JP2002131694A - Image observing device and image observing system using the same - Google Patents
Image observing device and image observing system using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は,画像表示素子に表
示した画像情報を各々な表示モード(フォーマット)で
良好に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。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an image observing apparatus for satisfactorily observing image information displayed on an image display device in various display modes (formats), and an image observing system using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より,LCDなどの表示素子に表示
した画像情報を,接眼光学系で拡大虚像として観察する
(以下,虚像観察)画像観察装置が知られている。例え
ば特開平7−333551号公報に開示されているもの
は,表示素子からの光束を全反射を利用し効率良く観察
眼に導き,またアジムス角度により光学的パワーの異な
る所謂自由曲面を含むプリズム体を用いて,光学系を偏
心させることにより発生する諸収差を良好に補正し,小
型軽量な表示光学系を実現している。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。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image observation apparatus for observing image information displayed on a display element such as an LCD as an enlarged virtual image by an eyepiece optical system (hereinafter, virtual image observation). For example, a prism disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-333551 efficiently guides a light beam from a display element to an observation eye by using total reflection, and includes a so-called free-form surface having a different optical power depending on the azimuth angle. Are used to satisfactorily correct various aberrations caused by decentering the optical system, thereby realizing a small and lightweight display optical system. When observing a stereoscopic image, a pair of image observation devices is provided for the left and right eyes, and stereoscopic viewing is performed using binocular parallax.
【0003】また,画像情報を観察するとき網膜に直接
画像情報を投影する(以下,網膜投影)タイプの画像観
察装置が,特許第2679176号明細書に開示されて
いる。この方式は点光源で表示素子を照明し,その点光
源の像を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を観察することができ
る。このように構成すると眼の結像能力に依存せず,鮮
明に画像を観察することができる。立体画像を観察する
場合には,上述のタイプと同様に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。Further, Japanese Patent No. 2679176 discloses an image observation apparatus of the type which projects image information directly onto the retina when observing the image information (hereinafter referred to as “retinal projection”). In this method, a display element is illuminated by a point light source, and an image of the point light source is formed on an entrance pupil of an observer, so that an image can be observed in the same manner as the principle of a pinhole camera. With this configuration, a clear image can be observed without depending on the imaging ability of the eye. When observing a stereoscopic image, a pair of image observing devices is provided for the left and right eyes, as in the above-described type, and stereoscopic viewing is performed using binocular parallax.
【0004】本出願人により,特願2000−2885
3号に別の形態の画像観察装置が提案されている。この
装置は,表示光学系の射出瞳を複数の領域に分割し,各
領域に対応した視差画像を観察眼に導き,単眼に複数の
視差画像を入射させる(以下,単眼視差)ようにしたも
のである。このような構成によって,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に
よる疲労を低減し,観察者が疲れず自然な状態で立体画
像を良好に観察することができるようにしている。[0004] The applicant has filed a Japanese Patent Application No. 2000-2885.
No. 3 proposes another type of image observation device. This device divides the exit pupil of the display optical system into a plurality of regions, guides the parallax images corresponding to each region to the observation eye, and causes a plurality of parallax images to be incident on a single eye (hereinafter, monocular parallax). It is. With such a configuration, when observing a stereoscopic image only with binocular parallax, it is possible to reduce fatigue caused by contradiction between convergence and accommodation of the observer's eyes, and to observe the stereoscopic image in a natural state without the observer getting tired. I can do it.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】接眼光学系で画像情報
の拡大虚像を観察するタイプの立体画像観察像値では,
立体画像を観察する際に,観察眼の輻輳は再現物体の位
置に合わされ,調節は表示素子の拡大虚像面に合わせら
れるという矛盾が生じるという問題がある。SUMMARY OF THE INVENTION In a stereoscopic image observation image value of a type in which an enlarged virtual image of image information is observed by an eyepiece optical system,
When observing a stereoscopic image, there is a problem that inconsistency arises in that the convergence of the observation eye is adjusted to the position of the reproduced object, and the adjustment is adjusted to the enlarged virtual image plane of the display element.
【0006】網膜に直接画像を投影するタイプの画像観
察装置は,表示画角が広い場合に画面周辺部を注視しよ
うと眼を回転させると,照明光が瞳から外れ観察できな
くなる。このため、表示画角をあまり大きく設定するこ
とができないという問題がある。また立体画像を観察す
る際に,輻輳と調節の矛盾は生じないが,逆に眼の調節
をどの位置に合わせてもピントの合った像となり,自然
な見え方とは異なるという問題がある。In an image observation apparatus of the type which projects an image directly on the retina, when the eye is rotated to gaze at the peripheral portion of the screen when the display angle of view is wide, the illuminating light deviates from the pupil and cannot be observed. For this reason, there is a problem that the display angle of view cannot be set too large. Also, when observing a stereoscopic image, there is no contradiction between convergence and accommodation, but on the other hand, there is a problem that the image is in focus even if the eye is adjusted to any position, which is different from the natural appearance.
【0007】単眼に複数の視差画像を入射させるタイプ
の画像観察装置は多くの画像情報を必要とする。An image observation apparatus of the type in which a plurality of parallax images are incident on a single eye requires a large amount of image information.
【0008】このように,各方式にはそれぞれ長所,短
所が有り,観察する画像情報により各方式を選択するこ
とが最適である。しかし,各方式用に生成された画像ソ
ースを観察するためには,それぞれ別個の画像観察装置
を用いなければならなかった。As described above, each method has advantages and disadvantages, and it is optimal to select each method according to the image information to be observed. However, in order to observe the image sources generated for each system, a separate image observation device had to be used.
【0009】本発明は、様々な表示モードに対応した画
像情報を、各々に対して適切な観察方法で観察すること
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
ムの提供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an image observing apparatus which can observe image information corresponding to various display modes by an appropriate observing method, and an image observing system using the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の画像観
察装置は、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に基づく光束を観察眼に導
く表示光学系を有し,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,複数の表示モードを有し,選択
された表示モードに対応して,観察眼に入射する光束の
該観察眼の入射瞳位置での面積,位置の少なくとも一方
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。According to a first aspect of the present invention, there is provided an image observation apparatus, comprising: an image display unit for displaying image information; and a display optical system for guiding a light beam based on the image information displayed on the image display unit to an observation eye. An image observation apparatus for observing the image information with the exit pupil position of the display optical system substantially coincident with the entrance pupil position of the observation eye, and having a plurality of display modes; Correspondingly, the present invention is characterized in that it has an incident light beam control means for changing at least one of the area and the position of the light beam incident on the observation eye at the entrance pupil position of the observation eye.
【0011】請求項2の発明は請求項1の発明におい
て、表示モード選択手段を有し,該表示モード選択手段
により表示モードを選択することを特徴としている。A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, a display mode selecting means is provided, and the display mode is selected by the display mode selecting means.
【0012】請求項3の発明は請求項1又は2の発明に
おいて、前記入射光束制御手段による入射光束の状態の
変化に伴い,前記画像表示手段に表示する画像情報を変
化させる画像表示制御手段を有し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, the image display control means for changing image information displayed on the image display means according to a change in the state of the incident light beam by the incident light beam control means. It is characterized by having.
【0013】請求項4の発明は請求項1から3のいずれ
か1項の発明において、前記入射光束制御手段による入
射光束の状態の変化に伴い,観察眼に入射する光量を調
整する光量調整手段を有することを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the light amount adjusting means for adjusting the light amount incident on the observation eye in accordance with a change in the state of the incident light beam by the incident light beam control means. It is characterized by having.
【0014】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、前記表示モードは,前記画像情
報の前記表示光学系による虚像を観察することにより,
該画像情報を観察するモードを含むことを特徴としてい
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the display mode is provided by observing a virtual image of the image information by the display optical system.
A mode for observing the image information is included.
【0015】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、前記表示モードは,前記画像表
示素子に表示した画像情報を,前記表示光学系により直
接観察眼の網膜に投影することにより,前記画像情報を
観察するモードを含むことを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, in the display mode, the image information displayed on the image display element is directly transmitted to the retina of an observation eye by the display optical system. It is characterized by including a mode for observing the image information by projecting.
【0016】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、前記表示モードは,単眼に複数
の視差画像を入射させ,前記画像情報を観察するモード
を含むことを特徴としている。According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the display mode includes a mode in which a plurality of parallax images enter a single eye and the image information is observed. And
【0017】請求項8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、前記複数の表示モードは、前記
画像表示手段により表示した画像情報の前記表示光学系
による虚像を観察することにより、前記画像情報を観察
するモード、前記画像情報を前記表示光学系により直接
観察眼の網膜に投影することにより、前記画像情報を観
察するモード、単眼に複数の視差画像を入射させ、前記
画像情報を観察するモードの内の少なくとも2つの表示
モードとしている。According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the plurality of display modes include observing a virtual image of the image information displayed by the image display means by the display optical system. By observing the image information, by projecting the image information directly on the retina of the observation eye by the display optical system, a mode for observing the image information, a plurality of parallax images are incident on a single eye, the image At least two display modes among the modes for observing information are set.
