JP3604979B2

JP3604979B2 - Image observation device

Info

Publication number: JP3604979B2
Application number: JP31656899A
Authority: JP
Inventors: 章成高木; 章市山崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-11-08
Also published as: JP2001133725A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像光学系（撮像系）により取得した外界の光景（外界画像、外界情報）をディスプレイ装置（画像表示手段）に表示し観察できるようにした画像観察装置、あるいは現実の外界の光景（外界情報）にコンピューター等で人工的に作り出した画像（仮想画像）や、ビデオ等によって記録された映像を重ね合わせることによって様々な疑似的体験を行うといったことを目的とした画像観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、外界画像（外界情報）をＣＣＤカメラ等の撮影装置で電気信号に変換し、それをＣＲＴやＬＣＤなどの表示素子（表示手段）に表示し、接眼光学系を介して外界画像を観察（以下「ビデオシースルー観察」という。）し、あたかも外界を裸眼で観察しているように構成された画像観察装置が知られている。
【０００３】
又カメラによって撮像された外界画像にコンピューターグラフィックス等により生成された画像やビデオ等によって記録された映像を合成表示し、現実空間と仮想空間を合成し観察できるようにした画像観察装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような形態の画像観察装置は、裸眼で観察している場合に対し、物体の位置などを観察方向で一致させるために、撮像系の撮像光学系の外界側光軸と表示系の接眼光学系の眼球側光軸を一致させ、さらに撮像光学系の入射瞳は眼球光学系の入射瞳と等価な位置に配置している。
【０００５】
しかしながら、撮像光学系を眼球光学系に対して、全く等価な位置に配置すると、裸眼で外界を観察している場合に対し、画像表示手段で表示した物体の大きさが小さく知覚されるという問題が生じることが、実験的に得られている。
【０００６】
図１０はある大きさの物体を距離を変えて観察した場合に、裸眼観察時と、撮像光学系を眼球光学系に対して光学的に全く等価な位置に配置した装置によるビデオシースルー観察とで知覚される大きさを比較する実験を行った結果である。横軸が物体距離、縦軸がその大きさを示す。
【０００７】
図１０において、実線が裸眼観察時で破線がビデオシースルー観察時を表す。裸眼観察時に比べ、ビデオシースルー観察時の方が有意に物体の大きさが小さく感じられることがわかる。
【０００８】
本発明は、ビデオシースルー観察したときと裸眼観察したときとで同様な大きさで外界観察ができる画像観察装置の提供を目的とする。
【０００９】
この他本発明は、装置全体の小型化が図れ頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させることができる画像観察装置の提供を目的とする。
【００１０】
この他本発明は、撮像系において、一つの面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズムを使用することにより、装置全体の小型が図れ、また外界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、明るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸の一部は該接眼光学系の光軸の一部を外界側に延長した軸上に略一致しており、
かつ該接眼光学系内の該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳位置より外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸は、該接眼光学系の射出瞳位置を通り、接眼光学系の光軸の少なくても一部と一致する軸と略一致する部分を含み、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系は外界からの光束を偏向する第１のミラーを有し、また該接眼光学系は該表示素子からの光束を偏向する第２のミラーを有し、
該撮像光学系の外界と該第１のミラー間の光軸は、該接眼光学系の該第２のミラーと該接眼光学系の射出瞳間の光軸を延長した軸上に略一致しており、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明は請求項３の発明において、前記第１のミラーによる撮像光学系の光軸の偏向方向は、前記第２のミラーによる接眼光学系の光軸の偏向方向とは異なる方向であることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記接眼光学系の射出瞳と等価な位置に対する前記撮像光学系の入射瞳のずらし量をｄとしたとき
１０＜ｄ＜４０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１６】
請求項６の発明は請求項１〜５のいずれか１項の発明において、画像を生成する画像生成手段及び画像を合成する画像合成手段を有し、該画像合成手段は該画像生成手段からの画像と前記撮像系からの画像を合成し、該合成画像を前記表示素子に表示していることを特徴としている。
【００１７】
請求項７の発明は請求項１〜６のいずれか１項の発明において、前記撮像系は複数の面で構成されたプリズムを有し、該プリズムは透過作用及び全反射作用をする面を有しており、該プリズムを介した光束を正の光学的パワーを有する光学要素によって撮像素子に導光していることを特徴としている。
【００１８】
請求項８の発明は請求項１〜７のいずれか１項の発明において、前記撮像系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項９の発明は請求項１〜８のいずれか１項の発明において、前記表示系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴としている。
【００２０】
請求項１０の発明の画像観察システムは、請求項１〜９のいずれか１項の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２５】
請求項１５の発明の画像観察システムは、請求項９から１４のいずれか一項の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の画像観察装置の実施形態１の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段１１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系１０、外界の画像情報ＯＢを撮像素子２３に結像させる撮像系２０とを有し、該撮像系２０で得られた画像情報を信号処理手段ＳＰで信号処理し、電気信号に変換した後に該表示系１０の表示手段１１に表示し、該表示手段１１に表示した他の画像情報と共に観察眼Ｅで観察している。
【００２７】
表示系１０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段１１，接眼光学系１２，ミラー１３を有している。撮像系２０は、ミラー１３，正の光学的パワーを有する撮像光学系（「結像光学系」ともいう。）２１，ＣＣＤなどの撮像素子２３を有している。
【００２８】
まず表示系１０の構成について説明する。本実施形態において、例えばバックライト、偏光板、透過型液晶素子等で構成される表示手段１１からその画像情報に基づいて射出した表示光は接眼光学系１２を通過し、ミラー１３の表示系１０側の面１３ａで反射され、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。接眼光学系１２は表示手段１１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００２９】
次に撮像系２０について説明する。外界の物体ＯＢからの光束はミラー１３の撮像系２０側の面１３ｂで反射され、撮像光学系２１によって撮像素子２３上に結像される。ここで撮像系２０の外界側光軸Ｏ₂は、表示系１０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ₁の延長線と略一致させてある。２２は結像光学系２１の入射瞳である。
【００３０】
撮像系２０で撮像された外界画像情報は信号処理手段ＳＰで処理され電気信号に変換された後に表示手段１１に表示され、表示系１０により観察眼Ｅに導かれる。このとき、あたかも裸眼で外界の物体ＯＢを観察しているように構成している。
【００３１】
この時、特に撮像系２０の外界像の撮像画角（撮像素子２３のサイズと結像光学系２１の焦点距離及びその位置関係で決定される）を、表示系１０の表示画角（表示手段１１の表示素子のサイズと接眼光学系１２の焦点距離及びその位置関係で決定される）と略一致させることにより、ビデオシースルー観察時（表示手段１１の画像情報を観察すること）の外界観察倍率を裸眼観察時のそれと合わせている。
【００３２】
