JP2004226958A - Stereoscopic observation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stereoscopic observation device of type not requiring wearing of spectacles a by which a bright image is obtained, the degree of freedom in terms of a position where observation is realized by an observer's pupils is large, the distortion of the image is not caused even if the pupils are swayed, and the stereoscopic observation is realized in easy observation attitude. <P>SOLUTION: The stereoscopic observation device is constituted of image projecting means 147 and 148 forming an image by nearly matching two images having parallax each other on the same plane through exit pupils 158 and 159, a hologram type diffraction optical device 155 having an action of diffusing and transmitting incident luminous flux and arranged at or near the image forming position of the image projecting means, and a Fresnel concave mirror 160 having an action of reflecting and condensing the diffused luminous flux transmitted through the hologram type diffraction optical device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、個人がメガネを使用しないで3D観察するタイプの立体観察装置に関する。   The present invention relates to a stereoscopic observation device of a type in which an individual performs 3D observation without using glasses.

従来、この種の立体観察装置としては、例えば特許文献1に記載の観察装置が提案されている。   Conventionally, as this type of stereoscopic observation device, for example, an observation device described in Patent Document 1 has been proposed.

この観察装置は、図67に示すように、2つの表示装置51R,51Lと、2つの凹面鏡52R,52Lと、凹面鏡52R,52Lに対向して設けられた1枚の凹面鏡53とで構成されている。凹面鏡52R,52Lは、共に、曲率半径及び曲率中心点を一致させて構成されている。なお、図中、54R,54Lは観察者の左右の瞳である。   As shown in FIG. 67, this observation device includes two display devices 51R and 51L, two concave mirrors 52R and 52L, and one concave mirror 53 provided to face the concave mirrors 52R and 52L. I have. Both the concave mirrors 52R and 52L are configured such that the radius of curvature and the center of curvature are matched. In the drawing, 54R and 54L are left and right pupils of the observer.

図68は図67の装置を側方から見た図である。なお、図68では説明の便宜上、上下を逆にして示してある。また、表示装置は図示を省略してある。また、図中、54R'(54L'),54R"(54L")は、観察者の瞳と共役な位置を示している。   FIG. 68 is a side view of the apparatus of FIG. 67. Note that FIG. 68 is shown upside down for convenience of description. The display device is not shown. In the drawing, 54R '(54L') and 54R "(54L") indicate positions conjugate with the pupil of the observer.

図67に示した表示装置51R(51L)は、図68に示す無限遠の位置PR(∞)(PL(∞))から焦点位置PR(f)(PL(f))までの範囲に配置されている。   The display device 51R (51L) shown in FIG. 67 is arranged in a range from a position PR (∞) (PL (∞)) at infinity to a focus position PR (f) (PL (f)) shown in FIG. ing.

表示装置51R(51L)を無限遠の位置PR(∞)(PL(∞))に配置した場合は、表示装置51R(51L)から出射した光が、凹面鏡52R(52L)で反射した後、凹面鏡53の前側焦点位置Aで結像し、凹面鏡53で反射し、平行光となって観察者の瞳54R(54L)に導かれる。   When the display device 51R (51L) is arranged at the position PR (∞) (PL (∞)) at infinity, the light emitted from the display device 51R (51L) is reflected by the concave mirror 52R (52L) and then reflected by the concave mirror. An image is formed at the front focal position A of 53, reflected by the concave mirror 53, converted into parallel light, and guided to the pupil 54R (54L) of the observer.

表示装置51R(51L)を凹面鏡52R(52L)の前側焦点位置PR(f)(PL(f))に配置した場合は、表示装置51R(51L)から出射した光が、凹面鏡52R(52L)で反射した後、平行光となり、凹面鏡53で反射した後、凹面鏡53の後側焦点位置Bで結像し、その後、像が広がって観察者の瞳54R(54L)に導かれる。   When the display device 51R (51L) is arranged at the front focal point position PR (f) (PL (f)) of the concave mirror 52R (52L), the light emitted from the display device 51R (51L) is reflected by the concave mirror 52R (52L). After being reflected, it becomes parallel light, and after being reflected by the concave mirror 53, forms an image at the rear focal position B of the concave mirror 53. Thereafter, the image spreads and is guided to the pupil 54R (54L) of the observer.

そして、このような従来の観察装置によれば、ハーフミラーを用いないで構成されているので、明るい3D画像を得ることができる。
特開昭51−24116号公報(第3頁、図3)
According to such a conventional observation device, a bright 3D image can be obtained because the observation device is configured without using a half mirror.
JP-A-51-24116 (page 3, FIG. 3)

上記のような立体観察装置では、像に歪みの発生する凹面鏡を2枚対面させているため、対面する2枚の凹面鏡の配置が、歪みを補い合うような配置に限定されるが、このような構成では、凹面鏡の取り付け誤差に対して像の歪みや焦点位置の変動が大きくなってしまう。このような問題を抑えるためには、凹面鏡の面精度を高精度に保つことが必要となるが、それでは凹面鏡の製作及び取り付けコストが高価なものになってしまう。   In the stereoscopic observation apparatus as described above, since two concave mirrors that cause distortion in the image face each other, the arrangement of the two concave mirrors facing each other is limited to an arrangement that compensates for the distortion. In the configuration, the distortion of the image and the fluctuation of the focal position increase with respect to the mounting error of the concave mirror. In order to suppress such a problem, it is necessary to keep the surface accuracy of the concave mirror high. However, the cost of manufacturing and mounting the concave mirror becomes expensive.

また、観察者が対面する面が凹面鏡であるため、観察位置のずれに対しても像の歪みが大きく観察の自由度が少なく、観察位置及び観察姿勢が限定させられてしまい、観察時の取扱いが不便であった。   In addition, since the surface facing the observer is a concave mirror, image distortion is large even when the observation position is displaced, and the degree of freedom of observation is small, and the observation position and observation posture are limited. Was inconvenient.

また、観察の自由度を上げるためには、射出瞳を大きくする必要があるが、上記のような構成の観察装置において射出瞳を大きくするには、凹面鏡を大きくしなければならず、表示装置全体が大型化してしまう。   In order to increase the degree of freedom of observation, it is necessary to enlarge the exit pupil. However, in order to increase the exit pupil in the observation device having the above configuration, the concave mirror must be enlarged, and the display device The whole becomes large.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、明るい画像が得られ、観察者の瞳で観察できる位置の自由度が大きく、瞳を振っても画像の歪みが発生せず、楽な観察姿勢で立体観察することが可能なメガネなしタイプの立体観察装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a bright image, a large degree of freedom in the position observable by the observer's pupil, and no image distortion even when the pupil is shaken. It is an object of the present invention to provide a glasses-free type stereoscopic observation apparatus capable of performing stereoscopic observation in various observation postures.

上記目的を達成するため、本発明の立体観察装置は以下の特徴を有する。
(1) 射出瞳を通して同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像する画像投影手段と、
入射光束を拡散して透過する作用を有し、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置されるホログラム型回折光学素子と、
前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光する作用を有するフレネル凹面鏡で構成される。
(2) (1)において、前記ホログラム型回折光学素子は入射光束を0次光と±1次光の3つの光束に分離し、そのうち±1次光のみを拡散する作用を有する。
(3) (2)において、前記ホログラム型回折光学素子によって分割透過された±1次光の光線屈曲に伴う可視域波長分散(ホログラム型回折光学素子を透過する波長450nmの光線の屈曲量と、波長650nmの光線の屈曲量の差)は、±1次光の光線拡散角の1/2以下である。
(4) 観察者が直接画像表示面を目視して立体観察する立体観察装置であって、
前記立体観察装置は画像投影手段とホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡を備え、
前記画像投影手段が有する画像表示手段に表示された互いに視差を有する2つの画像は、前記画像投影手段の2つの射出瞳を通して同一平面上に略一致させて投影結像され、
前記画像投影手段の2つ射出瞳の像は、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置される前記ホログラム型回折光学素子とその後方に配置されるフレネル凹面鏡を組合わせて構成した画像表示パネルによって観察者の左右の目の位置近傍にそれぞれ拡大して投影結像され、
観察者は前記拡大して投影結像された2つの射出瞳の像を覗き込むことにより、前記画像表示パネルに投影結像された画像を立体的に観察するように構成される。
(5) (4)において、前記画像表示パネルは前記射出瞳の像を0次光による像と±1次光による像の3つの射出瞳像に分離し、そのうち±1次光による像のみを拡大する作用を有し、
観察者の左右の目に対して略縦方向に前記3つの像を投影結像するように配置される。
(6) (4)において、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡は、前記画像投影手段の射出瞳を、立体観察装置を観察する観察者の近傍に、かつ、画像を観察する観察者に対して略縦方向に長い形状に投影する。
(7) (6)において、前記画像投影手段から白色光を照射したときに、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡により前記画像投影手段の射出瞳が投影されてできる縦長形状瞳内部の色度(XYZ表色系)を測定し、縦長形状瞳の中心部の色度を(x,y)=(X,Y)とした場合、
(x,y)=(X±0.05,Y±0.05)
の範囲で測定される領域が前記縦長形状瞳中心部を含み直径φ50mm以上ある。
(8) (4)において、前記ホログラム型回折光学素子のレンズ作用としてのパワーは、前記フレネル凹面鏡のレンズ作用としてのパワーの1/10以下である。
(9) (4)において、前記画像投影手段の明るさは200ANSIルーメン以下である。
(10) (4)において、前記画像投影手段は2つの画像表示手段と、前記2つの画像表示手段に表示された画像を投影する2つの画像投影光学系を有し、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面の法線と、前記2つの画像投影光学系の光軸はそれぞれ略平行であり、かつ、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面と前記2つの画像表示手段の画像表示面はそれぞれ略平行である。
(11) (4)において、前記画像投影手段が片方の射出瞳のみから片眼分の画像を投影した場合、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値と、画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値は以下の条件を満たす。
In order to achieve the above object, the stereoscopic observation device of the present invention has the following features.
(1) image projection means for forming two images having parallax from each other on the same plane through the exit pupil so as to substantially coincide with each other;
A hologram-type diffractive optical element having an effect of diffusing and transmitting an incident light beam and being arranged at or near an image forming position of the image projecting means;
The hologram type diffractive optical element is constituted by a Fresnel concave mirror having an action of reflecting and condensing a diffused light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element.
(2) In (1), the hologram type diffractive optical element has an action of separating an incident light beam into three light beams of zero-order light and ± first-order light, and diffusing only ± first-order light among them.
(3) In (2), visible wavelength dispersion (bending amount of a light beam having a wavelength of 450 nm transmitted through the hologram type diffractive optical element, which is caused by bending of the ± first-order light beams divided and transmitted by the hologram type diffractive optical element, The difference in the amount of bending of a light beam having a wavelength of 650 nm) is equal to or less than の of the light diffusion angle of ± first-order light.
(4) A stereoscopic observation device in which an observer directly observes an image display surface to perform stereoscopic observation,
The stereoscopic observation device includes image projection means, a hologram type diffractive optical element, and a Fresnel concave mirror,
The two images having parallax displayed on the image display unit of the image projection unit are projected and formed substantially coincident on the same plane through two exit pupils of the image projection unit,
An image of the two exit pupils of the image projecting means is an image formed by combining the hologram type diffractive optical element arranged at or near the image forming position of the image projecting means and a Fresnel concave mirror arranged behind the hologram type diffractive optical element. The display panel magnifies and projects near the positions of the left and right eyes of the observer,
An observer is configured to stereoscopically observe the image projected and formed on the image display panel by looking into the enlarged and projected images of the two exit pupils.
(5) In (4), the image display panel separates the image of the exit pupil into three exit pupil images of an image based on the 0th-order light and an image based on the ± first-order light. Has the effect of expanding,
The three images are arranged so as to be projected and formed substantially vertically with respect to the left and right eyes of the observer.
(6) In (4), the hologram-type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror move the exit pupil of the image projection means to a position near an observer who observes a stereoscopic observation device and to an observer who observes an image. On the other hand, it is projected in a shape that is substantially long in the vertical direction.
(7) In (6), when white light is radiated from the image projection means, a color inside a vertically long pupil formed by projecting an exit pupil of the image projection means by the hologram diffractive optical element and the Fresnel concave mirror. When the chromaticity (XYZ color system) is measured and the chromaticity at the center of the vertically long pupil is (x, y) = (X, Y),
(X, y) = (X ± 0.05, Y ± 0.05)
The area measured in the range of includes the central portion of the elongated pupil and has a diameter of φ50 mm or more.
(8) In (4), the power of the hologram type diffractive optical element as a lens function is 1/10 or less of the power of the Fresnel concave mirror as a lens function.
(9) In (4), the brightness of the image projection means is 200 ANSI lumen or less.
(10) In (4), the image projection means has two image display means and two image projection optical systems for projecting images displayed on the two image display means, and the hologram type diffractive optical element And the optical axes of the two image projection optical systems are substantially parallel to each other, and the image projection surface of the hologram type diffractive optical element and the image display surface of the two image display means are: Each is substantially parallel.
(11) In (4), when the image projection means projects an image for one eye only from one exit pupil, the luminance at the center of the projected image is measured from the center position of the projection pupil at which the observer can observe the image. The measured value and the measured value obtained by measuring the luminance at the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the image cannot be observed satisfy the following conditions.

H2/H1<0.05
ただし、H1は観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値、H2は観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値である。
(12) (4)において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料に対して可干渉な複数の光源のうち、1つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面上近傍にその他の光源の発光面中心を配置して、それぞれの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム型回折光学素子と画像投影手段は、前記1つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面が、観察者の両眼のそれぞれ中心を結ぶ直線と、画像投影手段が有する2つの射出瞳のそれぞれ中心を結ぶ直線に対して略直交するように、立体観察装置にそれぞれ配置される。
(13) (4)において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の記録面中心位置から、前記可干渉な複数の光源の各発光面中心までの距離は略一定である。
(14) (4)において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の露光面のどの位置から見ても、前記2つの光源の各発光面中心を見込む角度は20°以下である。
(14) (4)において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の露光面のどの位置から見ても、前記2つの光源の各発光面中心を見込む角度は20°以下である。
H2 / H1 <0.05
Here, H1 is a measurement value obtained by measuring the luminance at the center of the projected image from the center position of the projected pupil where the observer can observe the image, and H2 is the luminance at the center of the projected image from the center position of the projected pupil where the observer cannot observe the image. Is a measured value.
(12) In (4), the hologram-type diffractive optical element includes a light-emitting surface center of one light source and an exposure surface normal of the hologram recording material among a plurality of light sources that are coherent with the hologram recording material. It is manufactured by arranging the light emitting surface centers of other light sources in the vicinity of the plane, and performing interference exposure of light beams from the respective light sources,
The hologram type diffractive optical element and the image projecting means may be configured such that a plane including the center of the light emitting surface of the one light source and the normal of the exposure surface of the hologram recording material connects a straight line connecting the centers of both eyes of the observer, The two exit pupils of the means are respectively arranged in the stereoscopic observation apparatus so as to be substantially orthogonal to a straight line connecting the centers of the two exit pupils.
(13) In (4), the hologram-type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from a plurality of light sources that are capable of interfering with the hologram recording material.
The distance from the center position of the recording surface of the hologram recording material to the center of each light-emitting surface of the plurality of coherent light sources is substantially constant.
(14) In (4), the hologram-type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources that are capable of interfering with the hologram recording material.
From any position on the exposure surface of the hologram recording material, the angle at which the center of each light emitting surface of the two light sources is seen is 20 ° or less.
(14) In (4), the hologram-type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources that are capable of interfering with the hologram recording material.
From any position on the exposure surface of the hologram recording material, the angle at which the center of each light emitting surface of the two light sources is seen is 20 ° or less.

ここで、2つの光源の各発光面中心を見込む角度とは、ホログラム記録材料上の任意の1点とそれぞれの光源の発行面中心を結ぶ線分のなす角度である。
(15) (4)において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、前記2つの光源の片方を第1光源、もう片方を第2光源とすると、前記第1光源の発光面中心と、前記第2光源の発光面中心は、以下の条件を満たす位置関係を有する。
Here, the angle at which the center of each light emitting surface of the two light sources is seen is the angle formed by a line segment connecting an arbitrary point on the hologram recording material and the center of the light emitting surface of each light source.
(15) In (4), the hologram-type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources that are capable of interfering with the hologram recording material, and one of the two light sources is used as a first light source. Assuming that the other light source is the second light source, the center of the light emitting surface of the first light source and the center of the light emitting surface of the second light source have a positional relationship satisfying the following condition.

0.9<L1/L2<1.11
ただし、L1は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第1光源発光面中心までの距離、L2は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第2光源発光面中心までの距離である。
(16) (5)において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、
前記2つの光源の片方を第1光源、もう片方を第2光源とし、前記第2光源の縦長形状発光面の長手方向は、前記第1光源発光面中心と第2光源発光面中心とを結ぶ直線の方向と略一致し、前記第2光源は発光面形状が縦長形状であり、以下の条件を満たす。
0.9 <L1 / L2 <1.11
Here, L1 is the distance from the center of the exposure surface of the hologram recording material to the center of the first light source emission surface, and L2 is the distance from the center of the exposure surface of the hologram recording material to the center of the second light source emission surface.
(16) In the item (5), the hologram-type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources capable of cohering a hologram recording material,
One of the two light sources is a first light source and the other is a second light source, and the longitudinal direction of the vertically long light emitting surface of the second light source connects the center of the first light emitting surface and the center of the second light emitting surface. The direction substantially coincides with the direction of the straight line, and the second light source has a vertically long light emitting surface shape, and satisfies the following conditions.

L/S>1.3
ただし、Lは縦長形状光源発光面の長手方向の長さ、Sは縦長形状光源発光面の短手方向の長さである。
(17) (16)において、ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第1光源から単色光線をあてて発生する前記第2光源の1次像と、−1次像の少なくとも一方の像は、像の長手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を100%とすると、像の長手方向周辺部の回折光強度が40%以上ある。
(18) (16)において、ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第1光源から単色光線をあてて発生する前記第2光源の1次像と、−1次像の少なくとも一方の像は、像の短手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を100%とすると、像の短手方向周辺部の回折光強度が60%以上ある。
(19) (4)において、ホログラム型回折光学素子はさらに以下の特徴を有する。
・袋状のビニールバックと一体に構成され、
・さらに袋状のビニールバックとともに滅菌処理され、
・フレネル凹面鏡を覆うことができ、
・ディスポーザブルである。
(20) (5)において、前記画像投影手段の射出瞳が前記1次光により投影されてできた瞳の中心(瞳の形状の中心)と、同じく画像投影手段の射出瞳が前記−1次光により投影されてできた瞳の中心(瞳の形状の中心)は、いずれも画像投影手段の射出瞳が前記0次光により投影されてできた瞳の中心(瞳の形状の中心)に対して、瞳の結像投影位置で少なくとも50mm以上離れている。
(21) (20)において、前記画像投影手段の射出瞳が前記1次光により投影されてできた瞳と、画像投影手段の射出瞳が−1次光により投影されてできた瞳のうち、前記画像投影手段から遠い方の瞳からのみ観察者が画像を観察する。
(22) (1)〜(21)において、前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度の半値全幅で拡散角が8°以下である。
(23) (1)〜(21)において、前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度が1/10になる全幅で拡散角が12°以下である。
L / S> 1.3
Here, L is the length in the longitudinal direction of the vertically long light source light emitting surface, and S is the length of the vertically long light source light emitting surface in the short direction.
(17) In (16), a primary image of the second light source generated by applying a monochromatic light beam from the first light source to the hologram type diffractive optical element alone, and at least one of a primary image and a negative primary image, The intensity of the diffracted light is measured on a straight line passing through the center of the image in the longitudinal direction of the image. % Or more.
(18) In (16), for the hologram type diffractive optical element alone, at least one of a primary image of the second light source, which is generated by applying a monochromatic light beam from the first light source, and a minus primary image, The intensity of the diffracted light is measured on a straight line passing through the center of the image in the short direction of the image, and the intensity of the diffracted light at the center of the image is defined as 100%. Is 60% or more.
(19) In (4), the holographic diffractive optical element further has the following characteristics.
・ Integrated with a bag-shaped plastic bag,
・ Furthermore, it is sterilized with a bag-shaped plastic bag,
・ Can cover Fresnel concave mirror,
・ It is disposable.
(20) In (5), the center of the pupil (the center of the shape of the pupil) formed by projecting the exit pupil of the image projecting means by the primary light, and the exit pupil of the image projecting means may be the same as the minus primary. The center of the pupil (center of the shape of the pupil) formed by the light is the same as the center of the pupil (center of the shape of the pupil) formed by projecting the exit pupil of the image projection means with the zero-order light. At least 50 mm or more apart at the image projection position of the pupil.
(21) In (20), of the pupil formed by projecting the exit pupil of the image projecting means with the primary light and the pupil formed by projecting the exit pupil of the image projecting means with the −1st order light, The observer observes the image only from the pupil far from the image projection means.
(22) In any one of (1) to (21), the hologram type diffractive optical element has a diffusion angle of 8 ° or less at a full width at half maximum of transmitted light intensity.
(23) In any one of the constitutions (1) to (21), the hologram type diffractive optical element has a diffusion angle of 12 ° or less over the entire width at which the transmitted light intensity becomes 1/10.

本発明によれば、明るい画像が得られ、観察者の瞳で観察できる位置の自由度が大きく、瞳を振っても画像の歪みが発生せず、楽な観察姿勢で立体観察することが可能なメガネなしタイプの立体観察装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a bright image is obtained, the degree of freedom of the position which can be observed by the observer's pupil is large, the image is not distorted even if the pupil is shaken, and the stereoscopic observation can be performed in an easy observation posture. It is possible to provide a stereoscopic observation apparatus without glasses.

実施例の説明に先立ち、本発明の基本概念及び作用効果について説明する。
(請求項1、4)本請求項の構成によれば、画像投影手段が有する2つの射出瞳はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡の作用により観察者の近傍に投影される。
Prior to the description of the embodiments, the basic concept and operation and effect of the present invention will be described.
According to the present invention, the two exit pupils of the image projection means are projected to the vicinity of the observer by the action of the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror.

観察者はこの投影された2つの射出瞳から画像投影手段が投影する互いに視差を有する2つの画像のうち、右眼用の画像を右眼で、左眼用の画像を左眼で観察することができ、観察者はシャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく立体画像を観察することが出来る。
(請求項2、5)入射する光束を主に1次光、0次光、−1次光の3つの光束に分割し、特に1次光と−1次光を散乱光線として透過させるホログラム型回折光学素子について図5を用いて説明する。
The observer observes the image for the right eye with the right eye and the image for the left eye with the left eye among the two images having parallax mutually projected by the image projection means from the two projected exit pupils. Thus, the observer can observe a stereoscopic image without wearing glasses having a shutter function on the face.
(Claims 2 and 5) A hologram type in which an incident light beam is mainly divided into three light beams of primary light, zero-order light, and -1st-order light, and in particular, the primary light and the -1st-order light are transmitted as scattered light. The diffractive optical element will be described with reference to FIG.

図5中のホログラム型回折光学素子19は、自身に入射した光線を0次光20、1次光21、−1次光22として上下方向に分割透過させ、加えて1次光21と−1次光22は拡散光として透過させる。さらに光線分割方向が画像を観察する観察者に対して略縦方向となるように立体観察装置に配置される。   The hologram type diffractive optical element 19 in FIG. 5 splits and vertically transmits the light beam incident on itself as a 0th order light 20, a 1st order light 21 and a -1st order light 22. The next light 22 is transmitted as diffused light. Furthermore, it is arranged in the stereoscopic observation apparatus so that the light beam dividing direction is substantially vertical to the observer who observes the image.

よって、図6に示すように画像投影手段23'が有する射出瞳24'に対して、ホログラム型回折光学素子25'と、フレネル凹面鏡26は、観察者27'の近傍にホログラム型回折光学素子の1次光28'を中心にした1次拡散光束29'により拡大投影された1次光拡大瞳28'と、光線31'を中心にした−1次拡散光束32'により拡大投影された−1次光拡大瞳33'と、0次光34'により投影された0次光瞳35'の3つの瞳として分割投影する。   Therefore, as shown in FIG. 6, the hologram type diffractive optical element 25 'and the Fresnel concave mirror 26 are located near the observer 27' with respect to the exit pupil 24 'of the image projecting means 23'. A primary light expanding pupil 28 'enlarged and projected by a primary diffused light beam 29' centered on a primary light 28 'and a -1 enlarged and projected by a primary diffused light beam 32' centered on a light ray 31 '. Divided projection is performed as three pupils of a next-order light pupil 33 ′ and a zero-order light pupil 35 ′ projected by the zero-order light 34 ′.

このため、図7に示すように画像投影手段36が有する2つの射出瞳37,37'は計6つの瞳38として観察者39の近傍に縦に並んで投影されることとなる。   Therefore, as shown in FIG. 7, the two exit pupils 37 and 37 'of the image projecting means 36 are projected vertically as a total of six pupils 38 near the observer 39.

図7中の36は画像投影手段、37は画像投影手段のうち観察者が右眼で観察する画像を投影する光束が射出する右眼対応射出瞳、37'は画像投影手段のうち観察者が左眼で観察する画像を投影する光束が射出する左眼対応射出瞳、40はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡が一体となったパネル、41は画像投影手段36とパネル40を保持する保持手段である。   In FIG. 7, 36 is an image projection unit, 37 is an exit pupil corresponding to the right eye from which a light beam for projecting an image observed by the observer with the right eye is emitted from the image projection unit, and 37 'is an image projection unit that is used by the observer. An exit pupil corresponding to the left eye from which a light beam for projecting an image to be observed by the left eye is emitted, 40 is a panel in which a hologram type diffractive optical element and a Fresnel concave mirror are integrated, 41 is an image projection means 36 and a holding means for holding the panel 40 It is.

又、42は右眼対応射出瞳37がパネル40のホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された右眼用1次光拡大瞳、42'は左眼対応射出瞳37'が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された左眼用1次光拡大瞳、43は右眼対応射出瞳37が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された右眼用−1次光拡大瞳、43'は左眼対応射出瞳37'が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された左眼用−1次光拡大瞳、44は右眼対応射出瞳37同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された右眼用0次光瞳、44'は左眼対応射出瞳37'が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された左眼用0次光瞳をそれぞれ示している。   Reference numeral 42 denotes a right-eye primary light magnifying pupil in which the right-eye exit pupil 37 is projected by the hologram type diffractive optical element of the panel 40 and the Fresnel concave mirror, and 42 'denotes a left-eye corresponding exit pupil 37' in the same hologram type diffraction. A primary light magnifying pupil for the left eye projected by the optical element and the Fresnel concave mirror; a right-eye primary magnifying pupil 43 for the right eye, in which the right-eye-corresponding exit pupil 37 is also projected by the holographic diffractive optical element and the Fresnel concave mirror; Reference numeral 43 'denotes a left-eye-first-order light magnifying pupil whose left-eye-corresponding exit pupil 37' is similarly projected by a hologram-type diffractive optical element and a Fresnel concave mirror; The 0th-order optical pupil for the right eye projected by the concave mirror, 44 'is the 0th-order optical pupil for the left eye whose exit pupil 37' corresponding to the left eye is similarly projected by the holographic diffractive optical element and the Fresnel concave mirror. They are shown, respectively.

