JP2002148559A - 画像観察装置及びそれを用いた画像観察システム - Google Patents
画像観察装置及びそれを用いた画像観察システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外界情報と表示画像の双方を同一視野で良好
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】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
示画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し
双方を同時観察する画像観察装置において、第１の空間
変調素子により観察眼に入射する外界光束及び表示光束
の観察者の瞳孔位置での面積を該瞳孔面積よりも小さく
制限し、かつ外界光束及び表示光束の瞳孔位置での面積
と位置のうちの少なくとも一方を変化させるとともに、
該第１の空間変調素子よりも外界側に第２の空間変調素
子を有し、該第２の空間変調素子の一部領域を変調して
該表示画像の領域に対応して該外界画像の領域からの光
束を遮光あるいは減光するように該第１および第２の空
間変調素子を制御する制御手段を有したこと。
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】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
示画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し
双方を同時観察する画像観察装置において、第１の空間
変調素子により観察眼に入射する外界光束及び表示光束
の観察者の瞳孔位置での面積を該瞳孔面積よりも小さく
制限し、かつ外界光束及び表示光束の瞳孔位置での面積
と位置のうちの少なくとも一方を変化させるとともに、
該第１の空間変調素子よりも外界側に第２の空間変調素
子を有し、該第２の空間変調素子の一部領域を変調して
該表示画像の領域に対応して該外界画像の領域からの光
束を遮光あるいは減光するように該第１および第２の空
間変調素子を制御する制御手段を有したこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外界の光景（外界
画像）とディスプレイ装置（画像表示手段）による画像
（表示画像）の一方又は双方を同時に観察できるように
した画像観察装置、あるいは観察者が直接見ている現実
の光景（外界画像）にコンピューター等で人工的に作り
出した表示画像や、ビデオ等によって記録された映像を
重ね合わせることによってさまざまな擬似的体験を行う
といったことを目的とした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。
画像）とディスプレイ装置（画像表示手段）による画像
（表示画像）の一方又は双方を同時に観察できるように
した画像観察装置、あるいは観察者が直接見ている現実
の光景（外界画像）にコンピューター等で人工的に作り
出した表示画像や、ビデオ等によって記録された映像を
重ね合わせることによってさまざまな擬似的体験を行う
といったことを目的とした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】図２１は従来の外界情報（外界画像）と
表示画像との双方を同一視野内で観察するようにした画
像観察装置の要部概略図である。同図はディスプレイ１
０１上にコンピューターグラフィックス等によって生成
した画像を表示し、その画像を表示光学系１０２、ハー
フミラー１０３を介し一定の倍率で観察者の眼１０４に
映じると同時に、ハーフミラー１０３を通して観察者が
いる現実の外界の光景Ｒを空間的に重畳して直接見られ
るようにしたものである。
表示画像との双方を同一視野内で観察するようにした画
像観察装置の要部概略図である。同図はディスプレイ１
０１上にコンピューターグラフィックス等によって生成
した画像を表示し、その画像を表示光学系１０２、ハー
フミラー１０３を介し一定の倍率で観察者の眼１０４に
映じると同時に、ハーフミラー１０３を通して観察者が
いる現実の外界の光景Ｒを空間的に重畳して直接見られ
るようにしたものである。
【０００３】図２１に示す画像観察装置はディスプレイ
１０１で表示されている表示画像は虚像として観察者の
眼に映じるため，表示される像は透けた像として見え
る。この為、表示画像に黒い画像があると、黒い画像は
透けてしまい黒い画像として表示することができなかっ
た。
１０１で表示されている表示画像は虚像として観察者の
眼に映じるため，表示される像は透けた像として見え
る。この為、表示画像に黒い画像があると、黒い画像は
透けてしまい黒い画像として表示することができなかっ
た。
【０００４】特許第２８４０６９２号、特開２０００−
１０５３４８号公報等では外界画像を２次元画素構造を
有する空間変調素子上に一度結像させ、空間変調素子を
変調して外界光の透過、遮光を制御し、空間変調素子及
び画像表示素子を接眼光学系を介して観察することによ
り、透けない画像表示ができる画像観察装置を開示して
いる。
１０５３４８号公報等では外界画像を２次元画素構造を
有する空間変調素子上に一度結像させ、空間変調素子を
変調して外界光の透過、遮光を制御し、空間変調素子及
び画像表示素子を接眼光学系を介して観察することによ
り、透けない画像表示ができる画像観察装置を開示して
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】外界情報と表示画像と
の双方を空間的に重畳し同一視野内で観察する方法とし
て、外界画像を２次元画素構造を有する空間変調素子上
に一度結像させ、空間変調素子を変調して外界光の透
過、遮光を制御し、空間変調素子及び画像表示素子を接
眼光学系を介して観察する方法は、外界画像を空間変調
素子上に結像させるための結像光学系および外界画像を
正立させるための光学部材等が必要となる。また、特開
平７−９２４２６号公報で提案されている画像観察装置
は外界画像を一度も結像させないで観察する方法を開示
している。この場合、表示手段で表示した表示画像の周
囲領域が暗くなって観察され、観察しずらいという問題
があった。
の双方を空間的に重畳し同一視野内で観察する方法とし
て、外界画像を２次元画素構造を有する空間変調素子上
に一度結像させ、空間変調素子を変調して外界光の透
過、遮光を制御し、空間変調素子及び画像表示素子を接
眼光学系を介して観察する方法は、外界画像を空間変調
素子上に結像させるための結像光学系および外界画像を
正立させるための光学部材等が必要となる。また、特開
平７−９２４２６号公報で提案されている画像観察装置
は外界画像を一度も結像させないで観察する方法を開示
している。この場合、表示手段で表示した表示画像の周
囲領域が暗くなって観察され、観察しずらいという問題
があった。
【０００６】本発明は外界画像と表示画像の双方を同一
視野で、装置全体の簡素化を図りつつ良好に観察するこ
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
テムの提供を目的とする。
視野で、装置全体の簡素化を図りつつ良好に観察するこ
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、外界の外界画像と表示手段に表示した表示画
像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し双方
を同時観察する画像観察装置において、２次元画素構造
を有する第１の空間変調素子を有し、該第１の空間変調
素子により観察眼に入射する外界光束及び表示光束の観
察者の瞳孔位置での面積を該瞳孔面積よりも小さく制限
し、かつ外界光束及び表示光束の瞳孔位置での面積と位
置のうちの少なくとも一方を変化させるとともに、該第
１の空間変調素子よりも外界側に２次元画素構造を有す
る第２の空間変調素子を有し、該第２の空間変調素子の
少なくとも一部領域を変調して該外界画像を構成する光
束と該表示画像を構成する光束の観察者側への入射状態
を切換可能とし、該表示画像の領域に対応して該外界画
像の領域からの光束を遮光あるいは減光するように該第
１および第２の空間変調素子を制御する制御手段を有し
たことを特徴としている。
察装置は、外界の外界画像と表示手段に表示した表示画