尚、本実施形態において、撮像系２０の撮像画角を、予め表示系１０の表示画角よりも大き目に設定し、撮影系で撮影した外界像の一部を切り取り表示系の表示画角と同じにして表示系１０の表示手段１１に表示して双方が等倍観察となるようにしても良い。
【００３３】
図１１に従来の画像観察装置の要部概略図を示す。尚、図１に示した本実施形態と同じ役割を果たすものに付いては同じ記号を付加し、説明を略す。
【００３４】
図１１に示すように従来の画像観察装置では、撮像系２０の結像光学系２１の入射瞳２２は観察眼Ｅの入射瞳Ｐと光学的に等価な位置になるように構成されていた。２２’はミラー１３による結像光学系２１の入射瞳２２の鏡像を示す。このような構成の装置で外界を表示手段１１に表示して観察した場合、外界に存在する物体ＯＢの大きさが、裸眼で観察する場合に比べ小さ目に知覚されてしまうという問題が生じる。
【００３５】
これを解決するために、本発明においては図１に示すように、撮像系２０の結像光学系２１及び撮像素子２３を従来の装置（図１１）よりも外界側にずらして配置する（ミラー１３側へ移動させる）、つまり撮像系２０の撮像光学系２１の入射瞳位置２２を、観察者の接眼光学系の入射瞳位置Ｐに対し点２２’となるように外界側にずらし量ｄだけずらして配置することにより、これを解決している。
【００３６】
このような構成とすることにより、外界空間の位置関係を保ったまま、物体の大きさ知覚を裸眼観察と合致させることができ、違和感の無い外界観察を可能としている。また入射瞳Ｐ近傍に光学要素を配置することが可能であるため、光学系の小型化を可能としている。
【００３７】
本実施形態において、このずらし量ｄを大きく取り過ぎると、観察者に近い距離（例えば３００ｍｍ程度）の空間においては、物体の距離感覚に対しての影響が大きくなり、裸眼で観察した場合に比べ物体が近い位置に感じられてしまう場合がある。
【００３８】
そこでずらし量ｄは６０ｍｍ以下が良く、好ましくは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが望ましい。また特に１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲に設定すると距離感に対する影響は、ほとんど知覚されなくなる。
【００３９】
（実施形態２）
図２は本発明の画像観察装置の実施形態２の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段３１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系３０、外界の画像情報を撮像素子４４に結像させるための撮像系４０とを有し、該撮像系４０で得られた画像情報を信号処理手段ＳＰで処理し、電気信号に変換した後に該表示系３０の表示手段３１に表示し、表示手段３１に表示した他の画像情報と共に観察眼Ｅで観察している。
【００４０】
表示系３０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段３１、ハーフミラー３２、球面又は非球面等の凹面ミラー（接眼光学系）３３を有している。撮像系４０は、ミラー４１、正の光学的パワーを有する撮像光学系（光学素子）４２、ＣＣＤなどの撮像素子４４を有している。
【００４１】
本実施形態において、例えばバックライト、偏光板、透過型液晶素子等で構成される表示手段３１からの画像情報に基づいて射出した表示光はハーフミラー３２でその一部が反射し、凹面ミラー３３で反射され、ハーフミラー３２でその一部が透過し、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。凹面ミラー３３は表示手段３１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００４２】
一方、外界の物体ＯＢからの光束はミラー４１で反射され、結像光学系４２によって撮像素子４４上に結像される。ここで撮像系４０の外界側光軸Ｏ_４は、表示系３０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ_３を延長した線と略一致させてある。
【００４３】
撮像系４０で撮像された外界画像情報は表示手段３１に表示され、表示系３０により観察眼Ｅに導かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察できるように構成されている。
【００４４】
結像光学系４２の入射瞳４３（４３’はミラー４１による入射瞳４３の鏡像を示す）は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、これによって実施形態１で述べたのと同様の理由により、違和感の無い外界観察を可能としている。
【００４５】
（実施形態３）
図３は本発明の画像観察装置の実施形態３の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段５１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系５０、外界の画像情報ＯＢを撮像素子６６に結像させるための撮像系６０とを有し、該撮像系６０で得られた画像情報を該表示系５０の表示手段５１に表示し、表示手段５１に表示した他の画像情報とともに観察眼Ｅで観察している。
【００４６】
表示系５０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段５１、結像作用をするプリズム体ＰＲ１を有している。撮像系６０は、各面が平面で構成されたプリズムＰＲ２、正の光学的パワーを有する撮像光学系６４、ＣＣＤなどの撮像素子６６を有している。
【００４７】
本実施形態において、例えばバックライト，偏光板，透過型液晶素子等で構成される表示手段５１からの画像情報に基づいて射出した表示光はプリズム体ＰＲ１の面５２で屈折されつつプリズム体ＰＲ１に入射し、臨界角以上の入射角度で面５３に入射し全反射され、曲面を有するミラー面５４で反射されて臨界角以下の入射角度で面５３に入射し屈折されつつプリズム体ＰＲ１を射出し、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。
【００４８】
プリズム体ＰＲ１は光学的パワーを有した面５４が光軸Ｏ_５に対して傾いて配置されることに起因する収差を良好に補正するために、アジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称面で構成されており、接眼光学系の小型化を図っている。
【００４９】
プリズム体ＰＲ１は表示手段５１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００５０】
一方、外界の物体ＯＢからの光束は面６１で屈折されつつプリズムＰＲ２に入射し、ミラー面６２で反射され、臨界角以上の入射角度で面６１に入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面６３に入射し屈折されつつプリズムＰＲ２を射出し、結像光学系６４によって撮像素子６６上に結像される。
【００５１】
プリズムＰＲ２の各面は平面より成っているが、任意の面を曲面としても良い。撮像系６０の外界側の光軸Ｏ_６は、表示系５０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ_５の延長線と略一致させてある。
【００５２】
撮像系６０で撮像された外界画像情報は表示手段５１に表示され、表示系５０により観察眼Ｅに導かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察できるように構成されている。
【００５３】
尚、本実施形態においては、図４に示すように、プリズムＰＲ２の代わりにミラー面で光学系を構成する、つまりプリズムＰＲ２の面６１の代わりにハーフミラー６８を、同様に面６２の代わりにミラー６９で構成すると、撮像方向以外からの迷光（例えば光束６７）が撮像素子６６に入射し、ゴースト像を形成してしまう。
【００５４】
これを解決するために本実施形態においては、プリズムＰＲ２の透過及び反射作用を有する面６１で光束を反射させる際に全反射条件を満たすように構成している。これにより、撮像方向以外からの光が撮像素子６６に入射することを回避することができ、さらに光軸Ｏ_６の折り畳みが可能となり光学系のレイアウトの自由度が増し、装置の小型化を可能としている。
【００５５】
また全反射を利用することにより外界光束を効率良く撮像素子６６に導くことを可能としており、これにより明るい像を得ている。
【００５６】
尚、本実施形態において図５に示すようにハーフミラー６８の外界側に偏光板１０１を、ミラー６９の外界側に１／４波長板１０２を、撮像光学系６４の直前に偏光板１０１とその吸収軸が直交するように設定された偏光板１０３を配置する構成としても良い。これによれば光束６７が撮像素子６６に入射することを避けることができる。
【００５７】
撮像方向からの光束は１／４波長板１０２を２回通過するため、偏光方向が９０度回転し、偏光板１０３を通過し結像光学系６４により撮像素子６６に導かれる。このようにハーフミラーを用いて撮像光学系を構成しても、ゴースト像の発生を回避できるが、波長板のように高価な素子が必要となり、構造も複雑になる傾向がある。
【００５８】
撮像光学系６４の入射瞳６５（６５’はプリズムＰＲ２による入射瞳６５の像を示す）は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、実施形態１で述べた理由と同様にして、違和感の無い外界観察を可能にしている。
