JP2002156599A

JP2002156599A - 画像観察装置及びそれを用いた画像観察システム

Info

Publication number: JP2002156599A
Application number: JP2000349238A
Authority: JP
Inventors: Akinari Takagi; 章成高木; Tsutomu Ozaka; 勉尾坂
Original assignee: Mixed Reality Systems Laboratory Inc
Current assignee: Mixed Reality Systems Laboratory Inc
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】立体画像情報を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】複数の視差画像を表示する画像表示手
段、該画像表示手段からの光束を観察眼へ導く表示光学
系を有し、該表示光学系の射出瞳位置と該観察眼の入射
瞳位置を略一致させており、該表示光学系の射出瞳を複
数の領域に空間分割し、該各領域に対応する視差画像を
観察眼に入射させ、観察者の単眼に複数の視差画像が入
射するようにした画像観察装置において、該分割した射
出瞳の複数の領域の内、最外周の領域の面積を最外周以
外の領域に対し広くしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単眼に複数の視差
画像を入射させ，観察者の目が疲れず自然な状態で３次
元画像を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に関し、特に広画角の３次元表
示及び３次元観察を行うときに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、立体画像を再生する方法が様
々と提案されている。これらのうち両眼視差を用いて観
察者に立体視を行わせる方法（偏光メガネ方式、レンチ
キュラ方式など）は広く利用されている。この他、眼の
調節と輻輳の矛盾を回避するために，両眼視差のみに頼
らず、眼のその他の立体認識機能を満足する3次元像再
生の方法がいくつか試みられている。

【０００３】平成９年に通信・放送機構が発行した刊行
物「高度立体動画像通信プロジェクト最終成果報告書」
の第３章８節「超多眼領域の立体視覚に関する研究」に
よれば、瞳孔の空間周波数よりも高い周波数で視点が標
本化され実在の物体と同様に連続的な視差が再現される
「超多眼領域」の立体表示下においては、観察者の単眼
に複数の視差画像が入射しており、この効果として観察
者の眼の焦点調節が、両眼視差によって誘導される擬似
的な立体像の近傍に導かれ、観察者の疲労や違和感が軽
減される、とされている。つまり、従来から行われてい
る２視点からの視差画像を両眼に対して呈示する立体表
示方法を、ｎ視点からの視差画像をｎ視点に対して呈示
する方法に拡張し、なおかつｎ個の視点の隣り合う２点
間距離を観察者の瞳孔よりも小さくした場合、「単眼視
差効果」により目が疲れにくい立体表示となる、という
見解が示されている。

【０００４】しかし，「超多眼領域」の立体表示を行う
場合きわめて微少な視差像を観察者に呈示する必要があ
るため、非常に膨大な量の画像情報を取り扱う必要が生
じる。しかも全視差像を観察者の眼の残像許容時間内に
すべて表示しなければならないので、きわめて高速な情
報表示手段が必須となる。

【０００５】本出願人は、特願２０００−２８８５３号
において，非常に高速な画像表示手段、画像生成手段や
多数の画像表示手段を用いることなく「超多眼領域」の
立体表示が可能となる画像観察装置を提案している。こ
の方式は、表示光学系の射出瞳を光学的に複数の領域に
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ようにしたものであ
り，左右眼それぞれに画像観察装置を設けることによ
り、各画像観察装置で表示する視差画像の数を減らすこ
とを特徴としたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】広い画角で立体画像を
表示することができる画像観察装置を構成する場合、観
察視野の周辺部を注視する際の観察者の視線移動に伴う
瞳孔（入射瞳）位置の移動に対応するため、表示光学系
の射出瞳の大きさを大きく設定する必要が有る。例えば
図２３に示すように水平方向の表示画角を２θｄｅｇと
した場合、表示光学系の射出瞳に最低限必要とされる水
平方向の幅は２×Ｌ×ｓｉｎθとなる。ここでＬは眼球
回転中心０₁と観察眼入射瞳Ｐとの距離であり、約１０
ｍｍである。例えば、２θ＝３０°の場合、射出瞳の水
平方向の幅は、５．２ｍｍであり、２θ＝５０°の場
合、８．５ｍｍである。実際には、瞳孔の大きさや装着
時のずれ等を考慮し、上記値に対し余裕を取り、それぞ
れ８ｍｍ、１２ｍｍ程度の値を設定する。

【０００７】また、単眼に複数の視差画像を入射させる
ため、射出瞳の領域を複数に分割した各領域中心の間隔
は、例えば２ｍｍ程度と観察者の瞳孔の大きさよりも小
さくなければならない。つまり表示画角に関係なく、各
領域の大きさは、所定量以下である必要がある。

【０００８】以上の理由により、広画角な立体画像が観
察できる画像観察装置を提供するためには、多くの視差
画像を生成、表示する必要があり、非常に高速な画像表
示手段、画像生成手段そして多数の画像表示手段を用い
る必要が生じてくる。

【０００９】本発明は広い画角の超多眼領域の立体表示
ができ、観察者が立体画像を疲労や違和感がなく、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。

【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、複数の視差画像を表示する画像表示手段、該
画像表示手段からの光束を観察眼へ導く表示光学系を有
し、該表示光学系の射出瞳位置と該観察眼の入射瞳位置
を略一致させており、該表示光学系の射出瞳を複数の領
域に空間分割し、該各領域に対応する視差画像を観察眼
に入射させ、観察者の単眼に複数の視差画像が入射する
ようにした画像観察装置において、該分割した射出瞳の
複数の領域の内、最外周の領域の面積を最外周以外の領
域に対し広くしたことを特徴としている。