像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し双方
を同時観察する画像観察装置において、２次元画素構造
を有する第１の空間変調素子を有し、該第１の空間変調
素子により観察眼に入射する外界光束及び表示光束の観
察者の瞳孔位置での面積を該瞳孔面積よりも小さく制限
し、かつ外界光束及び表示光束の瞳孔位置での面積と位
置のうちの少なくとも一方を変化させるとともに、該第
１の空間変調素子よりも外界側に２次元画素構造を有す
る第２の空間変調素子を有し、該第２の空間変調素子の
少なくとも一部領域を変調して該外界画像を構成する光
束と該表示画像を構成する光束の観察者側への入射状態
を切換可能とし、該表示画像の領域に対応して該外界画
像の領域からの光束を遮光あるいは減光するように該第
１および第２の空間変調素子を制御する制御手段を有し
た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、前記第１の空間変調素子による観察眼に入射する外
界光束及び表示光束の瞳孔位置での位置の変化に対応し
て、前記第２の空間変調素子の変調領域を変化させるこ
とを特徴としている。
て、前記第１の空間変調素子による観察眼に入射する外
界光束及び表示光束の瞳孔位置での位置の変化に対応し
て、前記第２の空間変調素子の変調領域を変化させるこ
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、前記第１の空間変調素子による観察眼に入射す
る外界光束及び表示光束の瞳孔位置での位置の変化に対
応して、前記表示手段に表示する表示画像を切り換える
ことを特徴としている。
おいて、前記第１の空間変調素子による観察眼に入射す
る外界光束及び表示光束の瞳孔位置での位置の変化に対
応して、前記表示手段に表示する表示画像を切り換える
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、前記表示手段に切り換え表示する表示画像は，表示
光束の瞳孔位置での位置に対応した視差画像であり、単
眼に複数の視差画像を入射させることを特徴としてい
る。
て、前記表示手段に切り換え表示する表示画像は，表示
光束の瞳孔位置での位置に対応した視差画像であり、単
眼に複数の視差画像を入射させることを特徴としてい
る。
【００１１】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、前記第１の空間変調素子による
観察眼に入射する外界光束及び表示光束の瞳孔位置での
位置の変化は、眼の残像許容時間内に行われることを特
徴としている。
か１項の発明において、前記第１の空間変調素子による
観察眼に入射する外界光束及び表示光束の瞳孔位置での
位置の変化は、眼の残像許容時間内に行われることを特
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１項の発明において、前記外界光束と前記表示光束
は、前記第２の空間変調素子に入射する際に，互いの偏
光状態が異っていることを特徴としている。
か１項の発明において、前記外界光束と前記表示光束
は、前記第２の空間変調素子に入射する際に，互いの偏
光状態が異っていることを特徴としている。
【００１３】請求項７の発明は請求項１から６のいずれ
か１項の発明において、前記第２の空間変調素子は、液
晶素子を有していることを特徴としている。
か１項の発明において、前記第２の空間変調素子は、液
晶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１から７のいずれ
か１項の発明において、前記第１の空間変調素子は、透
過型の液晶素子を有していることを特徴としている。
か１項の発明において、前記第１の空間変調素子は、透
過型の液晶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１から８のいずれ
か１項の発明において、前記外界画像を撮像する撮像手
段を有することを特徴としている。
か１項の発明において、前記外界画像を撮像する撮像手
段を有することを特徴としている。
【００１６】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、前記撮像手段で取得した外界情報を基に、前記表示
画像を生成することを特徴としている。
て、前記撮像手段で取得した外界情報を基に、前記表示
画像を生成することを特徴としている。
【００１７】請求項１１の発明は請求項９の発明におい
て、前記外界画像の前記第１及び第２の空間変調素子で
けられる前記表示画像の周囲領域を前記撮像手段で撮像
した画像情報で補完する補完手段を有することを特徴と
している。
て、前記外界画像の前記第１及び第２の空間変調素子で
けられる前記表示画像の周囲領域を前記撮像手段で撮像
した画像情報で補完する補完手段を有することを特徴と
している。
【００１８】請求項１２の発明は請求項１から１１のい
ずれか１項の発明において、前記表示手段に表示した表
示画像を観察眼に導く表示光学系を有し、該表示光学系
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１項の発明において、前記表示手段に表示した表
示画像を観察眼に導く表示光学系を有し、該表示光学系
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。
【００１９】請求項１３の発明の画像観察装置は、外界
画像からの外界光束と表示手段に表示した表示画像から
の表示光束の双方を光路分割手段を介して観察者側に導
光し双方の画像を同時観察する画像観察装置において、
外界光束はノンパワーの光路を経て観察者側に入射し、
表示光束はパワーのある光路を経て観察者側に入射する
光学系を有し、２次元画素構造を有する第１の空間変調
素子を有し、該第１の空間変調素子の変調により観察眼
に入射する外界光束及び表示光束の瞳孔位置での面積を
該瞳孔面積よりも小さく制限し、かつ該外界光束及び表
示光束の観察者の瞳孔位置での光透過の面積と位置の少
なくとも一方を変化させるとともに、該第１の空間変調
素子よりも外界側に２次元画素構造を有する第２の空間
変調素子を有し、該第２の空間変調素子の少なくとも一
部領域を変調して該外界光束と該表示光束の観察者側へ
の入射状態を制御する制御手段を有することを特徴とし
ている。
画像からの外界光束と表示手段に表示した表示画像から
の表示光束の双方を光路分割手段を介して観察者側に導
光し双方の画像を同時観察する画像観察装置において、
外界光束はノンパワーの光路を経て観察者側に入射し、
表示光束はパワーのある光路を経て観察者側に入射する
光学系を有し、２次元画素構造を有する第１の空間変調
素子を有し、該第１の空間変調素子の変調により観察眼
に入射する外界光束及び表示光束の瞳孔位置での面積を
該瞳孔面積よりも小さく制限し、かつ該外界光束及び表
示光束の観察者の瞳孔位置での光透過の面積と位置の少
なくとも一方を変化させるとともに、該第１の空間変調
素子よりも外界側に２次元画素構造を有する第２の空間
変調素子を有し、該第２の空間変調素子の少なくとも一
部領域を変調して該外界光束と該表示光束の観察者側へ
の入射状態を制御する制御手段を有することを特徴とし
ている。
【００２０】請求項１４の発明の画像観察システムは請
求項１から１３のいずれか１項の画像観察装置を観察者
の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
求項１から１３のいずれか１項の画像観察装置を観察者
の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１から図９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。
装置の光学系の基本概念の説明図である。
【００２２】本発明の画像観察装置Ｓは、画像情報を表
示する画像表示手段１０、画像表示手段１０に表示した
画像情報を観察眼Ｅに導く表示光学系２０、観察眼Ｅの
入射瞳Ｐの位置での外界光束及び表示光束の状態を制御
する第１の空間変調素子３０、外界からの光束を選択的
に遮光あるいは減光する第２の空間変調素子４０、第
１、第２の空間変調素子３０、４０を制御する制御手段
ＣＰを有している。
示する画像表示手段１０、画像表示手段１０に表示した