以上の構成によると、観察者は右眼用、左眼用の1次光拡大瞳42、42'と、右眼用、左眼用の−1次光拡大瞳43、43'の両方から画像を観察することができ、観察者が画像を観察する時の姿勢の自由度を高めることができる。よって観察時の疲労を軽減することができる。
(請求項3)ホログラム型回折光学素子の1次光と、−1次光の光線屈曲に伴う可視域波長分散は図2に示すホログラム型回折光学素子6を透過する波長450nmの光線の屈曲量と波長650nmの光線の屈曲量の差7を言い、その値は前記±1次光の、特に波長分散発生方向の拡散角の1/2以下である。
According to the above configuration, the observer can obtain images from both the primary light magnifying pupils 42 and 42 'for the right eye and the left eye and the -1 primary light magnifying pupils 43 and 43' for the right and left eyes. Can be observed, and the degree of freedom of the posture when the observer observes the image can be increased. Therefore, fatigue during observation can be reduced.
(Claim 3) The visible light wavelength dispersion accompanying the light beam bending of the first-order light and the minus first-order light of the hologram type diffractive optical element is the amount of bending of the light beam having a wavelength of 450 nm transmitted through the hologram type diffractive optical element 6 shown in FIG. And the bending amount 7 of the light beam having a wavelength of 650 nm.

本請求項の構成によると、図3に示すように画像投影手段8が有する射出瞳9は、ホログラム型回折光学素子10'と、フレネル凹面鏡11の作用により、観察者12の近傍に波長によるズレが少なく投影され、図4に示すように上記の投影された射出瞳を観察者側から見ると、波長450nmの投影射出瞳13、波長550nmの投影射出瞳14、波長650nmの投影射出瞳15のうち、波長450nmの投影射出瞳13と波長650nmの投影射出瞳15のズレ量Qは、投影射出瞳の波長によるズレが発生する方向で測定した投影射出瞳の長さPの1/2以下とすることができる。   According to the structure of the present invention, as shown in FIG. 3, the exit pupil 9 of the image projection means 8 is shifted by the wavelength of the hologram type diffractive optical element 10 'and the Fresnel concave mirror 11 in the vicinity of the observer 12 due to the wavelength. When viewed from the observer side, the projected exit pupil 13 having a wavelength of 450 nm, the projection exit pupil 14 having a wavelength of 550 nm, and the projection exit pupil 15 having a wavelength of 650 nm as shown in FIG. The displacement Q between the projection exit pupil 13 having a wavelength of 450 nm and the projection exit pupil 15 having a wavelength of 650 nm is equal to or less than の of the length P of the projection exit pupil measured in the direction in which the displacement occurs due to the wavelength of the projection exit pupil. can do.

よって、前記投影射出瞳の波長によるズレが発生する方向で測定した投影射出瞳の長さPの1/2以上の範囲で波長450nmの投影射出瞳13、波長550nmの投影射出瞳14、波長650nmの投影射出瞳15を重ねることができ、この重なった部分16の内部の位置17に眼を置いて観察した場合、画像を正しい色で観察することができる。ただし、各波長の投影射出瞳が重なった部分16以外の位置18に眼を置いて観察した場合は画像を正しい色で観察することができない。   Therefore, the projection exit pupil 13 having a wavelength of 450 nm, the projection exit pupil 14 having a wavelength of 550 nm, and the wavelength 650 nm within a range of not less than の of the length P of the projection exit pupil measured in the direction in which the deviation due to the wavelength of the projection exit pupil occurs. Can be superimposed, and when an eye is placed at a position 17 inside the overlapping portion 16 for observation, an image can be observed in a correct color. However, when the eye is observed at a position 18 other than the portion 16 where the projection exit pupils of each wavelength overlap, the image cannot be observed in a correct color.

よって本構成では各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することが出来るため、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせることができ、観察時の疲労を軽減することができる。
(請求項6)観察者の観察位置の自由度を増やすために投影瞳は共に大きいことが望ましいが、図13に示すように単純に投影瞳73を大きくすると、1つの投影瞳が観察者74の両眼75にかかってしまい本来右眼でしか見えてはいけない画像が左眼でも見えてしまうといったクロストークといわれる現象が発生してしまう。
Therefore, in the present configuration, a wide portion where the projection pupils of each wavelength overlap can be ensured widely, so that the position at which the observer places his or her eyes can be given a degree of freedom, and fatigue during observation can be reduced.
(Claim 6) It is desirable that both projection pupils are large in order to increase the degree of freedom of the observer's observation position. However, if the projection pupil 73 is simply enlarged as shown in FIG. A phenomenon referred to as crosstalk occurs in that an image that falls on both eyes 75 and should normally be seen only with the right eye is seen with the left eye.

よって本請求項の構成によると図14に示すように投影瞳は76のような観察者に対し略縦方向に長い形状がクロストークの発生を防ぎつつ最も観察者の観察位置の自由度を増やすことができる。
(請求項7)本請求項の構成によると、図41に示すように観察者1002は、縦長形状瞳1003、1003'の中心部を含むφ50mm以上の範囲1004、1004'内に眼1005、1005'を置き、この範囲内で眼を動かして画像を観察する限りでは観察画像の色の変化を強く感じることが無い。
Therefore, according to the configuration of the present invention, as shown in FIG. 14, the shape of the projection pupil such as 76, which is substantially long in the vertical direction for the observer, increases the degree of freedom of the observer's observation position while preventing the occurrence of crosstalk. be able to.
(Claim 7) According to the structure of the present invention, as shown in FIG. 41, the observer 1002 can move his or her eyes 1005, 1005 'within the range 1004, 1004' of φ50 mm or more including the center of the vertically long pupils 1003, 1003 '. As long as you place the 'and move your eyes within this range to observe the image, you will not feel a strong change in the color of the observed image.

実験により、上記条件による立体観察装置であれば、観察画像の色の変化をあまり感じることなく眼を置く位置の自由度を十分に広く感じることができることが判明した。   From experiments, it has been found that the stereoscopic observation apparatus under the above-described conditions allows the user to feel a sufficiently wide degree of freedom in the position of the eye without much change in the color of the observed image.

よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。   Therefore, it is possible to reduce the fatigue at the time of observation by giving a degree of freedom to the position where the observer places his or her eyes.

また、(x,y)=(X±0.03,Y±0.03)の範囲で測定される領域が前記縦長形状の瞳中心部を含むφ60mm以上ある条件では、観察者は眼の移動に伴う観察画像の色の変化を一層感じることなく、広く眼を動かすことが出来ることが判明した。よって、上記条件であればなお良い。
(請求項8)本請求項の条件を満たさない露光条件で製作されたホログラム型回折光学素子は、光線屈曲作用のほかに、集光作用もしくは発散作用を強く有してしまい、光線屈曲作用に伴う波長分散に加え、集光作用もしくは発散作用に伴う波長分散が発生してしまう。
Further, under the condition that the area measured in the range of (x, y) = (X ± 0.03, Y ± 0.03) is φ60 mm or more including the central part of the vertically long pupil, the observer moves the eye. It has been found that the eyes can be moved widely without further changing the color of the observation image accompanying this. Therefore, the above conditions are even better.
(Claim 8) A holographic diffractive optical element manufactured under an exposure condition that does not satisfy the conditions of the present invention has a light-condensing function or a diverging function in addition to a light-beam bending action, and has a light-beam bending action. In addition to the accompanying chromatic dispersion, chromatic dispersion due to the light condensing action or the diverging action occurs.

よって、図23に示すように、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡にて投影される画像投影手段の射出瞳は、波長ごとにずれて投影されるだけでなく、波長ごとに大きさが異なる状態で投影されることとなる。よって各波長の投影瞳が重なった部分118が狭くなってしまう。   Accordingly, as shown in FIG. 23, the exit pupil of the image projecting means projected by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror is not only displaced for each wavelength but also different in size for each wavelength. Is projected. Therefore, the portion 118 where the projection pupils of each wavelength overlap is narrowed.

ゆえに、本請求項の条件を満たすホログラム型回折光学素子を用いる立体観察装置は、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡にて投影する画像投影手段の射出瞳が波長ごとに大きさが大きく異なることなく投影されるため、各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することができ、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。
(請求項9)前記請求項1、4における立体観察装置は、図24に示すように画像投影手段119から射出した光束を、ホログラム型回折光学素子120とフレネル凹面鏡121の作用により観察者122の眼の近傍に集光する。よって暗い画像投影手段でも十分明るい画像を観察することが出来る。むしろ一般のプロジェクターのような、明るさが800ANSIルーメン以上ある画像投影手段では明るすぎて画像を観察することが出来ない。
Therefore, the three-dimensional observation apparatus using the hologram type diffractive optical element satisfying the conditions of the present invention can be configured such that the exit pupil of the hologram type diffractive optical element and the image projection means for projecting with the Fresnel concave mirror does not greatly differ in size for each wavelength. Since the projection is performed, a wide portion where the projection pupils of the respective wavelengths overlap can be ensured widely, and the position at which the observer places his or her eyes can be given a degree of freedom to reduce fatigue during observation.
(Claim 9) In the stereoscopic observation apparatus according to claims 1 and 4, the luminous flux emitted from the image projection means 119 is transmitted to the observer 122 by the action of the hologram type diffractive optical element 120 and the Fresnel concave mirror 121 as shown in FIG. Focuses near eyes. Therefore, a sufficiently bright image can be observed even with a dark image projection unit. Rather, an image projection means having a brightness of 800 ANSI lumens or more, such as a general projector, is too bright to observe an image.

実験により、200ANSIルーメン以下の明るさの画像投影手段であれば、画像をまぶしく感じることなく観察できることがわかった。   Experiments have shown that an image projection means having a brightness of 200 ANSI lumens or less can observe an image without dazzling.

よって、本請求項の条件による画像投影手段を用いれば、観察者は快適に画像を観察することができる。   Therefore, the observer can comfortably observe the image by using the image projecting means according to the conditions of the present invention.

なお、ANSIとはAmerican National Standards Instituteの略であり、ANSIルーメンの測定方法は日本事務機械工業会が1999年6月に制定した「プロジェクタ測定方法・測定条件に関するガイドライン」による。   ANSI is an abbreviation of American National Standards Institute, and the method of measuring ANSI lumens is based on “Guidelines on Projector Measurement Methods and Measurement Conditions” established in June 1999 by the Japan Office Machinery Manufacturers Association.

また、200ANSIルーメン以上の画像投影手段にNDフィルターなどの減光手段を用いて200ANSIルーメン以下の画像投影手段としても良い。
(請求項10)本請求項の立体観察装置は異なった2つの開口(射出瞳)から1つのスクリーン(ホログラム型回折光学素子)に2つの画像を投影するものであるため、図25で示すように2つの画像投影手段123、123'が有する画像投影光学系124、124'のそれぞれの光軸125、125'をホログラム型回折光学素子126上で交差させ、それぞれの光軸上に、画像表示手段127、127'が表示する画像128、128'の中心129、129'を配置し画像を投影する方式を採用してしまうと、それぞれの投影画像130、130'がホログラム型回折光学素子126に対して傾いて投影されてしまう。
Further, an image projecting unit having 200 ANSI lumens or less may be used by using a dimming unit such as an ND filter for the image projecting unit having 200 ANSI lumens or more.
(Claim 10) Since the stereoscopic observation apparatus according to the present invention projects two images on one screen (hologram type diffractive optical element) from two different apertures (exit pupils), as shown in FIG. The optical axes 125 and 125 'of the image projection optical systems 124 and 124' of the two image projection means 123 and 123 'intersect on the hologram type diffractive optical element 126, and the image is displayed on each optical axis. If a method of arranging the centers 129 and 129 ′ of the images 128 and 128 ′ displayed by the means 127 and 127 ′ and projecting the images is adopted, the respective projected images 130 and 130 ′ are transferred to the hologram type diffractive optical element 126. It is inclined and projected.

この状態で両画像表示手段にそれぞれ131、131'のような画像を表示させた場合、ホログラム型回折光学素子126に投影された両画像は132、132'のようになり、画面全体で両画像が一致しないといった問題が発生する。   In this state, when images such as 131 and 131 'are displayed on both image display means, the two images projected on the holographic diffractive optical element 126 look like 132 and 132'. Will not match.

そこで、この問題を解決するために、本請求項で述べた構成によると、図26で示すように2つの画像投影手段133、133'が有する画像投影光学系134、134'のそれぞれの光軸135、135'に対して、画像表示手段136、136'が表示する画像137、137'の中心138、138'をそれぞれ外側に配置すると、投影画像139、139'は、ホログラム型回折光学素子140に平行に投影される。   Therefore, in order to solve this problem, according to the configuration described in the present claim, as shown in FIG. 26, each of the optical axes of the image projection optical systems 134 and 134 'of the two image projection means 133 and 133' has When the centers 138, 138 'of the images 137, 137' displayed by the image display means 136, 136 'are arranged outside of the 135, 135', respectively, the projected images 139, 139 'become holographic diffractive optical elements 140. Are projected parallel to.

この状態で両画像表示手段にそれぞれ141、141'のような画像を表示させた場合、ホログラム型回折光学素子140に投影された両画像は142、142'のようになり、画面全体で両画像を一致させることができる。   In this state, when images such as 141 and 141 'are displayed on both image display means, the two images projected on the hologram type diffractive optical element 140 become like 142 and 142'. Can be matched.

よって観察者は両画像を融像する際に違和感や疲労感を感じることなく、画像を良好に観察することができる。
(請求項11)観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値と、観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値について図42を用いて説明する。
Therefore, the observer can observe the images satisfactorily without frustration or fatigue when the two images are fused.
(Claim 11) A measured value obtained by measuring the luminance of the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the observer can observe the image, and the luminance of the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the observer cannot observe the image. Will be described with reference to FIG.

図中36は画像投影手段であり、この画像投影手段の右眼用に画像を投影する方からのみ、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡からなるパネル40に向けて画像を投影している。よって画像を投影している方の射出瞳37がパネルにより投影されたものが1006である。また、画像を投影していない方の射出瞳37'が投影されたものが1006'である。   In the figure, reference numeral 36 denotes an image projecting means, which projects an image toward a panel 40 comprising a hologram diffractive optical element and a Fresnel concave mirror only from the side of the image projecting means which projects an image for the right eye. Accordingly, the projection pupil 37, which projects the image, is projected by the panel at 1006. 1006 'is a projection of the exit pupil 37' on which no image is projected.

観察者の画像を観察できる方の眼の位置から測定した投影画像中心の輝度測定値とは、画像を投影している方の射出瞳が投影された投影瞳1006の内部から輝度計1007によって投影画像1008の中心1009の輝度を測定した測定値を言う。   The luminance measurement value at the center of the projected image measured from the position of the eye that can observe the image of the observer is obtained by projecting the luminance pupil 1007 from the projection pupil 1006 where the exit pupil that is projecting the image is projected. A measurement value obtained by measuring the luminance of the center 1009 of the image 1008.

また、観察者の画像を観察できない方の眼の位置から測定した投影画像中心の輝度測定値とは、画像を投影していない方の射出瞳が投影された投影瞳1006'の内部から輝度計1007によって投影画像1008の中心1009の輝度を測定した測定値を言う。   Also, the luminance measurement value at the center of the projected image measured from the position of the eye that cannot observe the observer's image is the luminance meter from the inside of the projection pupil 1006 ′ where the exit pupil that is not projecting the image is projected. 1007 indicates a measurement value obtained by measuring the luminance of the center 1009 of the projection image 1008.

これら各輝度測定値が本請求項で述べた条件を満たすと、クロストーク(例えば右眼用の画像が左眼で見えてしまう現象)を立体観察に支障のないレベルに留めることが出来る。   When each of the measured luminance values satisfies the condition described in the present invention, crosstalk (for example, a phenomenon in which an image for the right eye is seen by the left eye) can be kept at a level that does not hinder stereoscopic observation.

前記クロストークは、ホログラム型回折光学素子により発生する不要回折光が原因となって発生する。この不要回折光の発生を防ぐためにホログラム記録材料への干渉光露光回数は10回以下が望ましい。   The crosstalk is caused by unnecessary diffracted light generated by the hologram type diffractive optical element. In order to prevent the generation of the unnecessary diffracted light, the number of exposures of the interference light to the hologram recording material is preferably 10 or less.

実験により本請求項の条件式の範囲においてはクロストークが目立たず立体観察に支障がないことを確認した。   Through experiments, it was confirmed that crosstalk was not noticeable and did not hinder stereoscopic observation within the range of the conditional expression of the present invention.

また、同じ実験により、H2/H1<0.02の範囲であればクロストークをまったく感じないことが判明したため、上記条件を満足すればなお良い。
(請求項12)本請求項の構成を図43を用いて説明する。
Further, the same experiment revealed that if H2 / H1 <0.02, crosstalk was not felt at all, and it is more preferable that the above condition be satisfied.
(Claim 12) The structure of this claim will be described with reference to FIG.

ホログラム記録材料1010を露光する複数の光源のうち、1つの光源の発光面中心1011と、ホログラム記録材料の法線1012を含む平面1013上近傍にその他の光源の発光面中心1014を配置する。   Among a plurality of light sources that expose the hologram recording material 1010, a light emitting surface center 1011 of one light source and a light emitting surface center 1014 of another light source are arranged near a plane 1013 including a normal 1012 of the hologram recording material.

また、平面1013は、観察者の両眼1015、1015'のそれぞれ中心1016、1016'を結ぶ直線1017と略直交し、かつ画像投影手段1018が有する2つの射出瞳中心1019、1019'を結ぶ直線1020とも略直交するように構成されている。   The plane 1013 is substantially orthogonal to a straight line 1017 connecting the centers 1016 and 1016 'of both eyes 1015 and 1015' of the observer, and a straight line connecting two exit pupil centers 1019 and 1019 'of the image projection means 1018. It is also configured to be substantially orthogonal to 1020.

この構成によると、ホログラム型回折光学素子により光線が屈曲拡散される方向が、画像を観察する観察者に対して縦方向となるため、図40に示すように、画像投影手段36の右眼用画像を投影する射出瞳37はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により、ホログラム型回折光学素子のほぼ正面に立ち画像を観察する観察者39の右眼の周辺に拡大投影され1001となり、また、画像投影手段36の左眼用画像を投影する射出瞳37'も同様に観察者39の左眼の周辺に拡大投影され1001'となる。   According to this configuration, the direction in which the light beam is bent and diffused by the hologram-type diffractive optical element is the vertical direction with respect to the observer who observes the image. Therefore, as shown in FIG. An exit pupil 37 for projecting an image is enlarged and projected to the periphery of the right eye of an observer 39 who stands almost in front of the hologram type diffractive optical element and observes the image by a hologram type diffractive optical element and a Fresnel concave mirror. Similarly, the exit pupil 37 'of the projection means 36 for projecting the image for the left eye is enlarged and projected around the left eye of the observer 39 to become 1001'.

よって、観察者はシャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく立体画像を観察することが出来る。
(請求項13)本請求項の構成により露光製作されたホログラム型回折光学素子は透過光束を集光もしくは発散するパワーをほとんど持たないため、前記請求項8と同様の作用・効果を得ることが出来る。
(請求項14)ホログラム記録材料の干渉光記録面から見た2つの光源のそれぞれ中心を見込む角度について図1を用いて説明する。
Therefore, the observer can observe the stereoscopic image without wearing glasses having a shutter function on the face.
(Claim 13) Since the holographic diffractive optical element manufactured by exposure according to the constitution of the present invention has almost no power for condensing or diverging the transmitted light beam, the same operation and effect as in the above-mentioned claim 8 can be obtained. I can do it.
(Claim 14) The angle at which the center of each of the two light sources is viewed from the interference light recording surface of the hologram recording material will be described with reference to FIG.

図1中1はホログラム記録材料、2はホログラム記録材料の露光範囲、3は露光範囲内の干渉光記録面、4、4'は可干渉な2つの光源、5、5'は前記可干渉な2つの光源の各々中心をそれぞれ示し、本請求項中の、ホログラム記録材料の干渉光記録面から見た2つの光源のそれぞれ中心を見込む角度とは、ホログラム記録材料上の任意の1点とそれぞれの光源の発行面中心を結ぶ線分のなす角度であり、例えば図中のα、β、γを示している。   In FIG. 1, 1 is a hologram recording material, 2 is an exposure range of the hologram recording material, 3 is an interference light recording surface within the exposure range, 4, 4 ′ are two coherent light sources, and 5 and 5 ′ are coherent light sources. The angle at which the center of each of the two light sources is viewed from the interference light recording surface of the hologram recording material is defined as an arbitrary point on the hologram recording material. , Β, γ in the figure, for example.

本請求項に示す構成によれば、図2に示すように、ホログラム型回折光学素子6による光線屈曲作用を弱くすることができるため、ホログラム型回折光学素子6を透過する光線の波長分散発生量7を少なく抑えることができる。   According to the structure shown in the present claim, as shown in FIG. 2, the light beam bending action of the hologram type diffractive optical element 6 can be weakened, so that the amount of wavelength dispersion of the light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element 6 is generated. 7 can be reduced.

よって、前記請求項3と同様の作用・効果を得ることが出来る。   Therefore, the same operation and effect as those of the third aspect can be obtained.

本請求項では、ホログラム型回折光学素子をホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作するとしたが、前記2つの光源はそれぞれ複数の光源からなり、それぞれの発光面を近接させたものでも良い。この時発光面中心とは複数の光源の発光面が近接してひとまとまりになった範囲の中心を言う。
(請求項15)本請求項中のL1およびL2について図22を用いて説明する。
According to the present invention, the hologram type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources capable of interfering with the hologram recording material, but each of the two light sources includes a plurality of light sources, and each light emitting surface is formed. May be brought close to each other. At this time, the center of the light emitting surface refers to the center of a range in which the light emitting surfaces of the plurality of light sources are close to each other and are united.
(Claim 15) L1 and L2 in this claim will be described with reference to FIG.

図22中114はホログラム記録材料、115はホログラム記録材料の露光範囲中心、116は第1光源、116'は第2光源、117は第1光源発光面中心、117'は第2光源発光面中心をそれぞれ示し、本請求項中のL1とは、ホログラム記録材料114の露光範囲中心115と第1光源発光面中心117とを結ぶ直線の距離を示す。   22, 114 is the hologram recording material, 115 is the center of the exposure range of the hologram recording material, 116 is the first light source, 116 'is the second light source, 117 is the center of the first light source light emitting surface, and 117' is the center of the second light source light emitting surface. L1 in the claims indicates a distance of a straight line connecting the center 115 of the exposure range of the hologram recording material 114 and the center 117 of the first light emitting surface of the light source.

また、本請求項中のL2とは、ホログラム記録材料114の露光範囲中心115と第2光源発光面中心117'とを結ぶ直線の距離を示す。   In the claims, L2 indicates the distance of a straight line connecting the center 115 of the exposure range of the hologram recording material 114 and the center 117 'of the light emitting surface of the second light source.

本請求項に示す条件で露光されたホログラム型回折光学素子はレンズ作用としてのパワーをほとんど持たないため、透過光線を屈曲させる作用以外に集光もしくは発散作用をほとんど行わず、前記請求項8と同様の作用・効果を得ることが出来る。   Since the hologram type diffractive optical element exposed under the conditions shown in the present invention has almost no power as a lens function, it hardly performs a condensing or diverging function other than a function of bending a transmitted light beam. Similar functions and effects can be obtained.

本請求項では、ホログラム型回折光学素子をホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作するとしたが、前記2つの光源はそれぞれ複数の光源からなり、それぞれの発光面を近接させたものでも良い。この時発光面中心とは複数の光源の発光面が近接してひとまとまりになった範囲の中心を言う。
(請求項16)本請求項の構成により露光されたホログラム型回折光学素子を用いると、図12に示すように1次光拡大瞳71、71'と−1次光拡大瞳72、72'を縦長形状にすることができる。観察者の観察位置の自由度を増やすために1次光拡大瞳、−1次光拡大瞳は共に大きいことが望ましいが、図13に示すように単純に1次光もしくは−1次光拡大瞳73を大きくすると、1つの瞳が観察者74の両眼75にかかってしまい本来右眼でしか見えてはいけない画像が左眼でも見えてしまうといったクロストークといわれる現象が発生してしまう。
According to the present invention, the hologram type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources capable of interfering with the hologram recording material, but each of the two light sources includes a plurality of light sources, and each light emitting surface is formed. May be brought close to each other. At this time, the center of the light emitting surface refers to the center of a range in which the light emitting surfaces of the plurality of light sources are close to each other and are united.
(Claim 16) When the hologram type diffractive optical element exposed according to the constitution of the present invention is used, the primary light magnifying pupils 71 and 71 'and the -1 order light magnifying pupils 72 and 72' are formed as shown in FIG. It can be vertically elongated. In order to increase the degree of freedom of the observation position of the observer, it is desirable that both the primary light-enlarged pupil and the negative primary-light-enlarged pupil are large. However, as shown in FIG. When 73 is increased, a phenomenon called crosstalk occurs in which one pupil covers both eyes 75 of the observer 74, and an image that should be originally viewed only with the right eye is viewed with the left eye.

よって、図14に示す本請求項による1次光もしくは−1次光拡大瞳76のような形状がクロストークの発生を防ぎつつ最も観察者の観察位置の自由度を増やすことができる。   Therefore, the shape of the primary light or −1st order light expanding pupil 76 according to the present invention shown in FIG. 14 can increase the degree of freedom of the observer's observation position while preventing the occurrence of crosstalk.

また、本請求項の構成によると、図15に示すように、縦長形状の拡大瞳長手方向77と、ホログラム型回折光学素子が有する波長分散により発生する波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向78が一致するため、各波長の拡大投影瞳79、80、81の重なりあった部分82を広く取ることができる。よって、観察者が画像を正しい色で観察できる範囲を広く取ることができる。   Further, according to the configuration of the present invention, as shown in FIG. 15, the longitudinal direction 77 of the vertically elongated enlarged pupil and the deviation direction 78 of the enlarged pupil projection position for each wavelength generated by the wavelength dispersion of the hologram type diffractive optical element 78. , The overlapping portion 82 of the enlarged projection pupils 79, 80, 81 of each wavelength can be widened. Therefore, it is possible to widen a range in which an observer can observe an image with a correct color.

なお、上記効果を得るためには、前記縦長形状の第2光源の発光面は5000mm2以上の面積を有することが望ましい。さらに不要な回折光を生じさせないために第1光源の発光面は100mm2以下の面積を有することが望ましい。   In order to obtain the above effects, it is desirable that the light emitting surface of the vertically long second light source has an area of 5000 mm 2 or more. Further, it is desirable that the light emitting surface of the first light source has an area of 100 mm2 or less so as not to generate unnecessary diffracted light.

また、本請求項では、ホログラム型回折光学素子をホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作するとしたが、前記2つの光源はそれぞれ複数の光源からなり、それぞれの発光面を近接させたものでも良い。この時光源発光面の長手方向とは複数の光源の発光面が近接してひとまとまりになった範囲の長手方向を言う。
(請求項17)図16を用いて本請求項の長方形形状の光源の1次像と−1次像について説明する。
Further, in the present invention, the hologram type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources capable of interfering with the hologram recording material. However, each of the two light sources includes a plurality of light sources, The light emitting surface may be close to the light emitting surface. At this time, the longitudinal direction of the light source light emitting surface refers to the longitudinal direction of a range in which the light emitting surfaces of the plurality of light sources are close to each other and are united.
(Claim 17) A primary image and a primary image of a rectangular light source according to the present invention will be described with reference to FIG.

図中83はホログラム型回折光学素子を示す。このホログラム型回折光学素子に対して、ホログラム型回折光学素子を製作するときに用いた可干渉な2つの光源84のうち、長方形形状光源85ではない方の光源86から光束を当てると、光束が透過した側に長方形形状光源85の1次像87と、−1次像88が発生する。   In the figure, reference numeral 83 denotes a hologram type diffractive optical element. When the hologram-type diffractive optical element is irradiated with a light beam from a light source 86 other than the rectangular light source 85 among the two coherent light sources 84 used for manufacturing the hologram-type diffractive optical element, A primary image 87 of the rectangular light source 85 and a primary image 88 are generated on the transmitting side.