【0018】請求項9の発明は請求項1から8のいずれ
か1項の発明において、前記画像表示手段を照明する照
明光源を有する照明手段を有し,該照明光源は前記表示
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
置されており,前記入射光束制御手段により該照明手段
を制御することにより,観察眼の入射瞳に入射する光束
の状態を変化させていることを特徴としている。According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects of the present invention, there is provided illumination means having an illumination light source for illuminating the image display means, and the illumination light source is configured to receive light from the display optical system. It is arranged at or near the position optically equivalent to the pupil, and controls the illumination means by the incident light flux control means to change the state of the light flux incident on the entrance pupil of the observation eye. Features.
【0019】請求項10の発明は請求項9の発明におい
て、前記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前記表示光学系の射出瞳を複数の照
射領域に空間分割して結像しており,該複数の単位光源
からの光束の照射を制御することにより,前記表示光学
系の射出瞳を複数の照射領域に分割制御し,かつ該各照
射領域への光束の入射状況に対応して,前記画像表示手
段に表示する画像情報を切換制御することにより,観察
者の単眼に複数の視差画像が入射されるようにする表示
モードを有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 ninth aspect, the illumination light source has a plurality of unit light sources, and the images of the plurality of unit light sources correspond to an exit pupil of the display optical system by a plurality of irradiation areas. By controlling the irradiation of the luminous flux from the plurality of unit light sources, the exit pupil of the display optical system is divided into a plurality of irradiation areas and controlled to each of the irradiation areas. A display mode in which a plurality of parallax images are incident on a single eye of an observer by controlling switching of image information to be displayed on the image display means in accordance with the incident state of the luminous flux. It is characterized by.
【0020】請求項11の発明は請求項9又は10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。According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth or tenth aspect, the image display means has a transmission type spatial modulation element.
【0021】請求項12の発明は請求項9又は10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。According to a twelfth aspect of the present invention, in the ninth or tenth aspect, the image display means has a reflection-type spatial modulation element.
【0022】請求項13の発明は請求項9から12のい
ずれか1項の発明において、前記照明光源は,発光体ア
レイを有していることを特徴としている。According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twelfth aspects of the present invention, the illumination light source has a luminous array.
【0023】請求項14の発明は請求項9から12のい
ずれか1項の発明において、前記照明光源は,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。According to a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twelfth aspects, the illumination light source includes a surface light source and a spatial light modulator.
【0024】請求項15の発明は請求項9から12のい
ずれか1項の発明において、前記照明光源は,点光源お
よび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。According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to twelfth aspects, the illumination light source has a point light source and an optical system having a positive power.
【0025】請求項16の発明は請求項9から15のい
ずれか1項の発明において、前記照明手段と前記画像表
示手段の間の光路中に,電気的に光線の散乱度合いを切
替可能な部材を設ける,または光線散乱部材を機械的に
挿入及び離脱できる手段を有することを特徴としてい
る。According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the ninth to fifteenth aspects, a member capable of electrically switching the degree of light scattering in an optical path between the illumination means and the image display means. Or a means for mechanically inserting and removing the light scattering member.
【0026】請求項17の発明は請求項1から8のいず
れか1項の発明において、前記画像表示手段は自発光型
の画像表示素子または光源一体型の画像表示素子であ
り,前記表示光学系は該画像表示素子面の空中像を形成
するためのリレー光学系及び該空中像を観察眼に拡大虚
像として提示する接眼光学系を有し,該接眼光学系の入
射瞳位置又はその近傍に空間変調素子を配置し,前記入
射光束制御手段により該空間変調素子を制御することに
より,観察眼の入射瞳に入射する光束の状態を変化させ
ていることを特徴としている。According to a seventeenth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the image display means is a self-luminous type image display element or a light source integrated type image display element, and the display optical system Has a relay optical system for forming an aerial image of the image display element surface and an eyepiece optical system for presenting the aerial image as an enlarged virtual image to an observation eye, and has a space at or near the entrance pupil position of the eyepiece optical system. It is characterized in that a state of a light beam incident on an entrance pupil of an observation eye is changed by disposing a modulation element and controlling the spatial modulation element by the incident light beam control means.
【0027】請求項18の発明は請求項17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お
り,該空間変調素子の像は前記表示光学系の射出瞳を複
数の照射領域に空間分割して結像しており,該空間変調
素子の各画素からの光束の照射を制御することにより,
前記表示光学系の射出瞳を複数の照射領域に分割制御
し,かつ該各照射領域への光束の入射状況に対応して,
前記画像表示手段に表示する画像情報を切換制御するこ
とにより,観察者の単眼に複数の視差画像が入射される
ようにする表示モードを有していることを特徴としてい
る。According to an eighteenth aspect of the present invention, in accordance with the seventeenth aspect, the spatial modulation element has a two-dimensional pixel structure, and an image of the spatial modulation element is formed by dividing an exit pupil of the display optical system into a plurality of irradiation areas. Is formed by spatially dividing the light into an image. By controlling the irradiation of the light flux from each pixel of the spatial light modulator,
The exit pupil of the display optical system is controlled to be divided into a plurality of irradiation areas, and in response to the state of incidence of a light beam on each of the irradiation areas,
A display mode is provided in which a plurality of parallax images are incident on a single eye of an observer by switching control of image information displayed on the image display means.
【0028】請求項19の発明は請求項17又は18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。A nineteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the seventeenth aspect or the eighteenth aspect, the spatial modulation element is a transmission type spatial modulation element.
【0029】請求項20の発明は請求項17又は18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。A twentieth aspect of the present invention is characterized in that, in the seventeenth aspect or the eighteenth aspect, the spatial modulation element is a reflection type spatial modulation element.
【0030】請求項21の発明は請求項1から20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。According to a twenty-first aspect of the present invention, in any one of the first to twentieth aspects of the present invention, the display optical system has a prism body including a decentered non-rotationally symmetric reflecting surface having different optical power depending on the azimuth angle. It is characterized by doing.
【0031】請求項22の発明の画像観察システムは請
求項1から21のいずれか1項の画像観察装置を請求項
1から21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。An image observation system according to a twenty-second aspect of the present invention provides the image observation apparatus according to any one of the first to twenty-first aspects for the left and right eyes of an observer. It is characterized in that a pair is provided.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】図1から図7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。1 to 7 are explanatory views of the basic concept of an optical system of an image observation apparatus according to the present invention.
【0033】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,画像情報21に基づく光束を
観察眼Eに導光する為の表示光学系30,制御手段40
を有している。The image observation apparatus S according to the present invention is roughly divided into an illumination means 10 having an illumination light source 11, an image display means 20 for displaying image information 21, and a light source for guiding a light beam based on the image information 21 to an observation eye E. Display optical system 30, control means 40
have.
【0034】図1、図2において,照明手段10は表示
光学系30の入射瞳位置に配置され,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11の像11’を形成する。観察者は
眼(観察眼)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。照明光源11と射
出瞳Pとは共役関係にあるので入射光束制御回路41に
より照明光源11の位置、照明面積、光強度、照明分光
特性等の動作を制御することで,観察者の入射瞳位置で
の入射光束の状態を種々と変化させることができる。表
示光学系30は画像表示手段20の表示素子面の拡大虚
像を例えば射出瞳Pより2m先に形成するように,その
位置及び焦点距離等の光学諸定数が決められている。1 and 2, the illuminating means 10 is disposed at the entrance pupil position of the display optical system 30, and the display optical system 30 causes the exit pupil P of the display optical system 30 in a conjugate relationship with the entrance pupil.
An image 11 'of the illumination light source 11 is formed at the position. The observer makes the entrance pupil of the eye (observation eye) E substantially coincide with the exit pupil P of the display optical system 30, and the display optical system 30 of the image information 21 displayed on the image display means 20 illuminated by the illumination means 10. An image (enlarged virtual image) 21 'is observed. Since the illumination light source 11 and the exit pupil P have a conjugate relationship, the position of the illumination light source 11, the illumination area, the light intensity, the illumination spectral characteristics, and the like are controlled by the incident light flux control circuit 41, so that the entrance pupil position of the observer is obtained. Can change variously the state of the incident light beam. The optical parameters such as the position and the focal length of the display optical system 30 are determined so that an enlarged virtual image of the display element surface of the image display means 20 is formed 2 m ahead of the exit pupil P, for example.