画像情報を観察眼Ｅに導く表示光学系２０、観察眼Ｅの
入射瞳Ｐの位置での外界光束及び表示光束の状態を制御
する第１の空間変調素子３０、外界からの光束を選択的
に遮光あるいは減光する第２の空間変調素子４０、第
１、第２の空間変調素子３０、４０を制御する制御手段
ＣＰを有している。
【００２３】図１において、画像表示手段１０の表示画
像から射出した表示光束は、表示光学系２０の一要素で
あるレンズ２１で屈折されつつ、ハーフミラー（光路分
割手段）２２に入射する。ハーフミラー２２に入射した
表示光束はその一部が反射され、第１の空間変調素子３
０を通過し、観察眼Ｅに導かれる。レンズ２１は画像表
示手段１０の表示ディスプレイ面（表示パネル）１０ａ
を例えば観察眼Ｅより２ｍ先の位置に拡大された虚像と
して観察眼に提示するように，その焦点距離及び位置が
決められている。このように表示画像はパワーのある光
学系を通過する。
像から射出した表示光束は、表示光学系２０の一要素で
あるレンズ２１で屈折されつつ、ハーフミラー（光路分
割手段）２２に入射する。ハーフミラー２２に入射した
表示光束はその一部が反射され、第１の空間変調素子３
０を通過し、観察眼Ｅに導かれる。レンズ２１は画像表
示手段１０の表示ディスプレイ面（表示パネル）１０ａ
を例えば観察眼Ｅより２ｍ先の位置に拡大された虚像と
して観察眼に提示するように，その焦点距離及び位置が
決められている。このように表示画像はパワーのある光
学系を通過する。
【００２４】外界の物体（外界画像）Ｒからの外界光束
ＬＲは、第２の空間変調素子４０を通過し、ハーフミラ
ー２２に入射し、その一部が透過して、第１の空間変調
素子３０を介して、観察眼Ｅ（の入射瞳Ｐ）に入射す
る。この場合外界からの光束はパワーを有した光学系な
どを通過しないため、即ちノンパワーの光学系を通過す
る為、観察者は外界の物体Ｒをガラス窓越しに見る場合
のように、自然の状態で見ることができる。
ＬＲは、第２の空間変調素子４０を通過し、ハーフミラ
ー２２に入射し、その一部が透過して、第１の空間変調
素子３０を介して、観察眼Ｅ（の入射瞳Ｐ）に入射す
る。この場合外界からの光束はパワーを有した光学系な
どを通過しないため、即ちノンパワーの光学系を通過す
る為、観察者は外界の物体Ｒをガラス窓越しに見る場合
のように、自然の状態で見ることができる。
【００２５】これにより、観察者はハーフミラー２２
（光路分割手段）を介して外界の物体Ｒと画像表示手段
１０に表示した画像情報の双方を空間的に同一視野内で
観察することができる。
（光路分割手段）を介して外界の物体Ｒと画像表示手段
１０に表示した画像情報の双方を空間的に同一視野内で
観察することができる。
【００２６】次に第１の空間変調素子３０及び第２の空
間変調素子４０の構成及びその動作の制御について説明
する。
間変調素子４０の構成及びその動作の制御について説明
する。
【００２７】実空間（外界空間）に実物体Ｒが有り、そ
れを観察しているとする。観察像は図２に示すようにな
る。図中、Ｆは観察域を示す。この状態で図３に示すよ
うに画像表示手段１０に画像を表示し、この表示画像を
仮想物体Ｉとして実物体Ｒの手前に重ねて観察しようと
した場合、第１及び第２の空間変調素子３０、４０にて
何ら光変調を行わないと、図４に示すように表示画像Ｉ
が拡大した虚像として形成される為、本来は仮想物体Ｉ
に隠れて見えないはずの実物体Ｒのうちの一部分の領域
Ｔが透けて見えてしまう。
れを観察しているとする。観察像は図２に示すようにな
る。図中、Ｆは観察域を示す。この状態で図３に示すよ
うに画像表示手段１０に画像を表示し、この表示画像を
仮想物体Ｉとして実物体Ｒの手前に重ねて観察しようと
した場合、第１及び第２の空間変調素子３０、４０にて
何ら光変調を行わないと、図４に示すように表示画像Ｉ
が拡大した虚像として形成される為、本来は仮想物体Ｉ
に隠れて見えないはずの実物体Ｒのうちの一部分の領域
Ｔが透けて見えてしまう。
【００２８】そこで本実施形態では図７に示すように制
御手段ＣＰにより第２の空間変調素子４０の一部領域を
変調し、仮想物体Ｉに対応する外界空間からの光束が通
過しないように遮光状態とする。図中４０ａは外界から
の光束の透過領域、４０ｂは遮光領域を表す。遮光領域
４０ｂの大きさ及び位置は、仮想物体Ｉの大きさ、位
置、第２の空間変調素子４０の位置及び観察眼Ｅの入射
瞳Ｐの大きさ、位置などを基に決定される。
御手段ＣＰにより第２の空間変調素子４０の一部領域を
変調し、仮想物体Ｉに対応する外界空間からの光束が通
過しないように遮光状態とする。図中４０ａは外界から
の光束の透過領域、４０ｂは遮光領域を表す。遮光領域
４０ｂの大きさ及び位置は、仮想物体Ｉの大きさ、位
置、第２の空間変調素子４０の位置及び観察眼Ｅの入射
瞳Ｐの大きさ、位置などを基に決定される。
【００２９】図７〜図９は，空間変調素子４０、観察眼
入射瞳Ｐと外界空間の関係を表したものであり、簡単の
ため、実際の光学系等、説明に関係の無いものは省略し
てある。
入射瞳Ｐと外界空間の関係を表したものであり、簡単の
ため、実際の光学系等、説明に関係の無いものは省略し
てある。
【００３０】図７に示すように、画像表示手段１０の表
示パネル１０ａの表示光学系２０による虚像１０’が第
２の空間変調素子４０と光学的に等価な位置になく、ま
た入射瞳Ｐが大きさを持つと、外界からの光束が完全に
遮蔽される領域Ｃの周囲に部分的に光束がけられる領域
Ｂが存在してしまう。この時の観察画像は図５のように
なり、仮想物体Ｉの周囲に暗い領域Ｄが生じてしまう。
なお、図７〜図９において、領域Ａは外界空間が観察眼
Ｅで直接観察される領域である。
示パネル１０ａの表示光学系２０による虚像１０’が第
２の空間変調素子４０と光学的に等価な位置になく、ま
た入射瞳Ｐが大きさを持つと、外界からの光束が完全に
遮蔽される領域Ｃの周囲に部分的に光束がけられる領域
Ｂが存在してしまう。この時の観察画像は図５のように
なり、仮想物体Ｉの周囲に暗い領域Ｄが生じてしまう。
なお、図７〜図９において、領域Ａは外界空間が観察眼
Ｅで直接観察される領域である。
【００３１】このときの暗い領域Ｄが生じないようにす
るために本発明の画像観察装置では、図８に示すよう
に、第１の空間変調素子３０の一部領域を変調し、入射
瞳Ｐの位置での外界光束及び表示光束の入射瞳Ｐを通過
する光束の面積又は／及び位置を制限する。図中３０ａ
は光束の透過領域、３０ｂは光束の遮光領域を表し、透
過領域３０ａの大きさは観察眼Ｅの入射瞳Ｐの面積に対
し、小さく設定される。このとき、遮光領域４０ｂの大
きさ及び位置は、入射瞳Ｐの代わりに第１の空間変調素
子３０の開口部（透過領域３０ａ）の大きさ、又は／及
び位置を用いて決定される。このように構成すると図８
に示すように光束がけられる領域Ｂが小さくなるため、
観察画像は図６に示すようになり、実物体Ｒに仮想物体
Ｉを重ねて表示しても、暗い領域Ｄが小さくなり違和感
なく観察することができる。
るために本発明の画像観察装置では、図８に示すよう
に、第１の空間変調素子３０の一部領域を変調し、入射
瞳Ｐの位置での外界光束及び表示光束の入射瞳Ｐを通過
する光束の面積又は／及び位置を制限する。図中３０ａ
は光束の透過領域、３０ｂは光束の遮光領域を表し、透
過領域３０ａの大きさは観察眼Ｅの入射瞳Ｐの面積に対
し、小さく設定される。このとき、遮光領域４０ｂの大
きさ及び位置は、入射瞳Ｐの代わりに第１の空間変調素
子３０の開口部（透過領域３０ａ）の大きさ、又は／及
び位置を用いて決定される。このように構成すると図８
に示すように光束がけられる領域Ｂが小さくなるため、
観察画像は図６に示すようになり、実物体Ｒに仮想物体
Ｉを重ねて表示しても、暗い領域Ｄが小さくなり違和感
なく観察することができる。
【００３２】さらに、図９に示すように、第１の空間変
調素子３０の透過領域３０ａの位置を図８の状態に対し
変化させ、入射瞳Ｐ内をスキャンするように構成しても
良い。このとき第２の空間変調素子４０の遮光領域４０
ｂの大きさ及び位置は、第１の空間変調素子３０の透過
領域３０ａの位置にも関係するため、遮光領域４０ｂの
大きさ及び位置も透過領域３０ａの変化と同期して変化
させる。第１及び第２の空間変調素子３０、４０による
スキャンは、眼の残像許容時間より短い周期で繰返し行
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。このように構成すると、けられて暗く