この、1次像と、−1次像の少なくとも一方の像は、図17に示すように、像89の長辺方向に、像中心部90を通過する直線91上にて回折光強度測定器92で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ93にて、像中心部の回折光強度94を100%とすると、像の長辺方向周辺部の回折光強度95は40%以上となっている。   As shown in FIG. 17, at least one of the primary image and the primary image is a diffracted light intensity measuring instrument on a straight line 91 passing through the image center 90 in the long side direction of the image 89. When the diffracted light intensity distribution is measured at 92, in the diffracted light intensity distribution graph 93, assuming that the diffracted light intensity 94 at the center of the image is 100%, the diffracted light intensity 95 at the periphery in the long side direction of the image is 40% or more. It has become.

この構成によるホログラム型回折光学素子を図18で示す構成に用いた場合、ホログラム型回折光学素子96とフレネル凹面鏡97により投影される画像投影手段の射出瞳37、37'の1次光拡大瞳71、71'もしくは−1次光拡大瞳72、72'は、長方形形状をした瞳の中心部98の回折光強度に対する長手方向周辺部99の回折光強度を40%以上に抑えることができる。図中100は回折光強度測定器を示している。   When the hologram type diffractive optical element according to this configuration is used in the configuration shown in FIG. 18, the primary light magnifying pupil 71 of the exit pupils 37 and 37 'of the image projection means projected by the hologram type diffractive optical element 96 and the Fresnel concave mirror 97. , 71 ′ or the −1st order light magnifying pupils 72, 72 ′ can suppress the diffracted light intensity at the peripheral portion 99 in the longitudinal direction to 40% or more of the diffracted light intensity at the central portion 98 of the rectangular pupil. In the figure, reference numeral 100 denotes a diffraction light intensity measuring device.

また、図19に示すように、ホログラム型回折光学素子が有する波長分散により波長ごとに拡大瞳101、102、103の投影位置がズレるが、各波長による拡大瞳の回折光強度は長手方向最周辺部でも中心部に対して40%以上有しているため、回折光強度分布グラフ106に示すように、拡大瞳の重なった部分107においてはどの位置でも、各波長の回折強度に60%以上の差が発生しない。   As shown in FIG. 19, the projection positions of the magnifying pupils 101, 102, and 103 are shifted for each wavelength due to the wavelength dispersion of the hologram diffractive optical element. Since the portion has 40% or more with respect to the central portion, as shown in the diffraction light intensity distribution graph 106, the diffraction intensity of each wavelength is 60% or more at any position in the overlapping portion 107 of the enlarged pupil. No difference occurs.

実験により、上記条件を満たせば観察者の眼105が各波長の瞳が重なった部分104のどこにきても観察する画像の色の変化を気にすることなく観察できることがわかった。   Experiments have shown that if the above conditions are satisfied, the observer's eye 105 can observe the color of the image to be observed regardless of the color of the portion 104 where the pupil of each wavelength overlaps.

よって、観察者は各波長の拡大瞳の重なった範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を最適な色で観察することができる。
(請求項18)図16を用いて本請求項の長方形形状の光源の1次像と−1次像について説明する。
Therefore, the observer can place his or her eyes on the entire area where the enlarged pupils of each wavelength overlap, and can observe the image with the optimal color without losing the degree of freedom.
(Claim 18) A primary image and a primary image of a rectangular light source according to the present invention will be described with reference to FIG.

図中83はホログラム型回折光学素子を示す。このホログラム型回折光学素子に対して、ホログラム型回折光学素子を製作するときに用いた可干渉な2つの光源84のうち、長方形形状光源85ではない方の光源86から光束を当てると、光束が透過した側に、長方形形状光源85の1次像87と、−1次像88が発生する。   In the figure, reference numeral 83 denotes a hologram type diffractive optical element. When the hologram-type diffractive optical element is irradiated with a light beam from a light source 86 other than the rectangular light source 85 among the two coherent light sources 84 used for manufacturing the hologram-type diffractive optical element, A primary image 87 of the rectangular light source 85 and a primary image 88 are generated on the transmitting side.

この1次像と−1次像の少なくとも一方の像は、図20に示すように、像106の短辺方向に、像中心部107を通過する直線108上にて回折光強度測定器109で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ110にて、像中心部の回折光強度111を100%とすると、像の短辺方向周辺部の回折光強度112は60%以上となっている。   As shown in FIG. 20, at least one of the primary image and the primary image is measured by a diffracted light intensity measuring device 109 on a straight line 108 passing through an image center 107 in the short side direction of the image 106. When the diffracted light intensity distribution is measured, in the diffracted light intensity distribution graph 110, assuming that the diffracted light intensity 111 at the center of the image is 100%, the diffracted light intensity 112 at the peripheral portion in the short side direction of the image is 60% or more. ing.

この構成によるホログラム型回折光学素子を図21で示す構成に用いた場合、ホログラム型回折光学素子96とフレネル凹面鏡97により投影される画像投影手段の射出瞳37、37'の1次光拡大瞳71、71'もしくは−1次光拡大瞳72、72'は、長方形形状をした瞳の中心部98の回折光強度に対する短辺方向周辺部113の回折光強度を60%以上に抑えることができる。図中100は回折光強度測定器を示している。   When the hologram type diffractive optical element having this configuration is used in the configuration shown in FIG. 21, the primary light magnifying pupil 71 of the exit pupils 37 and 37 'of the image projection means projected by the hologram type diffractive optical element 96 and the Fresnel concave mirror 97. , 71 ′ or the −1st order light magnifying pupils 72, 72 ′ can suppress the diffracted light intensity at the peripheral portion 113 in the short side direction to the diffracted light intensity at the central portion 98 of the rectangular pupil to 60% or more. In the figure, reference numeral 100 denotes a diffraction light intensity measuring device.

実験により、上記条件を満たせば観察者の眼が1次光拡大瞳もしくは−1次光拡大瞳のどこにきても観察する画像の明るさの変化を気にすることなく観察できることがわかった。   Experiments have shown that if the above conditions are satisfied, the observer's eyes can be observed regardless of the change in brightness of the image to be observed, regardless of where the observer's eye comes to the primary or magnified pupil.

よって、観察者は前記1次光拡大瞳もしくは−1次光拡大瞳の範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を適切な明るさで観察することができる。
(請求項19)本請求項の構成によれば、特に手術室でこの立体観察装置を用いる場合、術部に近いフレネル凹面鏡を滅菌状態に保つことができる。さらに、画像投影手段により画像が投影される前記ホログラム型回折光学素子を別途滅菌ドレープで覆う必要が無く、また、光線が滅菌ドレープを透過することで発生する観察画像の画質劣化を防ぐことが出来る。
(請求項20)1次光により投影される瞳の中心(瞳の形状の中心)と、0次光により投影される瞳の中心(瞳の形状の中心)、−1次光により投影される瞳の中心(瞳の形状の中心)について図8を用いて説明する。
Therefore, the observer can place his or her eyes on the entire area of the primary light magnifying pupil or the −1st light magnifying pupil, and can observe an image with appropriate brightness without losing the degree of freedom.
(Claim 19) According to the structure of this claim, especially when this stereoscopic observation apparatus is used in an operating room, a Fresnel concave mirror close to the operation site can be kept in a sterilized state. Further, it is not necessary to separately cover the hologram type diffractive optical element on which an image is projected by the image projection means with a sterile drape, and it is possible to prevent deterioration of the quality of an observed image caused by light rays passing through the sterile drape. .
(Claim 20) The center of the pupil projected by the primary light (the center of the shape of the pupil), the center of the pupil projected by the 0th-order light (the center of the shape of the pupil), and projected by the -1st-order light The center of the pupil (the center of the pupil shape) will be described with reference to FIG.

図中45は画像投影手段、46は前記画像投影手段が有する射出瞳、47はホログラム型回折光学素子、48はフレネル凹面鏡、49はホログラム型回折光学素子を透過する光線50を中心にした1次拡散光束により拡大投影された1次光拡大瞳、51はホログラム型回折光学素子を透過する光線52を中心にした−1次拡散光束により拡大投影された−1次光拡大瞳、53"はホログラム型回折光学素子の0次光53'により投影された0次光瞳をそれぞれ示している。ここで、1次拡散光により投影される瞳の中心とは図中54、0次光により投影される瞳の中心とは図中55、−1次拡散光により投影される瞳の中心とは図中57を言う。   In the drawing, reference numeral 45 denotes an image projecting means, 46 denotes an exit pupil of the image projecting means, 47 denotes a hologram type diffractive optical element, 48 denotes a Fresnel concave mirror, and 49 denotes a first order centered on a light ray 50 passing through the hologram type diffractive optical element. A primary light magnifying pupil magnified and projected by a diffused light beam, 51 is a −1st-order light magnifying pupil magnified and projected by a −1st-order diffused light beam centered on a light beam 52 transmitted through a holographic diffractive optical element, and 53 ”is a hologram The 0th-order optical pupil projected by the 0th-order light 53 'of the type diffractive optical element is shown, where the center of the pupil projected by the 1st-order diffused light is 54 in FIG. The center of the pupil is 55 in the figure, and the center of the pupil projected by the −1st-order diffused light is 57 in the figure.

ここで、前記それぞれの瞳の中心位置が本請求項で述べている条件を満たしていないと、図9に示すように1次光拡散瞳59と、−1次光拡散瞳60'と、0次光瞳61とがそれぞれ重なってしまい、観察者が眼を置く自由度が減ってしまう。   Here, if the center positions of the respective pupils do not satisfy the condition described in the present claim, as shown in FIG. 9, the primary light diffusion pupil 59, the −1 order light diffusion pupil 60 ′, The next light pupil 61 overlaps with each other, and the degree of freedom of the observer placing his or her eyes is reduced.

また、特に観察者の眼が0次光瞳61に重なった場合、0次光瞳は光線拡散されていないため、急に明るい画像が眼に入ってきてまぶしさを感じてしまう。   In particular, when the observer's eye overlaps the 0th-order optical pupil 61, since the 0th-order optical pupil is not diffused with light, a bright image suddenly enters the eye and the user feels glare.

よって、本請求項の構成によると、観察者が眼を置く自由度を広く保つことができ、かつ0次光に画像観察を邪魔されること無く観察することができる。
(請求項21)図10(a)の62は画像投影手段、63はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡が一体となったパネル、64は画像投影手段とパネルを保持する保持手段、65は、画像投影手段の射出瞳68がパネルを構成するホログラム型回折光学素子と、フレネル凹面鏡により投影された−1次光拡大瞳、66は同じくホログラム型回折光学素子と、フレネル凹面鏡により投影された0次光瞳、67は同じくホログラム型回折光学素子と、フレネル凹面鏡により投影された1次光拡大瞳、69はパネルに投影された画像を観察している観察者をそれぞれ示している。
Therefore, according to the configuration of the present invention, it is possible to keep a wide degree of freedom for the observer to place his eyes, and to observe the image without being disturbed by the 0th-order light.
(Claim 21) In FIG. 10 (a), 62 is an image projecting means, 63 is a panel in which a hologram type diffractive optical element and a Fresnel concave mirror are integrated, 64 is an image projecting means and holding means for holding the panel, and 65 is The exit pupil 68 of the image projecting means has a hologram type diffractive optical element constituting a panel, and a -1st order light magnifying pupil projected by a Fresnel concave mirror. 66 denotes a hologram type diffractive optical element and a 0th order light projected by a Fresnel concave mirror. An optical pupil 67 indicates a hologram type diffractive optical element, a primary light magnifying pupil projected by a Fresnel concave mirror, and 69 indicates an observer observing an image projected on the panel.

さらに、観察者がパネルに投影された画像を見る際に画像投影手段から遠いほうの1次光拡大瞳67から観察しやすいように1次光拡大瞳67を投影画像の正面に配置している。   Furthermore, the primary light magnifying pupil 67 is arranged in front of the projected image so that the observer can easily observe the image projected on the panel from the primary light magnifying pupil 67 far from the image projection means. .

この構成によると、図10(b)で示すように、観察者69がパネル63に投影された画像からいったん眼を離して手元70を見ようと視線を下げた場合に1次光拡大瞳67、−1次光拡大瞳65、0次光瞳66が観察者の眼にかぶることが無いため手元70を明瞭に確認することができる。   According to this configuration, as shown in FIG. 10B, when the observer 69 once moves his / her eyes away from the image projected on the panel 63 and lowers his / her gaze to look at the hand 70, the primary light magnifying pupil 67, Since the -1st-order light expansion pupil 65 and the 0th-order light pupil 66 do not cover the eyes of the observer, the hand 70 can be clearly confirmed.

ここで、図11を用いて、観察者がパネルに投影された画像を見る際に画像投影手段から近いほうの−1次光拡大瞳65から観察しやすいように−1次光拡大瞳65を投影画像の正面に配置した場合について説明する。   Here, with reference to FIG. 11, when the observer views the image projected on the panel, the -1st order light magnifying pupil 65 is easily viewed from the -1st order light magnifying pupil 65 closer to the image projecting means. The case where it is arranged in front of the projection image will be described.

図11(a)では、観察者69はパネルに投影された画像を画像投影手段62に近いほうの−1次光拡大瞳65から観察している。この構成によると、図11(b)で示すように、観察者69がパネル63に投影された画像からいったん眼を離して手元70を見ようと視線を下げた場合に1次光拡大瞳67、0次光瞳66が観察者の眼にかぶり、手元70を明瞭に確認することができない。   In FIG. 11A, the observer 69 observes the image projected on the panel from the −1st-order light magnifying pupil 65 closer to the image projecting means 62. According to this configuration, as shown in FIG. 11B, when the observer 69 once removes his / her eyes from the image projected on the panel 63 and lowers his / her gaze to look at the hand 70, the primary light magnifying pupil 67, The 0th-order optical pupil 66 foggs the observer's eyes, and the hand 70 cannot be clearly seen.

よって、本請求項の構成によると、観察者が視線をパネルに投影された画像から離して手元の作業空間に移した際にも良好に手元の作業空間を確認することができる。   Therefore, according to the configuration of the present invention, even when the observer moves his / her gaze away from the image projected on the panel and moves to the working space at hand, the working space at hand can be satisfactorily confirmed.

図27は本実施例にかかる立体観察装置の図である。   FIG. 27 is a diagram of the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図中143は観察者、144は互いに視差を有する2つの画像を撮像する手術用実体顕微鏡、145は手術用実体顕微鏡が内蔵するCCDをコントロールし視差を有する2つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントロールユニット、146はカメラコントロールユニットより伝送された視差を有する2つの画像を右眼用画像投影機147と、左眼用画像投影機148に分離して伝送し左右眼用画像投影機147、148が内蔵する小型LCDをコントロールするLCDコントローラー、149はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザー155とフレネル凹面鏡160とからなるパネル、150は手術用実体顕微鏡144と左右画像投影機147、148とパネル149とカメラコントロールユニット145とLCDコントローラー146とを保持する保持ユニットをそれぞれ示している。   In the figure, reference numeral 143 denotes an observer; 144, a stereoscopic microscope for operation which captures two images having parallax; 145, a camera which controls a CCD built in the stereoscopic microscope for operation and transmits two images having parallax to a display device; The control unit 146 separates and transmits the two images having parallax transmitted from the camera control unit to the image projector 147 for the right eye and the image projector 148 for the left eye, and transmits the images to the image projectors 147 and 148 for the left and right eyes. LCD controller 149 for controlling a small LCD built in the hologram diffuser 155, which is a holographic diffractive optical element, and a panel composed of a Fresnel concave mirror 160, 150 is a stereoscopic microscope for operation 144, left and right image projectors 147, 148, and panel 149. And camera control unit 145 and LCD controller Respectively show a holding unit for holding the Ra 146.

パネル149は、片面にフレネルレンズ面151が形成されたアクリルパネル152であり、フレネルレンズ面151はアルミミラーコート153が施されている。さらに、パネルのフレネルレンズ面が形成されていない方の面154は平面であり、この平面154を観察者143の方向に向けることで、アルミミラーコートが施されたフレネルレンズ面はフレネル凹面鏡の作用を持つ。さらに平面154上にホログラムデフューザー155を貼り付けている。   The panel 149 is an acrylic panel 152 having a Fresnel lens surface 151 formed on one surface, and the Fresnel lens surface 151 is provided with an aluminum mirror coat 153. Further, the surface 154 of the panel on which the Fresnel lens surface is not formed is a flat surface, and by directing this flat surface 154 toward the observer 143, the Fresnel lens surface coated with the aluminum mirror can function as a Fresnel concave mirror. have. Further, a hologram diffuser 155 is attached on the plane 154.

また、保持ユニット150は、観察者の右眼156がパネル149によって投影される位置に右眼用画像投影機147の射出瞳158をおよそ一致させ、かつ観察者の左眼157がパネル149によって投影される位置に左眼用画像投影機148の射出瞳159をおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持する。   The holding unit 150 also causes the exit pupil 158 of the right-eye image projector 147 to approximately match the position where the right eye 156 of the observer is projected by the panel 149, and projects the left eye 157 of the observer by the panel 149. The panel and the left and right image projectors are held so that the exit pupil 159 of the left eye image projector 148 substantially coincides with the position to be set.

さらに、保持ユニット150は、左右眼用画像投影機147、148が投影する2つの画像をパネル149の表面に互いにおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持している。   Further, the holding unit 150 holds the panel and the left and right eye image projectors so that the two images projected by the left and right eye image projectors 147 and 148 approximately coincide with each other on the surface of the panel 149.

よって、左右眼用画像投影機のそれぞれの射出瞳158、159はパネル149のホログラムデフューザー155とフレネル凹面鏡160により観察者の左右の眼近傍に拡大投影される。   Therefore, the respective exit pupils 158 and 159 of the left and right eye image projectors are enlarged and projected near the left and right eyes of the observer by the hologram diffuser 155 and the Fresnel concave mirror 160 of the panel 149.

上記構成によれば、観察者は手術用実体顕微鏡が撮像した右眼用画像を右眼で、左眼用画像を左眼で観察することができ、シャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく、TVを見るような感覚で立体画像を観察することができる。   According to the configuration, the observer can observe the image for the right eye captured by the stereoscopic microscope for surgery with the right eye and the image for the left eye with the left eye, and wears glasses having a shutter function on the face. Thus, a stereoscopic image can be observed as if watching a TV.

また、図28に光学系詳細レイアウトの斜視図を示す。   FIG. 28 is a perspective view of the detailed layout of the optical system.

図中161は右眼用画像投影機の射出瞳位置、162はパネル中心位置、163はパネル有効範囲、164はフレネル凹面鏡面中心位置、165は観察者の右眼瞳位置をそれぞれ示している。   In the figure, 161 indicates the exit pupil position of the right-eye image projector, 162 indicates the panel center position, 163 indicates the panel effective range, 164 indicates the Fresnel concave mirror center position, and 165 indicates the observer's right eye pupil position.

以下にレンズデータを記す。
面番号 曲率半径 偏心 屈折率 アッベ数
(右眼画像投影機射出瞳面) ∞
1 (ホログラムデフューザ) 偏心(1) 1.49 57.4
2 (画像投影面) 偏心(2) 1.49 57.4
3 非球面[1] 偏心(3) 1.49 57.4
4 ∞ 偏心(1)
(観察者瞳面) ∞ 偏心(4)

非球面[1]
曲率半径 -407.451 (フレネル凹面鏡面)
k -58.103
a -7.513×10-9 b 7.58×10-14 c -3.148×10-19

偏心(1)
X 46.944 Y 0.00 Z 650
ANGLE 25°
偏心(2)
X 46.944 Y 0.423 Z 650.906
ANGLE 25°
偏心(3)
X 46.944 Y 157.23 Z 577.786
ANGLE 25°
偏心(4)
X 79.444 Y -190.178 Z 242.161
ANGLE 25°
非球面は、光軸方向をz、光軸に直交する方向をx,yにとり、曲率をC、円錐係数をk、非球面係数をa,b,cとしたとき、次式で表される。
The lens data is described below.
Surface number Radius of curvature Eccentricity Refractive index Abbe number (right eye image projector exit pupil plane) ∞
1 (Hologram diffuser) Eccentricity (1) 1.49 57.4
2 (image projection plane) Eccentricity (2) 1.49 57.4
3 Aspherical surface [1] Eccentricity (3) 1.49 57.4
4 ∞ Eccentricity (1)
(Observer pupil plane) ∞ Eccentricity (4)

Aspheric surface [1]
Curvature radius -407.451 (Fresnel concave mirror surface)
k -58.103
a -7.513 × 10 -9 b 7.58 × 10 -14 c -3.148 × 10 -19

Eccentricity (1)
X 46.944 Y 0.00 Z 650
ANGLE 25 °
Eccentricity (2)
X 46.944 Y 0.423 Z 650.906
ANGLE 25 °
Eccentricity (3)
X 46.944 Y 157.23 Z 577.786
ANGLE 25 °
Eccentricity (4)
X 79.444 Y -190.178 Z 242.161
ANGLE 25 °
The aspherical surface is represented by the following equation, where z is the optical axis direction, x and y are the directions perpendicular to the optical axis, C is the curvature, k is the cone coefficient, and a, b, and c are the aspherical coefficients. .

z=Cr2/[1+{1−(1+k)C221/2
+ar4+br6+cr8
ただし、r=(x2+y21/2である。
z = Cr 2 / [1+ { 1- (1 + k) C 2 r 2} 1/2]
+ Ar 4 + br 6 + cr 8
Here, r = (x 2 + y 2 ) 1/2 .

又、上記偏心のデータは図28中の161を原点とし、図中に示す方向を正とする。   The eccentricity data has the origin at 161 in FIG. 28 and the direction shown in the figure is positive.

図29に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件を示す。   FIG. 29 shows the exposure conditions of the hologram diffuser of this example.

図中166はホログラム記録材料、167はホログラム記録材料の露光面中心、168は第1光源位置、169は第2光源、170は第1光源中心、171は第2光源中心をそれぞれ示している。   In the figure, 166 is the hologram recording material, 167 is the center of the exposure surface of the hologram recording material, 168 is the first light source position, 169 is the second light source, 170 is the first light source center, and 171 is the second light source center.

ここで、ホログラム記録材料の露光面中心167を原点とすると、第1光源の中心位置(X1,Y1,Z1)は以下の通りであり、点光源とする。   Here, assuming that the center of exposure surface 167 of the hologram recording material is the origin, the center position (X1, Y1, Z1) of the first light source is as follows, and is a point light source.

(X1,Y1,Z1)=(0,297.11,-578.12)
また、第2光源の中心位置(X2,Y2,Z2)は以下の通りであり、拡散面光源とする。
(X1, Y1, Z1) = (0,297.11, -578.12)
The center position (X2, Y2, Z2) of the second light source is as follows, and is assumed to be a diffusion surface light source.

(X2,Y2,Z2)=(0,435.317,-482.718)
さらに、ホログラム記録材料の露光面から見た第1光源中心170と、第2光源中心171を見込む角度(図中のα、β、γ)はいずれも15°以下である。
(X2, Y2, Z2) = (0,435.317, -482.718)
Furthermore, the angles (α, β, γ in the figure) of the first light source center 170 and the second light source center 171 viewed from the exposure surface of the hologram recording material are all 15 ° or less.

上記構成は、請求項2、5の条件を満たすため、ホログラムデフューザーの光線屈曲作用が弱く、ホログラムデフューザーを透過する光線の波長分散発生量を5°以内とすることができ、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネルにより投影される画像投影機の射出瞳は観察者の近傍に波長によるズレが少なく投影され、各波長の投影瞳の重なりを広く確保することができる。   In the above configuration, since the hologram diffuser satisfies the conditions of claims 2 and 5, the light beam bending action of the hologram diffuser is weak, the amount of wavelength dispersion of light transmitted through the hologram diffuser can be made within 5 °, and the hologram diffuser and the Fresnel concave mirror can be used. The projection pupil of the image projector, which is projected by the panel composed of the panel, is projected in the vicinity of the observer with little deviation due to the wavelength, and the overlap of the projection pupils of each wavelength can be secured widely.

よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせることができ、観察時の疲労を軽減することができる。   Accordingly, the position at which the observer places his or her eyes can be given a degree of freedom, and fatigue during observation can be reduced.

また、図29において、ホログラム記録材料の露光面中心167と第1光源中心170を結ぶ直線の長さAと、ホログラム記録材料の露光面中心167と第2光源中心171を結ぶ直線の長さBはまったく同じ長さであるため、この条件で露光製作したホログラムデフューザーは光線屈曲作用以外の集光作用や発散作用などのレンズ作用としてのパワーは0であり、集光作用や発散作用などについてはパワー0.0025のフレネル凹面鏡が担っている。   In FIG. 29, a length A of a straight line connecting the center 167 of the exposure surface of the hologram recording material to the first light source center 170 and a length B of a straight line connecting the center 167 of the exposure surface of the hologram recording material and the center 171 of the second light source. Since the hologram diffuser exposed and manufactured under these conditions has exactly the same length, the power as a lens action such as a condensing action and a diverging action other than the ray bending action is 0. A 0.0025 power Fresnel concave mirror is responsible.

上記構成は請求項9の条件を満たすため、本実施例の立体観察装置は、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡にて投影する画像投影手段の射出瞳が、図23に示すように波長ごとに大きさが異なることなく投影されるため、各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することができ、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。   Since the above configuration satisfies the condition of claim 9, the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment provides a hologram type diffractive optical element and an exit pupil of image projection means for projecting with a Fresnel concave mirror as shown in FIG. Because the images are projected without any difference in size, a wide area where the projection pupils of each wavelength overlap can be secured widely, and the observer has more freedom in where to place his or her eyes to reduce fatigue during observation. Can be done.

図30は本実施例にかかる立体観察装置の図である。   FIG. 30 is a diagram of the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図中144は互いに視差を有する2つの画像を撮像する手術用実体顕微鏡、172は手術用実体顕微鏡144を保持する手術用実体顕微鏡保持ユニット、145は手術用実体顕微鏡が内蔵するCCDをコントロールし視差を有する2つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントロールユニット、146はカメラコントロールユニットより伝送された視差を有する2つの画像を右眼用画像投影機147と左眼用画像投影機148に分離して伝送し左右眼用画像投影機147、148が内蔵する小型LCDをコントロールするLCDコントローラー、149はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、150は、左右画像投影機147、148とパネル149とカメラコントロールユニット145とLCDコントローラー146とを保持する保持ユニットをそれぞれ示している。   In the figure, reference numeral 144 denotes a surgical stereomicroscope that captures two images having parallax with each other; 172, a surgical stereomicroscope holding unit that holds the surgical stereomicroscope 144; and 145, a parallax that controls a CCD built in the surgical stereomicroscope. The camera control unit 146 for transmitting the two images having the parallax to the display device separates the two images having the parallax transmitted from the camera control unit into the right-eye image projector 147 and the left-eye image projector 148. An LCD controller that transmits and controls a small LCD built in the left and right eye image projectors 147 and 148, 149 is a panel including a hologram diffuser, which is a holographic diffractive optical element, and a Fresnel concave mirror, and 150 is a left and right image projector 147, 148 And panel 149 and camera control unit 14 Respectively show a holding unit for holding the LCD controller 146 and.

パネル149は、片面にフレネルレンズ面151が形成されたアクリルパネル152であり、フレネルレンズ面151はアルミミラーコート153が施されている。さらに、パネルのフレネルレンズ面が形成されていない方の面154は平面であり、この平面154を観察者の方向に向けることで、アルミミラーコートが施されたフレネルレンズ面はフレネル凹面鏡の作用を持つ。   The panel 149 is an acrylic panel 152 having a Fresnel lens surface 151 formed on one surface, and the Fresnel lens surface 151 is provided with an aluminum mirror coat 153. Further, the surface 154 of the panel on which the Fresnel lens surface is not formed is a flat surface, and by directing this flat surface 154 toward the observer, the Fresnel lens surface coated with the aluminum mirror acts as a Fresnel concave mirror. Have.

