（横）を注視している場
合のものである。
【００７７】瞳孔位置の検出方法としては、眼底反射光
を用いて検出しても良いし、受光素子としてラインセン
サー、ＰＳＤや四葉センサー等を用いて構成しても良
い。
を用いて検出しても良いし、受光素子としてラインセン
サー、ＰＳＤや四葉センサー等を用いて構成しても良
い。
【００７８】瞳孔位置検出手段１００は、図２０（Ａ）
に示すように、検出した瞳孔位置の情報を入射光束制御
手段４１に送り、入射光束制御手段４１は前述した各実
施例に示すようにその情報を基に照明手段１０あるいは
空間変調素子７０を制御する。また図２０（Ｂ）に示す
ように、画像入力手段からの画像情報を基に、高周波成
分を含む画像の画面内の位置などから観察者が注視する
方向を自動的に判断し、予想される瞳孔位置を演算して
照明手段１０あるいは空間変調素子７０を制御するよう
にしても良い。
に示すように、検出した瞳孔位置の情報を入射光束制御
手段４１に送り、入射光束制御手段４１は前述した各実
施例に示すようにその情報を基に照明手段１０あるいは
空間変調素子７０を制御する。また図２０（Ｂ）に示す
ように、画像入力手段からの画像情報を基に、高周波成
分を含む画像の画面内の位置などから観察者が注視する
方向を自動的に判断し、予想される瞳孔位置を演算して
照明手段１０あるいは空間変調素子７０を制御するよう
にしても良い。
【００７９】さらに、以上の各実施形態の画像観察装置
Ｓを図２１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、両眼視差を用いて立体視が
可能となり、観察像の結像状態が眼の調節に依存しない
ため、両眼視差のみで立体画像を観察した場合の、観察
眼の輻輳と調節の矛盾を低減でき、観察者が自然な状態
で立体画像を良好に観察することができるヘッドマウン
トディスプレイ等の画像観察システムを得ることができ
る。特に本発明の画像観察装置を用いて構成すると、視
野周辺部を注視しても光束がけられること無く眼に入射
するため、広い画角の表示、観察が可能となり、また奥
行き方向に広い範囲で空間を再現することができる。
Ｓを図２１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、両眼視差を用いて立体視が
可能となり、観察像の結像状態が眼の調節に依存しない
ため、両眼視差のみで立体画像を観察した場合の、観察
眼の輻輳と調節の矛盾を低減でき、観察者が自然な状態
で立体画像を良好に観察することができるヘッドマウン
トディスプレイ等の画像観察システムを得ることができ
る。特に本発明の画像観察装置を用いて構成すると、視
野周辺部を注視しても光束がけられること無く眼に入射
するため、広い画角の表示、観察が可能となり、また奥
行き方向に広い範囲で空間を再現することができる。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、画像表示
手段で表示された画像情報を観察するとき、視野中心よ
り眼球を回転させて視野周辺部を注視しても光束が虹彩
でけられること無く眼球内に入射し、広い画角の表示、
観察が可能でき、又立体画像の観察時には奥行き方向に
広い範囲で空間を再現することができる。画像観察装置
及びそれを用いた画像観察システムを達成することがで
きる。
手段で表示された画像情報を観察するとき、視野中心よ
り眼球を回転させて視野周辺部を注視しても光束が虹彩
でけられること無く眼球内に入射し、広い画角の表示、
観察が可能でき、又立体画像の観察時には奥行き方向に
広い範囲で空間を再現することができる。画像観察装置
及びそれを用いた画像観察システムを達成することがで
きる。
【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
説明図
【図２】 本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図
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
説明図
【図４】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図
【図５】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図
【図６】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図
【図７】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図
【図８】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図
【図９】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図
【図１０】 本発明の画像観察装置の実施形態１の要部
概略図
概略図
【図１１】 本発明の画像観察装置の実施形態１の一部
分を変更したときの要部概略図
分を変更したときの要部概略図
【図１２】 本発明の画像観察装置の実施形態１の一部
分を変更したときの要部概略図
分を変更したときの要部概略図
【図１３】 本発明の画像観察装置の実施形態２の要部
概略図
概略図
【図１４】 本発明の画像観察装置の実施形態２の一部
分を変更したときの要部概略図
分を変更したときの要部概略図
【図１５】 本発明の画像観察装置の実施形態３の要部
概略図
概略図
【図１６】 本発明の画像観察装置の実施形態４の要部
概略図
概略図
【図１７】 本発明の画像観察装置の実施形態４の一部
分を変更したときの要部概略図
分を変更したときの要部概略図
【図１８】 本発明の画像観察装置の瞳孔位置検出手段
の説明図
の説明図
【図１９】 本発明の画像観察装置の瞳孔位置検出の説
明図
明図
【図２０】 本発明の画像観察装置の入射光束制御回路
への入力信号の説明図
への入力信号の説明図
【図２１】 本発明の画像観察システムの説明図
【図２２】 観察者の観察眼と視野範囲との関係を示し
た説明図
た説明図
Ｓ 画像観察装置 Ｐ 射出瞳 Ｅ 眼球（観察眼） １０ 照明手段 １１ 照明光源 ２０ 画像表示手段 ２１ 画像情報 ２２ 表示素子 ３０ 表示光学系 ４０ 制御手段 ４１ 入射光束制御回路 ５１ 単位光源 ５２ 発光体 ５４ 遮光版 ５５、６４ 拡散板 ５７、６０、７０ 空間変調素子 ３３、３４ 偏光板 ３６、３７ プリズム体 １０１ 眼球照明手段 １０２ 受光手段 １０３ 演算手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年４月１３日（２００１．４．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】図８において，照明光源１１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
ネルなどの反射型の空間変調素子６０で構成される。単
位光源５１は反射型空間変調素子６０の一画素（６０
ａ、６０ｂ、６０ｃ）あるいは数画素で構成される。こ
こで面発光光源５８からの光束はハーフミラー６１で反
射し、空間変調素子６０に入射する。空間変調素子６０
で光変調された光束はハーフミラー６１を通過し、画像
表示手段（図１参照）を照明する。
５８，レンズ５９，ハーフミラー６１及び反射型液晶パ
ネルなどの反射型の空間変調素子６０で構成される。単
位光源５１は反射型空間変調素子６０の一画素（６０
ａ、６０ｂ、６０ｃ）あるいは数画素で構成される。こ
こで面発光光源５８からの光束はハーフミラー６１で反
射し、空間変調素子６０に入射する。空間変調素子６０