なる領域Ｄがスキャンに応じて変化するため、さらに違
和感なく観察することができる。
調素子３０の透過領域３０ａの位置を図８の状態に対し
変化させ、入射瞳Ｐ内をスキャンするように構成しても
良い。このとき第２の空間変調素子４０の遮光領域４０
ｂの大きさ及び位置は、第１の空間変調素子３０の透過
領域３０ａの位置にも関係するため、遮光領域４０ｂの
大きさ及び位置も透過領域３０ａの変化と同期して変化
させる。第１及び第２の空間変調素子３０、４０による
スキャンは、眼の残像許容時間より短い周期で繰返し行
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。このように構成すると、けられて暗く
なる領域Ｄがスキャンに応じて変化するため、さらに違
和感なく観察することができる。
【００３３】また、このように入射瞳Ｐ内をスキャンす
ることにより、単眼に複数の視差画像を入射させること
も可能となる。
ることにより、単眼に複数の視差画像を入射させること
も可能となる。
【００３４】図１０〜図１２は簡単のため、画像表示手
段１０、表示光学系２０、第１の空間変調素子３０に関
してのみ示したものである。図１０〜図１２に示すよう
に、第１の空間変調素子３０の開口部３０ａの切り換え
により、入射瞳Ｐは複数の領域（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ）に
空間分割される。開口部３０ａの切り換えに対応して、
画像表示手段１０に表示する画像情報１１をそれぞれ画
像情報１１ａ、１１ｂ、１１ｃに切り換える．画像情報
１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、再現する物体をそれぞれの
領域Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ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。１１ａ’、１１ｂ’、１１
ｃ’は、それぞれ画像情報の１１ａ、１１ｂ、１１ｃの
表示光学系２０による虚像である。このような構成にす
ることにより、観察者の単眼に複数の視差画像を入射さ
せることができるため、観察者の眼の焦点調節が、単眼
視差によって誘導される擬似的な立体像の近傍に導か
れ、観察者の疲労や違和感を軽減させて立体観察ができ
る。
段１０、表示光学系２０、第１の空間変調素子３０に関
してのみ示したものである。図１０〜図１２に示すよう
に、第１の空間変調素子３０の開口部３０ａの切り換え
により、入射瞳Ｐは複数の領域（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ）に
空間分割される。開口部３０ａの切り換えに対応して、
画像表示手段１０に表示する画像情報１１をそれぞれ画
像情報１１ａ、１１ｂ、１１ｃに切り換える．画像情報
１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、再現する物体をそれぞれの
領域Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ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。１１ａ’、１１ｂ’、１１
ｃ’は、それぞれ画像情報の１１ａ、１１ｂ、１１ｃの
表示光学系２０による虚像である。このような構成にす
ることにより、観察者の単眼に複数の視差画像を入射さ
せることができるため、観察者の眼の焦点調節が、単眼
視差によって誘導される擬似的な立体像の近傍に導か
れ、観察者の疲労や違和感を軽減させて立体観察ができ
る。
【００３５】（実施形態１）図１３は本発明の実施形態
１の要部概略図である。
１の要部概略図である。
【００３６】図１３において、バックライト、液晶素
子、偏光板等で構成される液晶パネルやＥＬパネル等の
画像表示手段１０から射出した表示光束は、ハーフミラ
ー２２でその一部が反射され、球面、非球面、楕円面、
双曲面、自由曲面等の曲率を有した凹面ハーフミラー２
３で反射され、再度ハーフミラー２２に入射し、その一
部が透過し、第１の空間変調素子３０を介して、観察眼
Ｅに導かれる。凹面ハーフミラー２３は、画像表示手段
１０の表示ディスプレイ面１０ａを例えば入射瞳Ｐの２
ｍ先の位置に拡大された虚像として観察眼Ｅに提示する
ように、その焦点距離及び位置が決められている。
子、偏光板等で構成される液晶パネルやＥＬパネル等の
画像表示手段１０から射出した表示光束は、ハーフミラ
ー２２でその一部が反射され、球面、非球面、楕円面、
双曲面、自由曲面等の曲率を有した凹面ハーフミラー２
３で反射され、再度ハーフミラー２２に入射し、その一
部が透過し、第１の空間変調素子３０を介して、観察眼
Ｅに導かれる。凹面ハーフミラー２３は、画像表示手段
１０の表示ディスプレイ面１０ａを例えば入射瞳Ｐの２
ｍ先の位置に拡大された虚像として観察眼Ｅに提示する
ように、その焦点距離及び位置が決められている。
【００３７】一方、外界の物体Ｒからの外界光束は、第
２の空間変調素子４０を通過し、順に凹面ハーフミラー
２３、ハーフミラー２２、第１の空間変調素子３０を介
して、観察眼Ｅに入射する。凹面ハーフミラー２３は、
両面の曲率半径を略等しくし、ノンパワーとなるように
設定している。この場合外界からの光束はパワーを有し
た光学系などを通過しないため、観察者はガラス窓越し
に見る場合のように、自然に外界を見ることができる。
２の空間変調素子４０を通過し、順に凹面ハーフミラー
２３、ハーフミラー２２、第１の空間変調素子３０を介
して、観察眼Ｅに入射する。凹面ハーフミラー２３は、
両面の曲率半径を略等しくし、ノンパワーとなるように
設定している。この場合外界からの光束はパワーを有し
た光学系などを通過しないため、観察者はガラス窓越し
に見る場合のように、自然に外界を見ることができる。
【００３８】第１の空間変調素子３０は、偏光板３１、
２次元画素構造を有した透過型液晶素子３２、偏光板３
１と透過軸が直交するように配置された偏光板３３を有
している。第１の空間変調素子３０に入射した光束は偏
光板３１を通過し、直線偏光となり液晶素子３２に入射
する。液晶素子３２は、各画素ごとにオフ動作の場合に
入射光の偏光方向を保存し、オン動作時に入射光の偏光
方向を９０度回転させる機能を有する。液晶素子３２の
オフ状態の画素を通過した光束は、偏光板３３で遮断さ
れ観察眼Ｅには達しない。一方、液晶素子３２のオン状
態の画素を通過した光束は、偏光方向が回転しているた
め偏光板３３を通過し、観察眼Ｅに達する。このように
液晶素子３２を画素ごとに制御することにより、任意の
領域で透過、遮光を切り換えている。
２次元画素構造を有した透過型液晶素子３２、偏光板３
１と透過軸が直交するように配置された偏光板３３を有
している。第１の空間変調素子３０に入射した光束は偏
光板３１を通過し、直線偏光となり液晶素子３２に入射
する。液晶素子３２は、各画素ごとにオフ動作の場合に
入射光の偏光方向を保存し、オン動作時に入射光の偏光
方向を９０度回転させる機能を有する。液晶素子３２の
オフ状態の画素を通過した光束は、偏光板３３で遮断さ
れ観察眼Ｅには達しない。一方、液晶素子３２のオン状
態の画素を通過した光束は、偏光方向が回転しているた
め偏光板３３を通過し、観察眼Ｅに達する。このように
液晶素子３２を画素ごとに制御することにより、任意の
領域で透過、遮光を切り換えている。
【００３９】第２の空間変調素子４０は、偏光板４１、
２次元画素構造を有した透過型液晶素子４２、偏光板４
１と透過軸が直交するように配置された偏光板４３を有
している。第１の空間変調素子３０と同様の原理によ
り、任意の領域で透過、遮光を切り換えている。
２次元画素構造を有した透過型液晶素子４２、偏光板４
１と透過軸が直交するように配置された偏光板４３を有
している。第１の空間変調素子３０と同様の原理によ
り、任意の領域で透過、遮光を切り換えている。
【００４０】第２の空間変調素子４０の偏光板４３と第
１の空間変調素子３０の偏光板３１の偏光透過軸が一致
するように構成すると、最も効率がよい。この場合、偏
光板４３は省略してもよい。
１の空間変調素子３０の偏光板３１の偏光透過軸が一致
するように構成すると、最も効率がよい。この場合、偏
光板４３は省略してもよい。
【００４１】第１の空間変調素子３０及び第２の空間変
調素子４０を制御することにより、図１から図９に示し