さらに平面154上に入射する光束173を1次光174、0次光175、−1次光176の3つの光束に分割し、特に1次光と−1次光をそれぞれ散乱光束177、178とすることを特徴とするホログラムデフューザー179を貼り付けている。   Further, the light beam 173 incident on the plane 154 is divided into three light beams of a first-order light 174, a zero-order light 175, and a -1st-order light 176. In particular, the first-order light and the -1st-order light are scattered light beams 177 and 178, respectively. A hologram diffuser 179 characterized in that the hologram diffuser 179 is attached.

よって、左右眼用の画像投影機が有するそれぞれの射出瞳158、159は、パネル149により、1次光拡大瞳180と、−1次光拡大瞳181と、0次光瞳182として図示しない観察者の近傍に投影される。   Accordingly, the respective exit pupils 158 and 159 of the image projectors for the left and right eyes are observed by the panel 149 as a first-order light magnifying pupil 180, a -1st-order light magnifying pupil 181, and a 0th-order light pupil 182 (not shown). Projected near the person.

さらに、図31に示すように、パネル183の一部を構成するホログラムデフューザー184は、法線187と露光製作されるときの2つの光源185、186とを含む平面188が、観察者の両眼189、190の瞳孔のそれぞれ中心191、192を結ぶ直線193と、画像投影機が有する左右の射出瞳のそれぞれ中心500、501を結ぶ直線502に対してそれぞれ略直交するように配置されている。   Further, as shown in FIG. 31, the hologram diffuser 184 forming a part of the panel 183 has a plane 188 including a normal line 187 and two light sources 185 and 186 when exposed and manufactured, and is formed by the two eyes of the observer. 189 and 190 are disposed so as to be substantially orthogonal to a straight line 193 connecting centers 191 and 192 of pupils and a straight line 502 connecting centers 500 and 501 of left and right exit pupils of the image projector.

この構成によると、図32に示すように、右眼用画像投影機194の射出瞳195は、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡により観察者196の右側197に、右眼用1次光拡大瞳198、右眼用−1次光拡大瞳199として投影される。   According to this configuration, as shown in FIG. 32, the exit pupil 195 of the right-eye image projector 194 is located on the right side 197 of the observer 196 by the hologram diffuser and the Fresnel concave mirror, It is projected as an ophthalmic-first order light magnifying pupil 199.

また、左眼用画像投影機200の射出瞳201は、同じくホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡により観察者196の左側202に、左眼用1次光拡大瞳203、左眼用−1次光拡大瞳204として投影される。   The exit pupil 201 of the left-eye image projector 200 is also provided on the left side 202 of the observer 196 by a hologram diffuser and a Fresnel concave mirror, and a left-eye primary light magnifying pupil 203 and a left-eye primary light magnifying pupil 204 Projected as

よって観察者は、パネル上に投影された画像を、左右眼用1次光拡大瞳198、203の位置と、左右眼用−1次光拡大瞳199、204の位置の2箇所で観察することができる。ゆえに画像観察時の姿勢の自由度を高めることができ、観察時の疲労を軽減することができる。図中205はパネル、206、207は0次光瞳をそれぞれ示している。   Therefore, the observer observes the image projected on the panel at two positions: the position of the left and right primary light magnifying pupils 198 and 203 and the position of the right and left primary light magnifying pupils 199 and 204. Can be. Therefore, the degree of freedom in posture during image observation can be increased, and fatigue during observation can be reduced. In the figure, reference numeral 205 denotes a panel, and reference numerals 206 and 207 denote zero-order optical pupils.

さらに、図中の0次光瞳中心206と1次光拡大瞳中心198の間の距離は105mmであり、0次光瞳中心206と−1次光拡大瞳中心199の間の距離も105mmである。   Further, the distance between the center of the 0th-order optical pupil 206 and the center of the first-order optical pupil 198 in the figure is 105 mm, and the distance between the center of the 0th-order optical pupil 206 and the center of the −1st-order optical pupil 199 is also 105 mm. is there.

この構成は前記請求項20の条件を満たすため、図9に示すような1次光拡大瞳、0次光瞳、−1次光拡大瞳の重なりが無い。よって、観察者は1次光拡大瞳もしくは−1次光拡大瞳のいずれか一方の瞳内部を十分に活用することができ、画像を適切な明るさで観察することができる。   Since this configuration satisfies the condition of claim 20, there is no overlap of the primary optical pupil, the zero-order optical pupil, and the −1-order optical pupil as shown in FIG. Therefore, the observer can fully utilize the inside of one of the primary optical pupil and the negative primary optical pupil, and can observe an image with appropriate brightness.

図10は本実施例にかかる立体観察装置の図である。   FIG. 10 is a diagram of the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図10(a)の62は画像投影手段、63はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡が一体となったパネル、64は画像投影手段とパネルを保持する保持手段、65は、画像投影手段の射出瞳68がパネル63を構成するホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により投影された−1次光拡大瞳、66は同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により投影された0次光瞳、67は同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により投影された1次光拡大瞳、69はパネルに投影された画像を観察している観察者をそれぞれ示しており、観察者がパネルに投影された画像を見る際に画像投影手段から遠い方の1次光拡大瞳67から観察しやすいように前記の各瞳をレイアウトし、観察者は1次光拡大瞳67から画像を観察している。   In FIG. 10A, reference numeral 62 denotes an image projecting means, 63 denotes a panel in which a hologram type diffractive optical element and a Fresnel concave mirror are integrated, 64 denotes an image projecting means and a holding means for holding the panel, and 65 denotes emission of the image projecting means. The pupil 68 is a hologram type diffractive optical element constituting the panel 63 and a -1st order light magnifying pupil projected by a Fresnel concave mirror, 66 is a hologram type diffractive optical element and a 0 order light pupil projected by a Fresnel concave mirror, and 67 is a same. A primary light magnifying pupil projected by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror, and 69 indicates an observer observing the image projected on the panel, and the observer looks at the image projected on the panel. In this case, each of the pupils is laid out so as to be easily observed from the primary light magnifying pupil 67 remote from the image projection means, and the observer can view the image from the primary light magnifying pupil 67. I understand.

この構成によると、図10(b)で示すように、観察者69がパネル63に投影された画像からいったん眼を離して手元70を見ようと視線を下げた場合に、1次光拡大瞳67、−1次光拡大瞳65、0次光瞳66が観察者の眼にかぶることが無いため手元70を明瞭に確認することができる。   According to this configuration, as shown in FIG. 10B, when the observer 69 once removes his / her eyes from the image projected on the panel 63 and lowers his / her gaze to look at the hand 70, the primary light magnifying pupil 67. , The −1st order light magnifying pupil 65 and the 0th order light pupil 66 do not cover the eyes of the observer, so that the hand 70 can be clearly confirmed.

図33は本実施例にかかる立体観察装置の図である。   FIG. 33 is a diagram of the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図中208は観察者、209は互いに視差を有する2つの画像を撮像する立体視内視鏡、210は立体視内視鏡が内蔵するCCDをコントロールし視差を有する2つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントロールユニット、211はカメラコントロールユニットより伝送された視差を有する2つの画像を画像投影機212に伝送し前記画像投影機が内蔵するDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)をコントロールするDMDコントローラー、213はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、214は立体視内視鏡209とパネル213とカメラコントローラー210とDMDコントローラー211を保持するフロアスタンド型保持ユニット、215は天井から無影灯216と画像投影機212を保持する天井懸架型保持ユニットをそれぞれ示している。   In the figure, 208 is an observer, 209 is a stereoscopic endoscope that captures two images having parallax, and 210 is a CCD that controls a built-in CCD of the stereoscopic endoscope and transmits two images having parallax to a display device. A camera control unit 211 that transmits two images having parallax transmitted from the camera control unit to the image projector 212 and controls a DMD (digital micromirror device) incorporated in the image projector 212; A hologram diffuser, which is a hologram type diffractive optical element, and a panel composed of a Fresnel concave mirror, 214 is a floor-stand type holding unit that holds the stereoscopic endoscope 209, the panel 213, the camera controller 210, and the DMD controller 211, and 215 is no shadow from the ceiling Light 216 and image projection The ceiling suspension type holding unit for holding machine 212 are shown, respectively.

また、図34に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件を示す。   FIG. 34 shows the exposure conditions of the hologram diffuser of this embodiment.

図中217はホログラム記録材料、218はホログラム記録材料の露光面中心、219は第1光源位置、220は第2光源、221は第2光源中心をそれぞれ示している。   In the figure, 217 indicates the hologram recording material, 218 indicates the center of the exposure surface of the hologram recording material, 219 indicates the position of the first light source, 220 indicates the second light source, and 221 indicates the center of the second light source.

ここで、ホログラム記録材料の露光面中心218を原点とすると、第1光源の中心位置(X1,Y1,Z1)は以下の通りであり、点光源とする。   Here, assuming that the center 218 of the exposure surface of the hologram recording material is the origin, the center position (X1, Y1, Z1) of the first light source is as follows, and is a point light source.

(X1,Y1,Z1)=(0,297.11,-578.12)
また、第2光源の中心位置(X2,Y2,Z2)は以下の通りであり、第1光源位置219と第2光源中心位置221を結ぶ直線222の方向に長手方向を持つ250mm×90mmの面積を有する長方形形状拡散面光源とする。
(X1, Y1, Z1) = (0,297.11, -578.12)
The center position (X2, Y2, Z2) of the second light source is as follows, and has an area of 250 mm × 90 mm having a longitudinal direction in a direction of a straight line 222 connecting the first light source position 219 and the second light source center position 221. And a rectangular diffused surface light source having

(X2,Y2,Z2)=(0,435.317,-482.718)
第2光源の長辺を短辺で割ると2.78となり、請求項9の条件を満たす。
(X2, Y2, Z2) = (0,435.317, -482.718)
When the long side of the second light source is divided by the short side, the result is 2.78, which satisfies the condition of claim 9.

よって、上記露光条件で製作されたホログラムデフューザーを用いる本実施例の立体観察装置は、観察者の近傍に投影される瞳が図14で示すようになり、観察者の縦方向に眼を置く自由度を増やすことができる。   Therefore, in the stereoscopic observation apparatus of the present embodiment using the hologram diffuser manufactured under the above exposure conditions, the pupil projected near the observer is as shown in FIG. The degree can be increased.

また、図15に示すように、長方形形状の拡大瞳長手方向77と、ホログラムデフューザーが有する波長分散により発生する波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向78が一致するため、各波長の拡大投影瞳79、80、81の重なりあった部分82を広く取ることができる。よって、観察者が画像を正しい色で観察できる範囲を広く取ることもできる。   Further, as shown in FIG. 15, the longitudinal direction 77 of the rectangular enlarged pupil coincides with the deviation direction 78 of the enlarged pupil projection position for each wavelength generated by the wavelength dispersion of the hologram diffuser. The overlapping portion 82 of 79, 80, 81 can be widened. Therefore, the range in which the observer can observe the image with the correct color can be widened.

また、ホログラムデフューザーに対して、露光時の第1光源の位置から単色光線を当てると、光束が透過した側に、図16で示すような第2光源の1次像と、−1次像が発生する。本実施例では図35に示すように、第2光源の1次像223の長辺方向に、1次像中心部224を通過する直線225上にて回折光強度測定器226で各波長の回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ227にて、像中心部の回折光強度228を100%とすると、像の長辺方向周辺部の回折光強度229は60%以上となっている。   Further, when a monochromatic light beam is applied to the hologram diffuser from the position of the first light source at the time of exposure, a primary image of the second light source and a primary image as shown in FIG. appear. In the present embodiment, as shown in FIG. 35, the diffraction light of each wavelength is diffracted by the diffracted light intensity measuring device 226 on the straight line 225 passing through the primary image center 224 in the long side direction of the primary image 223 of the second light source. When the light intensity distribution is measured, assuming that the diffracted light intensity 228 at the center of the image is 100% in the diffracted light intensity distribution graph 227, the diffracted light intensity 229 at the peripheral portion in the long side direction of the image is 60% or more. I have.

この構成によるホログラムデフューザーを図18で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザー96とフレネル凹面鏡97により投影される画像投影手段の射出瞳37、37'の1次光拡大瞳71、71'は、長方形形状をした瞳の中心部98の回折光強度に対する長手方向周辺部99の回折光強度を60%以上に抑えることができる。   When the hologram diffuser according to this configuration is used in the configuration shown in FIG. 18, the primary light magnifying pupils 71 and 71 ′ of the exit pupils 37 and 37 ′ of the image projection means projected by the hologram diffuser 96 and the Fresnel concave mirror 97 are rectangular. The intensity of the diffracted light at the peripheral portion 99 in the longitudinal direction with respect to the intensity of the diffracted light at the center 98 of the shaped pupil can be suppressed to 60% or more.

よって、本実施例によるホログラムデフューザーを立体観察装置に用いると、ホログラムデフューザーが有する波長分散により波長ごとに投影される瞳の位置がズレるが、図19に示すように各波長による拡大瞳の回折光強度は長手方向最周辺部でも中心部に対して60%以上有しているため、投影された各波長の瞳の重なった部分においてはどの位置でも、各波長の回折強度に40%以上の差が発生しない。   Therefore, when the hologram diffuser according to the present embodiment is used in a stereoscopic observation apparatus, the position of the pupil projected for each wavelength is shifted due to the wavelength dispersion of the hologram diffuser. However, as shown in FIG. Since the intensity is 60% or more with respect to the center even in the outermost peripheral portion in the longitudinal direction, the difference in the diffraction intensity of each wavelength by 40% or more at any position where the projected pupil of each wavelength overlaps. Does not occur.

よって、観察者は各波長の拡大瞳の重なった範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を最適な色で観察することができる。   Therefore, the observer can place his or her eyes on the entire area where the enlarged pupils of each wavelength overlap, and can observe the image with the optimal color without losing the degree of freedom.

さらに、本実施例では図36に示すように、第2光源の1次像230の短辺方向に、1次像中心部231を通過する直線232上にて回折光強度測定器233で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ234にて、像中心部の回折光強度235を100%とすると、像の短辺方向周辺部の回折光強度236は80%以上となっている。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 36, in the short side direction of the primary image 230 of the second light source, the diffracted light is measured by the diffracted light intensity measuring device 233 on the straight line 232 passing through the center 231 of the primary image. When the intensity distribution is measured, assuming that the diffracted light intensity 235 at the center of the image is 100% in the diffracted light intensity distribution graph 234, the diffracted light intensity 236 at the peripheral portion in the short side direction of the image is 80% or more. .

この構成によるホログラムデフューザーを図21で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザー96とフレネル凹面鏡97により投影される画像投影手段の射出瞳37、37'の1次光拡大瞳71、71'は、長方形形状をした瞳の中心部98の回折光強度に対する短辺方向周辺部113の回折光強度を80%以上に抑えることができる。   When the hologram diffuser according to this configuration is used in the configuration shown in FIG. 21, the primary light magnifying pupils 71 and 71 ′ of the exit pupils 37 and 37 ′ of the image projection means projected by the hologram diffuser 96 and the Fresnel concave mirror 97 are rectangular. The intensity of the diffracted light at the peripheral portion 113 in the short side direction with respect to the intensity of the diffracted light at the center 98 of the shaped pupil can be suppressed to 80% or more.

よって、観察者は1次光拡大瞳の範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を適切な明るさで観察することができる。   Therefore, the observer can place his or her eyes on the entire area of the primary light magnifying pupil, and can observe the image with appropriate brightness without losing the degree of freedom.

図37は本実施例にかかる立体観察装置の図である。   FIG. 37 is a diagram of the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図中237は互いに視差を有する2つの画像を撮像する手術用実体顕微鏡、238は手術用実体顕微鏡237が内蔵するCCDをコントロールし視差を有する2つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントローラー、239はカメラコントローラーより伝送された視差を有する2つの画像を右眼用画像投影機240と左眼用画像投影機241に分離して伝送し左右眼用画像投影機240、241が内蔵するDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)をコントロールするDMDコントローラー、242はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、243は光源、244は光源243から左右眼用画像投影機240、241と手術用実体顕微鏡237に照明光を伝送するライトガイドケーブル、245は映像信号ケーブル、246は、手術用実体顕微鏡237と左右画像投影機240、241とパネル242とカメラコントローラー238とDMDコントローラー239と光源243とを保持する保持ユニットをそれぞれ示している。   In the figure, reference numeral 237 denotes a surgical stereo microscope that captures two images having parallax from each other, 238 denotes a camera controller that controls a CCD built in the surgical stereo microscope 237 and transmits two images having parallax to a display device, and 239 denotes a camera controller. The two images having the parallax transmitted from the camera controller are separated and transmitted to the right-eye image projector 240 and the left-eye image projector 241 and the DMD (digital micro DMD controller for controlling the mirror device), 242 is a panel composed of a hologram diffuser, which is a hologram type diffractive optical element, and a Fresnel concave mirror, 243 is a light source, 244 is a light source 243, and left and right image projectors 240, 241 and a stereo microscope for operation Light guide cable for transmitting illumination light to 237 245 video signal cable, 246 denotes a holding unit for holding a surgical stereo microscope 237 and the left and right image projector 240, 241 and the panel 242 and the camera controller 238 and the DMD controller 239 and the light source 243, respectively.

本実施例による立体観察装置はさらに、図24に示すように画像投影機119から射出した光束を、ホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザー120とフレネル凹面鏡121の作用により観察者122の眼の近傍に集光する。よって一般のプロジェクターのような明るさが800ANSIルーメン以上ある画像投影手段では明るすぎて画像を観察することが出来ない。   The stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment further converts the light beam emitted from the image projector 119 into the vicinity of the eye of the observer 122 by the action of the hologram diffuser 120 which is a hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror 121 as shown in FIG. Focus on Therefore, an image projection unit having a brightness of 800 ANSI lumens or more like a general projector is too bright to observe an image.

ゆえに本実施例の立体表示装置に搭載する画像投影機は明るさを100ANSIルーメンとした。   Therefore, the brightness of the image projector mounted on the stereoscopic display device of this embodiment is set to 100 ANSI lumens.

実験により、200ANSIルーメン以下の明るさの画像投影手段であれば、画像をまぶしく感じることなく観察できることがわかった。   Experiments have shown that an image projection means having a brightness of 200 ANSI lumens or less can observe an image without dazzling.

よって、上記条件による画像投影手段を用いれば、観察者は快適に画像を観察することができる。   Therefore, if the image projection means under the above conditions is used, the observer can comfortably observe the image.

また、本実施例の立体観察装置は、右眼用画像投影機、左眼用画像投影機、手術用実体顕微鏡にぞれぞれ独自に光源を配置しないため、画像投影手段および手術用顕微鏡を小型化することができ、立体観察装置の観察者に近い部分をスリム化することができ、観察者に広い作業空間を提供することができる。   Further, since the stereoscopic observation apparatus of the present embodiment does not independently arrange light sources in the image projector for the right eye, the image projector for the left eye, and the stereoscopic microscope for surgery, the image projection means and the surgical microscope are not used. It is possible to reduce the size, to make the portion of the stereoscopic observation device close to the observer slim, and to provide the observer with a wide working space.

なお本実施例では画像表示手段にDMDを用いたが、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子を用いても良い。ただし、本実施例のような、光源を1つに集約して光源に負担をかける立体表示装置に採用するにはDMDのように映像を作成するために偏光を用いない表示装置が望ましい。   In this embodiment, the DMD is used as the image display means, but a transmissive liquid crystal display element or a reflective liquid crystal display element may be used. However, a display device that does not use polarized light for creating an image, such as a DMD, is desirable for adopting a stereoscopic display device in which the light sources are integrated into one and places a burden on the light sources as in this embodiment.

また、本実施例では画像投影機の明るさを100ANSIルーメンとしたが、200ANSIルーメン以上の画像投影機の開口部にニュートラルデンシティーフィルター(NDフィルター)を配置し100ANSIルーメンとしたものでも良い。   Further, in this embodiment, the brightness of the image projector is set to 100 ANSI lumens. However, a neutral density filter (ND filter) may be arranged at the opening of the image projector having 200 ANSI lumens or more to have 100 ANSI lumens.

図38、図39は本実施例にかかる立体観察装置の光学系の詳細図である。   FIGS. 38 and 39 are detailed views of the optical system of the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図38は側面図、図39は上面図を示す。図中252は右眼用透過型LCD、253は左眼用透過型LCD、254は右眼用画像投影光学系、255は左眼用画像投影光学系、250はホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、256は右眼用画像投影光学系の光軸、257は左眼用画像投影光学系の光軸、258は右眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心、259は左眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心をそれぞれ示している。   38 shows a side view, and FIG. 39 shows a top view. In the figure, 252 is a transmission type LCD for the right eye, 253 is a transmission type LCD for the left eye, 254 is an image projection optical system for the right eye, 255 is an image projection optical system for the left eye, and 250 is a panel composed of a hologram diffuser and a Fresnel concave mirror 256, the optical axis of the right-eye image projection optical system; 257, the optical axis of the left-eye image projection optical system; 258, the center of the image display surface of the transmissive liquid crystal display element for the right eye; The center of the image display surface of the liquid crystal display device is shown.

透過型LCDの画像表示面中心258(259)は画像投影光学系の光軸の上側に配置している。   The center 258 (259) of the image display surface of the transmission type LCD is arranged above the optical axis of the image projection optical system.

また、左右眼用の画像投影光学系の光軸256、257を、パネル250の法線に対し平行となるように配置し、かつ左右眼用の透過型液晶表示素子の画像表示面中心258、259は光軸256、257の外側に配置している。   Further, the optical axes 256 and 257 of the image projection optical system for the left and right eyes are arranged so as to be parallel to the normal line of the panel 250, and the center 258 of the image display surface of the transmissive liquid crystal display element for the left and right eyes. 259 is disposed outside the optical axes 256 and 257.

さらに、左右眼用の透過型LCD252、253の画像表示面をパネル250の画像投影面に対し平行となるように配置している。   Further, the image display surfaces of the transmissive LCDs 252 and 253 for the left and right eyes are arranged so as to be parallel to the image projection surface of the panel 250.

上記に示した構成によると、パネル250に投影された左右の画像を画面全体で互いに一致させることができる。   According to the configuration described above, the left and right images projected on panel 250 can be matched with each other over the entire screen.

よって観察者は両画像を融像する際に違和感や疲労感を感じることなく、画像を良好に観察することができる。   Therefore, the observer can observe the images satisfactorily without frustration or fatigue when the two images are fused.

図44は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。   FIG. 44 is a diagram illustrating the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図中600、601は、画像投影機36が有する射出瞳37、37'が、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル40により投影されたものである。   In the drawing, reference numerals 600 and 601 denote projection pupils 37 and 37 'of the image projector 36 projected by a panel 40 including a hologram diffuser and a Fresnel concave mirror.

ここで、画像投影機36より色度(x、y)=(0.31、0.31)の全面白色画像を投影した場合、本実施例の立体観察装置では、投影瞳600、601の中心602、603からパネル40に投影された画像の中心605の色度を色度計604にて測定すると(x、y)=(0.31、0.31)であり、さらに、投影瞳600、601の内部から同じくパネル40に投影された画像の中心605の色度を測定し、色度(x、y)=(0.31±0.2、0.31±0.2)の範囲内で測定される領域を表したものが図中606、607である。この色度(x、y)=(0.31±0.2、0.31±0.2)の範囲内で測定される領域は投影瞳600、601の中心602、603を含むφ60mmの形状を有している。   Here, in the case where the entire white image of chromaticity (x, y) = (0.31, 0.31) is projected from the image projector 36, in the stereoscopic observation apparatus of the present embodiment, the centers of the projection pupils 600 and 601 are set. When the chromaticity of the center 605 of the image projected from 602 and 603 to the panel 40 is measured by the chromaticity meter 604, (x, y) = (0.31, 0.31). The chromaticity of the center 605 of the image similarly projected on the panel 40 from the inside of the 601 is measured, and the chromaticity (x, y) is within the range of (0.31 ± 0.2, 0.31 ± 0.2). 606 and 607 in the figure represent the areas measured by. The area measured within the range of this chromaticity (x, y) = (0.31 ± 0.2, 0.31 ± 0.2) is a φ60 mm shape including the centers 602, 603 of the projection pupils 600, 601. have.

この結果を得るためにホログラムデフューザーは前記実施例4の構成をとっている。   In order to obtain this result, the hologram diffuser has the configuration of the fourth embodiment.

以上により、観察者は、投影瞳600、601の内部の、色度(x、y)=(0.31±0.2、0.31±0.2)の範囲内で測定される領域606、607内に眼を置き、この範囲内で眼を動かして画像を観察する限りでは観察画像の色の変化を強く感じることが無い。よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。   As described above, the observer can view the region 606 within the range of chromaticity (x, y) = (0.31 ± 0.2, 0.31 ± 0.2) inside the projection pupils 600 and 601. , 607 and observe the image while moving the eye within this range, there is no strong sense of color change in the observed image. Therefore, it is possible to reduce the fatigue at the time of observation by giving a degree of freedom to the position where the observer places his or her eyes.

図42は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。   FIG. 42 is a diagram illustrating the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図中36は画像投影機であり、この画像投影機の右眼用に画像を投影する方からのみ、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡からなるパネル40に向けて画像を投影している。よって画像を投影している方の射出瞳37がパネルにより投影されたものが1006である。また、画像を投影していない方の射出瞳37'が投影されたものが1006'である。   In the figure, reference numeral 36 denotes an image projector, which projects an image toward a panel 40 composed of a hologram type diffractive optical element and a Fresnel concave mirror only from the side that projects an image for the right eye of the image projector. Accordingly, the projection pupil 37, which projects the image, is projected by the panel at 1006. 1006 'is a projection of the exit pupil 37' on which no image is projected.

さらに、画像を投影している方の射出瞳が投影された投影瞳1006の内部から輝度計1007によって投影画像1008の中心1009の輝度を測定した測定値は1580cd/m2であり、画像を投影していない方の射出瞳が投影された投影瞳1006'の内部から輝度計1007によって投影画像1008の中心1009の輝度を測定した測定値は50cd/m2である。   Further, the measured value obtained by measuring the luminance of the center 1009 of the projected image 1008 by the luminance meter 1007 from the inside of the projected pupil 1006 on which the exit pupil that is projecting the image is projected is 1580 cd / m2. The measured value obtained by measuring the luminance of the center 1009 of the projected image 1008 by the luminance meter 1007 from the inside of the projection pupil 1006 ′ on which the exit pupil is not projected is 50 cd / m 2.

ここで、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をH1、観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をH2とすると、本実施例においてはH2/H1の値は0.032となり、前記請求項11の条件を満たしている。   Here, the measured value obtained by measuring the luminance of the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the observer can observe the image is H1, and the luminance of the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the observer cannot observe the image. Assuming that the measured value is H2, in this embodiment, the value of H2 / H1 is 0.032, which satisfies the condition of claim 11.

この結果を得るためにホログラムデフューザーは1回の露光回数で製作されている。ホログラムデフューザーはホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、また、多くの露光回数で製作されたホログラムデフューザーは不要回折光が増えるため、露光回数は10回以下が望ましい。   To obtain this result, the hologram diffuser is manufactured with one exposure. The hologram diffuser is manufactured by interference exposure of light beams from a plurality of coherent light sources to the hologram recording material, and the hologram diffuser manufactured by a large number of exposures increases the number of unnecessary diffracted lights. Is desirably 10 times or less.

以上の構成により、クロストークを立体観察に支障のないレベルに留めることが出来る。   With the above configuration, crosstalk can be kept at a level that does not hinder stereoscopic observation.