【００１１】請求項２の発明の画像観察装置は、複数の
視差画像を表示する画像表示手段、該画像表示手段から
の光束を観察眼へ導く表示光学系を有し、該表示光学系
の射出瞳位置と該観察眼の入射瞳位置を略一致させてお
り、該表示光学系の射出瞳を複数の領域に空間分割し、
該各領域に対応する視差画像を観察眼に入射させ、観察
者の単眼に複数の視差画像が入射するようにした画像観
察装置において、該表示光学系の射出瞳の大きさは観察
眼の入射瞳の大きさよりも大きく、かつ該観察眼の入射
瞳位置での該画像表示手段からの光束の大きさは、観察
眼の入射瞳の大きさと略同じまたはそれ以下であり、該
観察眼の入射瞳位置での該画像表示手段からの光束の位
置を変化させる制御手段を有していることを特徴として
いる。

【００１２】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検出系を有
し、該瞳孔位置検出系で検出される情報をもとに、前記
制御手段により該観察眼の入射瞳位置での該画像表示手
段からの光束の位置を変化させることを特徴としてい
る。

【００１３】請求項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、前記画像表示手段を照明する照
明光源を有する照明手段、該照明手段は前記表示光学系
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、該照明手段は複数の単位光源を有し、該複数の単位
光源の像は該表示光学系の射出瞳の複数の領域に形成さ
れ、該表示光学系の射出瞳を複数の照射領域に空間分割
し、かつ該各照射領域に対応して前記画像表示手段の表
示画像を切り換え制御することを特徴としている。

【００１４】請求項５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、前記画像表示手段は複数個の表
示素子から構成されており、該複数個の表示素子を照明
する照明光源を有する少なくとも一つの照明手段を有
し、該照明手段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、該照明手段は複数の
単位光源を有し、該複数の単位光源の像は該表示光学系
の射出瞳の複数の領域に形成され、該表示光学系の射出
瞳を複数の照射領域に空間分割しており、該複数の単位
光源からの光束の該射出瞳面上の照射に対応して前記複
数個の表示素子に表示する視差画像を制御することを特
徴としている。

【００１５】請求項６の発明は請求項５の発明におい
て、前記照明手段を複数個有し、該各照明手段の照明光
源が有する複数個の単位光源からの光束の照射を時分割
制御することにより、前記表示光学系の射出瞳の複数の
領域への光束の入射を時分割制御するとともに、該各領
域に対応して前記複数個の表示素子に表示する視差画像
を切り換え制御することを特徴としている。

【００１６】請求項７の発明は請求項４から６のいずれ
か１項の発明において、前記照明光源の複数個の単位光
源は、発光体アレイにより構成されていることを特徴と
している。

【００１７】請求項８の発明は請求項４から６のいずれ
か１項の発明において、前記照明光源の複数個の単位光
源は、面光源と透過型の空間変調素子を有していること
を特徴としている。

【００１８】請求項９の発明は請求項４から６のいずれ
か１項の発明において、前記照明手段の複数個の照明光
源は、面光源と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。

【００１９】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において、前記画像表示手段は、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。

【００２０】請求項１１の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において、前記画像表示手段は、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。

【００２１】請求項１２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を有し
ており、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、該
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領域に分
割しており、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の複数
の領域に入射する光束を制御し、かつ該各領域への光束
の入射状況に対応して、前記画像表示手段に表示する視
差画像を切換制御することを特徴としている。

【００２２】請求項１３の発明は請求項１２の発明にお
いて、前記空間変調素子は、透過型の空間変調素子であ
ることを特徴としている。

【００２３】請求項１４の発明は請求項１２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。

【００２４】請求項１５の発明は請求項１から１４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。

【００２５】請求項１６の発明の画像観察システムは請
求個１から１５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。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１から図５は、本発明の画像観
察装置の基本概念の説明図である。本発明による画像観
察装置Ｓは、複数個の単位光源から構成される照明光源
１１を有する照明手段１０、視差画像を含む画像情報２
１を表示する画像表示手段２０、表示光学系３０、制御
手段４０を有している。

【００２７】図１において、照明手段１０は表示光学系
３０の入射瞳の位置Ｐａ又はその近傍に配置され、表示
光学系３０により入射瞳Ｐａと共役関係にある表示光学
系３０の射出瞳Ｐｂの位置に照明光源１１の像１１’を
形成する。

【００２８】観察者は眼Ｅの入射瞳Ｐを表示光学系３０
の射出瞳Ｐｂに略一致させ、（画像を観察することがで
きる程度、以下同じ）照明手段１０により照明された画
像表示手段２０に表示された画像情報２１の表示光学系
３０による像（拡大虚像）２１’を観察する。表示光学
系３０は画像表示手段２０の表示素子面の拡大虚像を例
えば眼Ｅから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。

【００２９】次に単眼Ｅに複数の視差画像を順次入射さ
せる方法を図２〜図４を用いて説明する。図２〜図４は
本発明による画像観察装置Ｓの上面図である。簡単のた
め図２〜図４においては、水平方向に３つの視差画像を
表示する場合を示すが、この数に限られるものではな
く、又、垂直方向にも複数の視差画像も含め表示画角及
び解像力等に基づき任意の数の視差画像を入射させても
良い。例えば、水平方向に４つの視差画像、垂直方向に
３つの視差画像の合計１２の視差画像を入射させる構成
としても良い。