た原理により、観察者はハーフミラー２２（光路分割手
段）を介して表示画像と外界画像の双方の画像を良好に
観察することができる。
調素子４０を制御することにより、図１から図９に示し
た原理により、観察者はハーフミラー２２（光路分割手
段）を介して表示画像と外界画像の双方の画像を良好に
観察することができる。
【００４２】ここで、使用する液晶としては、ＴＮ液晶
の様にオフ動作時に入射光の偏光方向を９０度回転させ
るモードでも良い。更に、偏光板３１と３３及び偏光板
４１と４３も透過軸を平行に配置することも可能であ
り、液晶、偏光板及び各画素への印加電圧の制御を適宜
組み合わせて用いることができる。
の様にオフ動作時に入射光の偏光方向を９０度回転させ
るモードでも良い。更に、偏光板３１と３３及び偏光板
４１と４３も透過軸を平行に配置することも可能であ
り、液晶、偏光板及び各画素への印加電圧の制御を適宜
組み合わせて用いることができる。
【００４３】（実施形態２）図１４は本発明の実施形態
２の要部概略図である。
２の要部概略図である。
【００４４】図１４において、表示手段１０から射出し
た表示光束は、面２４で屈折してプリズム体Ｌ１に入射
し、臨界角以上の角度で面２５に入射して全反射され、
正のパワーを有したハーフミラー面２６で反射され、臨
界角以下の角度で再び面２５に入射し屈折して、プリズ
ム体Ｌ１から射出され、第１の空間変調素子３０を介し
て、観察眼Ｅに導かれる。面２４、２５、２６はそれぞ
れ光学的パワーを有しており、表示手段１０の拡大され
た虚像を形成する。面２４、２５、２６は、少なくとも
１つをそれぞれ面頂点回りのアジムス角度によりパワー
が異なる非回転対称非球面で構成することにより、光学
系を偏心させることにより生じる諸収差を少ない光学要
素で補正することが可能となる。
た表示光束は、面２４で屈折してプリズム体Ｌ１に入射
し、臨界角以上の角度で面２５に入射して全反射され、
正のパワーを有したハーフミラー面２６で反射され、臨
界角以下の角度で再び面２５に入射し屈折して、プリズ
ム体Ｌ１から射出され、第１の空間変調素子３０を介し
て、観察眼Ｅに導かれる。面２４、２５、２６はそれぞ
れ光学的パワーを有しており、表示手段１０の拡大され
た虚像を形成する。面２４、２５、２６は、少なくとも
１つをそれぞれ面頂点回りのアジムス角度によりパワー
が異なる非回転対称非球面で構成することにより、光学
系を偏心させることにより生じる諸収差を少ない光学要
素で補正することが可能となる。
【００４５】外界の物体Ｒからの光束は、第２の空間変
調素子４０を介して、プリズム体Ｌ１と接合したプリズ
ム体Ｌ２の面Ｌ２ａよりプリズム体Ｌ２に入射し、ハー
フミラー面２６を透過し、プリズム体Ｌ１に入射し面２
５入射し屈折してプリズム体Ｌ１から射出され、第１の
空間変調素子３０を介して、観察眼Ｅに導かれる。プリ
ズム体Ｌ１、Ｌ２は同じ屈折率の材質で構成し、形状を
最適化することにより、外界からの光束ＬＲに関してノ
ンパワーの光路となるように構成されている。
調素子４０を介して、プリズム体Ｌ１と接合したプリズ
ム体Ｌ２の面Ｌ２ａよりプリズム体Ｌ２に入射し、ハー
フミラー面２６を透過し、プリズム体Ｌ１に入射し面２
５入射し屈折してプリズム体Ｌ１から射出され、第１の
空間変調素子３０を介して、観察眼Ｅに導かれる。プリ
ズム体Ｌ１、Ｌ２は同じ屈折率の材質で構成し、形状を
最適化することにより、外界からの光束ＬＲに関してノ
ンパワーの光路となるように構成されている。
【００４６】実施形態１と同様に、第１の空間変調素子
３０及び第２の空間変調素子４０を制御することによ
り、図１から図９に示した原理により、観察者はハーフ
ミラー面２６（光路分割手段）を介して表示画像と外界
画像の双方の画像を良好に観察することができる。また
このように表示光学系２０をプリズム体Ｌ１で構成する
ことにより、装置の小型化、広画角化が可能となる。
３０及び第２の空間変調素子４０を制御することによ
り、図１から図９に示した原理により、観察者はハーフ
ミラー面２６（光路分割手段）を介して表示画像と外界
画像の双方の画像を良好に観察することができる。また
このように表示光学系２０をプリズム体Ｌ１で構成する
ことにより、装置の小型化、広画角化が可能となる。
【００４７】図１４に示した実施形態においては，表示
手段１０の表示素子として自発光型、光源一体型の表示
素子を用いたが、図１５に示すように反射型の表示素子
を用いても良い。
手段１０の表示素子として自発光型、光源一体型の表示
素子を用いたが、図１５に示すように反射型の表示素子
を用いても良い。
【００４８】図１５において、面光源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１
３を通過し直線偏光となり、面１４で屈折されつつプリ
ズムＬ５に入射する。プリズムＬ５は平面又は一部に曲
面を有するように構成された三角プリズムである。プリ
ズムＬ５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Ｌ５
から射出し、反射型の表示素子１７に入射する。反射型
の表示素子１７で反射された光束は、面１６で屈折され
つつプリズムＬ５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Ｌ５を射出し、偏光
板１８に入射する。表示素子１７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。表示素子１７の“ＯＮ”表示部分の画
素からの反射光は偏光板１８を通過し、表示素子１７の
“ＯＦＦ”表示部分の画素からの反射光は、偏光板１８
で遮断される。偏光板１８を通過した光束は図１４のプ
リズム体Ｌ１と同様の構成のプリズム体Ｌ３により反射
屈折されつつ、第１の空間変調素子３０を介して、観察
眼Ｅに導かれる。プリズムＬ５で全反射を用いて画像表
示手段１０を構成することにより、装置の小型化を図っ
ている。尚、本実施形態においてプリズムＬ５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。
明光束は、コンデンサーレンズ１２で屈折され偏光板１
３を通過し直線偏光となり、面１４で屈折されつつプリ
ズムＬ５に入射する。プリズムＬ５は平面又は一部に曲
面を有するように構成された三角プリズムである。プリ
ズムＬ５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Ｌ５
から射出し、反射型の表示素子１７に入射する。反射型
の表示素子１７で反射された光束は、面１６で屈折され
つつプリズムＬ５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Ｌ５を射出し、偏光
板１８に入射する。表示素子１７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。表示素子１７の“ＯＮ”表示部分の画
素からの反射光は偏光板１８を通過し、表示素子１７の
“ＯＦＦ”表示部分の画素からの反射光は、偏光板１８
で遮断される。偏光板１８を通過した光束は図１４のプ
リズム体Ｌ１と同様の構成のプリズム体Ｌ３により反射
屈折されつつ、第１の空間変調素子３０を介して、観察
眼Ｅに導かれる。プリズムＬ５で全反射を用いて画像表
示手段１０を構成することにより、装置の小型化を図っ
ている。尚、本実施形態においてプリズムＬ５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。
【００４９】外界の物体Ｒからの光束ＬＲは、第２の空
間変調素子４０、プリズム体Ｌ４、Ｌ３、第１の空間変
調素子３０を介して、観察眼Ｅに導かれる。プリズム体
Ｌ３、Ｌ４は同じ屈折率の材質で構成し、形状を最適化
することにより、外界からの光束ＬＲに関してノンパワ
ーの光路となるように構成されている。
間変調素子４０、プリズム体Ｌ４、Ｌ３、第１の空間変
調素子３０を介して、観察眼Ｅに導かれる。プリズム体
Ｌ３、Ｌ４は同じ屈折率の材質で構成し、形状を最適化
することにより、外界からの光束ＬＲに関してノンパワ
ーの光路となるように構成されている。
【００５０】実施形態１と同様に、第１の空間変調素子
３０及び第２の空間変調素子４０を制御することによ
り、図１から図９に示した原理により、観察者はハーフ
ミラー面２７（光路分割手段）を介して表示画像と外界
画像の双方の画像を良好に観察することができる。また