【００５９】
また、図３に示したように撮像系６０の光軸の折り畳み（偏向）方向を表示系５０の光軸折り畳み（偏向）方向と異なる方向に設定することにより、装置全体の小型化を可能としている。この折り畳み方向は必ずしも逆方向である必要は無く、図６に示すように例えば直交方向に設定しても良い。
【００６０】
図６において表示系５０は図３に示した実施形態３と同じ機能を果たす。一方、外界の物体ＯＢからの光束は面７１で屈折されつつプリズムＰＲ３に入射し、ミラー面７２で反射され、臨界角以上の入射角度で面７１に入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面７３に入射し屈折されつつプリズムＰＲ３を射出し、結像光学系７４によって撮像素子７６上に結像される。
【００６１】
（実施形態４）
図７は本発明の画像観察装置の実施形態４の要部概略図である。本実施形態は図３の実施形態３に比べ撮像系６０が撮像系８０に代わっている点が異なっているだけであり、それ以外は同じ構成である。
【００６２】
図７において表示系５０は図３に示した実施形態３と同じ機能を果たす。外界の物体ＯＢからの光束は面８１で屈折されつつプリズム体ＰＲ４に入射し、曲面を有したミラー面８２で反射され、臨界角以上の入射角度で面８１に再び入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面８３に入射し屈折されつつプリズム体ＰＲ４を射出し、撮像素子８５上に結像される。
【００６３】
プリズム体ＰＲ４は光学的パワーを有した曲面８２が傾いて配置されることに起因する収差を良好に補正するために、アジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称面で構成されており、これにより撮像光学系の小型化を図っている。
【００６４】
撮像光学系（ＰＲ４）の入射瞳８４は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、実施形態１で述べた理由と同様にして、違和感の無い外界観察を可能にしている。
【００６５】
図８は本発明の画像観察装置における信号処理の要部ブロック図である。本発明においては、図８（Ａ）に示すように、表示手段９１に表示する画像は撮像系９０で取得した外界画像情報をそのまま表示するだけでなく、図８（Ｂ）に示すように撮像系９０で取得した外界画像情報に、画像生成手段９２で生成した画像情報（コンピューターグラフィックス等により生成された画像やビデオ等によって記録された映像など）を画像合成手段９３で合成して表示手段９１に表示するようにしても良い。
【００６６】
また以上の各実施形態の画像観察装置Ｓを図９に示すように観察者の左右眼用に一対設けるように構成することにより、両眼視差を用いれば立体視が可能となり、より自然に外界を観察することが可能な画像観察システムを構築することができる。
【００６７】
また以上の実施形態においては、表示素子として透過型液晶素子を用いたが、反射型の液晶素子やＥＬなどの自発光型の素子を用いても良い。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、以上の構成とすることにより、ビデオシースルー観察したときと裸眼観察したときとで同様な大きさで外界観察ができる画像観察装置を達成することができる。
【００６９】
又本発明によれば、装置全体の小型化が図れ頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させることができる画像観察装置の提供を達成することができる。
【００７０】
又本発明によれば、撮像系において、一つの面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズムを使用することにより、装置全体の小型が図れ、また外界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、明るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】本発明と比較する為の画像観察装置の要部概略図
【図５】本発明の実施形態３の一部を変更したときの要部概略図
【図６】本発明の実施形態３の一部を変更したときの要部概略図
【図７】本発明の実施形態４の要部概略図
【図８】本発明の画像観察装置に係る信号処理工程の要部ブロック図
【図９】本発明の画像観察システムの要部概略図
【図１０】裸眼観察時とビデオシースルー観察時の知覚される物体の大きさの説明図
【図１１】従来の画像観察装置の要部概略図
【符号の説明】
Ｓ画像観察装置
１０，３０，５０表示系
２０，４０，６０観察系
１１，３１，５１表示手段
１２，３３接眼光学系
１３，４１ミラー
２１，４２撮像光学系
２２，４３絞り（入射瞳）
２３，４４，６６撮像素子
３２ハーフミラー
Ｐ入射瞳
Ｅ観察眼
３３凹面ミラー
ＰＲ１，ＰＲ４プリズム体
Ｏ_１，Ｏ_３，Ｏ_５表示系の光軸
Ｏ_２，Ｏ_４，Ｏ_６撮像系の光軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image observation apparatus which enables an external scene (external image, external information) acquired by an image pickup optical system (image pickup system) to be displayed and observed on a display device (image display means), or an actual external scene. (Observation information) An image observation device for the purpose of performing various simulated experiences by superimposing images (virtual images) artificially created by a computer or the like on a computer or the like and videos recorded by a video or the like. It is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an external image (external information) is converted into an electric signal by a photographing device such as a CCD camera and displayed on a display device (display means) such as a CRT or an LCD, and the external image is observed via an eyepiece optical system. (Hereinafter referred to as “video see-through observation”), and an image observation apparatus configured to observe the outside world with the naked eye is known.
[0003]
Also, an image observation apparatus has been proposed which combines an external image captured by a camera with an image generated by computer graphics or the like or a video recorded by video or the like so that a real space and a virtual space can be synthesized and observed. ing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The image observation apparatus of such a configuration has an external optical axis of an imaging optical system of an imaging system and an eyepiece optical system of a display system in order to make the position of an object coincide with the observation direction when observing with the naked eye. The optical axis on the eyeball side of the system is matched, and the entrance pupil of the imaging optical system is arranged at a position equivalent to the entrance pupil of the eyeball optical system.
[0005]