【００３０】照明光源１１は複数個の単位光源１１ａ、
１１ｂ、１１ｃにより構成され、図２、図３、図４に示
すように，制御手段４０により順次（時系列に）点灯さ
れる。射出瞳Ｐｂの各領域１１ａ’〜１１ｃ’には各々
光源１１ａ〜１１ｃの像が形成される。これにより表示
光学系３０の射出瞳Ｐｂは複数の領域（１１ａ’、１１
ｂ’、１１ｃ’）に空間分割され、各領域１１ａ’〜１
１ｃ’へ入射される光束を時分割制御することができ
る。このとき制御手段４０は、上記単位光源の切り換え
に対応して、画像表示手段２０に表示する画像情報２１
をそれぞれ視差のある画像情報２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
に切り換える。画像情報２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、再
現する物体を瞳面Ｐ上でそれぞれの領域１１ａ’、１１
ｂ’、１１ｃ’の中心位置を視点としたときに得られる
（観察される）微小視差画像である。制御手段４０によ
る光源１１及びそれに同期した画像情報２１の切り換え
は、観察者の眼の残像許容時間より短い周期で繰り返し
行うため、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。

【００３１】照明手段１０の複数個の単位光源１１ａ〜
１１ｃから構成される照明光源１１は、図５（Ａ）に示
すような構造を有する。図５（Ａ）に示すように、照明
光源１１は領域的に分割された複数の単位光源５１から
構成されている。図５（Ａ）は表示画角および解像力等
を考慮し、例えば表示光学系の射出瞳Ｐｂの大きさを１
０．５ｍｍ×１０．５ｍｍとし、観察眼Ｅの入射瞳Ｐを
分割する領域の中心間隔を１．５ｍｍとした場合を示
し、水平方向に７つの視差画像、垂直方向に７つの視差
画像、合計４９視差の場合である。単位光源５１は図２
〜図４における単位光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃに相当
する。従来の画像観察装置においては、４９個の単位光
源５１全てを順次点灯し、それに同期して画像表示手段
２０に表示する視差画像を切り換えるという動作を眼の
残像許容時間より短い周期で繰返し行う必要が有った。
表示画角が小さく観察眼に提示する視差画像の数が少な
い場合は、それ程高速な動作を行う画像表示手段を用い
る必要が無いが、図５（Ａ）に示すように、４９個の視
差画像を眼の残像許容時間より短い時間で表示するに
は、非常に高速な動作をする画像表示手段が必要であっ
た。

【００３２】本発明による画像観察装置では、制御手段
４０は、照明光源１１を構成する複数の単位光源５１を
全て時分割点灯するのではなく、表示する画像情報や後
述する瞳孔位置検出手段からの情報を基に、観察眼Ｅの
瞳孔位置に応じて、選択的に単位光源を点灯する。図５
（Ｂ），（Ｃ）を用いて説明する。図５（Ｂ），（Ｃ）
は、照明光源１１を示し，図中Ｐ’は観察眼Ｅの瞳孔Ｐ
の表示光学系３０による照明光源１１の位置への投影像
である。

【００３３】例えば、図５（Ｂ）に示すように観察者が
視野中心部を注視している場合、瞳孔Ｐの投影像Ｐ’の
位置及び大きさに対応する９個の単位光源５１ａ（図中
斜線部）のみ順次点灯し、それに同期して画像表示手段
２０に各単位光源の位置に対応する視差画像を表示す
る。また、図５（Ｃ）に示すように、観察者が視野周辺
部を注視している場合も同様に、瞳孔Ｐの投影像Ｐ’の
位置に対応する９個の単位光源５１ａ（図中斜線部）の
み順次点灯し、それに同期して画像表示手段２０に各単
位光源の位置に対応する視差画像を表示する。

【００３４】以上のように構成すると、画像表示手段２
０で表示する視差画像の数は常に９個となり、大幅に数
を減らすことが可能となり、非常に高速な画像表示手段
を用いることなく、広い視野の画像観察装置を構成する
ことができる。

【００３５】また、図５に示した例では、あらかじめ４
９個の単位光源を設け、選択的に順次点灯を行っている
が、照明光源を３×３の９個の単位光源で構成し、観察
眼Ｅの瞳孔Ｐ位置に対応して、照明光源自体を機械的に
動かすような構成としても良い。

【００３６】さらに、立体視においては水平方向の視差
の影響力が垂直方向の視差の影響よりも大きいため、垂
直方向の視差画像の数を水平方向の視差画像の数よりも
少なく設定することにより、さらに表示する視差画像の
数を減らすことが可能となる。例えば、図６（Ａ）は照
明光源１１を構成する単位光源５１の数を、水平方向に
７個、垂直方向に３個、合計２１個とした場合であり、
図５（Ａ）に示す構成に対して減らしても、同様の効果
を得ることができる。制御手段４０は、図５（Ｂ）、
（Ｃ）に示した方法と同様に観察者の瞳孔Ｐの投影像
Ｐ’の位置に対応して、単位光源を選択点灯し，視差画
像を観察眼に提示する。

【００３７】なお、照明光源１１上の瞳孔Ｐの投影像の
位置に対応する全ての単位光源５１ａを点灯する必要は
無く、瞳孔位置に対応する単位光源の中から任意の個数
の単位光源をさらに選択し、点灯して視差画像を観察眼
に提示するようにしても良い。例えば図６（Ｃ）におい
て、観察者の瞳孔Ｐの投影像Ｐ’の位置に対応する単位
光源５１ａは６個であるが、このうちの３個を選択的に
順次点灯させたり、図５（Ｂ）、（Ｃ）において、６個
の単位光源を選択的に順次点灯させる。このように構成
すると、観察眼の瞳孔位置に関わらず表示する視差画像
の数を固定できるため，装置の構成が簡単になる。