【0035】なお,図1は画像表示手段20の表示光学
系30による結像関係を,図2は照明手段10の表示光
学系30による結像関係を表している。FIG. 1 shows the image forming relationship of the image display means 20 by the display optical system 30, and FIG. 2 shows the image forming relationship of the illumination means 10 by the display optical system 30.
【0036】制御手段40は入射光束制御回路(入射光
束制御手段)41,画像表示制御回路(画像表示制御手
段)42として、表示モード切替制御回路(表示モード
選択手段)43を有している。The control means 40 has a display mode switching control circuit (display mode selection means) 43 as an incident light flux control circuit (incident light flux control means) 41 and an image display control circuit (image display control means) 42.
【0037】表示モード切替制御回路43は,観察者に
よって選択された表示モードを入射光束制御回路41及
び画像表示制御回路42に送る。入射光束制御回路41
は,選択された表示モードに応じて照明手段10の動作
を制御し,観察眼Eの入射瞳位置での入射光束の状態を
制御する。また画像表示制御回路42は,選択された表
示モードに応じて画像表示手段20に表示する画像情報
を制御する。The display mode switching control circuit 43 sends the display mode selected by the observer to the incident light beam control circuit 41 and the image display control circuit 42. Incident light flux control circuit 41
Controls the operation of the illumination means 10 according to the selected display mode, and controls the state of the incident light beam at the entrance pupil position of the observation eye E. Further, the image display control circuit 42 controls image information to be displayed on the image display means 20 according to the selected display mode.
【0038】表示モードとしては,虚像観察モード,網
膜投影モード,単眼視差モードがある。これら3つ全て
のモードに対応する必要は無く,少なくとも2つの表示
モードに対応していれば良い。The display modes include a virtual image observation mode, a retinal projection mode, and a monocular parallax mode. It is not necessary to support all three modes, and it is sufficient to support at least two display modes.
【0039】次に,各モードが選択された場合の観察眼
Eへの入射光束の状態及び画像情報について説明する。Next, the state of the light beam incident on the observation eye E and the image information when each mode is selected will be described.
【0040】図3は画像表示手段20で表示した画像情
報を拡大虚像として観察するときの虚像観察モードが選
択された場合の説明図である。入射光束制御回路41
は,表示光学系30の射出瞳位置Pでの照明光源像1
1’の大きさが例えば直径4mm以上となるように,照
明手段10の照明光源11の大きさを制御する。また画
像表示制御回路42は,画像表示手段20の表示素子上
に,表示光学系30の射出瞳位置Pの中心位置を視点と
したときの画像情報を表示する。この虚像観察モードが
選択された場合,観察者は表示光学系30による画像表
示手段20の表示素子面の虚像位置に,あたかもスクリ
ーンがあるように画像情報21を観察することができ
る。また観察眼Eの入射瞳位置に入射する光束の面積が
大きいため,観察眼Eの視線移動により入射瞳が移動し
ても表示光束は観察眼に入射するため,画面の隅々まで
けられることなく広い視野で画像情報21の2次元画像
あるいは3次元画像を観察することができる。なお,3
次元画像を観察する場合は,本発明による画像観察装置
を左右眼用に一対設け,各々の表示素子に視差画像を表
示するようにしている。FIG. 3 is an explanatory diagram when the virtual image observation mode for observing the image information displayed by the image display means 20 as an enlarged virtual image is selected. Incident light flux control circuit 41
Is the illumination light source image 1 at the exit pupil position P of the display optical system 30.
The size of the illumination light source 11 of the illumination means 10 is controlled so that the size of 1 'is, for example, 4 mm or more in diameter. Further, the image display control circuit 42 displays, on the display element of the image display means 20, image information when the center position of the exit pupil position P of the display optical system 30 is viewed from the viewpoint. When this virtual image observation mode is selected, the observer can observe the image information 21 as if there is a screen at the virtual image position of the display element surface of the image display means 20 by the display optical system 30. Also, since the area of the light beam incident on the entrance pupil position of the observation eye E is large, the display light beam enters the observation eye even if the entrance pupil moves due to the movement of the line of sight of the observation eye E. It is possible to observe a two-dimensional image or a three-dimensional image of the image information 21 from a wide field of view. Note that 3
When observing a two-dimensional image, a pair of image observation devices according to the present invention are provided for the left and right eyes, and a parallax image is displayed on each display element.
【0041】図4は網膜投影モードが選択された場合の
説明図である.入射光束制御回路41は,表示光学系3
0の射出瞳位置Pでの照明光源像11’の大きさが例え
ば直径1mm以下となるように,照明手段10の照明光
源11の大きさを制御する。また画像表示手段20の表
示素子上には,表示光学系30の射出瞳位置Pの中心位
置を視点としたときの画像情報を表示する。この網膜投
影モードが選択された場合,観察者の入射瞳位置での入
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を観察することができる。FIG. 4 is an explanatory diagram when the retinal projection mode is selected. The incident light flux control circuit 41 includes the display optical system 3.
The size of the illumination light source 11 of the illumination means 10 is controlled so that the size of the illumination light source image 11 'at the exit pupil position P of 0 is, for example, 1 mm or less in diameter. On the display element of the image display means 20, image information when the center position of the exit pupil position P of the display optical system 30 is set as a viewpoint is displayed. When this retinal projection mode is selected, since the diameter of the incident light beam at the position of the entrance pupil of the observer is small, it does not depend on the imaging ability of the observer's eyeball optical system according to the same principle as a so-called pinhole camera. The image information 21 can be clearly observed.
【0042】図5、図6、図7は観察眼に微小視差画像
を認識させる為の単眼視差モードが選択された場合の説
明図である。照明光源11は複数個例えば3つの単位光
源11a,11b,11c(複数であれば数はいくつで
も良い。)により構成され,図5、図6、図7に示すよ
うに,入射光束制御回路41により光源11a,11
b,11cは順次点灯される。これにより表示光学系3
0の射出瞳Pは複数の面積領域(11a’,11b’,
11c’)に空間分割され,各面積領域への光束を時分
割制御することができる。このとき画像表示制御回路4
2は,上記照明光源11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21をそれぞれ画像情報
21a,21b,21cに切り換える.画像情報21
a,21b,21cは,再現する物体をそれぞれの領域
11a’,11b’,11c’の中心位置を視点とした
ときに得られる微小視差画像である。FIGS. 5, 6 and 7 are explanatory diagrams in the case where the single-eye parallax mode for allowing the observation eye to recognize the minute parallax image is selected. The illumination light source 11 is composed of a plurality of, for example, three unit light sources 11a, 11b, 11c (the number may be any number as long as it is plural). As shown in FIG. 5, FIG. 6, and FIG. The light sources 11a, 11
b and 11c are sequentially turned on. Thereby, the display optical system 3
The exit pupil P of 0 has a plurality of area regions (11a ′, 11b ′,
11c '), the light flux to each area can be time-divisionally controlled. At this time, the image display control circuit 4
2 switches the image information 21 displayed on the image display means 20 to image information 21a, 21b, 21c in response to the switching of the illumination light source 11. Image information 21
a, 21b, and 21c are minute parallax images obtained when the object to be reproduced is viewed from the center position of each of the regions 11a ', 11b', and 11c '.
【0043】入射光束制御回路41による照明光源11
及びそれに同期した画像表示制御回路42による画像情
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うため,切り換え動作は観察者に意
識されることなく行うことができる。この単眼視差モー
ドが選択された場合,単眼に複数の視差画像が入射する
ため,左右眼に各々同様の画像観察装置を設けて立体画
像を観察する際に,より自然な立体感を得ることができ
る。特に本発明による画像観察装置を左右眼用に一対設
けた画像観察システムの場合,虚像観察モードを用い,
両眼視差のみで立体画像を観察した場合に生じる観察眼
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。The illumination light source 11 by the incident light flux control circuit 41
The switching of the image information 21 by the image display control circuit 42 synchronized therewith is repeatedly performed in a cycle shorter than the permissible time of afterimage of the observer's eyes, so that the switching operation can be performed without being conscious of the observer. When this monocular parallax mode is selected, a plurality of parallax images are incident on the monocular, so that a similar image observation device can be provided for each of the left and right eyes to obtain a more natural stereoscopic effect when observing a stereoscopic image. it can. Particularly, in the case of an image observation system in which a pair of image observation devices according to the present invention are provided for the left and right eyes, a virtual image observation mode is used.
It is possible to reduce the contradiction between the convergence and accommodation of the observation eyes that occurs when the stereoscopic image is observed only with the binocular parallax, and the observer can observe the stereoscopic image in a natural state.
【0044】図8から図13は照明手段10の照明光源
11の具体的な動作のうちいくつかの構成を示したもの
である。FIGS. 8 to 13 show some of the specific operations of the illumination light source 11 of the illumination means 10. FIG.