However, when the imaging optical system is disposed at a position completely equivalent to the eyeball optical system, the size of the object displayed by the image display means is perceived to be smaller than when the outside world is observed with the naked eye. Is obtained experimentally.
[0006]
FIG. 10 shows the case of observing an object of a certain size at different distances when observing the naked eye and video see-through observation using an apparatus in which the imaging optical system is disposed at an optically equivalent position to the eyeball optical system. It is the result of having performed an experiment comparing the perceived size. The horizontal axis indicates the object distance, and the vertical axis indicates the size.
[0007]
In FIG. 10, the solid line represents the time of naked eye observation and the broken line represents the time of video see-through observation. It can be seen that the size of the object is significantly smaller during video see-through observation than during naked eye observation.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image observation apparatus capable of observing the outside world with the same size when performing video see-through observation and naked-eye observation.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an image observation apparatus that can reduce the burden on an observer when the apparatus is mounted on the head so that the entire apparatus can be downsized.
[0010]
In addition, according to the present invention, by using a prism having a surface having a transmission function and a total reflection function on one surface in an imaging system, it is possible to reduce the size of the entire apparatus and efficiently guide an external light beam to the imaging device. It is therefore an object of the present invention to provide an image observation device which enables a bright external image to be easily obtained.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The image observation device according to the first aspect of the present invention includes an imaging system that acquires an external image at a predetermined imaging angle of view via an imaging optical system;
A display system that displays an external image acquired by the imaging system on a display element and guides the eyeball at a display angle of view substantially coincident with the imaging angle of view via an eyepiece optical system,
In the image observation device having
A part of the optical axis of the imaging optical system substantially coincides with an axis extending a part of the optical axis of the eyepiece optical system to the outside,
A position equivalent to the entrance pupil position of the imaging optical system in the eyepiece optical system is shifted to the outside from the exit pupil position of the eyepiece optical system, and the imaging optical system with respect to the exit pupil position of the eyepiece optical system Where d is the shift amount of the position equivalent to the entrance pupil position of
5 <d <60 (mm)
Is satisfied .
[0012]
An image observation apparatus according to a second aspect of the present invention includes an imaging system that acquires an external image at a predetermined imaging angle of view via an imaging optical system;
A display system that displays an external image acquired by the imaging system on a display element and guides the eyeball at a display angle of view substantially coincident with the imaging angle of view via an eyepiece optical system,
In the image observation device having
The optical axis of the imaging optical system passes through the exit pupil position of the eyepiece optical system, and includes a part that substantially coincides with an axis that coincides with at least a part of the optical axis of the eyepiece optical system,
In addition, a position on the axis equivalent to the entrance pupil of the imaging optical system is shifted to the outside from the exit pupil of the eyepiece optical system, and the incidence of the imaging optical system on the exit pupil position of the eyepiece optical system When the amount of shift of the position equivalent to the pupil position is d,
5 <d <60 (mm)
Is satisfied .