【００３８】図５（Ｂ）において、表示光学系の射出瞳
の大きさは照明光源１１を全てカバーする大きさであ
り、発光させる単位光源は観察眼入射瞳の大きさに相当
する５１ａの部分のみとなり、光源により照明された観
察眼入射瞳位置での画像表示手段からの光束の大きさは
観察眼入射瞳の大きさと同じ又はそれ以下となってい
る。

【００３９】以上示したように、表示光学系の射出瞳の
大きさを、観察眼の瞳孔よりも大きく設定し、図５及び
図６に示す光源の制御により、観察眼の瞳孔位置に対応
する表示光束のみ生成することにより、観察眼の入射瞳
Ｐ位置での画像表示手段からの光束の大きさが、観察眼
の入射瞳Ｐの大きさと略同じまたはそれ以下とされ、非
常に高速な画像表示手段を用いることなく、広画角な
「超多眼領域」の立体表示が可能となる。

【００４０】本実施形態において照明光源１１を図７
（Ａ）に示す構成としても、広い画角の表示観察が可能
となる。図７（Ａ）に示すように、照明光源１１を構成
する最外周領域の４つの単位光源５１ｃのうちの１つの
単位光源５１ｃの面積は、最外周領域以外の単位光源５
１ｂに対し、広く設定されている。制御手段は単位光源
５１ｂ、５１ｃ（図７（Ａ）に示す例では計７個）を順
次点灯し、それに同期して画像表示手段に各単位光源の
位置に対応する視差画像を表示する。このように構成す
ると、観察眼に提示する視差画像の数を多く設定するこ
となく、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、観察者が視
野内のどの位置を注視している場合でも、表示光束が観
察眼Ｅの瞳Ｐに入射し、画像を観察することが可能とな
るため非常に高速な画像表示手段を用いることなく、広
画角な「超多眼領域」の立体表示が可能となる。

【００４１】このように本実施形態では、表示光学系の
射出瞳の複数の領域に空間分割し、該各領域の位置に対
応する前期複数の視差画像を観察眼に入射させ、観察者
の単眼に複数の視差画像が入射するようにし、このとき
射出瞳の複数の領域の内、最外周の領域の面積を最外周
以外の領域に対し広くして、立体画像を良好に観察して
いる。

【００４２】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８〜図１１に示したよ
うな構造より構成している。

【００４３】図８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
漏れこむことを防ぐためのものである。

【００４４】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。

【００４５】図１０において、照明光源１１は冷陰極管
及び導光板などの面発光光源５６及び透過型液晶パネル
などの透過型の空間変調素子５７で構成される。透過型
の空間変調素子５７は画素構造を有し、単位光源５１は
透過型の空間変調素子５７の一画素あるいは数画素で構
成される。

【００４６】図１１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及び反射型の液
晶パネルなどの反射型の空間変調素子６０で構成され
る。レンズ５９は面発光光源５８の像を反射型の空間変
調素子６０上に形成する。反射型の空間変調素子６０は
画素構造を有し、単位光源５１は反射型の空間変調素子
６０の一画素あるいは数画素で構成される。

【００４７】ここで面発光光源５８からの光束はハーフ
ミラー６１で反射し、空間変調素子６０に入射する。空
間変調素子６０で光変調された光束はハーフミラー６１
を通過し、画像表示手段（図１参照）を照明する。

【００４８】以上のように構成することにより、領域的
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形であ
る必要は無く、円形、矩形、楕円形、多角形などでも良
い。また単位光源の配置は離散的、連続的どちらでも良
い。

【００４９】次に本発明の画像観察装置の各実施形態に
ついて説明する。（実施形態１）図１２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。本装置は複数個の単位光源か
ら構成される照明光源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。

【００５０】照明手段１０の複数の単位光源から射出し
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。

【００５１】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、非球面、楕円
面、双曲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２４は偏光板２３と透過偏光軸が直交す
るように配置されている。表示素子２５の“ＯＮ”表示
部分の画素からの反射光は、偏光方向が９０度回転して
いるため偏光板２４を通過し、観察眼Ｅに導かれる。し
かし、表示素子２５の“ＯＦＦ”表示部分の画素からの
反射光は、偏光方向が保存されているため偏光板２４で
遮断され、観察眼Ｅには入射しない。また、偏光板２４
は、照明光源１１から射出し偏光板２３を通過してハー
フミラー３１で観察眼Ｅ側に一部反射される光束を遮断
し、観察眼Ｅに入射することを防止する役割も有する。

【００５２】照明光源１１は表示光学系３０の入射瞳位
置Ｐａ又はその近傍に配置され、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Ｐｂの
位置又はその近傍に照明光源１１の像を形成する。観察
者は眼の入射瞳Ｐを表示光学系３０の射出瞳Ｐｂ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２
０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入射瞳Ｐの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。

【００５３】制御手段４０は照明光源１１及び表示素子
２５を適切に時分割切り換え制御することにより、図１
から７に示した原理に基づき観察者の単眼に複数の視差
画像を入射させ、これによって広画角な「超多眼領域」
の立体表示を可能としている。

【００５４】図１２に示した実施形態においては、表示
手段２０の表示素子として反射型の表示素子を用いた
が、図１３に示すように透過型の表示素子２６を用いて
も良い。

【００５５】図１３において、図１２に示す実施形態と
同じ役割を果たすものは、同じ符号を付し説明を略す。
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の表示素子である。表示
素子２６を通過した光束は、ハーフミラー３１と凹面鏡
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１１ｂが表示光学系３０の入
射瞳位置Ｐａに一致するように、その焦点距離及び位置
等が決められている。表示光学系３０は、その射出瞳Ｐ
ｂ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Ｐを表示光学系３０の射出瞳Ｐｂ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。