【0045】例えば図8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は選
択された各モードに対して次のように照明光源11を制
御する。For example, as shown in FIG. 8, the illumination light source 11 is configured to have a plurality of unit light sources 51 divided into a plurality of areas in terms of area. The incident light beam control circuit 41 controls the illumination light source 11 for each selected mode as follows.
【0046】虚像観察モード(図3)が選択された場合
は,全ての単位光源を点灯し,実質的に大きな面積の照
明光源とする。あるいは,任意の単位光源を点灯し,照
明光源11と画像表示手段20の間の光路中に光線散乱
性を有する部材(拡散板)を挿入するようにしても良
い。光線散乱性を有する部材の挿入は,機械的に拡散板
を挿入しても良いし,PDLC等の部材を光路中に設
け,電気的にその散乱度を制御するようにしても良い。
このとき部材が表示光学系30で射出瞳位置P上に所定
の大きさ(例えば直径4mm以上)となるようにする。When the virtual image observation mode (FIG. 3) is selected, all the unit light sources are turned on to provide an illumination light source having a substantially large area. Alternatively, an arbitrary unit light source may be turned on, and a member having a light scattering property (diffusion plate) may be inserted into the optical path between the illumination light source 11 and the image display means 20. As for the insertion of the member having the light scattering property, a diffusion plate may be mechanically inserted, or a member such as a PDLC may be provided in the optical path to electrically control the degree of scattering.
At this time, the member is set to have a predetermined size (for example, a diameter of 4 mm or more) on the exit pupil position P in the display optical system 30.
【0047】網膜投影モード(図4)が選択された場合
は,中心の単位光源のみ点灯し,実質的に小さな面積の
照明光源とする。このとき複数の単位光源を点灯して
も、それらの射出瞳位置Pでの像の大きさが小さなもの
となれば、点灯する単位光源の数はいくつでも良い。When the retinal projection mode (FIG. 4) is selected, only the central unit light source is turned on, and the illumination light source has a substantially small area. At this time, even if a plurality of unit light sources are turned on, any number of unit light sources may be turned on as long as the size of the image at the exit pupil position P is small.
【0048】単眼視差モードが選択された場合は,各単
位光源を順次点灯し,実質的に照明光源の位置を変化さ
せるようにする。When the monocular parallax mode is selected, each unit light source is sequentially turned on to substantially change the position of the illumination light source.
【0049】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9〜図12に示したよ
うな構造となっている。The illumination light source 11 has a light emitting array such as an EL panel or an LED array, or a structure as shown in FIGS.
【0050】図9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。In FIG. 9, the unit light source 51 is a light emitting body 52.
And a pinhole 53 illuminated with a light beam therefrom. The light shielding plate 54 is for preventing the light flux of the adjacent light emitting body 52 from leaking.
【0051】図10において,単位光源51は発光体5
2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。In FIG. 10, the unit light source 51 is
2 and a diffusion plate 55 illuminated with a light beam therefrom. The light shielding plate 54 is for preventing the light flux of the adjacent light emitting body from leaking.
【0052】図11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。In FIG. 11, the illumination light source 11 comprises a surface light source 56 such as a cold-cathode tube and a light guide plate and a transmissive spatial modulation element 57 such as a transmissive liquid crystal panel. The unit light source 51 is composed of one pixel or several pixels of the transmission type spatial modulation element 57.
【0053】図12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
光束手段(図1参照)を照明する。In FIG. 12, the illumination light source 11 comprises a surface-emitting light source 58, a lens 59, a half mirror 61, and a reflective spatial modulation element 60 such as a reflective liquid crystal panel.
The unit light source 51 is one pixel (60
a, 60b, 60c) or several pixels. Here, the light beam from the surface light source 58 is reflected by the half mirror 61 and enters the spatial light modulator 60. Spatial modulation element 60
The light beam modulated by the light beam passes through the half mirror 61 and illuminates the image light beam means (see FIG. 1).
【0054】また,照明光源11の他の構成として図1
3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,そして拡散板64を有している。
図13(A)に示すように,光源62と拡散板64の拡
散面64a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,光源62及び
照明レンズ63を一体的に拡散板64側に移動させるこ
とにより,図13(B),(C)に示すように,照明光
源11の発光面11aの面積を変化させることができ
る。同様に図13(D),(E)に示すように,照明レ
ンズ63あるいは光源62の一方のみ移動させても,照
明光源11の発光面11aの面積を変化させることがで
きる。さらに,光源62の位置あるいは照明レンズ63
の位置を光軸と垂直な面内で移動させることにより,照
明光源11の発光面11aの位置も変化させることが可
能である。FIG. 1 shows another configuration of the illumination light source 11.
The configuration shown in FIG. The left side of the figure shows a side view of the main part, and the right side shows a front view of the main part.
The illumination light source 11 includes a light source 62 that can be regarded as a substantially point light source, an illumination lens 63 having a positive power, and a diffusion plate 64.
As shown in FIG. 13A, when the light source 62 and the diffusion surface 64a of the diffusion plate 64 have a conjugate relationship, the illumination light source 11 becomes a light source having a light emitting surface 11a with a small area. 13B, the area of the light emitting surface 11a of the illumination light source 11 can be changed as shown in FIGS. Similarly, as shown in FIGS. 13D and 13E, even if only one of the illumination lens 63 and the light source 62 is moved, the area of the light emitting surface 11a of the illumination light source 11 can be changed. Further, the position of the light source 62 or the illumination lens 63
Is moved in a plane perpendicular to the optical axis, the position of the light emitting surface 11a of the illumination light source 11 can also be changed.
【0055】図13(E)に示すように光源62からの
光束を照明レンズ63平行光束とし、拡散板64の直前
あるいは直後に機械的な絞り機構64bを設け,絞り開
口を変化させて照明光源11の発光面11bの面積及び
位置を変化させるようにしても良い。As shown in FIG. 13 (E), the light beam from the light source 62 is converted into a parallel light beam on the illumination lens 63, and a mechanical diaphragm mechanism 64b is provided immediately before or immediately after the diffusion plate 64, and the diaphragm aperture is changed to change the illumination light source. The area and position of the light emitting surface 11b may be changed.
【0056】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
などどうのような形状でも良い。By configuring the illumination light source 11 as described above, a plurality of unit light sources divided in area can be realized. Note that the shape of the unit light source does not necessarily have to be a rectangular shape as shown, but may be any shape such as a circle, an ellipse, and a polygon.
【0057】さらに,各表示モードにおいて,観察画像
の明るさが同程度となるように,又は希望の明るさが得
られるように光源輝度を変化させるなどして,自動的に
光量調整する機能(光量調整手段)を付加しても良い。
(実施形態1)図14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に導く表示光
学系30,そして制御手段40を有している。Further, in each display mode, a function of automatically adjusting the light amount by changing the brightness of the light source so that the brightness of the observed image is substantially the same or a desired brightness can be obtained ( Light amount adjusting means) may be added.
(Embodiment 1) FIG. 14 is a schematic view of a main part of an image observation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. This apparatus comprises an illumination means 10 having an illumination light source 11 and an image display means 2 for displaying image information.
0, a display optical system 30 for guiding image information displayed on the image display means 20 illuminated by the light beam from the illumination means 10 to the observation eye E, and a control means 40.
【0058】照明手段10の照明光源11から射出した
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,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の液晶パネ
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。The light beam emitted from the illumination light source 11 of the illumination means 10 passes through the polarizing plate 23 and becomes linearly polarized light, a part of which is transmitted by the half mirror 31, and guided to the display element 25. The display element 25 is a reflection type display element such as a reflection type liquid crystal panel having a pixel structure. For example, the polarization direction of the linearly polarized light incident on the pixels in the “ON” display portion is reflected by rotating the polarization direction by 90 degrees, and is turned “OFF”. It has a function of preserving and reflecting the polarization direction of linearly polarized light that has entered the pixels of the display portion.
【0059】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,球面又は非球面等の曲
率を有した凹面鏡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24に導かれる。偏光板2
4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2
4を通過し,観察眼Eに導かれる。しかし,表示素子2
5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。The light beam reflected by the display element 25 is partially reflected by the half mirror 31 and is reflected by the concave mirror 32 having a curvature such as a spherical surface or an aspherical surface.
, A part of the light is transmitted and guided to the polarizing plate 24. Polarizing plate 2
Numeral 4 is arranged so that the polarizing plate 23 and the transmission polarization axis are orthogonal to each other. The reflected light from the pixels in the “ON” display portion of the display element 25 is polarized by 90 degrees because the polarization direction is rotated by 90 degrees.