本実施例でのホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーは、フレネル凹面鏡に対して着脱自在であり、かつ図69に示すように袋状のビニール(ビニールバック)と一体に構成されている。   The hologram diffuser, which is a hologram type diffractive optical element in this embodiment, is detachable from the Fresnel concave mirror, and is integrally formed with a bag-shaped vinyl (vinyl bag) as shown in FIG.

図69中X2はビニールバック、X1はホログラムデフューザー、X3はボタンをそれぞれ示している。またビニールバックX2のホログラムデフューザーX1と重なる部分は切り取られ、切り取られた部分を塞ぐようにホログラムデフューザーが接着されている。   In FIG. 69, X2 indicates a vinyl back, X1 indicates a hologram diffuser, and X3 indicates a button. The portion of the vinyl back X2 that overlaps with the hologram diffuser X1 is cut off, and the hologram diffuser is adhered so as to cover the cut-off portion.

以後ホログラムデフューザーと一体となったビニールバックを一体ドレープと呼ぶ。   Hereinafter, the vinyl bag integrated with the hologram diffuser is referred to as an integrated drape.

さらにこの一体ドレープは滅菌処理され、図70に示すように、内蔵物を滅菌状態に保つ滅菌パックに内蔵されている。   Further, the integrated drape is subjected to a sterilization treatment, and as shown in FIG. 70, is incorporated in a sterilization pack for keeping the internal components in a sterilized state.

図70中X4は滅菌パック、X5は前記滅菌パックに内蔵された滅菌処理済の一体ドレープを示している。   In FIG. 70, X4 indicates a sterilized pack, and X5 indicates a sterilized integrated drape built in the sterilized pack.

さらに、図71に示すように、手術室において前記滅菌パックX6は開封され、内蔵する滅菌処理済の一体ドレープX7は、立体観察装置X8のフレネル凹面鏡X9をすっぽり覆える構成となっている。この時フレネル凹面鏡X9はアクリル素材からなり、表面は鏡面としている。よって、一体ドレープX7のホログラムデフューザー部分X10を静電気により密着する。   Further, as shown in FIG. 71, the sterilization pack X6 is opened in the operating room, and the built-in sterilized drape X7 built therein completely covers the Fresnel concave mirror X9 of the stereoscopic observation device X8. At this time, the Fresnel concave mirror X9 is made of an acrylic material, and the surface is a mirror surface. Therefore, the hologram diffuser portion X10 of the integrated drape X7 is adhered by static electricity.

また、前記一体ドレープの落下を防ぐために、図72に示すようにフレネル凹面鏡X11を覆った一体ドレープX12は、フレネル凹面鏡X11を覆った状態で、フレネル凹面鏡の上部でボタンX13により開口部を閉じられる構成となっている。   In order to prevent the integrated drape from dropping, as shown in FIG. 72, the integrated drape X12 covering the Fresnel concave mirror X11 can be closed with the button X13 above the Fresnel concave mirror while covering the Fresnel concave mirror X11. It has a configuration.

上記構成により、図73に示すように、手術室において立体観察装置X14の術部X15に近いフレネル凹面鏡の部分X16を滅菌状態に保つことができる。   With the above configuration, as shown in FIG. 73, the portion X16 of the Fresnel concave mirror close to the operation portion X15 of the stereoscopic observation device X14 can be kept in a sterilized state in the operating room.

立体観察装置が本実施例で述べた構成をとらず、図74に示すように、ホログラムデフューザーX17とフレネル凹面鏡X18が一体となったパネルX19であって、このパネルX19を別途滅菌済のドレープX20で覆い滅菌状態を保った場合、光線X21が滅菌済ドレープX20を透過する際に発生する反射光X22により観察画像の画質劣化をもたらしてしまう。   The stereoscopic observation apparatus does not take the configuration described in this embodiment, and as shown in FIG. 74, is a panel X19 in which a hologram diffuser X17 and a Fresnel concave mirror X18 are integrated, and this panel X19 is separately sterilized drape X20. If the light beam X21 passes through the sterilized drape X20, the reflected light X22 generated when the light beam X21 passes through the sterilized drape X20 causes deterioration in the image quality of the observed image.

本実施例のホログラムデフューザーは前記一体ドレープとして1回のみの使用を想定しており、手術室で使用されたらその後棄てられるディスポーザブルの形態を取っている。手術室で前記立体観察装置を使用する場合は、そのたびに新しい滅菌済の一体ドレープを使用する。よって、常に滅菌状態を保つことができる。   The hologram diffuser of the present embodiment is assumed to be used only once as the integrated drape, and is in the form of a disposable that is discarded after being used in an operating room. Each time the stereoscopic device is used in an operating room, a new sterile integrated drape is used. Therefore, a sterilized state can be always maintained.

また、ディスポーザブルの部分はホログラムデフューザーとビニールバックのみなので、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡をディスポーザブルとするのに比べ低コスト化が図れる。   Further, since the disposable portion includes only the hologram diffuser and the vinyl bag, the cost can be reduced as compared with the case where the hologram diffuser and the Fresnel concave mirror are disposable.

図75は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。
本実施例はフレネル凹面鏡の代わりにフレネル凸レンズを用いたものである。
FIG. 75 is a diagram illustrating the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.
In this embodiment, a Fresnel convex lens is used instead of the Fresnel concave mirror.

図中X26は観察者、X25はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネル、X27は左右画像投影機X24、X24’とパネルXとを保持する保持ユニット、X28は天井に対して前記保持ユニットX27を保持する第2保持ユニットをそれぞれ示している。   In the figure, X26 is an observer, X25 is a panel composed of a hologram diffuser, which is a holographic diffractive optical element, and a Fresnel convex lens, X27 is a holding unit that holds the left and right image projectors X24, X24 'and the panel X, and X28 is a ceiling unit. Respectively shows a second holding unit that holds the holding unit X27.

パネルX25は、片面にフレネルレンズ面X29が形成されたアクリルパネルX30であり、透過する光線を集光するフレネル凸レンズの作用を持つ。   The panel X25 is an acrylic panel X30 having a Fresnel lens surface X29 formed on one surface, and has the function of a Fresnel convex lens that condenses transmitted light.

さらに、パネルのフレネルレンズ面が形成されていない方の面X31は平面であり、この平面上にホログラムデフューザーX32を貼り付けている。   Further, the surface X31 of the panel on which the Fresnel lens surface is not formed is a flat surface, and the hologram diffuser X32 is attached on this flat surface.

また、保持ユニットX27は、観察者の右眼がパネルX25によって投影される位置に右眼用画像投影機X24の射出瞳をおよそ一致させ、かつ観察者の左眼がパネルX25によって投影される位置に左眼用画像投影機X24’の射出瞳をおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持する。   Further, the holding unit X27 makes the exit pupil of the right-eye image projector X24 approximately coincide with the position where the right eye of the observer is projected by the panel X25, and the position where the left eye of the observer is projected by the panel X25. The panel and the left and right image projectors are held so that the exit pupils of the left eye image projector X24 'approximately coincide with each other.

さらに、保持ユニットX27は、左右眼用画像投影機X24、X24’が投影する2つの画像をパネルX25上に互いにおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持している。   Further, the holding unit X27 holds the panel and the left and right eye image projectors so that the two images projected by the left and right eye image projectors X24 and X24 'approximately match each other on the panel X25.

よって、左右眼用画像投影機のそれぞれの射出瞳はパネルX25のホログラムデフューザーとフレネル凸レンズにより観察者の左右の眼近傍に拡大投影される。   Therefore, the respective exit pupils of the left and right eye image projectors are enlarged and projected near the left and right eyes of the observer by the hologram diffuser and the Fresnel convex lens of panel X25.

上記構成によれば、観察者は手術用実体顕微鏡が撮像した右眼用画像を右眼で、左眼用画像を左眼で観察することができ、シャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく、TVを見るような感覚で立体画像を観察することができる。   According to the configuration, the observer can observe the image for the right eye captured by the stereoscopic microscope for surgery with the right eye and the image for the left eye with the left eye, and wears glasses having a shutter function on the face. Thus, a stereoscopic image can be observed as if watching a TV.

また、図29に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件を示す。   FIG. 29 shows exposure conditions of the hologram diffuser of this embodiment.

図中166はホログラム記録材料、167はホログラム記録材料の露光面中心、168は第1光源位置、169は第2光源、170は第1光源中心、171は第2光源中心をそれぞれ示している。   In the figure, 166 is the hologram recording material, 167 is the center of the exposure surface of the hologram recording material, 168 is the first light source position, 169 is the second light source, 170 is the first light source center, and 171 is the second light source center.

ここで、ホログラム記録材料の露光面中心167を原点とすると、第1光源の中心位置(X1,Y1,Z1)は以下の通りであり、点光源とする。   Here, assuming that the center of exposure surface 167 of the hologram recording material is the origin, the center position (X1, Y1, Z1) of the first light source is as follows, and is a point light source.

(X1,Y1,Z1)=(0,297.11,-578.12)
また、第2光源の中心位置(X2,Y2,Z2)は以下の通りであり、拡散面光源とする。
(X1, Y1, Z1) = (0,297.11, -578.12)
The center position (X2, Y2, Z2) of the second light source is as follows, and is assumed to be a diffusion surface light source.

(X2,Y2,Z2)=(0,435.317,-482.718)
さらに、ホログラム記録材料の露光面から見た第1光源中心170と、第2光源中心171を見込む角度(図中のα、β、γ)はいずれも15°以下である。
(X2, Y2, Z2) = (0,435.317, -482.718)
Furthermore, the angles (α, β, γ in the figure) of the first light source center 170 and the second light source center 171 viewed from the exposure surface of the hologram recording material are all 15 ° or less.

上記構成は、請求項2、5の条件を満たすため、ホログラムデフューザーの光線屈曲作用が弱く、ホログラムデフューザーを透過する光線の波長分散発生量を5°以内とすることができ、ホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネルにより投影される画像投影機の射出瞳は観察者の近傍に波長によるズレが少なく投影され、各波長の投影瞳の重なりを広く確保することができる。   In the above configuration, since the hologram diffuser satisfies the conditions of claims 2 and 5, the light beam bending action of the hologram diffuser is weak, the amount of chromatic dispersion of light transmitted through the hologram diffuser can be made within 5 °, and the hologram diffuser and the Fresnel convex lens The projection pupil of the image projector, which is projected by the panel composed of the panel, is projected in the vicinity of the observer with little deviation due to the wavelength, and the overlap of the projection pupils of each wavelength can be secured widely.

よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせることができ、観察時の疲労を軽減することができる。   Accordingly, the position at which the observer places his or her eyes can be given a degree of freedom, and fatigue during observation can be reduced.

また、図29において、ホログラム記録材料の露光面中心167と第1光源中心170を結ぶ直線の長さAと、ホログラム記録材料の露光面中心167と第2光源中心171を結ぶ直線の長さBはまったく同じ長さであるため、この条件で露光製作したホログラムデフューザーは光線屈曲作用以外の集光作用や発散作用などのレンズ作用としてのパワーは0であり、集光作用や発散作用などについてはフレネル凸レンズが担っている。   In FIG. 29, a length A of a straight line connecting the center 167 of the exposure surface of the hologram recording material to the first light source center 170 and a length B of a straight line connecting the center 167 of the exposure surface of the hologram recording material and the center 171 of the second light source. Since the hologram diffuser exposed and manufactured under these conditions has exactly the same length, the power as a lens action such as a condensing action and a diverging action other than the ray bending action is 0. Fresnel convex lens is responsible.

上記構成は請求項9の条件を満たすため、本実施例の立体観察装置は、ホログラム型回折光学素子とフレネル凸レンズにて投影する画像投影手段の射出瞳が、図23に示すように波長ごとに大きさが異なることなく投影されるため、各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することができ、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。   Since the above configuration satisfies the condition of claim 9, in the stereoscopic observation apparatus of the present embodiment, the exit pupil of the image projecting means for projecting with the hologram type diffractive optical element and the Fresnel convex lens is different for each wavelength as shown in FIG. Because the images are projected without any difference in size, a wide area where the projection pupils of each wavelength overlap can be secured widely, and the observer has more freedom in where to place his or her eyes to reduce fatigue during observation. Can be done.

さらに前記ホログラムデフューザーは入射する光束を1次光、0次光、−1次光の3つの光束に分割し、特に1次光と−1次光をそれぞれ散乱光束とすることを特徴としている
よって、左右眼用の画像投影機が有するそれぞれの射出瞳は、パネルX25により、1次光拡大瞳と、−1次光拡大瞳と、0次光瞳として観察者の近傍にそれぞれ投影される。
Further, the hologram diffuser divides the incident light beam into three light beams of primary light, zero-order light, and −1st-order light, and in particular, divides the primary light and the −1st-order light into scattered light beams. Each of the exit pupils of the image projectors for the left and right eyes is projected by the panel X25 as a primary optical pupil, a −1st optical pupil, and a 0th optical pupil near the observer.

さらに、図76に示すように、パネルの一部を構成するホログラムデフューザーX33は、法線X34と露光製作されるときの2つの光源X35、X36とを含む平面X37が、観察者の両眼の瞳孔のそれぞれ中心X38、X39を結ぶ直線X40と、画像投影機が有する左右の射出瞳のそれぞれ中心X41,X42を結ぶ直線X43に対してそれぞれ略直交するように配置されている。   Further, as shown in FIG. 76, the hologram diffuser X33 forming a part of the panel has a plane X37 including a normal line X34 and two light sources X35 and X36 when exposed and manufactured, and a plane X37 of the observer's eyes. A straight line X40 connecting the centers X38 and X39 of the pupil, respectively, and a straight line X43 connecting the centers X41 and X42 of the left and right exit pupils of the image projector are respectively substantially orthogonal to each other.

この構成によると、図77に示すように、右眼用画像投影機X44の射出瞳X45は、ホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネルX46により観察者の右側に、右眼用1次光拡大瞳X47、右眼用−1次光拡大瞳X48として投影される。   According to this configuration, as shown in FIG. 77, the exit pupil X45 of the right-eye image projector X44 is placed on the right side of the observer by the panel X46 including the hologram diffuser and the Fresnel convex lens, and the right-eye primary light magnifying pupil X47. , Right-primary light magnifying pupil X48 for the right eye.

また、左眼用画像投影機X49の射出瞳X50は、同じくホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネルX46により観察者の左側に、左眼用1次光拡大瞳X49、左眼用−1次光拡大瞳X50として投影される。   The exit pupil X50 of the left-eye image projector X49 is also provided on the left side of the observer by a panel X46 composed of a hologram diffuser and a Fresnel convex lens. Projected as pupil X50.

よって観察者は、パネル上に投影された画像を、左右眼用1次光拡大瞳の位置と、左右眼用−1次光拡大瞳の位置の2箇所で観察することができる。ゆえに画像観察時の姿勢の自由度を高めることができ、観察時の疲労を軽減することができる。   Therefore, the observer can observe the image projected on the panel at two positions, that is, the position of the left and right eye primary light magnifying pupil and the position of the left and right eye primary light magnifying pupil. Therefore, the degree of freedom in posture during image observation can be increased, and fatigue during observation can be reduced.

さらに、図中の0次光瞳中心X51と1次光拡大瞳中心X52の間の距離は105mmであり、0次光瞳中心X51と−1次光拡大瞳中心X53の間の距離も105mmである。   Further, the distance between the 0th-order light pupil center X51 and the first-order light expansion pupil center X52 in the figure is 105 mm, and the distance between the 0th-order light pupil center X51 and the -1st-order light expansion pupil center X53 is also 105 mm. is there.

この構成は前記請求項20の条件を満たすため、図9に示すような1次光拡大瞳、0次光瞳、−1次光拡大瞳の重なりが無い。よって、観察者は1次光拡大瞳もしくは−1次光拡大瞳のいずれか一方の瞳内部を十分に活用することができ、画像を適切な明るさで観察することができる。   Since this configuration satisfies the condition of claim 20, there is no overlap of the primary optical pupil, the zero-order optical pupil, and the −1-order optical pupil as shown in FIG. Therefore, the observer can fully utilize the inside of one of the primary optical pupil and the negative primary optical pupil, and can observe an image with appropriate brightness.

さらに、図34に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件をより詳細に示す。   FIG. 34 shows the exposure conditions of the hologram diffuser of this embodiment in more detail.

図中217はホログラム記録材料、218はホログラム記録材料の露光面中心、219は第1光源位置、220は第2光源、221は第2光源中心をそれぞれ示している。   In the figure, 217 indicates the hologram recording material, 218 indicates the center of the exposure surface of the hologram recording material, 219 indicates the position of the first light source, 220 indicates the second light source, and 221 indicates the center of the second light source.

ここで、ホログラム記録材料の露光面中心218を原点とすると、第1光源の中心位置(X1,Y1,Z1)は以下の通りであり、点光源とする。   Here, assuming that the center 218 of the exposure surface of the hologram recording material is the origin, the center position (X1, Y1, Z1) of the first light source is as follows, and is a point light source.

(X1,Y1,Z1)=(0,297.11,-578.12)
また、第2光源の中心位置(X2,Y2,Z2)は以下の通りであり、第1光源位置219と第2光源中心位置221を結ぶ直線222の方向に長手方向を持つ250mm×90mmの面積を有する長方形形状拡散面光源とする。
(X1, Y1, Z1) = (0,297.11, -578.12)
The center position (X2, Y2, Z2) of the second light source is as follows, and has an area of 250 mm × 90 mm having a longitudinal direction in a direction of a straight line 222 connecting the first light source position 219 and the second light source center position 221. And a rectangular diffused surface light source having

(X2,Y2,Z2)=(0,435.317,-482.718)
第2光源の長辺を短辺で割ると2.78となり、請求項9の条件を満たす。
(X2, Y2, Z2) = (0,435.317, -482.718)
When the long side of the second light source is divided by the short side, the result is 2.78, which satisfies the condition of claim 9.

よって、上記露光条件で製作されたホログラムデフューザーを用いる本実施例の立体観察装置は、観察者の近傍に投影される瞳が図14で示すようになり、観察者の縦方向に眼を置く自由度を増やすことができる。   Therefore, in the stereoscopic observation apparatus of the present embodiment using the hologram diffuser manufactured under the above exposure conditions, the pupil projected near the observer is as shown in FIG. The degree can be increased.

また、図15に示すように、長方形形状の拡大瞳長手方向77と、ホログラムデフューザーが有する波長分散により発生する波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向78が一致するため、各波長の拡大投影瞳79、80、81の重なりあった部分82を広く取ることができる。よって、観察者が画像を正しい色で観察できる範囲を広く取ることもできる。   Further, as shown in FIG. 15, the longitudinal direction 77 of the rectangular enlarged pupil coincides with the deviation direction 78 of the enlarged pupil projection position for each wavelength generated by the wavelength dispersion of the hologram diffuser. The overlapping portion 82 of 79, 80, 81 can be widened. Therefore, the range in which the observer can observe the image with the correct color can be widened.

また、ホログラムデフューザーに対して、露光時の第1光源の位置から単色光線を当てると、光束が透過した側に、図16で示すような第2光源の1次像と、−1次像が発生する。本実施例では図35に示すように、第2光源の1次像223の長辺方向に、1次像中心部224を通過する直線225上にて回折光強度測定器226で各波長の回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ227にて、像中心部の回折光強度228を100%とすると、像の長辺方向周辺部の回折光強度229は60%以上となっている。   Further, when a monochromatic light beam is applied to the hologram diffuser from the position of the first light source at the time of exposure, a primary image of the second light source and a primary image as shown in FIG. appear. In the present embodiment, as shown in FIG. 35, the diffraction light of each wavelength is diffracted by the diffracted light intensity measuring device 226 on the straight line 225 passing through the primary image center 224 in the long side direction of the primary image 223 of the second light source. When the light intensity distribution is measured, assuming that the diffracted light intensity 228 at the center of the image is 100% in the diffracted light intensity distribution graph 227, the diffracted light intensity 229 at the peripheral portion in the long side direction of the image is 60% or more. I have.

この構成によるホログラムデフューザーを図75で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザーとフレネル凸レンズにより投影される画像投影手段の射出瞳の1次光拡大瞳は、長方形形状をした瞳の中心部の回折光強度に対する長手方向周辺部の回折光強度を60%以上に抑えることができる。   When the hologram diffuser according to this configuration is used in the configuration shown in FIG. 75, the primary light enlargement pupil of the exit pupil of the image projection means projected by the hologram diffuser and the Fresnel convex lens is a diffracted light at the center of the rectangular pupil. The intensity of the diffracted light at the peripheral portion in the longitudinal direction with respect to the intensity can be suppressed to 60% or more.

よって、本実施例によるホログラムデフューザーを立体観察装置に用いると、ホログラムデフューザーが有する波長分散により波長ごとに投影される瞳の位置がズレるが、図19に示すように各波長による拡大瞳の回折光強度は長手方向最周辺部でも中心部に対して60%以上有しているため、投影された各波長の瞳の重なった部分においてはどの位置でも、各波長の回折強度に40%以上の差が発生しない。   Therefore, when the hologram diffuser according to the present embodiment is used in a stereoscopic observation apparatus, the position of the pupil projected for each wavelength is shifted due to the wavelength dispersion of the hologram diffuser. However, as shown in FIG. Since the intensity is 60% or more with respect to the center even in the outermost peripheral portion in the longitudinal direction, the difference in the diffraction intensity of each wavelength by 40% or more at any position where the projected pupil of each wavelength overlaps. Does not occur.

よって、観察者は各波長の拡大瞳の重なった範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を最適な色で観察することができる。   Therefore, the observer can place his or her eyes on the entire area where the enlarged pupils of each wavelength overlap, and can observe the image with the optimal color without losing the degree of freedom.

さらに、本実施例では図36に示すように、第2光源の1次像230の短辺方向に、1次像中心部231を通過する直線232上にて回折光強度測定器233で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ234にて、像中心部の回折光強度235を100%とすると、像の短辺方向周辺部の回折光強度236は80%以上となっている。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 36, in the short side direction of the primary image 230 of the second light source, the diffracted light is measured by the diffracted light intensity measuring device 233 on the straight line 232 passing through the center 231 of the primary image. When the intensity distribution is measured, assuming that the diffracted light intensity 235 at the center of the image is 100% in the diffracted light intensity distribution graph 234, the diffracted light intensity 236 at the peripheral portion in the short side direction of the image is 80% or more. .

この構成によるホログラムデフューザーを図75で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡により投影される画像投影手段の射出瞳の1次光拡大瞳は、長方形形状をした瞳の中心部の回折光強度に対する短辺方向周辺部の回折光強度を80%以上に抑えることができる。   When the hologram diffuser according to this configuration is used in the configuration shown in FIG. 75, the primary light expansion pupil of the hologram diffuser and the exit pupil of the image projecting means projected by the Fresnel concave mirror is the diffracted light at the center of the rectangular pupil. The intensity of the diffracted light at the peripheral portion in the short side direction with respect to the intensity can be suppressed to 80% or more.

よって、観察者は1次光拡大瞳の範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を適切な明るさで観察することができる。   Therefore, the observer can place his or her eyes on the entire area of the primary light magnifying pupil, and can observe the image with appropriate brightness without losing the degree of freedom.

本実施例による立体観察装置はさらに、画像投影機から射出した光束を、ホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凸レンズの作用により観察者の眼の近傍に集光する。よって一般のプロジェクターのような明るさが800ANSIルーメン以上ある画像投影手段では明るすぎて画像を観察することが出来ない。   The stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment further condenses the light beam emitted from the image projector near the observer's eye by the action of a hologram diffuser, which is a hologram diffractive optical element, and a Fresnel convex lens. Therefore, an image projection unit having a brightness of 800 ANSI lumens or more like a general projector is too bright to observe an image.

ゆえに本実施例の立体表示装置に搭載する画像投影機は明るさを100ANSIルーメンとした。   Therefore, the brightness of the image projector mounted on the stereoscopic display device of this embodiment is set to 100 ANSI lumens.

実験により、200ANSIルーメン以下の明るさの画像投影手段であれば、画像をまぶしく感じることなく観察できることがわかった。   Experiments have shown that an image projection means having a brightness of 200 ANSI lumens or less can observe an image without dazzling.

よって、上記条件による画像投影手段を用いれば、観察者は快適に画像を観察することができる。   Therefore, if the image projection means under the above conditions is used, the observer can comfortably observe the image.

また、本実施例では画像投影機の明るさを100ANSIルーメンとしたが、200ANSIルーメン以上の画像投影機の開口部にニュートラルデンシティーフィルター(NDフィルター)を配置し100ANSIルーメンとしたものでも良い。     Further, in this embodiment, the brightness of the image projector is set to 100 ANSI lumens. However, a neutral density filter (ND filter) may be arranged at the opening of the image projector having 200 ANSI lumens or more to have 100 ANSI lumens.

図38、図39は本実施例にかかる立体観察装置の光学系の詳細図である。   FIGS. 38 and 39 are detailed views of the optical system of the stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment.

図38は側面図、図39は上面図を示す。図中252は右眼用透過型LCD、253は左眼用透過型LCD、254は右眼用画像投影光学系、255は左眼用画像投影光学系、250はホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネル、256は右眼用画像投影光学系の光軸、257は左眼用画像投影光学系の光軸、258は右眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心、259は左眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心をそれぞれ示している。   38 shows a side view, and FIG. 39 shows a top view. In the drawing, reference numeral 252 denotes a transmission type LCD for the right eye, 253 denotes a transmission type LCD for the left eye, 254 denotes an image projection optical system for the right eye, 255 denotes an image projection optical system for the left eye, and 250 denotes a panel comprising a hologram diffuser and a Fresnel convex lens. 256, the optical axis of the right-eye image projection optical system; 257, the optical axis of the left-eye image projection optical system; 258, the center of the image display surface of the transmissive liquid crystal display element for the right eye; The center of the image display surface of the liquid crystal display device is shown.

透過型LCDの画像表示面中心258(259)は画像投影光学系の光軸の上側に配置している。   The center 258 (259) of the image display surface of the transmission type LCD is arranged above the optical axis of the image projection optical system.

また、左右眼用の画像投影光学系の光軸256、257を、パネル250の法線に対し平行となるように配置し、かつ左右眼用の透過型液晶表示素子の画像表示面中心258、259は光軸256、257の外側に配置している。   Further, the optical axes 256 and 257 of the image projection optical system for the left and right eyes are arranged so as to be parallel to the normal line of the panel 250, and the center 258 of the image display surface of the transmissive liquid crystal display element for the left and right eyes. 259 is disposed outside the optical axes 256 and 257.

さらに、左右眼用の透過型LCD252、253の画像表示面をパネル250の画像投影面に対し平行となるように配置している。   Further, the image display surfaces of the transmissive LCDs 252 and 253 for the left and right eyes are arranged so as to be parallel to the image projection surface of the panel 250.

上記に示した構成によると、パネル250に投影された左右の画像を画面全体で互いに一致させることができる。   According to the configuration described above, the left and right images projected on panel 250 can be matched with each other over the entire screen.

よって観察者は両画像を融像する際に違和感や疲労感を感じることなく、画像を良好に観察することができる。   Therefore, the observer can observe the images satisfactorily without frustration or fatigue when the two images are fused.