[0013]
An image observation apparatus according to a third aspect of the present invention includes an imaging system that acquires an external image at a predetermined imaging angle of view via an imaging optical system;
A display system that displays an external image acquired by the imaging system on a display element and guides the eyeball at a display angle of view substantially coincident with the imaging angle of view via an eyepiece optical system,
In the image observation device having
Imaging optical system has a first mirror for deflecting a light beam from the outside world, also ocular optical system has a second mirror for deflecting the light beam from the display element,
The optical axis between the outside of the imaging optical system and the first mirror substantially coincides with the axis extending the optical axis between the second mirror of the eyepiece optical system and the exit pupil of the eyepiece optical system. Yes,
In addition, a position on the axis equivalent to the entrance pupil of the imaging optical system is shifted to the outside from the exit pupil of the eyepiece optical system, and the incidence of the imaging optical system on the exit pupil position of the eyepiece optical system When the amount of shift of the position equivalent to the pupil position is d,
5 <d <60 (mm)
Is satisfied .
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the direction of deflection of the optical axis of the imaging optical system by the first mirror is different from the direction of deflection of the optical axis of the eyepiece optical system by the second mirror. It is characterized by having.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, when a shift amount of an entrance pupil of the imaging optical system with respect to a position equivalent to an exit pupil of the eyepiece optical system is d, 10 <d <40 (mm)
Is satisfied.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects of the present invention, there is provided an image generating means for generating an image and an image synthesizing means for synthesizing the image, wherein the image synthesizing means receives the image from the image generating means. The image is combined with the image from the image pickup system, and the combined image is displayed on the display element.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the imaging system includes a prism having a plurality of surfaces, and the prism has a surface that performs a transmitting action and a total reflecting action. The light beam passing through the prism is guided to the image sensor by an optical element having a positive optical power.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the imaging system has an eccentric non-rotationally symmetric reflecting surface having different optical power depending on the azimuth angle.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects of the present invention, the display system has an eccentric non-rotationally symmetric reflecting surface having different optical power depending on the azimuth angle.
[0020]
An image observation system according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that a pair of the image observation devices according to any one of the first to ninth aspects are provided for left and right eyes of an observer.
[0025]
An image observation system according to a fifteenth aspect is characterized in that a pair of the image observation devices according to any one of the ninth to fourteenth aspects are provided for the left and right eyes of the observer.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of an image observation apparatus according to the present invention. The image observation apparatus S according to the present embodiment includes a display system 10 for guiding image information displayed on the display unit 11 to the observation eye E, and an imaging system 20 for forming image information OB of the outside world on the imaging element 23, The image information obtained by the imaging system 20 is subjected to signal processing by the signal processing means SP, converted into an electric signal, displayed on the display means 11 of the display system 10, and together with other image information displayed on the display means 11. It is observed with the observation eye E.
[0027]
The display system 10 includes a display unit 11 such as an LCD or an EL panel, an eyepiece optical system 12, and a mirror 13. The imaging system 20 includes a mirror 13, an imaging optical system having a positive optical power (also referred to as an "imaging optical system") 21, and an imaging device 23 such as a CCD.
[0028]
First, the configuration of the display system 10 will be described. In the present embodiment, display light emitted from a display means 11 composed of, for example, a backlight, a polarizing plate, a transmissive liquid crystal element, etc. based on the image information passes through an eyepiece optical system 12 and a display system 10 of a mirror 13. The light is reflected by the side surface 13a and guided to the entrance pupil P of the observation eye E. The position and focal length of the eyepiece optical system 12 are determined so that an enlarged virtual image of the display element surface of the display means 11 is formed, for example, 2 m ahead, and the exit pupil is made to coincide with the entrance pupil P of the observation eye E. It is.
[0029]
Next an imaging system 20 will be described. The light beam from the external object OB is reflected by the surface 13 b of the mirror 13 on the imaging system 20 side, and is imaged on the imaging device 23 by the imaging optical system 21. Here, the external optical axis O ₂ of the imaging system 20 is substantially coincident with the extension of the optical axis O ₁ of the display system 10 on the observation eye E side. Reference numeral 22 denotes an entrance pupil of the imaging optical system 21.
[0030]
The external image information captured by the imaging system 20 is processed by the signal processing unit SP and converted into an electric signal, then displayed on the display unit 11, and guided to the observation eye E by the display system 10. At this time, the configuration is such that the external object OB is observed with the naked eye.
[0031]
At this time, in particular, the imaging angle of view of the external image of the imaging system 20 (determined by the size of the imaging element 23, the focal length of the imaging optical system 21, and its positional relationship) is determined by the display angle of view of the display system 10 (display means). 11 is determined substantially by the size of the display element 11 and the focal length of the eyepiece optical system 12 and its positional relationship), so that the external observation magnification at the time of video see-through observation (observing the image information of the display means 11). Is matched with that at the time of naked eye observation.
[0032]
In the present embodiment, the angle of view of the imaging system 20 is set to be larger than the display angle of view of the display system 10 in advance, and a part of the external image captured by the imaging system is cut out. In the same manner, the images may be displayed on the display means 11 of the display system 10 so that both are observed at the same magnification.
[0033]
FIG. 11 is a schematic view of a main part of a conventional image observation apparatus. Note that components having the same functions as those of the present embodiment shown in FIG.