【００５６】制御手段４０は照明光源１１及び表示素子
２６を適切に時分割切り換え制御することにより、図１
から７に示した原理に基づき観察者の単眼に複数の視差
画像を入射させ、これによって広画角な「超多眼領域」
の立体表示を可能としている。（実施形態２）図１４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１３に示した実施
形態と同様に、複数個の単位光源から構成される照明光
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、制御手段４０とを有している。図１３に示す
実施形態と同じ役割を果たすものは、同じ符号を付し説
明を略す。

【００５７】照明手段１０の複数の照明光源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に入射した光束は臨界角以上
の入射角度で面３５に入射し全反射され、ミラー面３６
で反射されて再び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Ｐ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
虚像を例えば入射瞳Ｐの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。

【００５８】表示光学系３０は、その射出瞳の位置Ｐｂ
に照明光源１１の像を形成する。観察者は眼の入射瞳Ｐ
を表示光学系３０の射出瞳Ｐｂ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。

【００５９】制御手段４０は照明光源１１及び表示素子
２６を適切に時分割切り換え制御することにより、図１
から７に示した原理に基づき観察者の単眼に複数の視差
画像を入射させ、これにより広画角な「超多眼領域」の
立体表示を可能としている。

【００６０】図１４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１５に示すように反射型の表
示素子を用いても良い。なお、図１２及び図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。

【００６１】図１５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、反射型の表示素子
２５に入射する。反射型の表示素子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１２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
２５の“ＯＦＦ”表示部分の画素からの反射光は、偏光
板２４で遮断される。偏光板２４を通過した光束はプリ
ズム体３３により図１４で説明したのと同様に反射屈折
されつつ、観察眼Ｅに導かれる。プリズム１３で全反射
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。尚、本実施形態においてプリズム３
３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。

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

【００６３】制御手段４０は照明光源１１及び表示素子
２５を適切に時分割切り換え制御することにより、図１
から７に示した原理に基づき観察者の単眼に複数の視差
画像を入射させ、これにより広画角な「超多眼領域」の
立体表示を可能としている。

【００６４】図１２から図１５に示す実施形態において
は、複数の視差画像を観察眼に入射させるために、照明
光源及び表示素子を高速に時分割切り換え制御していた
が、表示手段を複数設けることによっても同様の効果を
得ることができる。（実施形態３）図１６は本発明の画像観察装置の実施形
態３の要部概略図である。本装置は複数個の照明光源７
１ａ、７１ｂ、７１ｃおよび各々に対応する複数個の表
示手段８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、そして表示光学系９０
を有している。

【００６５】照明光源７１ａから射出した光束は、透過
型の表示素子８１ａを通過しハーフミラー９５でその一
部が反射され、光学要素９６、９７で集束されつつ、ハ
ーフミラー９９でその一部が透過し、観察眼Ｅに導かれ
る。なお光学要素９７を構成する１つの面９８にはハー
フミラーコートが形成されている。照明光源７１ｂから
射出した光束は、透過型の表示素子８１ｂを通過しハー
フミラー９５でその一部が透過し、照明光源７１ａから
の光束の場合と同様に光学要素９６、９７、ハーフミラ
ー９９を介して観察眼Ｅに導かれる。照明光源７１ｃか
ら射出した光束は、透過型の表示素子８１ｃを通過しハ
ーフミラー９９でその一部が反射され、正の光学的パワ
ーを有するハーフミラー面９８で反射及び集束されつつ
再びハーフミラー９９を透過して、観察眼Ｅに導かれ
る。照明光源７１ａは表示光学系９０の入射瞳位置Ｐａ
又はその近傍に配置され、表示光学系９０はその射出瞳
上Ｐｂ又はその近傍に照明光源７１ａの像７１ａ’を形
成する。同様に照明光源７１ｂ、７１ｃから射出した光
束は、それぞれ透過型の表示素子８１ｂ、８１ｃを照明
し、表示光学系９０によりその射出瞳上に像７１ｂ’、
７１ｃ’を形成する。

【００６６】観察者は眼の入射瞳Ｐを表示光学系９０の
射出瞳に略一致させ、照明光源７１ａ、７１ｂ、７１ｃ
により照明された透過型の表示素子８１ａ、８１ｂ、８
１ｃに表示された画像情報の表示光学系９０による像を
観察する。表示光学系９０は透過型の表示素子８１ａ、
８１ｂ、８１ｃの表示素子面の拡大虚像を例えば入射瞳
Ｐの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。

【００６７】透過型表示素子８１ａ、８１ｂ、８１ｃに
は、それぞれ照明光源の像７１ａ’、７１ｂ’、７１
ｃ’に対応した視差画像を表示する。

【００６８】以上のように表示手段を複数設けることに
よって、高速な画像表示手段を用いることなく、観察者
の単眼に複数の視差画像を入射させ、これによって「超
多眼領域」の立体表示を可能としている。

【００６９】なお、図１６に示す実施形態において、カ
ラー画像表示を行う方法としては、照明光源７１ａ、７
１ｂ、７１ｃを白色光源で構成し、表示素子８１ａ、８
１ｂ、８１ｃをカラーフィルター付きのパネルで構成す
る方法や、照明光源７１ａ、７１ｂ、７１ｃをそれぞれ
例えば赤色、緑色、青色の光源で構成し、表示素子８１
ａ、８１ｂ、８１ｃを単色表示パネルで構成する方法な
どが適用できる。