ここで、図75の画像投影機X24、X24’より色度(x、y)=(0.31、0.31)の全面白色画像を投影した場合、本実施例の立体観察装置では、投影された瞳X54の中心X55からパネルX25に投影された画像の中心X56の色度を色度計にて測定すると(x、y)=(0.31、0.31)であり、さらに、投影瞳の内部から同じくパネルX25に投影された画像の中心X56の色度を測定し、色度(x、y)=(0.31±0.2、0.31±0.2)の範囲内で測定される領域を表したものが図中606、607である。この色度(x、y)=(0.31±0.2、0.31±0.2)の範囲内で測定される領域は投影瞳600、601の中心602、603を含むφ60mmの形状を有している。   Here, when the entire white image of chromaticity (x, y) = (0.31, 0.31) is projected from the image projectors X24 and X24 'in FIG. When the chromaticity of the center X56 of the image projected on the panel X25 from the center X55 of the projected pupil X54 is measured by a chromaticity meter, (x, y) = (0.31, 0.31), and the projection is further performed. The chromaticity of the center X56 of the image similarly projected on the panel X25 from the inside of the pupil is measured, and the chromaticity (x, y) is within the range of (0.31 ± 0.2, 0.31 ± 0.2). 606 and 607 in the figure represent the areas measured by. The area measured within the range of this chromaticity (x, y) = (0.31 ± 0.2, 0.31 ± 0.2) is a φ60 mm shape including the centers 602, 603 of the projection pupils 600, 601. have.

この結果を得るためにホログラムデフューザーは前記実施例4の構成をとっている。   In order to obtain this result, the hologram diffuser has the configuration of the fourth embodiment.

以上により、観察者は、投影瞳600、601の内部の、色度(x、y)=(0.31±0.2、0.31±0.2)の範囲内で測定される領域606、607内に眼を置き、この範囲内で眼を動かして画像を観察する限りでは観察画像の色の変化を強く感じることが無い。よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。   As described above, the observer can view the region 606 within the range of chromaticity (x, y) = (0.31 ± 0.2, 0.31 ± 0.2) inside the projection pupils 600 and 601. , 607 and observe the image while moving the eye within this range, there is no strong sense of color change in the observed image. Therefore, it is possible to reduce the fatigue at the time of observation by giving a degree of freedom to the position where the observer places his or her eyes.

さらに、図78は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。   FIG. 78 is a diagram showing a stereoscopic observation apparatus according to this embodiment.

図中57は画投影機であり、この画像投影機の右眼用に画像を投影する方からのみ、ホログラム型回折光学素子とフレネル凸レンズからなるパネルX58に向けて画像を投影している。よって画像を投影している方の射出瞳X59がパネルにより投影されたものがX60である。また、画像を投影していない方の射出瞳X61が投影されたものがX62である。   In the figure, reference numeral 57 denotes an image projector, which projects an image toward a panel X58 composed of a hologram type diffractive optical element and a Fresnel convex lens only from the side of the image projector that projects an image for the right eye. Therefore, the projection of the exit pupil X59, which projects the image, by the panel is X60. The projection of the exit pupil X61 that is not projecting an image is X62.

さらに、画像を投影している方の射出瞳が投影された投影瞳X60の内部から輝度計X63によって投影画像X64の中心X65の輝度を測定した測定値は1580cd/m2であり、画像を投影していない方の射出瞳が投影された投影瞳X62の内部から輝度計X63によって投影画像X64の中心X65の輝度を測定した測定値は50cd/m2である。   Further, the measured value obtained by measuring the luminance of the center X65 of the projection image X64 by the luminance meter X63 from the inside of the projection pupil X60 on which the exit pupil that is projecting the image is projected is 1580 cd / m2, and the image is projected. A measured value obtained by measuring the luminance of the center X65 of the projected image X64 by the luminance meter X63 from the inside of the projection pupil X62 on which the exit pupil is not projected is 50 cd / m2.

ここで、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をH1、観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をH2とすると、本実施例においてはH2/H1の値は0.032となり、前記請求項11の条件を満たしている。   Here, the measured value obtained by measuring the luminance of the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the observer can observe the image is H1, and the luminance of the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the observer cannot observe the image. Assuming that the measured value is H2, in this embodiment, the value of H2 / H1 is 0.032, which satisfies the condition of claim 11.

この結果を得るためにホログラムデフューザーは1回の露光回数で製作されている。ホログラムデフューザーはホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、また、多くの露光回数で製作されたホログラムデフューザーは不要回折光が増えるため、露光回数は10回以下が望ましい。   To obtain this result, the hologram diffuser is manufactured with one exposure. The hologram diffuser is manufactured by interference exposure of light beams from a plurality of coherent light sources to the hologram recording material, and the hologram diffuser manufactured by a large number of exposures increases the number of unnecessary diffracted lights. Is desirably 10 times or less.

以上の構成により、クロストークを立体観察に支障のないレベルに留めることが出来る。

次に、本発明の立体観察装置の別の構成例について説明する。
With the above configuration, crosstalk can be kept at a level that does not hinder stereoscopic observation.

Next, another configuration example of the stereoscopic observation apparatus of the present invention will be described.

図45は本発明の立体観察装置の原理説明図で、(a)は透過型立体観察装置の一実施形態を示す概略構成図、(b)は反射型立体観察装置の一実施形態を示す概略構成図である。なお、図45(b)では便宜上右眼用の構成についてのみ示してあり、左眼用の構成は省略してある。   FIGS. 45A and 45B are explanatory diagrams of the principle of the stereoscopic observation apparatus of the present invention. FIG. 45A is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of a transmission stereoscopic observation apparatus, and FIG. 45B is a schematic diagram illustrating an embodiment of a reflection stereoscopic observation apparatus. It is a block diagram. In FIG. 45B, only the configuration for the right eye is shown for convenience, and the configuration for the left eye is omitted.

図45(a),(b)に示す立体観察装置は、投影装置の投影光学系21R,21Lと、結像光学系23と、拡散光学系(図45においては図示を省略)とを備えて構成されている。   The stereoscopic observation device shown in FIGS. 45A and 45B includes projection optical systems 21R and 21L of the projection device, an imaging optical system 23, and a diffusion optical system (not shown in FIG. 45). It is configured.

投影光学系21R,21Lは、2つの開口22R,22Lから画像を同一の表示面に投影するように設けられている。   The projection optical systems 21R and 21L are provided so as to project an image from the two openings 22R and 22L to the same display surface.

結像光学系23は、投影光学系の開口22R,22Lの像を観察者の瞳24R,24Lに結像するように設けられている。   The imaging optical system 23 is provided so as to form images of the openings 22R and 22L of the projection optical system on the pupils 24R and 24L of the observer.

拡散光学系は、観察用の瞳を拡大する作用を有している。   The diffusion optical system has an action of enlarging the observation pupil.

また、結像光学系23と拡散光学系は表示面位置に配置されている。   Further, the imaging optical system 23 and the diffusion optical system are arranged at the display surface position.

表示面位置は投影装置から投影される画像の結像位置となっている。そして、この結像位置に配置された結像光学系23として、透過型立体観察装置では、フレネルレンズが、反射型立体観察装置ではフレネルミラーが設けられている。   The display surface position is an image formation position of an image projected from the projection device. In the transmission type stereoscopic observation apparatus, a Fresnel lens is provided, and in the reflection type stereoscopic observation apparatus, a Fresnel mirror is provided as the image forming optical system 23 arranged at the image forming position.

フレネルミラー、フレネルレンズは、それぞれ2つの開口22R,22Lの像を観察者の瞳に結像するようになっている。   The Fresnel mirror and the Fresnel lens form images of the two openings 22R and 22L on the pupil of the observer.

これらのフレネル面は、結像面に配置するため、画質が劣化しない。また、従来の凹面鏡とは異なり、平板状に配置されている。   Since these Fresnel surfaces are arranged on the image forming surface, the image quality does not deteriorate. Also, unlike a conventional concave mirror, it is arranged in a flat plate shape.

図46は本発明の立体観察装置による観察用の瞳が拡大する原理を示す説明図である。なお、図46では、透過型の立体観察装置の構成を用いている。   FIG. 46 is an explanatory view showing the principle of the enlargement of the observation pupil by the stereoscopic observation apparatus of the present invention. In FIG. 46, the configuration of a transmission type stereoscopic observation apparatus is used.

平面状の表示位置又はその近傍には、結像光学系23と共に拡散光学系25が設けられている。   At or near the planar display position, a diffusion optical system 25 is provided together with the imaging optical system 23.

図46において、結像光学系23は、左右の投影装置からの観察用の瞳(射出瞳)の径φ20をφ20'の大きさで観察位置に結像する作用を有している。   In FIG. 46, the imaging optical system 23 has the function of forming an image of the diameter φ20 of the observation pupil (exit pupil) from the left and right projection devices at the observation position with a size of φ20 ′.

ここで、拡散光学系25は、拡散作用により、φ20'の大きさで結像されるべき左右の投影装置からの観察用の瞳の径をφ21の大きさに拡大するようになっている。   Here, the diffusion optical system 25 enlarges the diameter of the pupil for observation from the left and right projection devices to be formed into an image having the size of φ20 ′ to the size of φ21 by the diffusion action.

なお、拡散光学系25により拡大される左右の観察用の瞳は、クロストークの発生を防ぐため距離Lの観察位置では重なり合わないように設定されている。   Note that the left and right observation pupils enlarged by the diffusion optical system 25 are set so as not to overlap at an observation position at a distance L in order to prevent the occurrence of crosstalk.

この拡散光学系25による拡散作用は、透過型立体観察装置では表示面位置に設けられた拡散光学系25を1回だけ透過するので1回だけ作用し、反射型立体観察装置(図46では不図示)では表示面位置に設けられた拡散光学系を2回透過するため2回作用する。   In the transmission type stereoscopic observation device, the diffusion operation by the diffusion optical system 25 is performed only once because the light passes through the diffusion optical system 25 provided at the display surface position only once in the transmission type stereoscopic observation device. 2), the light passes through the diffusing optical system provided at the display surface position twice, so that it acts twice.

図47は本発明による立体観察装置の実施例を示す図で、(a)は、上方から見た概略構成図、(b)は(a)の側面図である。   FIG. 47 is a view showing an embodiment of a stereoscopic observation apparatus according to the present invention, wherein FIG. 47 (a) is a schematic configuration view from above, and FIG. 47 (b) is a side view of FIG.

本実施例の立体観察装置は、透過型に構成されている。表示面位置には、投影装置の開口22R,22Lを観察者の瞳24R,24Lに結像する結像光学系23として観察側にフレネル面23aを向けたフレネルレンズが配置され、フレネルレンズ23の近傍には、瞳拡大のための拡散光学系25として拡散板が配置されており、これらで透過型表示パネルを構成している。   The stereoscopic observation apparatus of the present embodiment is of a transmission type. At the display surface position, a Fresnel lens with a Fresnel surface 23a facing the observation side is arranged as an imaging optical system 23 that forms the openings 22R and 22L of the projection device on the pupils 24R and 24L of the observer. In the vicinity, a diffusion plate is disposed as a diffusion optical system 25 for pupil enlargement, and these constitute a transmission type display panel.

拡散板25の拡散面25aは、フレネルレンズ23のフレネルレンズ面23a側に設けられている。   The diffusion surface 25 a of the diffusion plate 25 is provided on the Fresnel lens surface 23 a side of the Fresnel lens 23.

本実施例では、フレネルレンズ面23aは、投影装置からの投影像の結像位置に配置されている。このため、フレネルレンズ面23aによる画質の劣化はない。   In the present embodiment, the Fresnel lens surface 23a is arranged at a position where an image projected from the projection device is formed. Therefore, there is no deterioration in image quality due to the Fresnel lens surface 23a.

拡散面25aは、フレネルレンズ面23aに近づけて配置されており、ボケを少なくして画質劣化を少なく抑えている。   The diffusing surface 25a is arranged close to the Fresnel lens surface 23a, thereby reducing blur and suppressing image quality deterioration.

また、本実施例では、透過型表示パネルは偏芯光学系で構成されている。すなわち、フレネルレンズ面23aが偏芯フレネルレンズ面となっており、図47(b)に示すように、フレネルレンズ面23aの光軸が中心より下側に位置している。なお、フレネルレンズ面23aは凸作用を持っている。   In this embodiment, the transmission type display panel is constituted by an eccentric optical system. That is, the Fresnel lens surface 23a is an eccentric Fresnel lens surface, and as shown in FIG. 47B, the optical axis of the Fresnel lens surface 23a is located below the center. The Fresnel lens surface 23a has a convex action.

本実施例のように、偏芯光学系で構成すると表示パネル面自体が厚くならずに済み、邪魔にならない配置が可能となる。   As in the present embodiment, when the display panel is configured by an eccentric optical system, the display panel surface itself does not need to be thick, and an arrangement that does not interfere with the display panel surface is possible.

なお、本実施例のように、結像面位置に拡散面25a及びフレネル面23aを極力近づけて配置した方が画質劣化が少ないので好ましい。   It is preferable to arrange the diffusion surface 25a and the Fresnel surface 23a as close as possible to the position of the image plane as in the present embodiment, because the image quality is less deteriorated.

図48は本発明による立体観察装置の他の実施例を示す説明図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。   48 is an explanatory view showing another embodiment of the stereoscopic observation device according to the present invention, wherein (a) is a perspective view and (b) is a side view.

本実施例の立体観察装置は反射型に構成されており、表示パネルは、投影装置の開口22R,22Lを観察者の瞳24R,24Lに結像する結像光学系であるフレネルミラー23と瞳拡大のための拡散手段25を備えている。   The stereoscopic observation apparatus of this embodiment is of a reflection type, and the display panel includes a Fresnel mirror 23, which is an imaging optical system that forms the openings 22R and 22L of the projection apparatus on pupils 24R and 24L of the observer, and a pupil. A diffusion means 25 for enlargement is provided.

ところで反射型立体観察装置の場合、投影装置と観察者の顔とが干渉しないように各光学部材を配置する必要がある。また、観察者は表示パネルを正面から見た方が観察しやすい。   By the way, in the case of the reflection type stereoscopic observation device, it is necessary to arrange each optical member so that the projection device does not interfere with the face of the observer. In addition, it is easier for the observer to look at the display panel from the front.

そこで、本実施例では、表示パネルの中心へ入射する投影光の入射光軸と表示パネルの中心から出射する光線の出射光軸との間に角度θを持たせている。また、表示パネルの中心に対し、フレネルミラー23の光軸を上下方向(図48においては上方向)に偏芯させている。   Therefore, in the present embodiment, an angle θ is provided between the incident optical axis of the projection light entering the center of the display panel and the emission optical axis of the light beam emitted from the center of the display panel. The optical axis of the Fresnel mirror 23 is decentered in the vertical direction (upward in FIG. 48) with respect to the center of the display panel.

図49は図48の実施例をより具体化した例を示す側面図である。   FIG. 49 is a side view showing a more specific example of the embodiment of FIG.

図49の実施例では、投影装置の投影光学系21R(21L)に球面レンズ系を用いると共に、表示素子面21Ra,(21La)をレンズの光軸から偏芯させた位置に配置させることで、投影装置と観察者の顔とが干渉しないようにしている。   In the embodiment of FIG. 49, a spherical lens system is used for the projection optical system 21R (21L) of the projection apparatus, and the display element surfaces 21Ra and (21La) are arranged at positions decentered from the optical axis of the lens. The projection device does not interfere with the observer's face.

表示パネルは、観察者の眼及び投影装置に対して垂直に配置され、表示パネル面には非球面のフレネルミラーが用いられている。   The display panel is disposed perpendicular to the eyes of the observer and the projection device, and an aspherical Fresnel mirror is used for the display panel surface.

なお、上述のように、観察者が表示パネルを正面視する構成とした方が好ましいが、本実施例では、表示パネルは±30°傾けた位置からでも使用可能であり、±15°程度の傾斜であれば、良好な画像が得られるようになっている。   In addition, as described above, it is preferable that the display panel is viewed from the front by the observer. However, in this embodiment, the display panel can be used from a position inclined by ± 30 °, and the display panel can be used at a position of ± 15 °. If it is tilted, a good image can be obtained.

図50は図49の実施例の変形例を示す側方から見た概略構成図である。図50において観察者の視線は水平方向に固定して示してある。   FIG. 50 is a schematic configuration diagram showing a modification of the embodiment of FIG. 49 as viewed from the side. In FIG. 50, the line of sight of the observer is shown fixed in the horizontal direction.

本実施例では、表示パネルと観察者の瞳24R(24L)の位置が、表示パネル面の傾斜角度と表示パネル面の結像作用を有する偏芯フレネルレンズ面の光軸の偏芯量とを組み合せて調整されており、最適な状態で観察できるようになっている。なお、投影光学系21R(21L)は、表示パネル面に対して垂直に配置されている。なお、図50中、27は支持アームであり、支持アーム27は2つの投影装置と表示パネルとを支持している。   In this embodiment, the position of the display panel and the pupil 24R (24L) of the observer are determined by the inclination angle of the display panel surface and the amount of eccentricity of the optical axis of the eccentric Fresnel lens surface having an image forming effect on the display panel surface. They are adjusted in combination so that they can be observed in an optimal state. The projection optical system 21R (21L) is arranged perpendicular to the display panel surface. In FIG. 50, reference numeral 27 denotes a support arm, and the support arm 27 supports two projection devices and a display panel.

表示パネル面の傾斜角度αは、表示パネルの中心と観察者の瞳とを結ぶ線と表示パネルの中心からの垂線とのなす角度であり、±30°以下にするのが見やすさの点から好ましい。   The inclination angle α of the display panel surface is an angle formed between a line connecting the center of the display panel and the pupil of the observer and a perpendicular from the center of the display panel. preferable.

図50(a)の立体観察装置は、表示パネル面の傾斜角度αが0°になっている。図50(b),(c)の立体観察装置は、表示パネル面の傾斜角度αが30°以下になっている。   In the stereoscopic observation apparatus of FIG. 50A, the inclination angle α of the display panel surface is 0 °. 50 (b) and 50 (c), the inclination angle α of the display panel surface is 30 ° or less.

なお、図50の実施例においては、(c)の構成に比べて(a)又は(b)の構成の方が、見やすさの自然な点と結像作用の偏芯量が少ない点でより有利である。   In the embodiment of FIG. 50, the configuration of (a) or (b) is more natural than the configuration of (c) in terms of a natural viewability and a small eccentricity of the imaging action. It is advantageous.

図51は本発明の立体観察装置の他の実施例を示す側方から見た概略構成図である。   FIG. 51 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the stereoscopic observation apparatus of the present invention as viewed from the side.

本実施例の立体観察装置は、反射型に構成されている。   The stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment is of a reflection type.

図51(a)の立体観察装置は、投影装置を2つ搭載するとともに、表示パネルにフレネルミラー23及び拡散手段25を備えて構成されており、観察用の瞳を左右に分離しかつ拡大して観察者の眼の位置に結像するようになっている。   The stereoscopic observation apparatus shown in FIG. 51 (a) is equipped with two projection devices, and is provided with a Fresnel mirror 23 and a diffusing means 25 on a display panel. Image at the position of the observer's eye.

図51(b)の立体観察装置は、図51(a)の投影光学系21R(21L)がリレー系を加えて構成されている。すなわち、投影装置と、表示パネルを支持する支持アーム27の内部にリレー系26R(26L)を備えている。図51(b)の例では、リレー系26R(26L)は、レンズ26Ra〜26Rc(26La〜26Lc)と、ミラー26Rd,26Re(26Ld,26Le)と、レンズ26Rf(26Lf)と、ミラー26Rg(26Lg)と、レンズ26Rh(26Lh)とで構成されている。このように構成すると、投影装置と観察者との距離を十分に取ることができ、投影装置と観察者との干渉を避けることができる。   The stereoscopic observation apparatus of FIG. 51B is configured by adding the relay system to the projection optical system 21R (21L) of FIG. 51A. That is, the relay system 26R (26L) is provided inside the projection device and the support arm 27 that supports the display panel. In the example of FIG. 51B, the relay system 26R (26L) includes lenses 26Ra to 26Rc (26La to 26Lc), mirrors 26Rd and 26Re (26Ld and 26Le), a lens 26Rf (26Lf), and a mirror 26Rg (26Lg). ) And a lens 26Rh (26Lh). With this configuration, a sufficient distance can be provided between the projection apparatus and the observer, and interference between the projection apparatus and the observer can be avoided.

次に、本発明の立体観察装置に用いる表示パネルの具体的な構成例を説明する。   Next, a specific configuration example of a display panel used in the stereoscopic observation device of the present invention will be described.

図52は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの実施例を示す図で、(a)は斜視図、(b)は側方から見た概略構成図である。   FIGS. 52A and 52B are views showing an embodiment of a reflective display panel applicable to the stereoscopic observation apparatus of the present invention, wherein FIG. 52A is a perspective view, and FIG. 52B is a schematic configuration diagram viewed from a side.

本実施例の表示パネルは、フレネル面23aと、ランダムに凹面が配置された拡散面25aとを一体形成して構成されている。   The display panel of this embodiment is configured by integrally forming a Fresnel surface 23a and a diffusion surface 25a on which concave surfaces are randomly arranged.

具体的には、例えば、ポリカーボネイトやアクリルなどのプラスチック樹脂を、フレネル面用の金型と散乱面用のランダム配置された凹面の金型を両側からプレスして一体成形し、その後、フレネル面23aに反射膜としてアルミをコートし、さらにその上に防護膜として黒色塗料を付けて作られている。   Specifically, for example, a plastic resin such as polycarbonate or acrylic is pressed and molded integrally from both sides of a mold for Fresnel surface and a randomly arranged concave mold for scattering surface, and then the Fresnel surface 23a It is made by coating aluminum as a reflective film and further applying black paint as a protective film on it.

そして、表示パネルのフレネル面23aが観察用の瞳位置に2つの投影装置の開口の像を結像する作用を有し、拡散面25aが観察用の瞳を拡大する作用を有している。   Then, the Fresnel surface 23a of the display panel has an effect of forming images of the openings of the two projection devices at the position of the pupil for observation, and the diffusion surface 25a has an effect of enlarging the pupil for observation.

なお、図52に示す本実施例の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡として構成されている。   The display panel of this embodiment shown in FIG. 52 is configured as an eccentric Fresnel back mirror.

ここで、表面鏡と裏面鏡とのフレネル面23aの曲率半径Rについて考える。   Here, the radius of curvature R of the Fresnel surface 23a between the front mirror and the rear mirror will be considered.

裏面鏡として構成した場合の曲率半径Rは、
R=2n・f
表面鏡として構成した場合の曲率半径Rは、
R=2f
(但し、nは屈折率,fは焦点距離)
となる。
The radius of curvature R when configured as a back mirror is
R = 2n · f
The radius of curvature R when configured as a surface mirror is
R = 2f
(However, n is the refractive index, f is the focal length)
It becomes.

このため、本実施例の表示パネルのように、裏面鏡で構成した方がフレネル面の曲率半径Rを大きくとることができるので、瞳結像時の収差の発生が少なく有利である。   Therefore, as in the display panel of the present embodiment, the back mirror is advantageous in that the curvature radius R of the Fresnel surface can be increased, and the occurrence of aberration during pupil imaging is small.

さらに、本実施例の表示パネルでは、フレネル面23aが周辺ほど曲率半径が大きくなるような非球面フレネル面に構成されている。このように構成すると、観察用の瞳が結像時に発生する収差を非球面でさらに少なく抑えることができ有利となる。   Further, in the display panel of the present embodiment, the Fresnel surface 23a is configured as an aspherical Fresnel surface such that the radius of curvature increases toward the periphery. With this configuration, the aberration generated when the observation pupil forms an image can be further suppressed by the aspherical surface, which is advantageous.

図53は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方から見た概略構成図、(b)は拡散手段の拡大図である。   FIG. 53 is a diagram showing another embodiment of the reflection type display panel applicable to the stereoscopic observation device of the present invention, (a) is a schematic configuration diagram viewed from the side, and (b) is an enlarged view of a diffusion unit. is there.

本実施例の表示パネルは、拡散手段として、図52に示すようなランダムに凹面が配置された散乱面25aを備える代わりに、図53(b)に示すようにフレネル面23aに微小な凹面25bを一体形成して構成されている。なお、フレネル面23aには、反射膜がコートされており、裏面フレネル反射鏡として構成されている。   The display panel of this embodiment is provided with a scattering surface 25a in which concave surfaces are randomly arranged as shown in FIG. 52 as a diffusing means, but a fine concave surface 25b is formed on a Fresnel surface 23a as shown in FIG. 53 (b). Are integrally formed. The Fresnel surface 23a is coated with a reflection film, and is configured as a back Fresnel reflection mirror.

また、本実施例では、表示パネルの表面は平面であり、反射防止膜が容易にコーティングできるようになっている。   Further, in this embodiment, the surface of the display panel is flat, so that the antireflection film can be easily coated.

図52に示すような反射型表示パネルでは、通常2回拡散面を通るのに対し、本実施例の反射型表示パネルによれば、結像作用をなすフレネル面23aと拡散作用をなす微小な凹面25bとが同一の裏面に形成されており、投影光が1回だけ拡散面を通り、拡散作用は1回しか受けないので、その分ボケが生じにくく画質劣化を少なく抑えることができる。   In the reflection type display panel as shown in FIG. 52, the light normally passes through the diffusion surface twice, whereas according to the reflection type display panel of the present embodiment, the minute Fresnel surface 23a which forms the image and the minute surface which forms the diffusion are formed. Since the concave surface 25b and the concave surface 25b are formed on the same back surface, and the projection light passes through the diffusion surface only once and undergoes the diffusion operation only once, blurring is less likely to occur, and image quality degradation can be reduced.

図54は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方から見た概略構成図である。   FIG. 54 is a schematic side view showing another embodiment of the reflective display panel applicable to the stereoscopic observation apparatus of the present invention.

本実施例の表示パネルは、結像光学系23をフレネル表面鏡で構成するとともに、拡散手段25を拡散板で構成し、フレネル面23aと拡散板の表面に形成された拡散性を有する凹凸面25b'とが対面し、近接配置されている。   In the display panel of the present embodiment, the imaging optical system 23 is constituted by a Fresnel surface mirror, the diffusing means 25 is constituted by a diffusion plate, and the uneven surface formed on the Fresnel surface 23a and the surface of the diffusion plate has diffusibility. 25b 'face each other and are arranged in close proximity.

本実施例の表示パネルによれば、フレネルミラー面23aが表面に形成されており拡散性を有する凹凸面25b'と極力密着させることができるので、拡散面を2回通過することにより生じるボケを極力少なく抑えることができる。   According to the display panel of the present embodiment, the Fresnel mirror surface 23a is formed on the surface and can be brought into close contact with the uneven surface 25b 'having diffusivity. It can be minimized.

なお、本実施例の表示パネルは、表面フレネルミラーと拡散板とを密着させる構成の他に、拡散板の代わりに拡散性フィルムを表面フレネルミラーに張り合わせて構成してもよい。   The display panel of this embodiment may be configured such that a diffusible film is stuck to the surface Fresnel mirror instead of the diffusion plate in addition to the structure in which the surface Fresnel mirror and the diffusion plate are in close contact with each other.

図55は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方から見た概略構成図である。   FIG. 55 is a schematic side view showing another embodiment of the reflective display panel applicable to the stereoscopic observation apparatus of the present invention.

本実施例の表示パネルは、図52の実施例で示した偏芯フレネル裏面鏡の表面に、微小な凹凸面を形成する代わりに拡散性フィルム25cを貼り合わせて構成されている。   The display panel of this embodiment is configured by attaching a diffusive film 25c to the surface of the eccentric Fresnel back mirror shown in the embodiment of FIG. 52 instead of forming a fine uneven surface.

なお、拡散性フィルム25cは、内部散乱式のもの、表面に形成された凹凸で散乱させる方式のもののいずれのものを用いてもよい。   As the diffusive film 25c, any of an internal scattering type and a type in which scattering is performed by unevenness formed on the surface may be used.

図56は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方から見た概略構成図、(b)は(a)の変形例を示す概略構成図、(c)は表示パネル内部の拡散構造を示す図である。   FIG. 56 is a diagram showing another embodiment of the reflection type display panel applicable to the stereoscopic observation apparatus of the present invention, where (a) is a schematic configuration diagram viewed from the side, and (b) is a modification of (a). FIG. 3C is a diagram showing a diffusion structure inside the display panel.