[0034]
As shown in FIG. 11, in the conventional image observation apparatus, the entrance pupil 22 of the imaging optical system 21 of the imaging system 20 is configured to be at a position optically equivalent to the entrance pupil P of the observation eye E. Reference numeral 22 'denotes a mirror image of the entrance pupil 22 of the imaging optical system 21 by the mirror 13. When the external world is displayed on the display unit 11 and observed by the apparatus having such a configuration, there is a problem that the size of the object OB existing in the external world is perceived to be smaller than that observed by the naked eye.
[0035]
In order to solve this, in the present invention, as shown in FIG. 1, the imaging optical system 21 and the imaging element 23 of the imaging system 20 are arranged to be shifted to the outside from the conventional device (FIG. 11) (mirror). 13), that is, the entrance pupil position 22 of the imaging optical system 21 of the imaging system 20 is shifted to the outside world by an amount d which is shifted to the point 22 'with respect to the entrance pupil position P of the eyepiece optical system of the observer. This is solved by displacing them.
[0036]
With such a configuration, the size perception of the object can be matched with the naked-eye observation while maintaining the positional relationship in the external space, and the external observation without a sense of incongruity is enabled. Further, since an optical element can be arranged near the entrance pupil P, the size of the optical system can be reduced.
[0037]
In the present embodiment, if the shift amount d is excessively large, the influence on the distance perception of the object becomes large in a space close to the observer (for example, about 300 mm), and compared with the case of observation with the naked eye. The object may be felt at a close position.
[0038]
Therefore, the shift amount d is preferably 60 mm or less, and more preferably 5 mm or more and 60 mm or less. In particular, when the distance is set in the range of 10 mm or more and 40 mm or less, the influence on the sense of distance is hardly perceived.
[0039]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic view of a main part of a second embodiment of the image observation device of the present invention. The image observation apparatus S according to the present embodiment has a display system 30 for guiding the image information displayed on the display unit 31 to the observation eye E, and an imaging system 40 for forming image information of the outside world on the imaging element 44. The image information obtained by the imaging system 40 is processed by the signal processing means SP, converted into an electric signal, displayed on the display means 31 of the display system 30, and observed together with other image information displayed on the display means 31. Observed with eyes E.
[0040]
The display system 30 includes a display unit 31 such as an LCD or an EL panel, a half mirror 32, and a concave mirror (eyepiece optical system) 33 such as a spherical surface or an aspherical surface. The imaging system 40 includes a mirror 41, an imaging optical system (optical element) 42 having a positive optical power, and an imaging device 44 such as a CCD.
[0041]
In the present embodiment, the display light emitted based on the image information from the display means 31 composed of, for example, a backlight, a polarizing plate, a transmissive liquid crystal element, etc., is partially reflected by the half mirror 32 and becomes concave mirror 33. Are reflected by the half mirror 32, a part of which is transmitted, and guided to the entrance pupil P of the observation eye E. The position and focal length of the concave mirror 33 are determined such that an enlarged virtual image of the display element surface of the display means 31 is formed, for example, 2 m ahead. The exit pupil is made to coincide with the entrance pupil P of the observation eye E. is there.
[0042]
On the other hand, the light beam from the external object OB is reflected by the mirror 41 and is imaged on the image sensor 44 by the imaging optical system 42. Here external side optical axis O ₄ of the imaging system 40, the are substantially matched and the extended line of the optical axis O ₃ of the observing eye E side of the display system 30.
[0043]
The external world image information imaged by the imaging system 40 is displayed on the display means 31 and guided to the observation eye E by the display system 30 so that the external world can be observed as if observed with the naked eye.
[0044]
The entrance pupil 43 of the image forming optical system 42 (43 'indicates a mirror image of the entrance pupil 43 by the mirror 41) is displaced from the entrance pupil P of the observation eye E toward the outside by a distance d. For the same reason as described in the first embodiment, external observation without discomfort is enabled.
[0045]
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the image observation device of the present invention. The image observation apparatus S according to the present embodiment has a display system 50 for guiding the image information displayed on the display means 51 to the observation eye E, and an imaging system 60 for forming the image information OB of the outside world on the imaging element 66. Then, the image information obtained by the imaging system 60 is displayed on the display means 51 of the display system 50, and is observed by the observation eye E together with other image information displayed on the display means 51.
[0046]
The display system 50 includes a display unit 51 such as an LCD or an EL panel, and a prism PR1 that forms an image. The imaging system 60 includes a prism PR2 having a flat surface, an imaging optical system 64 having a positive optical power, and an imaging device 66 such as a CCD.
[0047]
In the present embodiment, the display light emitted based on the image information from the display means 51 composed of, for example, a backlight, a polarizing plate, a transmissive liquid crystal element, etc., is refracted by the surface 52 of the prism PR1 and is incident on the prism PR1. The light enters the surface 53 at an incident angle equal to or greater than the critical angle, is totally reflected, is reflected by the mirror surface 54 having a curved surface, enters the surface 53 at an incident angle equal to or less than the critical angle, and exits the prism body PR1 while being refracted. , To the entrance pupil P of the observation eye E.
[0048]
Prism body PR1 is for surface 54 having an optical power to satisfactorily correct aberration due to be tilted with respect to the optical axis O _5, non-rotating were different eccentric of optical power by azimuth angle The eyepiece optical system is configured with a symmetrical surface, and the size of the eyepiece optical system is reduced.
[0049]
The position and the focal length of the prism body PR1 are determined so that an enlarged virtual image of the display element surface of the display means 51 is formed, for example, 2 m ahead, and the exit pupil is made to coincide with the entrance pupil P of the observation eye E. .