【００７０】また、図１６において、照明光源７１ａ、
７１ｂ、７１ｃを図５から図７に示すような複数個の単
位光源で構成し、さらに表示素子８１ａ、８１ｂ、８１
ｃを時分割駆動して、単位光源の点灯と表示素子の表示
画像を適切に制御することにより、観察眼に提供する視
差画像の数を増やすことも可能である。（実施形態４）
次に本発明の画像観察装置の実施形態４について説明す
る。

【００７１】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１７に示すように画像観察装置を構成してい
る。

【００７２】図１７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。

【００７３】本発明による画像観察装置Ｓは、画像情報
１１１を表示するＥＬパネルなどの自発光型画像表示手
段１１０、リレー光学系１２０、表示光学系（接眼光学
系）１３０、空間変調素子１００、制御手段４０を有し
ている。

【００７４】図１７において、画像表示手段１１０に表
示された画像情報１１１は、リレー光学系１２０により
空中像１１１’として結像され、さらに表示光学系１３
０により拡大虚像１１１”として結像される。観察者は
眼の入射瞳Ｐを表示光学系１３０の射出瞳に略一致さ
せ、像１１１”を観察する。リレー光学系１２０及び表
示光学系１３０は、画像情報１１１の拡大虚像１１１”
を例えば入射瞳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。

【００７５】空間変調素子１００は表示光学系１３０の
入射瞳位置Ｐａ又はその近傍に配置され、表示光学系１
３０により入射瞳と共役関係にある表示光学系１３０の
射出瞳の位置Ｐｂまたはその近傍に空間変調素子１００
の像１００’を形成する。これにより空間変調素子１０
０の透過部、遮光部の位置や面積を制御することで、観
察者の入射瞳位置での入射光束の状態を変化させること
ができる。

【００７６】制御手段４０は空間変調素子１００及び画
像表示手段１１０を適切に時分割切り換え制御すること
により、図１から７に示した原理に基づき観察者の単眼
に複数の視差画像を入射させ、これにより広画角な「超
多眼領域」の立体表示を可能としている。（実施形態
５）図１８は本発明の画像観察装置の実施形態５の要部
概略図である。本装置は画像情報を表示する自発光型画
像表示手段１１０、リレー光学系１２０、空間変調素子
１００、画像情報を観察眼Eに導く表示光学系１３０、
制御手段４０を有している。

【００７７】画像表示手段１１０から射出した光束は、
リレー光学系１２０のリレーレンズ１２１で集束されつ
つ、偏光板１４１を通過し直線偏光となり、ハーフミラ
ー１３１でその一部が透過し、フィールドレンズ１２２
を介して空間変調素子１００に導かれる。空間変調素子
１００は画素構造を有する反射型の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９０度回転させて反射
し、“ＯＦＦ”部分の画素に入射した直線偏光の偏光方
向を保存して反射するという機能を有する。

【００７８】空間変調素子１００で反射された光束は、
画像表示手段１１０の空中像を形成し，ハーフミラー１
３１でその一部が反射し、凹面鏡１３２で反射され再び
ハーフミラー１３１でその一部が透過し、偏光板１４２
に導かれる。偏光板１４２は偏光板１４１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１００
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１４２を通過し、観察眼Ｅに
導かれる。しかし、空間変調素子１００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１４２で遮断され、観察眼Ｅには入射しない。
また、偏光板１４２は、画像表示手段１１０から射出し
偏光板１４１を通過してハーフミラー１３１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。

【００７９】空間変調素子１００は表示光学系１３０の
入射瞳位置に配置され、表示光学系１３０により入射瞳
と共役関係にある表示光学系１３０の射出瞳の位置に空
間変調素子１００の像を形成する。観察者は眼の入射瞳
Ｐを表示光学系１３０の射出瞳に略一致させ、画像表示
手段１１０に表示された画像情報のリレー光学系１２０
及び表示光学系１３０による像を観察する。リレー光学
系１２０及び表示光学系１３０は画像表示手段１１０の
表示素子面の拡大虚像を例えば入射瞳Ｐの２ｍ先に形成
するように、その位置及び焦点距離等が決められてい
る。

【００８０】制御手段４０は空間変調素子１００及び画
像表示手段１１０を適切に時分割切り換え制御すること
により、図１から７に示した原理に基づき観察者の単眼
に複数の視差画像を入射させ、これにより広画角な「超
多眼領域」の立体表示を可能としている。

【００８１】ここで、フィールドレンズ１２２を用いる
ことにより、瞳の結像関係と画像表示手段の結像関係を
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。

【００８２】図１８に示した実施形態においては、空間
変調素子１００として反射型素子を用いたが、図１９に
示すように透過型の空間変調素子１００を用いても良
い。

【００８３】図１９において、図１８に示す実施形態と
同じ役割を果たすものは、同じ符号を付し説明を略す。
画像表示装置１１０を射出した光束はリレー光学系１２
０で集束されつつ空間変調素子１００に導かれる。空間
変調素子１００は偏光板及び透過型液晶パネルなどで構
成される透過型の空間変調素子である。空間変調素子１
００を通過した光束は、ハーフミラー１３１、凹面鏡１
３２を含む表示光学系１３０により観察眼Ｅに導かれ
る。表示光学系１３０は、その射出瞳の位置に空間変調
素子７１の像を形成する。観察者は眼の入射瞳Ｐを表示
光学系１３０の射出瞳に略一致させ、画像表示手段１１
０に表示された画像情報の表示光学系１３０による像を
観察する。

【００８４】制御手段４０は空間変調素子１００及び画
像表示手段１１０を適切に時分割切り換え制御すること
により、図１から７に示した原理に基づき観察者の単眼
に複数の視差画像を入射させ、これにより広画角な「超
多眼領域」の立体表示を可能としている。