で光変調された光束はハーフミラー６１を通過し、画像
表示手段（図１参照）を照明する。
Claims (19)
- 【請求項１】画像情報を表示する画像表示手段，該画像
表示手段に表示された画像情報を観察眼の網膜に投影す
る表示光学系を有し，該画像情報を観察する画像観察装
置において，観察眼の入射瞳面上への入射光束の位置を
変化させる入射光束制御手段を有していることを特徴と
する画像観察装置。 - 【請求項２】前記画像表示手段に表示する画像情報に対
応して、前期入射光束制御手段により観察眼の入射瞳面
上への入射光束の位置を変化させることを特徴とする請
求項１の画像観察装置。 - 【請求項３】観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検出
手段を有し、該瞳孔位置検出手段で得た情報をもとに、
前記入射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上への入
射光束の位置を変化させることを特徴とする請求項１ま
たは２の画像観察装置。 - 【請求項４】前記瞳孔位置検出手段は、眼球照明手段及
び該眼球照明手段による照明光の眼球による反射光を受
光する受光手段を有していることを特徴とする請求項３
の画像観察装置。 - 【請求項５】前記眼球照明手段による照明光は赤外光で
あることを特徴とする請求項４の画像観察装置。 - 【請求項６】前記画像表示手段を照明する照明手段を有
し、該照明手段が有する照明光源は前記表示光学系によ
り観察眼の入射瞳位置又はその近傍に結像され、該照明
手段の発光状態を制御することにより、観察眼の入射瞳
面上への入射光束の位置を変化させ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。 - 【請求項７】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６の画像観察装
置。 - 【請求項８】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６の画像観察装
置。 - 【請求項９】前記照明手段は、発光体アレイを有してい
ることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項の画
像観察装置。 - 【請求項１０】前記照明手段は、面光源と空間変調素子
を有していることを特徴とする請求項６から８のいずれ
か一項の画像観察装置。 - 【請求項１１】前記照明光手段は、点光源、正のパワー
を有する光学系を有していることを特徴とする請求項６
から８のいずれか一項の画像観察装置。 - 【請求項１２】前記画像表示手段は自発光型または光源
一体型表示素子であり、該画像表示手段からの光束を制
限する空間変調素子を有し、該空間変調素子は前記表示
光学系により観察眼の入射瞳位置又はその近傍に結像さ
れ、該空間変調素子を制御することにより、観察眼の入
射瞳面上への入射光束の状態を変化させていることを特
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。 - 【請求項１３】前記空間変調素子は２次元画素構造を有
していることを特徴とする請求項１２の画像観察装置。 - 【請求項１４】前記空間変調素子は、透過型の空間変調
素子であることを特徴とする請求項１１または１３の画
像観察装置。 - 【請求項１５】前記空間変調素子は、反射型の空間変調
素子であることを特徴とする請求項１１または１３の画
像観察装置。 - 【請求項１６】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から
１５のいずれか一項の画像観察装置。 - 【請求項１７】画像情報を表示する画像表示手段、該画
像表示手段に表示させた画像情報に基づく光束を観察眼
の入射瞳を介し網膜上に導光する表示光学系を有し、該
画像情報を観察する画像観察装置において、該画像表示
手段に表示する画像情報に対応して観察眼の入射瞳面上
への入射光束の位置を変化させる入射光束制御手段を有
していることを特徴とする画像観察装置。 - 【請求項１８】観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検
出手段を有し、該瞳孔位置検出手段で得た情報をもと
に、前記入射光束制御手段により観察眼の入射瞳面上へ
の入射光束の位置を変化させることを特徴とする請求項
１７の画像観察装置。 - 【請求項１９】請求項１から１８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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000326753A JP2002131693A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 画像観察装置 |
| US09/838,219 US7001019B2 (en) | 2000-10-26 | 2001-04-20 | Image observation apparatus and system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000326753A JP2002131693A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 画像観察装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131693A true JP2002131693A (ja) | 2002-05-09 |
Family
ID=18803890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000326753A Pending JP2002131693A (ja) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | 画像観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002131693A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2019154815A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 株式会社リコー | 眼球の傾き位置検知装置、表示装置、及び検眼装置 |
-
2000
- 2000-10-26 JP JP2000326753A patent/JP2002131693A/ja active Pending
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| JP2011221046A (ja) * | 2010-04-02 | 2011-11-04 | Olympus Corp | 表示ユニット、表示装置、電子機器、携帯用電子機器、携帯電話、及び撮像装置 |
| JPWO2016067366A1 (ja) * | 2014-10-28 | 2017-07-27 | パイオニア株式会社 | 観察装置及び観察方法並びにコンピュータプログラム |
| WO2016067365A1 (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-06 | パイオニア株式会社 | 観察装置及び観察方法並びにコンピュータプログラム |
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