4 and is guided to the observation eye E. However, the display element 2
The reflected light from the pixels in the “OFF” display portion of No. 5 is blocked by the polarizing plate 24 because the polarization direction is preserved, and does not enter the observation eye E. Further, the polarizing plate 24 is used for the illumination light source 11.
It also has a role of blocking a light beam that is partially reflected by the half mirror 31 toward the observation eye E after passing through the polarizing plate 23 and preventing the light from entering the observation eye E.
【0060】照明光源11は表示光学系30の入射瞳位
置に配置され,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。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例えば射出瞳Pより2
m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。The illumination light source 11 is arranged at the entrance pupil position of the display optical system 30, and is located at the exit pupil P of the display optical system 30 which is in a conjugate relationship with the entrance pupil by the display optical system 30.
An image is formed. The observer displays the entrance pupil of the eye with the optical system 30.
Of the image information displayed on the image display means 20 illuminated by the illumination light source 11 and observed by the display optical system 30. The display optical system 30 converts the enlarged virtual image of the display element surface of the image display means 20 into, for example, 2
The position, the focal length, and the like are determined so as to be formed m m ahead.
【0061】なお,図14において,破線は画像表示手
段20の表示光学系30による結像関係の光路を,実線
は照明手段10の表示光学系30による結像関係の光路
を表している。In FIG. 14, a broken line indicates an optical path of an image forming relation by the display optical system 30 of the image display means 20, and a solid line indicates an optical path of an image forming relation by the display optical system 30 of the illumination means 10.
【0062】制御手段40は照明光源11及び表示素子
25の各動作を適切に切り換え制御することにより,図
1から図7に示した原理に基づき,観察者は複数の表示
モードの観察が可能となり,入力される画像情報に対
し,適切な観察方法で観察することができる。The control means 40 appropriately switches and controls the operations of the illumination light source 11 and the display element 25, so that the observer can observe a plurality of display modes based on the principle shown in FIGS. , The input image information can be observed by an appropriate observation method.
【0063】図14に示した実施形態1においては,表
示手段20の表示素子として反射型表示素子を用いた
が,図15に示すように透過型の表示素子を用いても良
い。In the first embodiment shown in FIG. 14, a reflective display element is used as a display element of the display means 20, but a transmissive display element may be used as shown in FIG.
【0064】図15において,図14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。In FIG. 15, components having the same functions as those of the embodiment shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The illumination light beam emitted from the illumination light source 11 of the illumination means 10 is refracted by the condenser lens 12 and guided to the display element 26 of the display means 20. The display element 26 is a transmissive display element including a polarizing plate and a transmissive liquid crystal panel.
【0065】表示素子26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.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。The light beam passing through the display element 26 is guided to the observation eye E by the display optical system 30 including the half mirror 31 and the concave mirror 32. The focal length and position of the condenser lens 12 are determined so that the image position of the illumination light source 11 by the condenser lens 12 coincides with the entrance pupil position of the display optical system 30.
【0066】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。The display optical system 30 forms an image of the illumination light source 11 at the position of the exit pupil P. The observer makes the entrance pupil of the eye substantially coincide with the exit pupil P of the display optical system 30, and observes an image of the image information displayed on the image display means 20 illuminated by the illumination light source 11 by the display optical system 30.
【0067】なお,図15において,破線は画像表示手
段20の表示光学系30による結像関係の光路を,実線
は照明手段10の表示光学系30による結像関係の光路
を表している。In FIG. 15, a broken line indicates an optical path of an image forming relation by the display optical system 30 of the image display means 20, and a solid line indicates an optical path of an image forming relation by the display optical system 30 of the illumination means 10.
【0068】制御手段40は照明光源11及び表示素子
26の各動作を適切に切り換え制御することにより,図
1から図7に示した原理に基づき,観察者は複数の表示
モードの観察が可能となり,入力される画像情報に対
し,適切な観察方法で観察することができる。 (実施形態2)図16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15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に導く表示光学系30,そして制御
手段40を有している。図15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。The control means 40 appropriately switches and controls the operations of the illumination light source 11 and the display element 26, so that the observer can observe a plurality of display modes based on the principle shown in FIGS. , The input image information can be observed by an appropriate observation method. (Embodiment 2) FIG. 16 is a schematic view of a main part of an image observation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. Similar to the embodiment shown in FIG. 15, the present apparatus is displayed on an illuminating means 10 having an illuminating light source 11, an image displaying means 20 for displaying image information, and an image displaying means 20 illuminated by a light beam from the illuminating means 10. A display optical system 30 for guiding the image information to the observation eye E, and control means 40. Components having the same functions as those of the embodiment shown in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【0069】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,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の面34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3
6で反射されて今度は臨界角以下の入射角度で面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
の入射瞳に導かれる。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。プリズム体33は表示手段20の表示素子面の拡
大虚像を例えば射出瞳P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。The luminous flux emitted from the illuminating light source 11 of the illuminating means 10 is refracted by the condenser lens 12 and guided to the display element 26 of the display means 20, and the luminous flux passing through the display element 26 is refracted by the surface 34 while being refracted by the prism. The light enters the body 33. The light beam incident on the surface 34 of the prism body 33 is incident on the surface 35 at an incident angle equal to or greater than the critical angle, is totally reflected, and is reflected by the mirror surface 3.
6 and is incident on the surface 35 at an incident angle equal to or smaller than the critical angle, exits the prism body 33 while being refracted.
To the entrance pupil. The prism body 33 has at least one decentered non-rotationally symmetric surface having different optical powers depending on the azimuth angle in order to favorably correct the aberration caused by the inclined surface having the optical power. The size of the display optical system 30 is reduced. The position and the focal length of the prism body 33 are determined so that an enlarged virtual image of the display element surface of the display means 20 is formed, for example, 2 m ahead of the exit pupil P.
【0070】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。The display optical system 30 forms an image of the illumination light source 11 at the position of the exit pupil P. The observer makes the entrance pupil of the eye substantially coincide with the exit pupil P of the display optical system 30, and observes an image of the image information displayed on the image display means 20 illuminated by the illumination light source 11 by the display optical system 30.
【0071】制御手段40は照明光源11及び表示素子
26の各動作を適切に切り換え制御することにより,図
1から図7に示した原理に基づき,観察者は複数の表示
モードの観察が可能となり,入力される画像情報に対
し,適切な観察方法で観察することができる。The control means 40 appropriately switches and controls the operations of the illumination light source 11 and the display element 26, so that the observer can observe a plurality of display modes based on the principle shown in FIGS. , The input image information can be observed by an appropriate observation method.
【0072】図16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17に示すように反射型の表
示素子を用いても良い。なお,図14及び図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。In the embodiment shown in FIG. 16, a reflective display element may be used as the display element of the display means 20, as shown in FIG. The components having the same functions as those of the embodiment shown in FIGS. 14 and 16 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【0073】図17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,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,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。図14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24を通過し,表示素子2
5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16
で示したと同様のプリズム体33により反射屈折されつ
つ,観察眼Eに導かれる。全反射する面を含むプリズム
13を用いて照明手段10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13の面15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。In FIG. 17, the illumination light beam emitted from the illumination light source 11 of the illumination means 10 is refracted by the condenser lens 12, passes through the polarizing plate 23, becomes linearly polarized light, and enters the prism 13 while being refracted by the surface 14. The prism 13 is a triangular prism (a part may have a curved surface) constituted by a plane. The light beam incident on the prism 13 is incident on the surface 15 at an angle equal to or greater than the critical angle, is totally reflected, exits from the prism 13 while being refracted on the surface 16, and is incident on the reflective display element 25. The light beam reflected by the reflective display element 25 enters the prism 13 while being refracted by the surface 16, re-enters the surface 15 at an angle smaller than the critical angle, exits the prism 13 while being refracted, and enters the polarizing plate 24. I do. As in the embodiment shown in FIG. 14, the reflected light from the pixels in the “ON” display portion of the display element 25 passes through the polarizing plate 24 and
The reflected light from the pixels in the “OFF” display portion of No. 5 is blocked by the polarizing plate 24. The light beam that has passed through the polarizing plate 24 is shown in FIG.
The light is guided to the observation eye E while being reflected and refracted by the same prism body 33 as shown in FIG. By configuring the illumination means 10 using the prism 13 including the surface that totally reflects, the size of the apparatus is reduced. In this embodiment, the surface 15 of the prism 13 is a total reflection surface, but may be a half mirror surface or a polarizing beam splitter surface.
【0074】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。The display optical system 30 forms an image of the illumination light source 11 at the position of the exit pupil P. The observer makes the entrance pupil of the eye substantially coincide with the exit pupil P of the display optical system 30, and observes an image of the image information displayed on the image display means 20 illuminated by the illumination light source 11 by the display optical system 30.