このように表示光学系２０を構成することにより、装置
の小型化，広画角化が可能となる。
３０及び第２の空間変調素子４０を制御することによ
り、図１から図９に示した原理により、観察者はハーフ
ミラー面２７（光路分割手段）を介して表示画像と外界
画像の双方の画像を良好に観察することができる。また
このように表示光学系２０を構成することにより、装置
の小型化，広画角化が可能となる。
【００５１】図１５に示した実施形態においては、反射
型の表示素子１７として液晶素子を用いたが、マイクロ
ミラーデバイスなどを用いて構成しても良く、これに限
定されるものではない。
型の表示素子１７として液晶素子を用いたが、マイクロ
ミラーデバイスなどを用いて構成しても良く、これに限
定されるものではない。
【００５２】（実施形態３）図１６は本発明の実施形態
３の要部概略図である。
３の要部概略図である。
【００５３】図１、図１３、図１４、図１５に示した実
施形態においては、第２の空間変調素子４０を光路分割
手段（２２、２６、２７）よりも外界側に配置していた
が、図１６に示すように光路分割手段よりも観察眼Ｅ側
に配置しても良い。
施形態においては、第２の空間変調素子４０を光路分割
手段（２２、２６、２７）よりも外界側に配置していた
が、図１６に示すように光路分割手段よりも観察眼Ｅ側
に配置しても良い。
【００５４】図１６において、画像表示手段１０から射
出した表示光束は、表示光学系２０のレンズ２１で屈折
されつつ、偏光板２８を通過し直線偏光となり、ハーフ
ミラー２２に入射する。ハーフミラー２２で一部が反射
され、第２の空間変調素子４０、第１の空間変調素子３
０を介して、観察眼Ｅに導かれる。レンズ２１は画像表
示手段１０の表示ディスプレイ面１０ａを例えば入射瞳
Ｐの２ｍ先の位置に拡大された虚像として観察眼Ｅに提
示するように、その焦点距離及び位置が決められてい
る。
出した表示光束は、表示光学系２０のレンズ２１で屈折
されつつ、偏光板２８を通過し直線偏光となり、ハーフ
ミラー２２に入射する。ハーフミラー２２で一部が反射
され、第２の空間変調素子４０、第１の空間変調素子３
０を介して、観察眼Ｅに導かれる。レンズ２１は画像表
示手段１０の表示ディスプレイ面１０ａを例えば入射瞳
Ｐの２ｍ先の位置に拡大された虚像として観察眼Ｅに提
示するように、その焦点距離及び位置が決められてい
る。
【００５５】外界からの外界光束は、偏光板２８と透過
軸が直交するように配置された偏光板５０を通過し直線
偏光となり、ハーフミラー２２に入射し、その一部が透
過して、第２の空間変調素子４０、第１の空間変調素子
３０を介して、観察眼Ｅに入射する。この場合外界から
の光束はパワーを有した光学系などを通過しないため、
観察者はガラス窓越しに見る場合のように、自然に外界
を見ることができる。
軸が直交するように配置された偏光板５０を通過し直線
偏光となり、ハーフミラー２２に入射し、その一部が透
過して、第２の空間変調素子４０、第１の空間変調素子
３０を介して、観察眼Ｅに入射する。この場合外界から
の光束はパワーを有した光学系などを通過しないため、
観察者はガラス窓越しに見る場合のように、自然に外界
を見ることができる。
【００５６】第２の空間変調素子４０は、２次元画素構
造を有した透過型液晶素子４３、偏光板５０と透過軸が
直交する（偏光板２８に対しては平行）ように配置され
た偏光板４４から構成されている。液晶素子４３は、各
画素ごとにオフ動作の場合に入射光の偏光方向を保存
し、オン動作時に入射光の偏光方向を９０度回転させる
機能を有する。
造を有した透過型液晶素子４３、偏光板５０と透過軸が
直交する（偏光板２８に対しては平行）ように配置され
た偏光板４４から構成されている。液晶素子４３は、各
画素ごとにオフ動作の場合に入射光の偏光方向を保存
し、オン動作時に入射光の偏光方向を９０度回転させる
機能を有する。
【００５７】画像表示手段１０からの表示光束のうち、
液晶素子４３のオン状態の画素を通過した光束は、偏光
方向が回転しているため偏光板４４で遮断され観察眼Ｅ
には達しない。一方、液晶素子４３のオフ状態の画素を
通過した光束は偏光板４４を通過し、観察眼Ｅに達す
る。
液晶素子４３のオン状態の画素を通過した光束は、偏光
方向が回転しているため偏光板４４で遮断され観察眼Ｅ
には達しない。一方、液晶素子４３のオフ状態の画素を
通過した光束は偏光板４４を通過し、観察眼Ｅに達す
る。
【００５８】外界からの外界光束のうち、液晶素子４３
のオフ状態の画素を通過した光束は、偏光板４４で遮断
され観察眼Ｅには達しない。一方、液晶素子４３のオン
状態の画素を通過した光束は、偏光方向が回転している
ため偏光板４４を通過し、観察眼Ｅに達する。
のオフ状態の画素を通過した光束は、偏光板４４で遮断
され観察眼Ｅには達しない。一方、液晶素子４３のオン
状態の画素を通過した光束は、偏光方向が回転している
ため偏光板４４を通過し、観察眼Ｅに達する。
【００５９】つまり、液晶素子４３のオン状態の領域に
おいては外界光束は通過し、表示光束は遮断され、オフ
状態の領域においては外界光束は遮断され、表示光束は
通過する。
おいては外界光束は通過し、表示光束は遮断され、オフ
状態の領域においては外界光束は遮断され、表示光束は
通過する。
【００６０】このように第２の空間変調素子４０に入射
する際の外界光束と表示光束の偏光方向を直交させ、液
晶素子４３を画素ごとに制御することにより、外界光束
と表示光束を任意の領域で選択的に透過、遮光を切り換
えることができる。
する際の外界光束と表示光束の偏光方向を直交させ、液
晶素子４３を画素ごとに制御することにより、外界光束
と表示光束を任意の領域で選択的に透過、遮光を切り換
えることができる。
【００６１】実施形態１と同様に、第１の空間変調素子
３０及び第２の空間変調素子４０を制御することによ
り、図１から図９に示した原理により、観察者はハーフ
ミラー２２（光路分割手段）を介して表示画像と外界画
像の双方の画像を良好に観察することができる。
３０及び第２の空間変調素子４０を制御することによ
り、図１から図９に示した原理により、観察者はハーフ
ミラー２２（光路分割手段）を介して表示画像と外界画
像の双方の画像を良好に観察することができる。
【００６２】また、液晶素子４３としてＴＮ形の液晶を
用い、偏光の回転角を９０度ではなく、任意の値に設定
することにより、意図的に透けた画像を表示することも
可能となる。
用い、偏光の回転角を９０度ではなく、任意の値に設定
することにより、意図的に透けた画像を表示することも
可能となる。
【００６３】観察視野内において実物体と仮想物体の観
察状態の前後関係を変更するような場合、図１、図１
３、図１４、図１５に示した実施形態においては、第２
の空間変調素子４０を切り換えるとともに、画像表示手
段１０に表示する画像も、実物体で隠れない部分だけの
画像に切り換える必要が有った。しかし、実施形態３に
示す構成では、表示画像を切り換える必要はなく、第２
の空間変調素子４０を切り換えるだけで、実物体と仮想
物体の前後関係を変更することができる。
察状態の前後関係を変更するような場合、図１、図１
３、図１４、図１５に示した実施形態においては、第２
の空間変調素子４０を切り換えるとともに、画像表示手
段１０に表示する画像も、実物体で隠れない部分だけの
画像に切り換える必要が有った。しかし、実施形態３に
示す構成では、表示画像を切り換える必要はなく、第２
の空間変調素子４０を切り換えるだけで、実物体と仮想
物体の前後関係を変更することができる。
【００６４】（実施形態４）図１７は本発明の実施形態
４の要部概略図である。
４の要部概略図である。
【００６５】図１７に示す実施形態は、図１６に示す実
施形態に対して、外界情報を取得するための撮像系６０
を設け撮像系６０からの外界画像を補完手段を利用して
表示手段１０に表示した点が異なっており、その他の構
成は同じである。なお、図１６に示した実施形態と同じ
機能を有する部分に付いては、同じ符号を付し説明を略
す。
施形態に対して、外界情報を取得するための撮像系６０
を設け撮像系６０からの外界画像を補完手段を利用して
表示手段１０に表示した点が異なっており、その他の構
成は同じである。なお、図１６に示した実施形態と同じ
機能を有する部分に付いては、同じ符号を付し説明を略
す。
【００６６】図１７において、外界の物体Ｒからの光束
は偏光板５０を通過し、ハーフミラー２２でその一部が
反射し、偏光板５０と透過軸が平行となる（偏光板２８