【００８５】図２０、図２１は各実施形態で用いる瞳孔
位置検出系（瞳孔位置検出手段）の具体的な構成を示し
たものである。図２０において瞳孔位置検出系１５０
は、眼球照明手段１５１及び眼球照明手段１５１からの
照明光の観察眼Ｅによる反射光を受光する受光手段１５
２、演算手段１５３を有している。瞳孔位置検出系１５
０は画像を観察するための表示光学系の光路等と干渉し
ない位置、例えば図２０の場合は上下方向に配置され
る。

【００８６】眼球照明手段１５１は赤外光ＬＥＤ等であ
る。赤外光を用いることにより、画像の観察に影響を与
えることなく瞳孔位置の検出を行っている。

【００８７】受光手段１５２はレンズ及びＣＣＤ等の撮
像素子から構成される。図２１（Ａ）、（Ｂ）は受光手
段１５２で受光した観察眼Ｅの像である。観察眼Ｅの各
部位からの反射光の強度は、まぶた等の皮膚及び強膜、
虹彩Ｉ、瞳孔Ｐの順で弱くなる。よって演算手段１５３
は受像した画像中で最も暗い部分を抽出し、その位置を
演算し、瞳孔位置を検出する。図２１（Ａ）は観察者が
視野中心部を注視している場合のものであり、図２１
（Ｂ）は観察者が視野周辺部（横）を注視している場合
のものである。

【００８８】瞳孔位置の検出方法としては、眼底反射光
を用いて検出しても良いし、受光素子としてラインセン
サー、ＰＳＤや四葉センサー等を用いて構成しても良
い。

【００８９】瞳孔位置検出手段１５０は、検出した瞳孔
位置の情報を制御手段４０に送り、制御手段４０はその
情報を基に照明手段１０及び表示手段２０あるいは空間
変調素子１００及び表示手段１１０を制御する。

【００９０】また、制御手段４０は、画像入力手段から
の画像情報を基に、高周波成分を含む画像の画面内の位
置などから観察者が注視する方向を自動的に判断し、予
想される瞳孔位置を演算して照明手段１０及び表示手段
２０あるいは空間変調素子１００及び表示手段１１０を
制御するようにしても良い。

【００９１】さらに、以上の各実施形態の画像観察装置
Ｓを図２２に示すように観察者の左右眼用に一対設ける
ように構成することにより、両眼視差を含めて立体視が
可能となり、さらに複数の視差画像を観察眼に提示する
ことができるため、両眼視差のみで立体画像を観察した
場合の、観察眼の輻輳と調節の矛盾による疲労を低減で
き、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。特に本発明の画像観察装置を用いて
構成すると、視野周辺部を注視しても光束がけられるこ
と無く眼に入射するため、広い画角の表示、観察が可能
となり、また奥行き方向に広い範囲で空間を再現するこ
とができる。

【００９２】また、図２２に示すように本発明による画
像観察装置を左右眼用に一対設けるように構成した場合
は、図７（ｃ）に示した場合よりもさらに注視位置が外
側になると、複数の視差画像が観察眼に入射しなくなる
が、少なくとも両眼視差により立体画像を観察すること
ができる。

【００９３】尚、以上の各実施形態において「表示光学
系の射出瞳を複数の領域に空間分割し、」とは、実施形
態１〜３においては、表示光学系の入射瞳位置に配置し
た照明光源を図５に示したような複数の単位光源で構成
することにより、射出瞳上に形成された単位光源の像
が、射出瞳を複数の領域に空間分割することであり、実
施形態４、５においては、表示光学系の入射瞳位置に二
次元画素構造を有する空間変調素子を配置することによ
り、射出瞳上に形成された空間変調素子の各画素の像
が、射出瞳を複数の領域に空間分割することにより行な
っている。

【００９４】又、観察眼の入射瞳位置での画像表示手段
からの光束の位置を変化させる制御手段として、実施形
態１〜３では、画像表示手段を照明する光源からの光束
の位置を変化させている。又、実施形態４、５では、自
発光型の画像表示手段を用いて光路中に設けた空間変調
素子により、画像表示手段からの光束の位置を変化させ
ている。

【００９５】

【発明の効果】本発明によれば広い画角の超多眼領域の
立体表示ができ、観察者が立体画像を疲労や違和感がな
く、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。

【００９６】この他本発明によれば、非常に高速な画像
表示手段、画像生成手段や多数の画像表示手段を用いる
ことなく広い画角の「超多眼領域」の立体表示が可能と
なり、装置の簡素化、小型化を図れ、観察者の観察時の
疲労や違和感を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図２】本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図３】本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図４】本発明の画像観察装置の光学系の基本概念の
説明図

【図５】本発明の画像観察装置の照明手段の説明図

【図６】本発明の画像観察装置の照明手段の説明図

【図７】本発明の画像観察装置の照明手段の説明図

【図８】本発明の画像観察装置の照明手段の説明図

【図９】本発明の画像観察装置の照明手段の説明図

【図１０】本発明の画像観察装置の照明手段の説明図

【図１１】本発明の画像観察装置の照明手段の説明図

【図１２】本発明の画像観察装置の実施形態１の要部
概略図

【図１３】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

【図１４】本発明の画像観察装置の実施形態２の要部
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

【図１６】本発明の画像観察装置の実施形態３の要部
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

【図１８】本発明の画像観察装置の実施形態５の要部
概略図

【図１９】本発明の画像観察装置の実施形態５の一部
分を変更したときの要部概略図

【図２０】本発明の画像観察装置の瞳孔位置検出手段
の説明図

【図２１】本発明の画像観察装置の瞳孔位置検出の説
明図

【図２２】本発明の画像観察システムの説明図

【図２３】観察者の観察眼と視野範囲との関係を示し
た説明図

【符号の説明】

Ｓ画像観察装置Ｐ射出瞳Ｅ眼球（観察眼）１０照明手段１１照明光源２０画像表示手段２１画像情報２２表示素子３０表示光学系４０制御手段５１単位光源５２発光体５４遮光板５５拡散板５７、６０空間変調素子２３、２４偏光板３３プリズム体１５１眼球照明手段１５２受光手段１５３演算手段