【0075】制御手段40は照明光源11及び表示素子
25の各動作を適切に切り換え制御することにより,図
1から図7に示した原理に基づき,観察者は複数の表示
モードの観察が可能となり,入力される画像情報に対
し,適切な観察方法で観察することができる。 (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。The control means 40 appropriately switches and controls the operations of the illumination light source 11 and the display element 25, so that the observer can observe a plurality of display modes based on the principle shown in FIGS. , The input image information can be observed by an appropriate observation method. (Embodiment 3) Next, Embodiment 3 of the image observation apparatus of the present invention.
Will be described.
【0076】従来よりELパネルのように自発光型で高
速な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18、図19に示すように画像観察装置を構
成している。Conventionally, a self-luminous type high-speed display device such as an EL panel has been known. Further, a light source integrated type display device in which a backlight, a polarizing plate, a transmission type liquid crystal panel and the like are integrated is known. In the present embodiment, an image observation apparatus is configured using such a self-luminous type or a light source integrated type display device as shown in FIGS.
【0077】図18、図19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。FIGS. 18 and 19 are schematic views of a main part of an image observation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【0078】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,リレー光学系90,表示光学系(接眼光学系)1
00,空間変調素子70,制御手段40を有している。The image observation apparatus S according to the present invention comprises a self-luminous image display means 80 such as an EL panel for displaying image information 81, a relay optical system 90, a display optical system (eyepiece optical system) 1.
00, a spatial modulation element 70, and a control means 40.
【0079】図18、図19において,画像表示手段8
0に表示された画像情報81は,リレー光学系90によ
り空間変調素子70を介して空中像81’として結像さ
れ,空中像81’は表示光学系100により拡大虚像8
1”として結像される。In FIGS. 18 and 19, the image display means 8
The image information 81 displayed at 0 is formed as an aerial image 81 ′ by the relay optical system 90 via the spatial modulation element 70, and the aerial image 81 ′ is enlarged by the display optical system 100.
An image is formed as 1 ".
【0080】観察者は眼の入射瞳を表示光学系100の
射出瞳Pに略一致させ,像81”を観察する。リレー光
学系90及び表示光学系100は,画像情報81の拡大
虚像81”を例えば射出瞳P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。The observer makes the entrance pupil of the eye substantially coincide with the exit pupil P of the display optical system 100, and observes the image 81 ″. The relay optical system 90 and the display optical system 100 provide the enlarged virtual image 81 ″ of the image information 81. Is formed, for example, 2 m ahead of the exit pupil P, the position and the focal length are determined.
【0081】空間変調素子70は表示光学系100の入
射瞳位置に配置され,表示光学系100により入射瞳と
共役関係にある表示光学系100の射出瞳Pの位置に空
間変調素子70の像70’を形成する。これにより空間
変調素子70の透過部,遮光部の面積や位置を制御する
ことで,観察者の入射瞳位置での入射光束の状態を図3
〜図7に示したと同様に変化させることができる。The spatial modulation element 70 is arranged at the entrance pupil position of the display optical system 100, and the image 70 of the spatial modulation element 70 is located at the position of the exit pupil P of the display optical system 100 conjugate with the entrance pupil by the display optical system 100. 'Form. By controlling the areas and positions of the transmission part and the light shielding part of the spatial modulation element 70 in this manner, the state of the incident light beam at the position of the entrance pupil of the observer can be changed.
7 can be changed in the same manner as shown in FIG.
【0082】なお,図18は画像表示手段80のリレー
光学系90及び表示光学系100による結像関係の光路
を,図19は空間変調素子70の表示光学系100によ
る結像関係の光路を表している。FIG. 18 shows an optical path of an image forming relationship by the relay optical system 90 and the display optical system 100 of the image display means 80, and FIG. 19 shows an optical path of an image forming relationship by the display optical system 100 of the spatial light modulator 70. ing.
【0083】制御手段40は入射光束制御回路41,画
像表示制御回路42,表示モード切替制御回路43から
構成される。The control means 40 comprises an incident light beam control circuit 41, an image display control circuit 42, and a display mode switching control circuit 43.
【0084】表示モード切替制御回路43は,選択され
た表示モードを入射光束制御回路41及び画像表示制御
回路42に送る。入射光束制御回路41は,選択された
表示モードに応じて空間変調素子70を制御し,観察眼
Eの入射瞳位置での入射光束の状態を制御する。また画
像表示制御回路42は,選択された表示モードに応じて
画像表示手段80に表示する画像情報81を制御する。The display mode switching control circuit 43 sends the selected display mode to the incident light beam control circuit 41 and the image display control circuit 42. The incident light beam control circuit 41 controls the spatial modulation element 70 according to the selected display mode, and controls the state of the incident light beam at the position of the entrance pupil of the observation eye E. Further, the image display control circuit 42 controls image information 81 to be displayed on the image display means 80 according to the selected display mode.
【0085】このように構成することにより図3から図
7に示した方法と同様に,空間変調素子70及び画像表
示手段80を制御することにより,様々な表示モードを
一つの画像観察装置で実現することができる。 (実施形態4)図20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
自発光型の画像表示手段80,リレー光学系90,空間
変調素子70,画像情報を観察眼Eに導く表示光学系1
00,制御手段40を有している。With such a configuration, various display modes can be realized by one image observation apparatus by controlling the spatial modulation element 70 and the image display means 80 in the same manner as in the method shown in FIGS. can do. (Embodiment 4) FIG. 20 is a schematic view of a main part of an image observation apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. This apparatus is a self-luminous image display means 80 for displaying image information, a relay optical system 90, a spatial modulation element 70, and a display optical system 1 for guiding image information to an observation eye E.
00 and control means 40.
【0086】画像情報81が表示された画像表示手段8
0から射出した光束は,リレー光学系90のリレーレン
ズ91で集束されつつ,偏光板111を通過し直線偏光
となり,ハーフミラー101でその一部が透過し,フィ
ールドレンズ92を介して空間変調素子70に導かれ
る。Image display means 8 on which image information 81 is displayed
The light beam emitted from the light source 0 is converged by the relay lens 91 of the relay optical system 90, passes through the polarizing plate 111, becomes linearly polarized light, partially passes through the half mirror 101, and passes through the field lens 92 to the spatial light modulator. It is led to 70.
【0087】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9
0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。The spatial modulation element 70 is a reflection type spatial modulation element such as a reflection type liquid crystal panel having a pixel structure.
It has a function of reflecting by rotating it by 0 degrees and preserving the polarization direction of the linearly polarized light that has entered the pixels in the “OFF” portion.
【0088】空間変調素子70で反射された光束は,画
像情報81の空中像81’を形成し,ハーフミラー10
1でその一部が反射し,凹面鏡102で反射され再びハ
ーフミラー101でその一部が透過し,偏光板112に
導かれる。偏光板112は偏光板111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112を通過し,観察眼Eに導
かれる。しかし,空間変調素子70の“OFF”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112で遮断され,観察眼Eには入射しない。ま
た,偏光板112は,画像表示手段80の画像情報81
から射出し偏光板111を通過してハーフミラー101
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。The light beam reflected by the spatial modulation element 70 forms an aerial image 81 ′ of the image information 81,
At 1, a part of the light is reflected, reflected by the concave mirror 102, transmitted again by the half mirror 101, and guided to the polarizing plate 112. The polarizing plate 112 is disposed so that the transmission polarization axis is orthogonal to the polarizing plate 111. The reflected light from the pixels in the “ON” portion of the spatial modulation element 70 passes through the polarizing plate 112 because the polarization direction is rotated by 90 degrees, and is guided to the observation eye E. However, the reflected light from the pixels in the “OFF” portion of the spatial modulation element 70 is blocked by the polarizing plate 112 because the polarization direction is preserved, and does not enter the observation eye E. Further, the polarizing plate 112 is provided with the image information 81 of the image display means 80.
From the half mirror 101 through the polarizing plate 111
To block the light beam partially reflected to the observation eye E side,
It also has the role of preventing the light from entering.
【0089】空間変調素子70は表示光学系100の入
射瞳位置に配置され,表示光学系100により入射瞳と
共役関係にある表示光学系100の射出瞳Pの位置に空
間変調素子70の像を形成する。観察者は眼の入射瞳を
表示光学系100の射出瞳Pに略一致させ,画像表示手
段80に表示された画像情報のリレー光学系90及び表
示光学系100による像を観察する。リレー光学系90
及び表示光学系100は画像表示手段80の表示素子面
の拡大虚像を例えば射出瞳P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。The spatial modulation element 70 is arranged at the position of the entrance pupil of the display optical system 100, and the display optical system 100 shifts the image of the spatial modulation element 70 to the position of the exit pupil P of the display optical system 100 which has a conjugate relationship with the entrance pupil. Form. The observer makes the entrance pupil of the eye substantially coincide with the exit pupil P of the display optical system 100, and observes the image of the image information displayed on the image display means 80 by the relay optical system 90 and the display optical system 100. Relay optical system 90
The position and the focal length of the display optical system 100 are determined so that an enlarged virtual image of the display element surface of the image display means 80 is formed, for example, 2 m ahead of the exit pupil P.