本実施例の表示パネルは、拡散手段25に内部拡散型の拡散部材を用いた内部拡散型表示パネルとして構成されている。   The display panel of this embodiment is configured as an internal diffusion type display panel using an internal diffusion type diffusion member for the diffusion means 25.

内部拡散型の拡散部材は、図56(c)に示すように、屈折率が異なる透明な微小粒子25da,25db…をプラスチック材に混合して形成されており、この微小粒子25da,25dbを光が通過することによって光を散乱させるようになっている。   As shown in FIG. 56 (c), the internal diffusion type diffusion member is formed by mixing transparent fine particles 25da, 25db... Having different refractive indices into a plastic material. Light is scattered by passing through.

図56(a)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡を構成するフレネル面23aを備える光学部材をプラスチック材と微小な粒子を混合させて構成されおり、偏芯フレネル裏面鏡と内部拡散型の拡散部材とが一体形成されている。   The display panel of FIG. 56 (a) is configured by mixing an optical member having a Fresnel surface 23a constituting an eccentric Fresnel back mirror with a plastic material and fine particles. The diffusion member is formed integrally.

図56(b)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡と、微小粒子をプラスチック材に混合させて形成した内部散乱式の拡散板とを接合又は近接配置して構成されている。   The display panel in FIG. 56 (b) is configured by joining or arranging an eccentric Fresnel back mirror and an internal scattering type diffusion plate formed by mixing fine particles into a plastic material.

なお、図56(b)の構成においては、内部散乱式の拡散板の代わりに、偏芯フレネル裏面鏡の表面に内部散乱式の拡散性フィルムを偏芯フレネル裏面鏡の表面に張り合わせて構成してもよい。   In the configuration of FIG. 56 (b), instead of the internal scattering type diffusion plate, an internal scattering type diffusing film is attached to the surface of the eccentric Fresnel rear surface mirror on the surface of the eccentric Fresnel back surface mirror. You may.

図57は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方から見た概略構成図、(b)は(a)の変形例を示す概略構成図、(c)は内部拡散構造を示す図である。   FIG. 57 is a diagram showing another embodiment of the reflection type display panel applicable to the stereoscopic observation apparatus of the present invention, where (a) is a schematic configuration diagram viewed from the side, and (b) is a modification of (a). FIG. 3C is a diagram showing an internal diffusion structure.

本実施例の表示パネルは、拡散手段25に高分子重合液晶を用いた内部拡散型表示パネルとして構成されている。   The display panel of this embodiment is configured as an internal diffusion type display panel using a polymerized liquid crystal for the diffusion means 25.

高分子重合液晶を用いると、液晶を固定化できる。本実施例ではこれを応用したものである。   When a polymer polymerized liquid crystal is used, the liquid crystal can be fixed. In this embodiment, this is applied.

高分子重合液晶25eは、複屈折性を有しており、液晶のように配光方向が内部で揺らいでおり、これを光重合させることで、図57(c)に示すように、内部でランダムに配向されたままの状態で固定化されている。   The polymerized polymer liquid crystal 25e has birefringence, and the light distribution direction fluctuates inside like a liquid crystal, and by photopolymerizing this, as shown in FIG. It is fixed in a state of being randomly oriented.

図57(a)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡のフレネル面23aを備える光学部材が高分子重合液晶で一体的に構成されている。   In the display panel shown in FIG. 57 (a), an optical member having a Fresnel surface 23a of an eccentric Fresnel back mirror is integrally formed of a polymer polymerized liquid crystal.

図57(b)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡と、高分子重合液晶で構成された拡散板とを接合又は近接配置して構成されている。なお、高分子重合液晶で構成された拡散板の代わりに、高分子重合液晶で構成された拡散性フィルムを偏芯フレネル裏面鏡の表面に貼り付けて構成してもよい。   The display panel of FIG. 57 (b) is configured such that an eccentric Fresnel back mirror and a diffusion plate made of a polymer polymerized liquid crystal are joined or arranged close to each other. Instead of the diffusion plate composed of the polymer liquid crystal, a diffusible film composed of the polymer liquid crystal may be attached to the surface of the eccentric Fresnel back mirror.

このように構成された本実施例の表示パネルによれば、複屈折性を持った高分子重合液晶25eがランダムに配向された状態で固定化されているので、光は偏光方向に応じて屈折作用をわずかに受ける。そして、高分子重合液晶層全体としては、内部散乱により拡散作用を生じる。   According to the display panel of this embodiment configured as described above, since the polymer liquid crystal 25e having birefringence is fixed in a state of being randomly oriented, light is refracted according to the polarization direction. Slightly affected. Then, as a whole, the polymerized liquid crystal layer has a diffusion effect due to internal scattering.

そして、本実施例の表示パネルによれば、内部散乱での拡散作用を利用するため表面は平板状に形成できる。このため、汚れがついたときにふき取りやすくなり、また、外光の写り込みを防止するための反射防止膜を付けやすくなる。   According to the display panel of the present embodiment, the surface can be formed in a flat plate shape in order to utilize the diffusion effect due to internal scattering. For this reason, it becomes easy to wipe off stains, and it is easy to attach an antireflection film for preventing reflection of external light.

また別の実施例として、拡散手段25にホログラムからなる拡散板を用いることができる。上記ホログラムからなる拡散板には、透過型ホログラムと反射型ホログラムがある。一般に、体積型感光材料中に記録されたホログラムは透過型ホログラムは波長選択性が低く、反射型ホログラムは波長選択性が高いことが知られている。カラー像を表示する本発明の投影表示装置に用いる場合には、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)のそれぞれ3波長の光を拡散させるために3つのホログラム干渉縞を多重記録する必要があるため、ホログラムとしては波長選択性が比較的低い透過型ホログラムを用いるほうが望ましい。   As another embodiment, a diffusion plate made of a hologram can be used for the diffusion means 25. The diffusion plate composed of the hologram includes a transmission hologram and a reflection hologram. In general, it is known that a hologram recorded in a volume type photosensitive material has a low wavelength selectivity for a transmission hologram and a high wavelength selectivity for a reflection hologram. When used in the projection display apparatus of the present invention for displaying a color image, three hologram interference fringes are multiplex-recorded to diffuse light of three wavelengths of R (red), G (green) and B (blue). Therefore, it is desirable to use a transmission hologram having relatively low wavelength selectivity as the hologram.

以下、このような透過型ホログラムからなる拡散板25とフレネル凹面鏡23からなる表示パネルを用いて構成される投影表示装置について説明するが、以後のこの構成の投影表示装置において、左右の光学系のうちの一方だけを示し他は省略して説明する。   Hereinafter, a description will be given of a projection display device configured using a display panel including a diffusion plate 25 formed of such a transmission type hologram and a Fresnel concave mirror 23. In the projection display device having this configuration, the left and right optical systems will be described. Only one of them will be shown and the other will be omitted.

図58(a)に、本発明に基づき構成されたこのような投影表示装置の概念図を、また、図58(b)に、その投影表示装置の配置例を示す。   FIG. 58 (a) shows a conceptual diagram of such a projection display device configured based on the present invention, and FIG. 58 (b) shows an example of arrangement of the projection display device.

図58(b)では、表示素子面21La(21Ra)に表示された映像は投影光学系21L(21R)で拡大投影される。そして、その投影像近傍には透過型ホログラムからなる拡散板25と表示パネルとが配置されている。表示パネルはフレネル凹面鏡23からなり、投影光学系の射出瞳を所定の位置に形成する。この所定の位置は、観察者Mの眼球と略一致している。表示パネル23により形成された射出瞳φ20は拡散板25によって観察しやすい大きさの射出瞳像φ21に拡大される。これにより、観察者Mの目24L(24R)の位置が射出瞳の像φ21の位置から多少ずれても、投影像を観察象として観察することが可能になる。   In FIG. 58B, the image displayed on the display element surface 21La (21Ra) is enlarged and projected by the projection optical system 21L (21R). A diffusion plate 25 made of a transmission hologram and a display panel are arranged near the projected image. The display panel includes a Fresnel concave mirror 23 and forms an exit pupil of a projection optical system at a predetermined position. This predetermined position substantially coincides with the eyeball of the observer M. The exit pupil φ20 formed by the display panel 23 is enlarged by the diffusion plate 25 to an exit pupil image φ21 of a size that is easy to observe. Thus, even if the position of the eye 24L (24R) of the observer M is slightly shifted from the position of the image φ21 of the exit pupil, it is possible to observe the projected image as an observation elephant.

ここで、本発明における特徴は、図58(a)に示すように、透過型ホログラムからなる拡散板25は表示パネルのフレネル凹面鏡23の入射側に配置されるため、投影光学系21L(21R)から射出瞳の像φ21の位置に至る光線は、透過型ホログラムからなる拡散板25を往復で計2回透過する点にある。このような特徴を有するため、光は透過型ホログラムからなる拡散板25で2度回折されることになる。このことを踏まえて、本発明では1回目(フレネル凹面鏡23に入射する前)の透過型ホログラム25を透過する角度と、2回目(フレネル凹面鏡23に入射した後)の透過型ホログラム25を透過する角度とを積極的に異ならせて、そのホログラムの角度選択性により何れか一方での回折を避けるようにしている。   Here, the feature of the present invention is that, as shown in FIG. 58 (a), the diffusion plate 25 made of a transmission type hologram is arranged on the incident side of the Fresnel concave mirror 23 of the display panel, so that the projection optical system 21L (21R) The light beam reaching the position of the image φ21 of the exit pupil is transmitted through the diffusion plate 25 made of a transmission hologram twice in total in a reciprocating manner. Due to these features, the light is diffracted twice by the diffusion plate 25 made of a transmission hologram. Based on this, in the present invention, the angle of transmission through the transmission hologram 25 for the first time (before entering the Fresnel concave mirror 23) and the transmission angle of the transmission hologram 25 for the second time (after entering the Fresnel concave mirror 23). The angle is positively made different from that of the hologram, so that one of the holograms is prevented from diffracting.

また、3D表示装置のように左右の投影像として両眼視差のある映像を観察する場合には、左右の目で観察する映像が異なるために、拡散角が大きいとクロストークを起こす。この場合、立体像とは認識できず二重像として観察されてしまう。そのために、透過型ホログラムからなる拡散板25の拡散角は半値全幅で8°以下であることが好ましい。また、透過型ホログラムからなる拡散板25は、光強度が1/10になる全幅において、拡散角が12°以下であることが好ましい。少なくとも12°以上に拡散する光線は観察者に届かないようにする。   Also, when observing an image having binocular parallax as a left and right projection image as in a 3D display device, crosstalk occurs when the diffusion angle is large because the images observed by the left and right eyes are different. In this case, a three-dimensional image cannot be recognized and is observed as a double image. Therefore, it is preferable that the diffusion angle of the diffusion plate 25 made of a transmission hologram is 8 ° or less in full width at half maximum. The diffusion angle of the diffusion plate 25 made of a transmission hologram is preferably 12 ° or less over the entire width at which the light intensity becomes 1/10. Light rays that diffuse at least 12 ° or more are prevented from reaching the observer.

以上のことから、透過型ホログラムからなる拡散板25としては、半値全幅から急に拡散光強度が低下する特性であることが好ましい。   From the above, it is preferable that the diffusion plate 25 made of the transmission hologram has such characteristics that the intensity of the diffused light suddenly decreases from the full width at half maximum.

次に、透過型ホログラムからなる拡散板25の屈曲作用と波長分散の関係、及び表示パネルのフレネル凹面鏡23と透過型ホログラムからなる拡散板25の配置関係について説明する。透過型ホログラムからなる拡散板25は、参照光と拡散光源(2次光源)からの物体光との干渉記録によって作製される。   Next, the relationship between the bending action and the wavelength dispersion of the diffusion plate 25 made of a transmission hologram, and the positional relationship between the Fresnel concave mirror 23 of the display panel and the diffusion plate 25 made of a transmission hologram will be described. The diffusion plate 25 made of a transmission hologram is produced by interference recording between reference light and object light from a diffusion light source (secondary light source).

この時、参照光と物体光が同軸(インライン)配置での記録であると、図59(a)に示したように、投影光学系21L(21R)からの軸上主光線60は、拡散板25に1回目の入射をして拡散板25で屈曲されずに直通する。そして、拡散板25を直通した主光線はフレネル凹面鏡23で反射されて方向を変え、拡散板25の裏面側から入射して拡散板25を直通する。このとき、1回目の入射の際の入射角度が、透過型ホログラム(拡散板25)の再生光入射角度(回折効率がピーク近傍になる角度)を満足していれば、1回目の透過の際に直通する主光線の周りに回折による拡散光が分布し、2回目の透過の際にはその拡散光はほとんど直通する。一方、2回目の透過の際に入射光の入射角度が再生光入射角度を満足していれば、1回目の透過の際には軸上主光線60は回折されずにほとんど直通し、2回目の透過の際に直通する主光線の周りに回折による拡散光が分布する。   At this time, if the reference light and the object light are recorded in the coaxial (in-line) arrangement, as shown in FIG. 59A, the axial chief ray 60 from the projection optical system 21L (21R) is diffused. The light is incident on the light diffuser 25 for the first time and directly passes through the diffusion plate 25 without being bent. Then, the principal ray that has passed directly through the diffusion plate 25 is reflected by the Fresnel concave mirror 23 to change its direction, enters from the back side of the diffusion plate 25, and passes directly through the diffusion plate 25. At this time, if the incident angle at the time of the first transmission satisfies the reproduction light incident angle (the angle at which the diffraction efficiency becomes near the peak) of the transmission hologram (diffusion plate 25), the first transmission The diffused light due to diffraction is distributed around the principal ray directly passing through, and the diffused light almost passes through at the time of the second transmission. On the other hand, if the incident angle of the incident light satisfies the incident angle of the reproduction light at the time of the second transmission, the axial principal ray 60 is almost not directly diffracted at the time of the first transmission, and the light is transmitted through the second transmission. Diffuse light due to diffraction is distributed around a principal ray that passes directly when light is transmitted.

いずれの場合も、0次光610と主光線611は同じ方向に進む。図59(a)はこの様子を示したものであり、拡散光は図示していない。この図では、拡散板25で回折されない0次光610と回折された拡散光中の主光線(中心光線)611のみを図示してあり、0次光610と主光線611は同じ方向に進み、投影表示装置の射出瞳φ21の中心に達する。したがって、図59(a)に示すように、透過型ホログラムからなる拡散板25が拡散作用のみで、光路の屈曲作用を持たない場合は、拡散光だけでなく回折により拡散されない0次光610が射出瞳φ21に達する。その結果、観察される映像中心に0次光610のスポットが見えることになり望ましくない。   In any case, the zero-order light 610 and the principal ray 611 travel in the same direction. FIG. 59A shows this state, and diffused light is not shown. In this figure, only the 0th-order light 610 that is not diffracted by the diffusion plate 25 and the principal ray (center ray) 611 in the diffracted diffused light are shown, and the 0th-order light 610 and the principal ray 611 travel in the same direction. It reaches the center of the exit pupil φ21 of the projection display device. Therefore, as shown in FIG. 59 (a), when the diffusion plate 25 made of a transmission type hologram has only a diffusion effect and has no bending effect on the optical path, not only the diffused light but also the zero-order light 610 which is not diffused by the diffraction. It reaches the exit pupil φ21. As a result, a spot of the zero-order light 610 can be seen at the center of the observed image, which is not desirable.

そこで、透過型ホログラムからなる拡散板25として、参照光と物体光が相互に同軸でないオフライン配置の関係で記録したものを用いる。このようなオフライン配置で記録した拡散板25は再生光入射角度を満足して回折する場合に光線の屈曲とともに波長分散が生じる。その屈曲方向によって図59(b)、(c)のような光路と、図60(a)、(b)のような光路をとる。ただし、図59(b)、(c)は拡散板25の再生光入射角度条件が1回目の入射の際に満足する場合であり、図60(a)、(b)は2回目の入射の際に満足する場合である。図59(b)、図60(a)は、拡散板25の屈折方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合であり、図59(c)、図60(b)は、入射角に対して回折角が大きくなる方向の場合である。   Therefore, as the diffusion plate 25 composed of a transmission type hologram, a recording plate in which the reference light and the object light are recorded in an off-line arrangement that is not coaxial with each other is used. When the diffusing plate 25 recorded in such an off-line arrangement satisfies the reproducing light incident angle and diffracts, wavelength dispersion occurs along with bending of the light beam. Depending on the bending direction, an optical path as shown in FIGS. 59 (b) and (c) and an optical path as shown in FIGS. 60 (a) and 60 (b) are taken. However, FIGS. 59 (b) and (c) show the case where the reproducing light incident angle condition of the diffusion plate 25 is satisfied at the time of the first incidence, and FIGS. 60 (a) and (b) show the case of the second incidence. This is when you are satisfied. FIGS. 59 (b) and 60 (a) show the case where the refraction direction of the diffusion plate 25 is a direction in which the diffraction angle becomes smaller than the incident angle with respect to the normal, and FIGS. 59 (c) and 60 (b). Is a case where the diffraction angle becomes larger with respect to the incident angle.

各図中、拡散光の図示は省き、拡散板25で回折して屈折されたR、G、Bの波長の主光線(中心光線)をそれぞれ61R、61G、61Bで示してある。各図から明らかなように、拡散板25として光線の屈折作用を持つ透過型ホログラムを用いると、ホログラムで回折されない0次光610を回折光61R、61G、61Bから分離できる。その結果、投影表示装置の射出瞳φ21に入射しないように構成可能になる。具体的には、投影表示装置の射出瞳φ21の位置で、上記射出瞳φ21の中心からその瞳径の2分の1以上離れて0次光610が入射するように構成することが望ましい。   In each figure, the illustration of the diffused light is omitted, and the principal rays (center rays) of the R, G, and B wavelengths diffracted and refracted by the diffuser plate 25 are indicated by 61R, 61G, and 61B, respectively. As is apparent from each drawing, when a transmission hologram having a light ray refracting action is used as the diffusion plate 25, the zero-order light 610 that is not diffracted by the hologram can be separated from the diffracted lights 61R, 61G, and 61B. As a result, it is possible to configure so as not to enter the exit pupil φ21 of the projection display device. Specifically, it is desirable that the zero-order light 610 be incident at a position of the exit pupil φ21 of the projection display device at a distance of at least half the pupil diameter from the center of the exit pupil φ21.

ところで、透過型ホログラムを用いた拡散板25を用いる場合には、表示素子面21La(21Ra)を照明する光源は単色性の高いLEDやLDをRGB3色組合わせてなる光源を用いることが望ましい。   By the way, when the diffusion plate 25 using the transmission hologram is used, it is desirable to use a light source configured by combining three colors of LEDs and LDs with high monochromaticity as the light source for illuminating the display element surface 21La (21Ra).

図61は上述の各実施例で示した構成を備えた反射型立体観察装置の配置例を示す図で、(a)は斜視図、(b)は上方から見た概略構成図である。   FIGS. 61A and 61B are diagrams showing an example of the arrangement of a reflection type stereoscopic observation apparatus having the configuration shown in each of the above embodiments, wherein FIG. 61A is a perspective view and FIG.

本実施例の立体観察装置は、表示パネルの左右方向かつ手前側から投影した像を観察するように投影装置及び表示パネルを配置して構成されている。   The stereoscopic observation apparatus according to the present embodiment is configured by arranging a projection apparatus and a display panel so as to observe an image projected from the front and the left and right of the display panel.

表示パネルは、反射型に構成されている。   The display panel is configured as a reflection type.

表示パネル及び2つの投影装置は、保持部材28に一体的に取り付けられており、2つの投影装置は、表示パネルの左右いずれかの側方(図61では右側)に配置されている。   The display panel and the two projectors are integrally attached to the holding member 28, and the two projectors are arranged on either side of the display panel (right side in FIG. 61).

また、結像作用を有する表示パネルのフレネル反射面は、光軸がパネルの左右方向(図61(b)では右方向)に偏芯している。   Further, the optical axis of the Fresnel reflection surface of the display panel having an image forming function is decentered in the left-right direction of the panel (right direction in FIG. 61B).

なお、表示パネルの中心に左右の投影装置からの入射する光線の光軸と表示パネルから観察者の左右の眼24R(24L)へ出射する光線の光軸との間には角度がつけられており、投影装置と観察者の瞳24R(24L)とが干渉しないようになっている。   Note that there is an angle between the optical axis of the light beam incident from the left and right projection devices at the center of the display panel and the optical axis of the light beam emitted from the display panel to the left and right eyes 24R (24L) of the observer. The projection device and the pupil 24R (24L) of the observer do not interfere with each other.

図62は本発明の立体観察装置を用いた立体観察システムの実施例を示す概略構成図である。なお、本実施例では、反射型立体観察装置を用いたシステムとして示したが、本実施例の立体観察システムは本発明の全ての立体観察装置に応用可能である。   FIG. 62 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a stereoscopic observation system using the stereoscopic observation device of the present invention. In this embodiment, the system using the reflection type stereoscopic observation apparatus is described, but the stereoscopic observation system of this embodiment is applicable to all the stereoscopic observation apparatuses of the present invention.

本実施例では、左右の投影装置は、投影装置制御装置29に接続されている。   In this embodiment, the left and right projection devices are connected to a projection device control device 29.

投影装置制御装置28は、3D内視鏡や、3D顕微鏡などの3D画像入力装置に設けられている左右のカメラで撮像された画像を選択入力して、左右の投影装置にその選択した画像を送って表示させるように構成されている。   The projection device control device 28 selectively inputs images captured by left and right cameras provided in a 3D image input device such as a 3D endoscope or a 3D microscope, and transmits the selected images to the left and right projection devices. It is configured to be sent and displayed.

また、本実施例では、投影装置制御装置29は、その他の選択入力可能な画像として、パソコンを介して作成された視差を有する3D画像も本実施例の表示パネルの入力画像として入力して投影装置に表示させることができるように構成されている。   In this embodiment, the projection device controller 29 also inputs and projects a 3D image having parallax created through a personal computer as an input image of the display panel of this embodiment as another selectable input image. It is configured so that it can be displayed on the device.

次に、このように構成された本発明の立体観察装置を応用した製品の実施例について説明する。   Next, an embodiment of a product to which the stereoscopic observation apparatus of the present invention thus configured is applied will be described.

図63は本発明の立体観察装置を応用した製品の実施例を示す説明図である。   FIG. 63 is an explanatory diagram showing an embodiment of a product to which the stereoscopic observation device of the present invention is applied.

本実施例の製品は、表示パネルと左右の投影装置とを保持部材28に一体的に取り付けた反射型立体観察装置と、保持部材28を支持する支持アーム30と、支持アーム30を支持するキャスター付き支持部本体31とで構成されている。   The product of this embodiment includes a reflection type stereoscopic observation device in which a display panel and left and right projection devices are integrally attached to a holding member 28, a support arm 30 that supports the holding member 28, and a caster that supports the support arm 30. And the supporting portion main body 31.

立体観察装置は、左右の投影装置から互いに視差のある映像を表示パネルに投影し、表示パネルで反射して観察者の左右の眼にそれぞれ観察用の瞳を拡大させて映像を結像するように構成されている。   The stereoscopic observation device projects images with parallax from the left and right projection devices on the display panel, reflects the light from the display panel, and enlarges the observation pupil to the left and right eyes of the observer to form an image. Is configured.

保持部材28は支持アーム30との連結部30aを介して矢印方向に回動可能に連結され、支持アーム30は支持部本体31に連結部30bを介して矢印方向に回動可能に連結されており、保持部材28、支持アーム30を所望方向に回動させることで、観察者の観察姿勢を変えることができるようになっている。また、保持部材28には操作部28aが設けられており、所望方向への回動がしやすくなっている。   The holding member 28 is rotatably connected to the support arm 30 via a connecting portion 30a in the direction of the arrow, and the support arm 30 is connected to the supporting body 31 via the connecting portion 30b so as to be rotatable in the direction of the arrow. The observation posture of the observer can be changed by rotating the holding member 28 and the support arm 30 in desired directions. Further, the holding member 28 is provided with an operation section 28a, which makes it easy to rotate in a desired direction.

また、支持部本体31はキャスター31aが付いており、支持部本体31を移動させることで観察位置を変えることができようになっている。   Further, the support portion main body 31 is provided with casters 31a, and the observation position can be changed by moving the support portion main body 31.

図64は本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。   FIG. 64 is an explanatory view showing another embodiment of a product to which the stereoscopic observation device of the present invention is applied.

本実施例の製品は、図63と同様の保持部材に取り付けられた立体観察装置を支持する支持アーム30を支持する支持部本体31を天井32に取り付けて構成されている。   The product of this embodiment is configured such that a support portion main body 31 that supports a support arm 30 that supports a stereoscopic observation device attached to a holding member similar to that shown in FIG. 63 is attached to a ceiling 32.

本実施例のように構成すれば、立体観察装置を置くスペースを省略することができる。   With the configuration as in the present embodiment, the space for placing the stereoscopic observation device can be omitted.

図65は本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。   FIG. 65 is an explanatory view showing another embodiment of a product to which the stereoscopic observation device of the present invention is applied.

本実施例の製品は、支持アーム30を手術用の椅子33に取り付けて構成されている。   The product of the present embodiment is configured by attaching the support arm 30 to a surgical chair 33.

表示パネルは保持部材28bに取り付けられ、投影装置は保持部材28cに取り付けられている。そして、保持部材28bは、保持部材28cに回動可能に取り付けらており、表示パネルの投影装置に対する向きを所定の方向に変えることが出来るようになっている。   The display panel is attached to the holding member 28b, and the projection device is attached to the holding member 28c. The holding member 28b is rotatably attached to the holding member 28c, so that the direction of the display panel with respect to the projection device can be changed to a predetermined direction.

投影装置を取り付けた保持部材28cは、支持アーム30に連結部10cを介して360°回動可能に取り付けられており、表示パネル及び投影装置の向きを所定方向に変えることが出来るようになっている。   The holding member 28c to which the projection device is attached is rotatably attached to the support arm 30 through the connecting portion 10c by 360 ° so that the orientation of the display panel and the projection device can be changed in a predetermined direction. I have.

さらに、表示パネルの左右側方には、取っ手34が設けられており、表示パネルに直接手を触れずに向きの調整操作がし易くなっている。   Further, handles 34 are provided on the left and right sides of the display panel, so that the direction can be easily adjusted without directly touching the display panel.

また、手術用の椅子33にはキャスター33aが設けられており、手術用椅子を移動させることで観察位置を変えることができようになっている。   Further, the operation chair 33 is provided with casters 33a, and the observation position can be changed by moving the operation chair.

図66は本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。   FIG. 66 is an explanatory view showing another embodiment of a product to which the stereoscopic observation apparatus of the present invention is applied.

本実施例の製品は、キャスター31a付きの支持部本体31及び連結部30cを介して回動可能な支持アーム30を備えた手術用顕微鏡の画像入力部35に、投影装置と表示パネルとが保持部材28に取り付けられた2台の立体観察装置を保持部材28を介して取り付けて構成されている。   In the product of this embodiment, the projection device and the display panel are held by the image input unit 35 of the operating microscope having the support arm 30 rotatable via the support unit main body 31 with the casters 31a and the connection unit 30c. Two stereoscopic observation devices attached to the member 28 are attached via the holding member 28.

手術用顕微鏡の画像入力部には2台のカメラが内蔵され、入力画像は夫々の立体観察装置の投影装置に送られるように構成されており、手術用顕微鏡での立体画像が複数の観察者に同時に観察できるようになっている。   Two cameras are built in the image input unit of the surgical microscope, and the input images are configured to be sent to the projection devices of the respective stereoscopic observation devices. Can be observed at the same time.