に対しては直交）ように配置された偏光板６１を通過し
て、結像光学系６２によりＣＣＤ等の撮像素子６３上に
外界像を形成する。なお、画像表示手段１０からの光束
は、偏光板６１で遮断され、撮像素子６３には達しな
い。
は偏光板５０を通過し、ハーフミラー２２でその一部が
反射し、偏光板５０と透過軸が平行となる（偏光板２８
に対しては直交）ように配置された偏光板６１を通過し
て、結像光学系６２によりＣＣＤ等の撮像素子６３上に
外界像を形成する。なお、画像表示手段１０からの光束
は、偏光板６１で遮断され、撮像素子６３には達しな
い。
【００６７】このように撮像系６０を付加することによ
り、外界の情報をリアルタイムで取得することができ、
外界空間の変化に対し対応できるため、より正確に仮想
物体を実空間（外界空間）に重ねて表示及び観察するこ
とが可能となる。
り、外界の情報をリアルタイムで取得することができ、
外界空間の変化に対し対応できるため、より正確に仮想
物体を実空間（外界空間）に重ねて表示及び観察するこ
とが可能となる。
【００６８】また、撮像系６０で取得した外界像Ｒを補
完手段ＣＰによって仮想物体像Ｉと重合させて、図１８
に示すような画像を画像表示手段１０に表示する。この
ように構成すると、図６に示す仮想物体Ｉの周囲に生じ
る暗くなる領域Ｄの部分の外界の光景が、撮像系６０で
取得し画像表示手段１０に表示された外界像で補完され
るため、暗くなる領域Ｄは発生せず、さらに違和感無く
観察することができる。
完手段ＣＰによって仮想物体像Ｉと重合させて、図１８
に示すような画像を画像表示手段１０に表示する。この
ように構成すると、図６に示す仮想物体Ｉの周囲に生じ
る暗くなる領域Ｄの部分の外界の光景が、撮像系６０で
取得し画像表示手段１０に表示された外界像で補完され
るため、暗くなる領域Ｄは発生せず、さらに違和感無く
観察することができる。
【００６９】図１９を用いて詳しく説明する。図６にお
ける暗くなる領域Ｄは、図８においては領域Ｂの部分に
相当する。図８の領域Ａ、Ｂ、Ｃにおける外界光、表示
光の占める割合を図１９に示す。図１９に示すように、
領域Ａにおいては外界光が、領域Ｃにおいては表示光が
それぞれ１００％を占め、領域Ｂでは外界光と表示光が
混在した状態である。
ける暗くなる領域Ｄは、図８においては領域Ｂの部分に
相当する。図８の領域Ａ、Ｂ、Ｃにおける外界光、表示
光の占める割合を図１９に示す。図１９に示すように、
領域Ａにおいては外界光が、領域Ｃにおいては表示光が
それぞれ１００％を占め、領域Ｂでは外界光と表示光が
混在した状態である。
【００７０】画像表示手段１０に表示する画像に、撮像
系６０で取得した外界像を重畳させない場合、領域Ｂの
部分には表示画像は無く、仮想物体Ｉを表示する領域Ｃ
の部分にのみ画像が存在する。よって、領域Ｂは“黒”
表示であり、もともと表示光は無いため、暗くなってし
まう。
系６０で取得した外界像を重畳させない場合、領域Ｂの
部分には表示画像は無く、仮想物体Ｉを表示する領域Ｃ
の部分にのみ画像が存在する。よって、領域Ｂは“黒”
表示であり、もともと表示光は無いため、暗くなってし
まう。
【００７１】一方、表示画像Ｉに、撮像系６０で取得し
た外界像Ｒを重合させた場合、領域Ｂの部分にはその位
置に相当する外界像が表示されている。このため、領域
Ｂにおいては、けられて暗くなる外界光を表示光が補完
し、図６における領域Ｄは発生しない。
た外界像Ｒを重合させた場合、領域Ｂの部分にはその位
置に相当する外界像が表示されている。このため、領域
Ｂにおいては、けられて暗くなる外界光を表示光が補完
し、図６における領域Ｄは発生しない。
【００７２】以上のように構成すると、仮想像Ｉの周囲
部分で空間変調素子４０、５０により部分的にけられる
外界の風景が、撮像系６０で受像し画像表示手段１０に
表示された外界像で補完されるため、違和感無く観察す
ることができる。
部分で空間変調素子４０、５０により部分的にけられる
外界の風景が、撮像系６０で受像し画像表示手段１０に
表示された外界像で補完されるため、違和感無く観察す
ることができる。
【００７３】なお、図１６の実施形態３、図１７の実施
形態４の画像観察装置の表示光学系２０として、図１
３、図１４、図１５に示した構成を用いてもよく、本発
明はこれに限定されるものでは無い。
形態４の画像観察装置の表示光学系２０として、図１
３、図１４、図１５に示した構成を用いてもよく、本発
明はこれに限定されるものでは無い。
【００７４】また実施形態１から４の画像観察装置に図
８、図９及び図１０〜図１２に示した原理を用いて、単
眼に複数個の視差画像を提示するようにしても良い。
８、図９及び図１０〜図１２に示した原理を用いて、単
眼に複数個の視差画像を提示するようにしても良い。
【００７５】また以上の各実施形態の画像観察装置Ｓを
図２０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（単眼視差も含めて）
を用いて仮想物体の立体画像観察が可能となり、より自
然に実空間と仮想物体の重畳を行うことができる画像観
察システムを達成することができる。
図２０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（単眼視差も含めて）
を用いて仮想物体の立体画像観察が可能となり、より自
然に実空間と仮想物体の重畳を行うことができる画像観
察システムを達成することができる。
【００７６】
【発明の効果】本発明によれば外界画像と表示画像の双
方を同一視野で、装置全体の簡素化を図りつつ良好に観
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
観察システムを達成することができる。
方を同一視野で、装置全体の簡素化を図りつつ良好に観
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
観察システムを達成することができる。
【００７７】この他本発明によれば、コンピュータグラ
フィックス等で作成した仮想像（表示画像）を現実空間
の光景（外界情報）に重ね合わせた際に、仮想像の周囲
が暗くなることを回避でき、表示画像と外界画像の双方
の画像を良好に観察することができる。また従来不可能
であった”黒い色”の表示が可能となる小型の画像観察
装置を達成することができる。
フィックス等で作成した仮想像（表示画像）を現実空間
の光景（外界情報）に重ね合わせた際に、仮想像の周囲
が暗くなることを回避でき、表示画像と外界画像の双方
の画像を良好に観察することができる。また従来不可能
であった”黒い色”の表示が可能となる小型の画像観察
装置を達成することができる。
【図１】 本発明の画像観察装置の基本概念の説明図
【図２】 本発明の画像観察装置における観察域の説明
図
図
【図３】 本発明の画像観察装置における観察域の説明
図
図
【図４】 本発明の画像観察装置における観察域の説明
図
図
【図５】 本発明の画像観察装置における観察域の説明
図
図
【図６】 本発明の画像観察装置における観察域の説明
図
図
【図７】 本発明の画像観察装置の基本概念の説明図
【図８】 本発明の画像観察装置の基本概念の説明図
【図９】 本発明の画像観察装置の基本概念の説明図
【図１０】 本発明の画像観察装置の基本概念の説明図
【図１１】 本発明の画像観察装置の基本概念の説明図
【図１２】 本発明の画像観察装置の基本概念の説明図
【図１３】 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１４】 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１５】 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１６】 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１７】 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１８】 本発明の画像観察装置の実施形態４におけ
る観察域の説明図
る観察域の説明図
【図１９】 本発明の画像観察装置の実施形態４におけ
る観察域の説明図
る観察域の説明図
【図２０】 本発明の画像観察システムの実施形態の要
部概略図
部概略図
【図２１】 従来の画像観察システムの説明図