[0050]
On the other hand, the light flux from the external object OB is incident on the prism PR2 while being refracted on the surface 61, is reflected on the mirror surface 62, is incident on the surface 61 at an incident angle greater than the critical angle, is totally reflected, and is incident on the prism 61 at a critical angle or less. The light enters the surface 63 at an angle, exits the prism PR2 while being refracted, and is imaged on the image sensor 66 by the imaging optical system 64.
[0051]
Each surface of the prism PR2 is a flat surface, but any surface may be a curved surface. The optical axis O ₆ on the external world side of the imaging system 60 is substantially coincident with the extension of the optical axis O ₅ on the observation eye E side of the display system 50.
[0052]
The external world image information imaged by the imaging system 60 is displayed on the display means 51, guided to the observation eye E by the display system 50, and configured so that the external world can be observed as if observed with the naked eye.
[0053]
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, an optical system is configured by a mirror surface instead of the prism PR2, that is, a half mirror 68 is provided instead of the surface 61 of the prism PR2, and a surface mirror 62 is provided similarly instead of the surface 62 of the prism PR2. When the mirror 69 is used, stray light (for example, light flux 67) from a direction other than the imaging direction enters the imaging device 66 and forms a ghost image.
[0054]
In order to solve this, in the present embodiment, the configuration is such that the total reflection condition is satisfied when the light flux is reflected by the surface 61 having the transmitting and reflecting actions of the prism PR2. This allows light from other than the imaging direction to avoid entering the imaging device 66, further folding can and become the degree of freedom in the layout of the optical system of the optical axis O ₆ increases, enabling the size of the apparatus And
[0055]
Further, by utilizing the total reflection, it is possible to efficiently guide the external luminous flux to the image sensor 66, thereby obtaining a bright image.
[0056]
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the polarizing plate 101 is provided on the outside of the half mirror 68, the 波長 wavelength plate 102 is provided on the outside of the mirror 69, and the polarizing plate 101 and the polarizing plate 101 are provided immediately before the imaging optical system 64. A configuration in which a polarizing plate 103 whose absorption axes are set to be orthogonal to each other may be provided. According to this, it is possible to prevent the light flux 67 from being incident on the image sensor 66.
[0057]
Since the light beam from the imaging direction passes through the quarter-wave plate 102 twice, the polarization direction is rotated by 90 degrees, passes through the polarizing plate 103, and is guided to the imaging device 66 by the imaging optical system 64. Even if the imaging optical system is configured using the half mirror, generation of a ghost image can be avoided, but an expensive element such as a wave plate is required, and the structure tends to be complicated.
[0058]
The entrance pupil 65 (65 ′ indicates an image of the entrance pupil 65 formed by the prism PR2) of the imaging optical system 64 is shifted to the outside by a distance d with respect to the entrance pupil P of the observation eye E. In the same way as described in the above, it is possible to observe the outside world without discomfort.
[0059]
In addition, as shown in FIG. 3, by setting the folding (deflection) direction of the optical axis of the imaging system 60 to a direction different from the folding (deflection) direction of the optical axis of the display system 50, it is possible to reduce the size of the entire apparatus. I have. The folding direction does not necessarily need to be the reverse direction, and may be set to, for example, an orthogonal direction as shown in FIG.
[0060]
In FIG. 6, the display system 50 performs the same function as that of the third embodiment shown in FIG. On the other hand, the light flux from the external object OB is incident on the prism PR3 while being refracted on the surface 71, is reflected on the mirror surface 72, is incident on the surface 71 at an angle of incidence greater than the critical angle, is totally reflected, and is incident on the surface below the critical angle. The light enters the surface 73 at an angle, exits the prism PR3 while being refracted, and is imaged on the image sensor 76 by the imaging optical system 74.
[0061]
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a schematic view of a main part of Embodiment 4 of the image observation device of the present invention. This embodiment is different from the third embodiment in FIG. 3 only in that the imaging system 60 is replaced by the imaging system 80, and the other configuration is the same.
[0062]
In FIG. 7, the display system 50 performs the same function as the embodiment 3 shown in FIG. The light flux from the external object OB is incident on the prism PR4 while being refracted by the surface 81, is reflected by the mirror surface 82 having a curved surface, is again incident on the surface 81 at an incident angle larger than the critical angle, is totally reflected, and is critically reflected. The light enters the surface 83 at an incident angle equal to or smaller than the angle, exits the prism body PR4 while being refracted, and is imaged on the image sensor 85.
[0063]
The prism body PR4 is formed of an eccentric non-rotationally symmetric surface having different optical powers depending on the azimuth angle in order to favorably correct the aberration caused by the curved surface 82 having the optical power being inclined. Thus, the size of the imaging optical system is reduced.
[0064]
The entrance pupil 84 of the imaging optical system (PR4) is arranged to be shifted toward the outside by a distance d with respect to the entrance pupil P of the observation eye E, and for the same reason as described in the first embodiment, the outside pupil without a sense of incongruity. Makes observation possible.
[0065]
FIG. 8 is a main block diagram of signal processing in the image observation device of the present invention. In the present invention, as shown in FIG. 8A, the image displayed on the display means 91 not only displays the external image information acquired by the imaging system 90 as it is, but also displays the image as shown in FIG. Image information generated by the image generating means 92 (images generated by computer graphics or video recorded by video, etc.) is synthesized by the image synthesizing means 93 with the external world image information obtained by the 91 may be displayed.
[0066]
Further, by configuring the image observation apparatus S of each of the above embodiments so as to provide a pair for the left and right eyes of the observer as shown in FIG. It is possible to construct an image observation system capable of observing.