【0090】制御手段40は画像表示手段80及び空間
変調素子70の各動作を適切に切り換え制御することに
より,図3から図7及び図18、図19に示した原理に
基づき,観察者は複数の表示モードの観察が可能とな
り,入力される画像情報に対し,適切な観察方法で観察
することができる。The control means 40 appropriately switches and controls the operations of the image display means 80 and the spatial modulation element 70, so that a plurality of observers can be provided based on the principles shown in FIGS. 3 to 7 and FIGS. Can be observed, and input image information can be observed by an appropriate observation method.
【0091】ここで,フィールドレンズ92を用いるこ
とにより,瞳の結像関係と画像表示手段80の結像関係
を分離することができるため,レイアウトに自由度が増
し,装置の小型化等を図ることが容易となる。また,本
実施形態においては,空間変調素子70として反射型液
晶パネルを用いたが,マイクロミラーデバイスなどを用
いて構成しても良い。Here, by using the field lens 92, the imaging relationship of the pupil and the imaging relationship of the image display means 80 can be separated, so that the degree of freedom in layout is increased and the size of the apparatus can be reduced. It becomes easier. Further, in the present embodiment, a reflective liquid crystal panel is used as the spatial modulation element 70, but it may be configured using a micromirror device or the like.
【0092】図20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21に示
すように透過型の素子を用いても良い。In the embodiment shown in FIG. 20, a reflection type element is used as the spatial modulation element 70, but a transmission type element may be used as shown in FIG.
【0093】図21において,図20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。
画像情報81が表示された画像表示手段80を射出した
光束はリレー光学系90のリレーレンズ91で集束され
つつ空間変調素子71に導かれる。空間変調素子71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71を通過した光束
は,図20と同様の構成の表示光学系100により観察
眼Eに導かれる。表示光学系100は,その射出瞳Pの
位置に空間変調素子71の像を形成する。観察者は眼の
入射瞳を表示光学系100の射出瞳Pに略一致させ,画
像表示手段80に表示された画像情報81の表示光学系
30による像を観察する。In FIG. 21, components having the same functions as those in the embodiment shown in FIG. 20 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The light flux emitted from the image display means 80 on which the image information 81 is displayed is guided to the spatial modulation element 71 while being focused by the relay lens 91 of the relay optical system 90. The spatial modulation element 71 is a transmission type spatial modulation element including a polarizing plate and a transmission type liquid crystal panel. The light beam that has passed through the spatial modulation element 71 is guided to the observation eye E by the display optical system 100 having the same configuration as in FIG. The display optical system 100 forms an image of the spatial modulation element 71 at the position of the exit pupil P. The observer makes the entrance pupil of the eye substantially coincide with the exit pupil P of the display optical system 100, and observes the image of the image information 81 displayed on the image display means 80 by the display optical system 30.
【0094】制御手段40は画像表示手段80及び空間
変調素子71各動作を適切に切り換え制御することによ
り,図3から図7及び図18、図19に示した原理に基
づき,観察者は複数の表示モードの観察が可能となり,
入力される画像情報に対し,適切な観察方法で観察する
ことができる。The control means 40 appropriately switches and controls the operations of the image display means 80 and the spatial modulation element 71 so that the observer can obtain a plurality of images based on the principles shown in FIGS. 3 to 7 and FIGS. The display mode can be observed,
The input image information can be observed by an appropriate observation method.
【0095】以上の各実施形態における表示モードの切
替は,図22に示すように画像入力手段44からの信号
を基に表示モード切替制御回路43が自動的に選択し,
画像表示制御回路42及び入射光束制御回路41に制御
信号を伝達するように構成しても良いし,図23に示す
ようにスイッチ等の表示モード選択手段45を設け,表
示モードの選択を行うようにしても良い。The display mode switching in the above embodiments is automatically selected by the display mode switching control circuit 43 based on a signal from the image input means 44 as shown in FIG.
A control signal may be transmitted to the image display control circuit 42 and the incident light flux control circuit 41, or a display mode selection means 45 such as a switch may be provided as shown in FIG. You may do it.
【0096】また以上の各実施形態の画像観察装置Sを
図24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(単眼視差モードの場
合は,単眼視差も含めて)を用いて立体画像観察が可能
な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。Further, the image observation apparatus S of each of the above embodiments is configured to be provided as a pair for the left and right eyes of the observer as shown in FIG. 24, so that the binocular parallax (in the case of the monocular parallax mode, the monocular parallax ) Can be used to obtain an image observation system such as a head-mounted display capable of observing a stereoscopic image.
【0097】[0097]
【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、様々な表示モードに対応した画像情報を、各々
に対して適切な観察方法で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達成するこ
とができる。According to the present invention, an image observing apparatus and an image observing apparatus capable of observing image information corresponding to various display modes by an appropriate observing method can be provided by adopting the above configuration. The image observation system used can be achieved.
【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FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic concept of an optical system of an image observation device according to the present invention.
【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FIG. 2 is an explanatory diagram of a basic concept of an optical system of the image observation device of the present invention.
【図3】 本発明の画像観察装置の各表示モードの説明
図FIG. 3 is an explanatory diagram of each display mode of the image observation device of the present invention.
【図4】 本発明の画像観察装置の各表示モードの説明
図FIG. 4 is an explanatory diagram of each display mode of the image observation device of the present invention.
【図5】 本発明の画像観察装置の各表示モードの説明
図FIG. 5 is an explanatory diagram of each display mode of the image observation device of the present invention.
【図6】 本発明の画像観察装置の各表示モードの説明
図FIG. 6 is an explanatory diagram of each display mode of the image observation device of the present invention.
【図7】 本発明の画像観察装置の各表示モードの説明
図FIG. 7 is an explanatory diagram of each display mode of the image observation device of the present invention.
【図8】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図FIG. 8 is an explanatory view of a lighting unit of the image observation device of the present invention.
【図9】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of a lighting unit of the image observation device of the present invention.
【図10】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図FIG. 10 is an explanatory view of a lighting unit of the image observation device of the present invention.
【図11】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図FIG. 11 is an explanatory view of a lighting unit of the image observation device of the present invention.
【図12】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図FIG. 12 is an explanatory diagram of a lighting unit of the image observation device of the present invention.
【図13】 本発明の画像観察装置の照明手段の説明図FIG. 13 is an explanatory view of a lighting unit of the image observation device of the present invention.
【図14】 本発明の画像観察装置の実施形態1の要部
概略図FIG. 14 is a schematic diagram of a main part of an image observation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図15】 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FIG. 15 is a schematic view of a main part when a part of the image observation apparatus according to the first embodiment of the present invention is changed.
【図16】 本発明の画像観察装置の実施形態2の要部
概略図FIG. 16 is a schematic diagram of a main part of a second embodiment of the image observation apparatus of the present invention.
【図17】 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FIG. 17 is a schematic view of a main part when a part of the image observation apparatus according to the second embodiment of the present invention is modified.
【図18】 本発明の画像観察装置の実施形態3の要部
概略図FIG. 18 is a schematic view of a main part of an image observation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図19】 本発明の画像観察装置の実施形態3の一部
分を変更したときの要部概略図FIG. 19 is a schematic view of a main part when a part of the third embodiment of the image observation apparatus of the present invention is changed.
【図20】 本発明の画像観察装置の実施形態4の要部
概略図FIG. 20 is a schematic diagram of a main part of an image observation apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
【図21】 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FIG. 21 is a schematic diagram of a main part when a part of Embodiment 4 of the image observation device of the present invention is changed.
【図22】 本発明の画像観察装置の制御手段の説明図FIG. 22 is an explanatory diagram of control means of the image observation device of the present invention.
【図23】 本発明の画像観察装置の制御手段の説明図FIG. 23 is an explanatory diagram of control means of the image observation device of the present invention.
【図24】 本発明の画像観察システムの説明図FIG. 24 is an explanatory diagram of an image observation system of the present invention.