Ｓ 画像観察装置 １０ 画像表示手段 １１ 画像情報 １２ コンデンサーレンズ １７ 表示素子 ２０ 表示光学系 ２２ ハーフミラー ３０ 第１の空間変調素子 ４０ 第２の空間変調素子 ３０ａ、４０ａ 透過領域 ３０ｂ、４０ｂ 遮光領域 Ｅ 観察眼 Ｐ 入射瞳 Ｆ 観察域 Ｒ 実物体 Ｄ 暗い領域 ＣＰ 制御手段 ２８、３１、３３、４１、４３、５０、６１ 偏光板 ３２ 液晶素子 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５ プリズム体 ６０ 撮像系 ６２ 結像光学系 ６３ 撮像素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA07 HA18 HA20 HA22 HA23 HA24 HA28 JA05 MA01 MA16
Claims (14)
- 【請求項１】外界の外界画像と表示手段に表示した表示
画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し双
方を同時観察する画像観察装置において、２次元画素構
造を有する第１の空間変調素子を有し、該第１の空間変
調素子により観察眼に入射する外界光束及び表示光束の
観察者の瞳孔位置での面積を該瞳孔面積よりも小さく制
限し、かつ外界光束及び表示光束の瞳孔位置での面積と
位置のうちの少なくとも一方を変化させるとともに、該
第１の空間変調素子よりも外界側に２次元画素構造を有
する第２の空間変調素子を有し、該第２の空間変調素子
の少なくとも一部領域を変調して該外界画像を構成する
光束と該表示画像を構成する光束の観察者側への入射状
態を切換可能とし、該表示画像の領域に対応して該外界
画像の領域からの光束を遮光あるいは減光するように該
第１および第２の空間変調素子を制御する制御手段を有
したことを特徴とする画像観察装置。 - 【請求項２】前記第１の空間変調素子による観察眼に入
射する外界光束及び表示光束の瞳孔位置での位置の変化
に対応して、前記第２の空間変調素子の変調領域を変化
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】前記第１の空間変調素子による観察眼に入
射する外界光束及び表示光束の瞳孔位置での位置の変化
に対応して、前記表示手段に表示する表示画像を切り換
え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】前記表示手段に切り換え表示する表示画像
は，表示光束の瞳孔位置での位置に対応した視差画像で
あり、単眼に複数の視差画像を入射させることを特徴と
する請求項３の画像観察装置。 - 【請求項５】前記第１の空間変調素子による観察眼に入
射する外界光束及び表示光束の瞳孔位置での位置の変化
は、眼の残像許容時間内に行われ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６】前記外界光束と前記表示光束は、前記第２
の空間変調素子に入射する際に，互いの偏光状態が異っ
ていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項
の画像観察装置。 - 【請求項７】前記第２の空間変調素子は、液晶素子を有
していることを特徴とする請求項項１から６のいずれか
一項の画像観察装置。 - 【請求項８】前記第１の空間変調素子は、透過型の液晶
素子を有していることを特徴とする請求項項１から７の
いずれか一項の画像観察装置。 - 【請求項９】前記外界画像を撮像する撮像手段を有する
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。 - 【請求項１０】前記撮像手段で取得した外界情報を基
に、前記表示画像を生成することを特徴とする請求項９
の画像観察装置。 - 【請求項１１】前記外界画像の前記第１及び第２の空間
変調素子でけられる前記表示画像の周囲領域を前記撮像
手段で撮像した画像情報で補完する補完手段を有するこ
とを特徴とする請求項９の画像観察装置。 - 【請求項１２】前記表示手段に表示した表示画像を観察
眼に導く表示光学系を有し、該表示光学系は、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１１のいずれか一項の画像観察装置。 - 【請求項１３】外界画像からの外界光束と表示手段に表
示した表示画像からの表示光束の双方を光路分割手段を
介して観察者側に導光し双方の画像を同時観察する画像
観察装置において、外界光束はノンパワーの光路を経て
観察者側に入射し、表示光束はパワーのある光路を経て
観察者側に入射する光学系を有し、２次元画素構造を有
する第１の空間変調素子を有し、該第１の空間変調素子
の変調により観察眼に入射する外界光束及び表示光束の
瞳孔位置での面積を該瞳孔面積よりも小さく制限し、か
つ該外界光束及び表示光束の観察者の瞳孔位置での光透
過の面積と位置の少なくとも一方を変化させるととも
に、該第１の空間変調素子よりも外界側に２次元画素構
造を有する第２の空間変調素子を有し、該第２の空間変
調素子の少なくとも一部領域を変調して該外界光束と該
表示光束の観察者側への入射状態を制御する制御手段を
有することを特徴とする画像観察装置。 - 【請求項１４】請求項１から１３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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000348033A JP2002148559A (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 画像観察装置及びそれを用いた画像観察システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000348033A JP2002148559A (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 画像観察装置及びそれを用いた画像観察システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002148559A true JP2002148559A (ja) | 2002-05-22 |
Family
ID=18821680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000348033A Pending JP2002148559A (ja) | 2000-11-15 | 2000-11-15 | 画像観察装置及びそれを用いた画像観察システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002148559A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008521023A (ja) * | 2004-11-05 | 2008-06-19 | エシロール アンテルナシオナル （コンパニー ジェネラレ ドプテイク） | オフサルミックレンズ及び光学結像器を備えたオフサルミックディスプレイ |
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| KR101839381B1 (ko) * | 2008-09-04 | 2018-04-26 | 인노베가 인코포레이션 | 디스플레이 및 비-디스플레이 정보를 처리하기 위한 방법 및 장치 |
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-
2000
- 2000-11-15 JP JP2000348033A patent/JP2002148559A/ja active Pending
Cited By (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11079596B2 (en) | 2009-09-14 | 2021-08-03 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | 3-dimensional electro-optical see-through displays |
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