[0067]
In the above embodiments, a transmissive liquid crystal element is used as a display element, but a self-luminous element such as a reflective liquid crystal element or an EL may be used.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, with the above-described configuration, it is possible to achieve an image observation apparatus capable of observing the outside world with the same size when performing video see-through observation and when observing with the naked eye.
[0069]
Further, according to the present invention, it is possible to achieve the provision of an image observation apparatus capable of reducing the burden on an observer when the apparatus is mounted on the head by downsizing the entire apparatus.
[0070]
Further, according to the present invention, in the imaging system, by using a prism having a surface having a transmission function and a total reflection function on one surface, the entire device can be reduced in size, and the external luminous flux can be efficiently applied to the imaging device. It is possible to achieve an image observation device which can guide the image and can easily obtain a bright external image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of a third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic view of a main part of an image observation apparatus for comparison with the present invention. FIG. 5 is a schematic view of a main part when a part of a third embodiment of the present invention is changed. FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of a main part when changed. FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of a fourth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a block diagram of a main part of a signal processing step according to the image observation apparatus of the present invention. Schematic diagram of main parts of image observation system [Fig. 10] Illustration of size of perceived object during naked eye observation and video see-through observation [Fig. 11] Schematic diagram of main parts of conventional image observation device [Description of reference numerals]
S image observation device 10, 30, 50 display system 20, 40, 60 observation system 11, 31, 51 display means 12, 33 eyepiece optical system 13, 41 mirror 21, 42 imaging optical system 22, 43 aperture (entrance pupil)
23,44,66 imaging element 32 a half mirror P entrance pupil E observing eye 33 concave mirror PR1, PR4 prism _{_O} _1, _O _3, _O ₅ display system of the optical axis _{_O} _2, _O _4, _O ₆ imaging system in the optical axis

Claims

An imaging system that acquires an external image at a predetermined imaging angle of view via an imaging optical system,
A display system that displays an external image acquired by the imaging system on a display element and guides the eyeball at a display angle of view substantially coincident with the imaging angle of view via an eyepiece optical system,
In an image observation device having
A part of the optical axis of the imaging optical system substantially coincides with an axis extending a part of the optical axis of the eyepiece optical system to the outside,
And a position equivalent to the entrance pupil position of the imaging optical system in the eyepiece optical system is shifted to the outside from the exit pupil position of the eyepiece optical system, and the imaging optical system with respect to the exit pupil position of the eyepiece optical system Where d is the shift amount of the position equivalent to the entrance pupil position of
5 <d <60 (mm)
An image observation apparatus characterized by satisfying the following.

An imaging system that acquires an external image at a predetermined imaging angle of view via an imaging optical system,
A display system that displays an external image acquired by the imaging system on a display element and guides the eyeball at a display angle of view substantially coincident with the imaging angle of view via an eyepiece optical system,
In the image observation device having
The optical axis of the imaging optical system passes through the exit pupil position of the eyepiece optical system, and includes a part that substantially coincides with an axis that coincides with at least a part of the optical axis of the eyepiece optical system,
In addition, a position on the axis equivalent to the entrance pupil of the imaging optical system is shifted to the outside from the exit pupil of the eyepiece optical system, and the incidence of the imaging optical system on the exit pupil position of the eyepiece optical system When the amount of shift of the position equivalent to the pupil position is d,
5 <d <60 (mm)
An image observation apparatus characterized by satisfying the following.

An imaging system that acquires an external image at a predetermined imaging angle of view via an imaging optical system,
A display system that displays an external image acquired by the imaging system on a display element and guides the eyeball at a display angle of view substantially coincident with the imaging angle of view via an eyepiece optical system,
In an image observation device having
Imaging optical system has a first mirror for deflecting a light beam from the outside world, also ocular optical system has a second mirror for deflecting the light beam from the display element,
The optical axis between the outside of the imaging optical system and the first mirror substantially coincides with the axis extending the optical axis between the second mirror of the eyepiece optical system and the exit pupil of the eyepiece optical system. Yes,
In addition, a position on the axis equivalent to the entrance pupil of the imaging optical system is shifted to the outside from the exit pupil of the eyepiece optical system, and the incidence of the imaging optical system on the exit pupil position of the eyepiece optical system When the amount of shift of the position equivalent to the pupil position is d,
5 <d <60 (mm)
An image observation apparatus characterized by satisfying the following.

4. The image observation apparatus according to claim 3, wherein the direction of deflection of the optical axis of the imaging optical system by the first mirror is different from the direction of deflection of the optical axis of the eyepiece optical system by the second mirror. .

When the shift amount of the entrance pupil of the imaging optical system with respect to a position equivalent to the exit pupil of the eyepiece optical system is d, 10 <d <40 (mm)
The image observation device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the following is satisfied.

Image generating means for generating an image, and image synthesizing means for synthesizing the image, the image synthesizing means synthesizing the image from the image generating means and the image from the imaging system, and the synthesized image to the display element The image observation device according to claim 1, wherein the image is displayed.

The image pickup system has a prism having a plurality of surfaces, the prism has a surface having a transmitting function and a total reflecting function, and an optical element having a positive optical power to transmit a light beam passing through the prism. image observation apparatus according to claim 6 Neu Zureka 1 wherein characterized in that it guided to the image sensor by.

The image observation apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the imaging system has an eccentric non-rotationally symmetric reflection surface having different optical powers depending on the azimuth angle.

9. The image observation apparatus according to claim 1, wherein the display system has an eccentric non-rotationally symmetric reflection surface having different optical power depending on the azimuth angle.

An image observation system comprising a pair of the image observation devices according to any one of claims 1 to 9 provided for left and right eyes of an observer.