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 30 表示光学系 40 制御手段 41 入射光束制御回路 42 画像表示制御回路 43 表示モード切替制御回路 51 単位光源 52 発光体 54 遮光板 55、64 拡散板 57、60 空間変調素子 23、24 偏光板 13、33 プリズム体 S image observation device P exit pupil E eyeball (observation eye) 10 illumination means 11 illumination light source 20 image display means 21 image information 30 display optical system 40 control means 41 incident light flux control circuit 42 image display control circuit 43 display mode switching control circuit 51 Unit light source 52 Light emitting body 54 Shielding plate 55, 64 Diffusing plate 57, 60 Spatial modulation element 23, 24 Polarizing plate 13, 33 Prism
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 13/04 H04N 13/04 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) H04N 13/04 H04N 13/04
Claims (22)
表示手段に表示された画像情報に基づく光束を観察眼に
導く表示光学系を有し,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,複数の表示モードを有し,選
択された表示モードに対応して,観察眼に入射する光束
の該観察眼の入射瞳位置での面積,位置の少なくとも一
方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。An image display means for displaying image information, a display optical system for guiding a light beam based on the image information displayed on the image display means to an observation eye, an exit pupil position of the display optical system and the observation An image observation apparatus that observes the image information while making the entrance pupil positions of the eyes substantially coincide with each other has a plurality of display modes, and corresponds to the selected display mode, and the luminous flux incident on the observation eyes corresponds to the observation eyes. An image observation apparatus comprising: an incident light flux control unit that changes at least one of an area and a position at an entrance pupil position.
選択手段により表示モードを選択することを特徴とする
請求項1の画像観察装置。2. The image observation apparatus according to claim 1, further comprising display mode selection means, wherein the display mode is selected by the display mode selection means.
態の変化に伴い,前記画像表示手段に表示する画像情報
を変化させる画像表示制御手段を有していることを特徴
とする請求項1または2の画像観察装置。3. An image display control means for changing image information displayed on said image display means in accordance with a change in the state of the incident light flux by said incident light flux control means. 2. Image observation device.
態の変化に伴い,観察眼に入射する光量を調整する光量
調整手段を有す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。4. The apparatus according to claim 1, further comprising light amount adjusting means for adjusting the amount of light incident on the observation eye in accordance with a change in the state of the incident light beam by said incident light beam control means. Image observation device.
示光学系による虚像を観察することにより,該画像情報
を観察するモードを含む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。5. The display mode according to claim 1, wherein the display mode includes a mode of observing the image information by observing a virtual image of the image information by the display optical system. Image observation device.
示した画像情報を,前記表示光学系により直接観察眼の
網膜に投影することにより,前記画像情報を観察するモ
ードを含む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. The display mode includes a mode in which image information displayed on the image display element is directly projected on a retina of an observation eye by the display optical system to observe the image information. The image observation device according to any one of claims 1 to 4, wherein
を入射させ,前記画像情報を観察するモードを含むこと
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。7. The image observation apparatus according to claim 1, wherein the display mode includes a mode in which a plurality of parallax images are incident on a single eye and the image information is observed.
段により表示した画像情報の前記表示光学系による虚像
を観察することにより、前記画像情報を観察するモー
ド、前記画像情報を前記表示光学系により直接観察眼の
網膜に投影することにより、前記画像情報を観察するモ
ード、単眼に複数の視差画像を入射させ、前記画像情報
を観察するモードの内の少なくとも2つの表示モードで
ある請求項1から4のいずれか一項の画像観察装置。8. A display mode for observing the image information by observing a virtual image by the display optical system of the image information displayed by the image display means, wherein the plurality of display modes are: 2. A display mode in which at least two of a mode in which the image information is observed by projecting the image information directly on a retina of an observation eye, and a mode in which a plurality of parallax images are incident on a single eye and the image information is observed. 5. The image observation device according to any one of items 1 to 4.
する照明手段を有し,該照明光源は前記表示光学系の入
射瞳と光学的に等価な位置又はその近傍に配置されてお
り,前記入射光束制御手段により該照明手段を制御する
ことにより,観察眼の入射瞳に入射する光束の状態を変
化させていることを特徴とする請求項1から8のいずれ
か一項の画像観察装置。9. An illuminating means having an illuminating light source for illuminating said image display means, said illuminating light source being disposed at or near a position optically equivalent to an entrance pupil of said display optical system, The image observation apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a state of a light beam incident on an entrance pupil of an observation eye is changed by controlling the illumination means by an incident light beam control means.
おり,該複数の単位光源の像は前記表示光学系の射出瞳
を複数の照射領域に空間分割して結像しており,該複数
の単位光源からの光束の照射を制御することにより,前
記表示光学系の射出瞳を複数の照射領域に分割制御し,
かつ該各照射領域への光束の入射状況に対応して,前記
画像表示手段に表示する画像情報を切換制御することに
より,観察者の単眼に複数の視差画像が入射されるよう
にする表示モードを有していることを特徴とする請求項
9の画像観察装置。10. The illumination light source has a plurality of unit light sources, and images of the plurality of unit light sources are formed by spatially dividing an exit pupil of the display optical system into a plurality of irradiation regions. By controlling the irradiation of the light beams from the plurality of unit light sources, the exit pupil of the display optical system is divided into a plurality of irradiation regions and controlled.
And a display mode in which a plurality of parallax images are incident on a single eye of an observer by switching and controlling image information displayed on the image display means in accordance with a state of incidence of a light beam on each irradiation area. The image observation device according to claim 9, further comprising:
素子を有していることを特徴とする請求項9または10
の画像観察装置。11. The image display device according to claim 9, wherein said image display means has a transmission type spatial modulation element.
Image observation device.
素子を有していることを特徴とする請求項9または10
の画像観察装置。12. The image display device according to claim 9, wherein said image display means has a reflection-type spatial modulation element.
Image observation device.
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。13. An image observation device according to claim 9, wherein said illumination light source has a light emitting array.
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。14. An image observation apparatus according to claim 9, wherein said illumination light source has a surface light source and a spatial light modulator.
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
9から12のいずれか一項の画像観察装置。15. An image observation apparatus according to claim 9, wherein said illumination light source has a point light source and an optical system having a positive power.
光路中に,電気的に光線の散乱度合いを切替可能な部材
を設ける,または光線散乱部材を機械的に挿入及び離脱
できる手段を有することを特徴とする請求項9から15
のいずれか一項の画像観察装置。16. A member which can electrically switch the degree of light scattering in an optical path between the illumination means and the image display means, or has means for mechanically inserting and removing the light scattering member. 16. The method according to claim 9, wherein:
The image observation device according to any one of the above.
素子または光源一体型の画像表示素子であり,前記表示
光学系は該画像表示素子面の空中像を形成するためのリ
レー光学系及び該空中像を観察眼に拡大虚像として提示
する接眼光学系を有し,該接眼光学系の入射瞳位置又は
その近傍に空間変調素子を配置し,前記入射光束制御手
段により該空間変調素子を制御することにより,観察眼
の入射瞳に入射する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8のいずれか一項の画像観察装
置。17. The image display means is a self-luminous image display element or an image display element integrated with a light source, and the display optical system is a relay optical system for forming an aerial image on the image display element surface. An eyepiece optical system for presenting the aerial image as an enlarged virtual image to an observation eye; a spatial modulation element arranged at or near an entrance pupil position of the eyepiece optical system; and the spatial light modulation element controlled by the incident light flux control means The image observation apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the state of the light beam incident on the entrance pupil of the observation eye is changed by performing the operation.
しており,該空間変調素子の像は前記表示光学系の射出
瞳を複数の照射領域に空間分割して結像しており,該空
間変調素子の各画素からの光束の照射を制御することに
より,前記表示光学系の射出瞳を複数の照射領域に分割
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,前記画像表示手段に表示する画像情報を切換制御す
ることにより,観察者の単眼に複数の視差画像が入射さ
れるようにする表示モードを有していることを特徴とす
る請求項17の画像観察装置。18. The spatial light modulator has a two-dimensional pixel structure, and an image of the spatial light modulator is formed by spatially dividing an exit pupil of the display optical system into a plurality of irradiation areas. By controlling the irradiation of the light beam from each pixel of the spatial modulation element, the exit pupil of the display optical system is controlled to be divided into a plurality of irradiation regions, and corresponding to the state of the light beam entering each irradiation region. 18. An image according to claim 17, further comprising a display mode in which a plurality of parallax images are made to enter a single eye of an observer by switching and controlling image information displayed on said image display means. Observation device.
素子であることを特徴とする請求項17または18の画
像観察装置。19. An image observation apparatus according to claim 17, wherein said spatial modulation element is a transmission type spatial modulation element.
素子であることを特徴とする請求項17または18の画
像観察装置。20. An image observation apparatus according to claim 17, wherein said spatial modulation element is a reflection type spatial modulation element.
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
20のいずれか一項の画像観察装置。21. The display optical system according to claim 1, wherein the display optical system has a prism body including a decentered non-rotationally symmetric reflecting surface having different optical powers depending on the azimuth angle. Image observation device.
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。22. 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.
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