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

【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月１３日（２００１．４．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】図１５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、反射型の表示素子
２５に入射する。反射型の表示素子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１２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
２５の“ＯＦＦ”表示部分の画素からの反射光は、偏光
板２４で遮断される。偏光板２４を通過した光束はプリ
ズム体３３により図１４で説明したのと同様に反射屈折
されつつ、観察眼Ｅに導かれる。プリズム１３で全反射
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。尚、本実施形態においてプリズム１
３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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H059 AA35 AA38 5C061 AA01 AA11 AB11 AB18 AB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の視差画像を表示する画像表示手段、
該画像表示手段からの光束を観察眼へ導く表示光学系を
有し、該表示光学系の射出瞳位置と該観察眼の入射瞳位
置を略一致させており、該表示光学系の射出瞳を複数の
領域に空間分割し、該各領域に対応する視差画像を観察
眼に入射させ、観察者の単眼に複数の視差画像が入射す
るようにした画像観察装置において、該分割した射出瞳
の複数の領域の内、最外周の領域の面積を最外周以外の
領域に対し広くしたことを特徴とする画像観察装置。
【請求項２】複数の視差画像を表示する画像表示手段、
該画像表示手段からの光束を観察眼へ導く表示光学系を
有し、該表示光学系の射出瞳位置と該観察眼の入射瞳位
置を略一致させており、該表示光学系の射出瞳を複数の
領域に空間分割し、該各領域に対応する視差画像を観察
眼に入射させ、観察者の単眼に複数の視差画像が入射す
るようにした画像観察装置において、該表示光学系の射
出瞳の大きさは観察眼の入射瞳の大きさよりも大きく、
かつ該観察眼の入射瞳位置での該画像表示手段からの光
束の大きさは、観察眼の入射瞳の大きさと略同じまたは
それ以下であり、該観察眼の入射瞳位置での該画像表示
手段からの光束の位置を変化させる制御手段を有してい
ることを特徴とする画像観察装置。
【請求項３】観察者の瞳孔位置を検出する瞳孔位置検出
系を有し、該瞳孔位置検出系で検出される情報をもと
に、前記制御手段により該観察眼の入射瞳位置での該画
像表示手段からの光束の位置を変化させることを特徴と
する請求項２の画像観察装置。
【請求項４】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、該照明手段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、該照明手
段は複数の単位光源を有し、該複数の単位光源の像は該
表示光学系の射出瞳の複数の領域に形成され、該表示光
学系の射出瞳を複数の照射領域に空間分割し、かつ該各
照射領域に対応して前記画像表示手段の表示画像を切り
換え制御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。
【請求項５】前記画像表示手段は複数個の表示素子から
構成されており、該複数個の表示素子を照明する照明光
源を有する少なくとも一つの照明手段を有し、該照明手
段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、該照明手段は複数の単位光源を有
し、該複数の単位光源の像は該表示光学系の射出瞳の複
数の領域に形成され、該表示光学系の射出瞳を複数の照
射領域に空間分割しており、該複数の単位光源からの光
束の該射出瞳面上の照射に対応して前記複数個の表示素
子に表示する視差画像を制御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。
【請求項６】前記照明手段を複数個有し、該各照明手段
の照明光源が有する複数個の単位光源からの光束の照射
を時分割制御することにより、前記表示光学系の射出瞳
の複数の領域への光束の入射を時分割制御するととも
に、該各領域に対応して前記複数個の表示素子に表示す
る視差画像を切り換え制御することを特徴とする請求項
５の画像観察装置。
【請求項７】前記照明光源の複数個の単位光源は、発光
体アレイにより構成されていることを特徴とする請求項
４から６のいずれか一項の画像観察装置。
【請求項８】前記照明光源の複数個の単位光源は、面光
源と透過型の空間変調素子を有していることを特徴とす
る請求項４から６のいずれか一項の画像観察装置。
【請求項９】前記照明手段の複数個の照明光源は、面光
源と反射型の空間変調素子を有していることを特徴とす
る請求項４から６のいずれか一項の画像観察装置。
【請求項１０】前記画像表示手段は、透過型の空間変調
素子を有していることを特徴とする請求項１から９のい
ずれか一項の画像観察装置。
【請求項１１】前記画像表示手段は、反射型の空間変調
素子を有していることを特徴とする請求項１から９のい
ずれか一項の画像観察装置。
【請求項１２】前記画像表示手段は自発光型の画像表示
素子または光源一体型の画像表示素子を有しており、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、該空間変調素
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領域に分割してお
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の複数の領域に
入射する光束を制御し、かつ該各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視差画像を
切換制御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。
【請求項１３】前記空間変調素子は、透過型の空間変調
素子であることを特徴とする請求項１２の画像観察装
置。
【請求項１４】前記空間変調素子は、反射型の空間変調
素子であることを特徴とする請求項１２の画像観察装
置。
【請求項１５】前記表示光学系は、アジムス角度により
光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を含む
プリズム体を有していることを特徴とする請求項１から
１４のいずれか一項の画像観察装置。
【請求項１６】請求項１から１５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。