そして、図63〜図66に示した実施例の製品の立体観察装置は、手術用顕微鏡の表示装置、内視鏡の表示装置、医療関連の立体情報画像の表示装置、コンピュータを用いたゲーム機など娯楽製品の表示装置、各種3DのCAD画像など業務関連の3D画像の表示装置などに適用可能である。   The stereoscopic observation device for the product of the embodiment shown in FIGS. 63 to 66 is a display device of a surgical microscope, a display device of an endoscope, a display device of a medical-related stereoscopic information image, and a game machine using a computer. It can be applied to display devices for entertainment products, display devices for business-related 3D images such as various 3D CAD images, and the like.

また、上記各実施例の反射型立体観察装置として示した構成は、表示パネルを透過型フレネルレンズで構成すれば、透過型立体観察装置に適用可能である。   Further, the configuration shown as the reflection type stereoscopic observation device in each of the above embodiments can be applied to the transmission type stereoscopic observation device if the display panel is configured by a transmission type Fresnel lens.

その他、投影光学系内に配置する映像表示素子としては、DMD液晶や反射型液晶を用いて構成してもよい。その他、拡散作用を持たない表示パネルであっても本発明の課題は達成できる。   In addition, as the image display element arranged in the projection optical system, a DMD liquid crystal or a reflection type liquid crystal may be used. In addition, the object of the present invention can be achieved even with a display panel having no diffusion action.

ホログラム記録材料の干渉光記録面から見た2つの光源のそれぞれ中心を見込む角度を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating angles at which centers of two light sources are viewed from the interference light recording surface of the hologram recording material. ホログラム型回折光学素子の光線屈曲に伴う波長分散を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining wavelength dispersion accompanying light beam bending of the hologram type diffractive optical element. 画像投影手段の射出瞳が、観察者の近傍に投影される状態を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which an exit pupil of an image projection unit is projected near an observer. 投影された射出瞳を観察者側から見た状態を示す図である。It is a figure showing the state where the projected exit pupil was seen from the observer side. 特に1次光と−1次光を散乱光線として透過させるホログラム型回折光学素子を説明する図である。It is a figure explaining a hologram type diffractive optical element which especially transmits primary light and -1st light as scattered light. 画像投影手段の射出瞳が、観察者の近傍に、1次光拡大瞳と−1次光拡大瞳と0次光瞳の3つの瞳として分割投影される状態を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which an exit pupil of an image projection unit is divided and projected in the vicinity of an observer as three pupils of a primary optical pupil, a primary optical pupil, and a zero-order optical pupil. 画像投影手段の2つの射出瞳が6つの瞳として観察者の近傍に縦に並んで投影される状態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a state in which two exit pupils of the image projection means are projected vertically as six pupils in the vicinity of an observer. 1次光、0次光、−1次光のそれぞれによって投影される瞳の中心について説明する図である。It is a figure explaining the center of the pupil projected by each of 1st-order light, 0th-order light, and -1st-order light. 1次光瞳と−1次光瞳と0次光瞳が重なる状態を示す図である。It is a figure which shows the state where the 1st-order optical pupil, the -1st-order optical pupil, and the 0th-order optical pupil overlap. 本発明の実施例3の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention. −1次光拡大瞳を投影画像の正面に配置した場合を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a case where a −1st order light magnifying pupil is arranged in front of a projection image. 1次光拡大瞳と−1次光拡大瞳を縦長形状にした場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a 1st-order light expansion pupil and a -1st-order light expansion pupil are made into a vertically long shape. 1つの瞳が観察者の両眼にかかる状態を示す図である。It is a figure showing the state where one pupil touches both eyes of an observer. 投影瞳が観察者に対し略縦方向に長い形状とした場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a projection pupil is made into the shape substantially long in the vertical direction with respect to the observer. 縦長形状の拡大瞳長手方向と、波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向とが一致する状態を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a longitudinal direction of a vertically elongated enlarged pupil coincides with a deviation direction of an enlarged pupil projection position for each wavelength. 長方形形状の光源の1次像と−1次像について説明する図である。It is a figure explaining a primary image and a -1st image of a rectangular light source. 像の長辺方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a situation where a diffracted light intensity distribution is measured on a straight line passing through the center of the image in the long side direction of the image. 本発明の実施例4の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a fourth embodiment of the present invention. 各波長による拡大瞳の回折光強度を示す図である。It is a figure showing the diffracted light intensity of the expansion pupil by each wavelength. 像の短辺方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a situation where a diffracted light intensity distribution is measured on a straight line passing through the center of the image in the short side direction of the image. 本発明の実施例4の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a fourth embodiment of the present invention. L1およびL2の定義について説明する図である。It is a figure explaining the definition of L1 and L2. 画像投影手段の射出瞳が、波長ごとにずれて大きさが異なる状態で投影される状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state where an exit pupil of an image projection unit is projected in a state where the exit pupil is shifted for each wavelength and has a different size. 本発明の実施例5の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention. 投影画像が、ホログラム型回折光学素子に対して傾いて投影される状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the projection image is projected with inclination with respect to the hologram type diffractive optical element. 投影画像が、ホログラム型回折光学素子に平行に投影される状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which a projection image is projected in parallel to a hologram type diffractive optical element. 本発明の実施例1の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施例1の光学系レイアウトの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an optical system layout according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1のホログラムデフューザーの露光条件を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating exposure conditions of the hologram diffuser according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例2の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施例2のホログラムデフューザーの配置を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an arrangement of a hologram diffuser according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施例2の瞳投影作用を示す図である。It is a figure showing a pupil projection effect of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例4の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施例4のホログラムデフューザーの露光条件を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating exposure conditions of a hologram diffuser according to a fourth embodiment of the present invention. 第2光源の1次像の長辺方向に、1次像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a situation where a diffracted light intensity distribution is measured on a straight line passing through the center of the primary image in the long side direction of the primary image of the second light source. 第2光源の1次像の短辺方向に、1次像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a situation in which a diffracted light intensity distribution is measured on a straight line passing through the center of the primary image in the short side direction of the primary image of the second light source. 本発明の実施例5の構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention. 本発明の実施例6の光学系の詳細図である。FIG. 13 is a detailed view of an optical system according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の実施例6の光学系の詳細図である。FIG. 13 is a detailed view of an optical system according to a sixth embodiment of the present invention. ホログラム型回折光学素子により光線が屈曲拡散される方向が、観察者に対して縦方向となる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a direction in which a light beam is bent and diffused by the hologram type diffractive optical element is a vertical direction with respect to an observer. 縦長形状瞳の中心部を含む円形の範囲内に観察者の眼を置いた様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the observer's eye was put in the circular range containing the center part of a vertically long pupil. 観察者が画像を観察できる方とできない方のそれぞれの投影瞳中心位置から、投影画像中心の輝度を測定する状況を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a situation in which the luminance of the center of the projected image is measured from the center positions of the projected pupils for those who can and cannot observe the image. ホログラム記録材料と複数の光源の配置関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement relationship between a hologram recording material and a plurality of light sources. 本発明の実施例7の光学系の詳細図である。FIG. 14 is a detailed view of an optical system according to Example 7 of the present invention. 本発明の立体観察装置の原理説明図である。It is a principle explanatory view of a stereoscopic observation device of the present invention. 本発明の立体観察装置により観察用の瞳が拡大する原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principle which the pupil for observation expands by the three-dimensional observation apparatus of this invention. 本発明による立体観察装置の実施例を示す図である。It is a figure showing an example of a stereoscopic observation device by the present invention. 本発明による立体観察装置の他の実施例を示す図である。FIG. 6 is a view showing another embodiment of the stereoscopic observation device according to the present invention. 図48の実施例をより具体化した例を示す側面図である。FIG. 49 is a side view showing a more specific example of the embodiment of FIG. 48. 図49の実施例の変形例を側方から見た概略構成図である。FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a modification of the embodiment in FIG. 49 as viewed from the side. 本発明の立体観察装置の他の実施例を側方から見た概略構成図である。It is the schematic block diagram which looked at another Example of the stereoscopic observation apparatus of this invention from the side. 本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの実施例を示す図である。It is a figure showing an example of a reflective display panel applicable to a stereoscopic observation device of the present invention. 本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。It is a figure showing other examples of a reflective display panel applicable to a stereoscopic observation device of the present invention. 本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を側方から見た概略構成図である。It is the schematic block diagram which looked at another Example of the reflective display panel applicable to the stereoscopic observation apparatus of this invention from the side. 本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を側方から見た概略構成図である。It is the schematic block diagram which looked at another Example of the reflective display panel applicable to the stereoscopic observation apparatus of this invention from the side. 本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。It is a figure showing other examples of a reflective display panel applicable to a stereoscopic observation device of the present invention. 本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。It is a figure showing other examples of a reflective display panel applicable to a stereoscopic observation device of the present invention. 2回目の通過で屈曲される透過型ホログラムからなる拡散板と接眼光学系の凹面鏡との組み合わせの光路図である。FIG. 7 is an optical path diagram of a combination of a diffusion plate formed of a transmission hologram bent in a second pass and a concave mirror of an eyepiece optical system. 1回目の通過で屈曲される透過型ホログラムからなる拡散板と接眼光学系の凹面鏡との組み合わせの光路図である。FIG. 7 is an optical path diagram of a combination of a diffusion plate formed of a transmission hologram bent at the first passage and a concave mirror of an eyepiece optical system. 本発明に基づき構成された投影観察装置の光学系の概念図と投影観察装置の配置例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual diagram of an optical system of a projection observation device configured based on the present invention and a diagram showing an example of arrangement of the projection observation device. 各実施例で示した構成を備えた反射型立体観察装置の配置例を示す図である。It is a figure showing an example of arrangement of a reflection type stereoscopic observation device provided with composition shown in each example. 本発明の立体観察装置を用いた立体観察システムの実施例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of a three-dimensional observation system using a three-dimensional observation device of the present invention. 本発明の立体観察装置を応用した製品の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the Example of the product which applied the stereoscopic observation apparatus of this invention. 本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other Example of the product which applied the stereoscopic observation apparatus of this invention. 本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other Example of the product which applied the stereoscopic observation apparatus of this invention. 本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。It is an explanatory view showing another example of a product to which the stereoscopic observation device of the present invention is applied. 従来の立体観察装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional three-dimensional observation apparatus. 図67の装置を側方から見た図である。FIG. 67 is a view of the apparatus in FIG. 67 as viewed from the side. 本発明の実施例9の一体ドレープを示す図である。It is a figure showing an integrated drape of Example 9 of the present invention. 本発明の実施例9の一体ドレープを内蔵した滅菌パックを示す図である。It is a figure which shows the sterilization pack which contained the integrated drape of Example 9 of this invention. 本発明の実施例9の一体ドレープの使用方法を示す図である。It is a figure showing how to use an integrated drape of Example 9 of the present invention. 本発明の実施例9の一体ドレープをフレネル凹面鏡に取り付けた状態を示す図である。It is a figure showing the state where an integrated drape of Example 9 of the present invention was attached to a Fresnel concave mirror. 本発明の実施例9の立体観察装置の使用状態を示す図である。It is a figure which shows the use condition of the stereoscopic observation apparatus of Example 9 of this invention. 本発明の実施例9の比較例を示す図である。It is a figure showing the comparative example of Example 9 of the present invention. 本発明の実施例10の構成を示す図である。It is a figure showing composition of Example 10 of the present invention. 本発明の実施例10のホログラムデフューザーの配置を示す図である。It is a figure showing arrangement of a hologram diffuser of Example 10 of the present invention. 本発明の実施例10の画像投影手段の2つの射出瞳が観察者の近傍に投影される状態を示す図である。It is a figure showing the state where two exit pupils of the image projection means of Example 10 of the present invention are projected near the observer. 本発明の実施例10において、それぞれの投影瞳中心位置から、投影画像中心の輝度を測定する状況を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a situation in which the luminance of the center of a projected image is measured from the center position of each projection pupil in the tenth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

143 観察者
144 手術用実体顕微鏡
145 カメラコントロールユニット
146 LCDコントローラー
147 右眼用画像投影機
148 左眼用画像投影機
149 パネル
150 保持ユニット
151 フレネルレンズ面
152 アクリルパネル
153 アルミミラーコート
154 面
155 ホログラムデフューザー
156 観察者の右眼
157 観察者の左眼
158 右眼用画像投影機の射出瞳
159 左眼用画像投影機の射出瞳
160 フレネル凹面鏡
143 Observer 144 Operating stereo microscope 145 Camera control unit 146 LCD controller 147 Right eye image projector 148 Left eye image projector 149 Panel 150 Holding unit 151 Fresnel lens surface 152 Acrylic panel 153 Aluminum mirror coat 154 Surface 155 Hologram diffuser 156 Right eye of observer 157 Left eye of observer 158 Exit pupil of image projector for right eye 159 Exit pupil of image projector for left eye 160 Fresnel concave mirror

Claims (23)

射出瞳を通して同一平面上に互いに視差を有する2つの画像を略一致させて結像する画像投影手段と、
入射光束を拡散して透過する作用を有し、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置されるホログラム型回折光学素子と、
前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光する作用を有するフレネル凹面鏡で構成される立体観察装置。
Image projection means for forming two images having parallax on the same plane through the exit pupil so as to substantially coincide with each other;
A hologram-type diffractive optical element having an effect of diffusing and transmitting an incident light beam and being arranged at or near an image forming position of the image projecting means;
A stereoscopic observation device comprising a Fresnel concave mirror having a function of reflecting and condensing a diffuse light beam transmitted through the hologram type diffractive optical element.
前記ホログラム型回折光学素子は入射光束を0次光と±1次光の3つの光束に分離し、そのうち±1次光のみを拡散する作用を有することを特徴とする請求項1に記載の立体観察装置。 The three-dimensional hologram type diffractive optical element according to claim 1, wherein the hologram type diffractive optical element has an action of separating an incident light beam into three light beams of a 0th order light and a ± 1st order light, and diffusing only the ± 1st order light. Observation device. 前記ホログラム型回折光学素子によって分割透過された±1次光の光線屈曲に伴う可視域波長分散(ホログラム型回折光学素子を透過する波長450nmの光線の屈曲量と、波長650nmの光線の屈曲量の差)は、±1次光の光線拡散角の1/2以下であることを特徴とする請求項2に記載の立体観察装置。 Visible wavelength dispersion caused by the bending of the ± 1st order light beams split and transmitted by the hologram type diffractive optical element (the bending amount of the light beam having a wavelength of 450 nm transmitted through the hologram type diffractive optical element and the bending amount of the light beam having a wavelength of 650 nm). 3. The stereoscopic observation apparatus according to claim 2, wherein the difference is equal to or less than 1/2 of the light diffusion angle of the ± first-order light. 観察者が直接画像表示面を目視して立体観察する立体観察装置であって、
前記立体観察装置は画像投影手段とホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡を備え、
前記画像投影手段が有する画像表示手段に表示された互いに視差を有する2つの画像は、前記画像投影手段の2つの射出瞳を通して同一平面上に略一致させて投影結像され、
前記画像投影手段の2つ射出瞳の像は、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置される前記ホログラム型回折光学素子とその後方に配置されるフレネル凹面鏡を組合わせて構成した画像表示パネルによって観察者の左右の目の位置近傍にそれぞれ拡大して投影結像され、
観察者は前記拡大して投影結像された2つの射出瞳の像を覗き込むことにより、前記画像表示パネルに投影結像された画像を立体的に観察するように構成された立体表示装置。
A stereoscopic observation device in which an observer directly observes the image display surface to perform stereoscopic observation,
The stereoscopic observation device includes image projection means, a hologram type diffractive optical element, and a Fresnel concave mirror,
The two images having parallax displayed on the image display unit of the image projection unit are projected and formed substantially coincident on the same plane through two exit pupils of the image projection unit,
An image of the two exit pupils of the image projecting means is an image formed by combining the hologram type diffractive optical element arranged at or near the image forming position of the image projecting means and a Fresnel concave mirror arranged behind the hologram type diffractive optical element. The display panel magnifies and projects images near the positions of the left and right eyes of the observer,
A three-dimensional display device configured so that an observer looks at the enlarged and projected image of the two exit pupils and thus three-dimensionally observes the image projected and formed on the image display panel.
前記画像表示パネルは前記射出瞳の像を0次光による像と±1次光による像の3つの射出瞳像に分離し、そのうち±1次光による像のみを拡大する作用を有し、
観察者の左右の目に対して略縦方向に前記3つの像を投影結像するように配置されることを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。
The image display panel has an action of separating the image of the exit pupil into three exit pupil images of an image based on 0-order light and an image based on ± primary light, and of expanding only the image based on ± primary light,
The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein the three images are arranged so as to project and form the three images substantially vertically with respect to the left and right eyes of the observer.
前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡は、前記画像投影手段の射出瞳を、立体観察装置を観察する観察者の近傍に、かつ、画像を観察する観察者に対して略縦方向に長い形状に投影することを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。 The hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror have a shape in which the exit pupil of the image projection means is in the vicinity of the observer who observes the stereoscopic observation device, and is substantially longitudinally elongated with respect to the observer who observes the image. The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein the projection is performed on the stereoscopic observation apparatus. 前記画像投影手段から白色光を照射したときに、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡により前記画像投影手段の射出瞳が投影されてできる縦長形状瞳内部の色度(XYZ表色系)を測定し、縦長形状瞳の中心部の色度を(x,y)=(X,Y)とした場合、
(x,y)=(X±0.05,Y±0.05)
の範囲で測定される領域が前記縦長形状瞳中心部を含み直径φ50mm以上あることを特徴とする請求項6に記載の立体観察装置。
When white light is emitted from the image projection unit, the chromaticity (XYZ color system) inside the vertically long pupil formed by projecting the exit pupil of the image projection unit by the hologram type diffractive optical element and the Fresnel concave mirror is calculated. When the chromaticity at the center of the vertically elongated pupil is (x, y) = (X, Y),
(X, y) = (X ± 0.05, Y ± 0.05)
The stereoscopic observation apparatus according to claim 6, wherein the area measured in the range of (5) includes the central portion of the elongated pupil and has a diameter of 50 mm or more.
前記ホログラム型回折光学素子のレンズ作用としてのパワーは、前記フレネル凹面鏡のレンズ作用としてのパワーの1/10以下であることを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。 The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein a power of the hologram type diffractive optical element as a lens function is 1/10 or less of a power of the Fresnel concave mirror as a lens function. 前記画像投影手段の明るさは200ANSIルーメン以下であることを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。 The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein the brightness of the image projection means is 200 ANSI lumens or less. 前記画像投影手段は2つの画像表示手段と、前記2つの画像表示手段に表示された画像を投影する2つの画像投影光学系を有し、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面の法線と、前記2つの画像投影光学系の光軸はそれぞれ略平行であり、かつ、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面と前記2つの画像表示手段の画像表示面はそれぞれ略平行であることを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。 The image projection unit has two image display units, and two image projection optical systems that project images displayed on the two image display units, and a normal line of an image projection surface of the hologram type diffractive optical element. The optical axes of the two image projection optical systems are substantially parallel to each other, and the image projection surface of the hologram type diffractive optical element and the image display surface of the two image display means are substantially parallel to each other. The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein 前記画像投影手段が片方の射出瞳のみから片眼分の画像を投影した場合、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値と、画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値は以下の条件を満たすことを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。
H2/H1<0.05
ただし、H1は観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値、H2は観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値である。
When the image projection unit projects an image for one eye from only one exit pupil, a measurement value obtained by measuring the luminance of the center of the projected image from the center position of the projection pupil where the observer can observe the image, and observing the image The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein a measured value obtained by measuring the luminance at the center of the projected image from the center position of the projection pupil that cannot be satisfied satisfies the following condition.
H2 / H1 <0.05
Here, H1 is a measurement value obtained by measuring the luminance at the center of the projected image from the center position of the projected pupil where the observer can observe the image, and H2 is the luminance at the center of the projected image from the center position of the projected pupil where the observer cannot observe the image. Is a measured value.
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料に対して可干渉な複数の光源のうち、1つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面上近傍にその他の光源の発光面中心を配置して、それぞれの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム型回折光学素子と画像投影手段は、前記1つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面が、観察者の両眼のそれぞれ中心を結ぶ直線と、画像投影手段が有する2つの射出瞳のそれぞれ中心を結ぶ直線に対して略直交するように、立体観察装置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。
The hologram-type diffractive optical element includes a plurality of light sources that are coherent with respect to the hologram recording material, and the other light sources are positioned near a center including a light emitting surface center of one light source and a normal to an exposure surface of the hologram recording material. It is manufactured by arranging the center of the light emitting surface and performing interference exposure of the light flux from each light source.
The hologram type diffractive optical element and the image projecting means may be configured such that a plane including the center of the light emitting surface of the one light source and the normal of the exposure surface of the hologram recording material connects a straight line connecting the centers of both eyes of the observer, The stereoscopic observation device according to claim 4, wherein the stereoscopic observation device is arranged in the stereoscopic observation device so as to be substantially orthogonal to a straight line connecting the centers of the two exit pupils of the means.
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の記録面中心位置から、前記可干渉な複数の光源の各発光面中心までの距離は略一定であることを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。
The hologram type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from a plurality of coherent light sources to the hologram recording material,
The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein a distance from a center position of the recording surface of the hologram recording material to a center of each light emitting surface of the plurality of coherent light sources is substantially constant.
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の露光面のどの位置から見ても、前記2つの光源の各発光面中心を見込む角度は20°以下であることを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。
ここで、2つの光源の各発光面中心を見込む角度とは、ホログラム記録材料上の任意の1点とそれぞれの光源の発行面中心を結ぶ線分のなす角度である。
The hologram type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources capable of cohering to the hologram recording material,
5. The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein an angle at which the center of each of the two light sources is viewed from any position on the exposure surface of the hologram recording material is 20 ° or less. 6.
Here, the angle at which the center of each light emitting surface of the two light sources is seen is the angle formed by a line segment connecting an arbitrary point on the hologram recording material and the center of the light emitting surface of each light source.
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、前記2つの光源の片方を第1光源、もう片方を第2光源とすると、前記第1光源の発光面中心と、前記第2光源の発光面中心は、以下の条件を満たす位置関係を有することを特徴とする請求項4に記載の立体観察装置。
0.9<L1/L2<1.11
ただし、L1は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第1光源発光面中心までの距離、L2は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第2光源発光面中心までの距離である。
The hologram-type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources that are coherent to a hologram recording material. One of the two light sources is a first light source, and the other is a second light source. The stereoscopic observation apparatus according to claim 4, wherein the center of the light emitting surface of the first light source and the center of the light emitting surface of the second light source have a positional relationship satisfying the following condition.
0.9 <L1 / L2 <1.11
Here, L1 is the distance from the center of the exposure surface of the hologram recording material to the center of the first light source emission surface, and L2 is the distance from the center of the exposure surface of the hologram recording material to the center of the second light source emission surface.
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な2つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、
前記2つの光源の片方を第1光源、もう片方を第2光源とし、前記第2光源の縦長形状発光面の長手方向は、前記第1光源発光面中心と第2光源発光面中心とを結ぶ直線の方向と略一致し、前記第2光源は発光面形状が縦長形状であり、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項5に記載の立体観察装置。
L/S>1.3
ただし、Lは縦長形状光源発光面の長手方向の長さ、Sは縦長形状光源発光面の短手方向の長さである。
The hologram type diffractive optical element is manufactured by interference exposure of light beams from two light sources capable of cohering to the hologram recording material,
One of the two light sources is a first light source and the other is a second light source, and the longitudinal direction of the vertically long light emitting surface of the second light source connects the center of the first light emitting surface and the center of the second light emitting surface. The stereoscopic observation device according to claim 5, wherein the second light source has a light emitting surface shape that is substantially vertically elongated, and satisfies the following conditions.
L / S> 1.3
Here, L is the length in the longitudinal direction of the vertically long light source light emitting surface, and S is the length of the vertically long light source light emitting surface in the short direction.
ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第1光源から単色光線をあてて発生する前記第2光源の1次像と、−1次像の少なくとも一方の像は、像の長手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を100%とすると、像の長手方向周辺部の回折光強度が40%以上あることを特徴とする請求項16に記載の立体観察装置。 At least one of a primary image and a -primary image of the second light source generated by applying a monochromatic light beam from the first light source to the hologram type diffractive optical element alone is formed in the longitudinal direction of the image. The diffracted light intensity distribution is measured on a straight line passing through the central portion, and when the diffracted light intensity at the central portion of the image is set to 100%, the diffracted light intensity at the peripheral portion in the longitudinal direction of the image is 40% or more. The stereoscopic observation device according to claim 16. ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第1光源から単色光線をあてて発生する前記第2光源の1次像と、−1次像の少なくとも一方の像は、像の短手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を100%とすると、像の短手方向周辺部の回折光強度が60%以上あることを特徴とする請求項16に記載の立体観察装置。 For the hologram type diffractive optical element alone, a primary image of the second light source generated by applying a monochromatic light beam from the first light source, and at least one image of the −1st order image, in the short direction of the image, The diffracted light intensity distribution is measured on a straight line passing through the center of the image, and when the intensity of the diffracted light at the center of the image is set to 100%, the intensity of the diffracted light at the peripheral portion in the lateral direction of the image is 60% or more. The stereoscopic observation apparatus according to claim 16, wherein: ホログラム型回折光学素子はさらに以下の特徴を有する請求項4に記載の立体観察装置。
・袋状のビニールバックと一体に構成され、
・さらに袋状のビニールバックとともに滅菌処理され、
・フレネル凹面鏡を覆うことができ、
・ディスポーザブルである。
The stereoscopic observation device according to claim 4, wherein the hologram type diffractive optical element further has the following features.
・ Integrated with a bag-shaped plastic bag,
・ Furthermore, it is sterilized with a bag-shaped plastic bag,
・ Can cover Fresnel concave mirror,
・ It is disposable.
前記画像投影手段の射出瞳が前記1次光により投影されてできた瞳の中心(瞳の形状の中心)と、同じく画像投影手段の射出瞳が前記−1次光により投影されてできた瞳の中心(瞳の形状の中心)は、いずれも画像投影手段の射出瞳が前記0次光により投影されてできた瞳の中心(瞳の形状の中心)に対して、瞳の結像投影位置で少なくとも50mm以上離れていることを特徴とする請求項5に記載の立体観察装置。 The center of the pupil (center of the shape of the pupil) formed by projecting the exit pupil of the image projecting means by the primary light, and the pupil formed by projecting the exit pupil of the image projecting means by the -1st light as well. (The center of the pupil shape) is the image projection position of the pupil with respect to the center of the pupil (center of the pupil shape) formed by projecting the exit pupil of the image projection means with the zero-order light. 6. The stereoscopic observation apparatus according to claim 5, wherein the apparatus is separated by at least 50 mm. 前記画像投影手段の射出瞳が前記1次光により投影されてできた瞳と、画像投影手段の射出瞳が−1次光により投影されてできた瞳のうち、前記画像投影手段から遠い方の瞳からのみ観察者が画像を観察することを特徴とする請求項20に記載の立体観察装置。 Of the pupil formed by projecting the exit pupil of the image projecting means by the primary light and the pupil formed by projecting the exit pupil of the image projecting means by the -1st order light, 21. The stereoscopic observation apparatus according to claim 20, wherein an observer observes an image only from a pupil. 前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度の半値全幅で拡散角が8°以下であることを特徴とする請求項1乃至21に記載の立体観察装置。 22. The stereoscopic observation apparatus according to claim 1, wherein the hologram type diffractive optical element has a diffusion angle of 8 [deg.] Or less at full width at half maximum of transmitted light intensity. 前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度が1/10になる全幅で拡散角が12°以下であることを特徴とする請求項1乃至21に記載の立体観察装置。
22. The stereoscopic observation apparatus according to claim 1, wherein the hologram type diffractive optical element has a diffusion angle of 12 [deg.] Or less in a full width at which transmitted light intensity becomes 1/10.
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