JP6930593B2 - 画像表示装置及び画像表示システム - Google Patents
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Description
開示の技術は、画像を表示する装置であれば開示の技術に係る画像表示装置は適用可能であり、また、画像を表示する装置を備えたシステムであれば開示の技術に係る画像表示システムは適用可能である。本実施形態では、以下の説明を簡単にするため、開示の技術に係る画像表示システムの一例として、眼科における眼の診断及び眼への外科的処置を目的として患者等の眼(被検眼)及び被検眼周辺を医師等の観察者が観察する眼科撮影装置に適用した眼科撮影システムを説明する。
図1に示すように、眼科撮影システム10は、対象物OBとしての被検眼及び被検眼周辺を撮影する撮影部20と、撮影部20で撮影した撮影画像を表示するディスプレイ等の表示部30と、表示部30の撮影画像を観察者OP用に表示する表示装置40を含む。眼科撮影システム10は、観察対象者の被検眼及び被検眼周辺を撮影部20で撮影し、撮影した撮影画像を表示部30に形成し、当該撮影画像を観察者OP用に表示装置40で表示する。
図2に示すように、表示装置40は、右眼用の表示装置40Rとして、(撮影部20Rによる画像を)表示部30Rに形成された撮影画像ImRを、右眼用の光学ユニット42L及び反射部材48を介して観察者OPの右眼用に表示する。また、左眼用の表示装置40Lとして、(撮影部20Lによる画像を)表示部30Lに形成された撮影画像ImLを、左眼用の光学ユニット42L及び反射部材48を介して観察者OPの左眼用に表示する。
図3に示すように、光学ユニット42Rは、撮影画像ImRから順に、面番号P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11の光学面を備えたレンズ系を形成している。光学面は、光学面を境界とした一方側の媒質の屈折率と他方側の媒質の屈折率とが相違する場合には屈折面となる。
表1において、面番号mは図3に示す光学面の面番号に対応する。また、曲率半径rは各光学面の曲率半径を示し、面間隔dは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離を示し、屈折率ndはd線に対する屈折率を示し、分散νdはアッベ数を示している。表1に示す諸元では、曲率半径r、及び面間隔dの単位として「mm」を採用したが、光学ユニット42Rは比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることはなく、他の単位を用いることもできる。
図4に示すように、光学ユニット42は、表示部30側の焦点距離fの焦点位置に表示部30による対象物の撮影画像Imが位置するように設定される。これにより、光学ユニット42から射出される光は、アフォーカル系の光、すなわち、平行光となる。この光学ユニット42から射出された平行光は、詳細を後述する表示装置40を介して観察者OPの眼に到達し、観察者OPの網膜上に結像し、撮影画像Imが観察者OPに知覚される。
第1の設計条件は、
光学ユニット42の焦点距離をf、表示部30による撮影画像Imの距離をD、光学ユニット42による光軸からの光の照射見込角度をθとするとき、
f≦(D/2)/sinθ
で示される条件式を満たすように焦点距離を100mm以下に光学ユニット42を形成することである。
光学ユニット42の焦点距離をf、表示部30による撮影画像Imを構成する画素の大きさ(ピクセルサイズ)をS、眼の分解能をRとするとき、
f≧S/tanR
で示される条件式を満たすように焦点距離を25mm以上に光学ユニット42を形成することである。
図5に示すように、表示部30による対象物OBの撮影画像Imの各画素は、光学ユニット42の射出瞳Expから平行光束で射出され、光学結像素子48Aにより折り返されて射出瞳が形成されることで、瞳が再形成される。表示装置40では、光学ユニット42の射出瞳Expが光学ユニット42の光の射出側の最外面の位置に射出瞳Expが形成され、アイポイントEptを形成している。アイポイントEptとは、光学ユニット42から射出される光の全ての画角を網羅して目視可能な範囲である。図5に示す例では、光軸方向に射出瞳Expから距離Lzの範囲がアイポイントEptになっている。
図6に示すように、表示装置40における射出瞳Expは、右眼用の射出瞳ExpRと、左眼用の射出瞳ExpLとが形成される。
光学ユニット42のレンズ径を眼幅PDより大きくした場合、右眼用の光学ユニット42Rと左眼用の光学ユニット42Lとが干渉するため、右眼用の光学ユニット42Rと左眼用の光学ユニット42Lとの少なくとも一方の光学ユニット42を、干渉する部分を削って形成すればよい。図7に示す例では、右眼用の光学ユニット42Rと左眼用の光学ユニット42Lとから均等に光学ユニット42の一部を削り出して形成した場合を示している。このようにすることで、右眼用の光学ユニット42Rの光軸と左眼用の光学ユニット42Lの光軸との間隔を、予め設定された眼幅PDを維持した状態で、眼幅PDに対応する直径で光学ユニット42を形成した場合に比べて、大きい射出瞳Expを形成することができる。
図8に示すように、光学ユニット42の射出光軸と交差する方向の軸Aを中心として、反射部材48を回転可能に形成する。また、反射部44は、反射部材48を回転駆動する回転駆動部47を備えている。例えば、水平方向に光軸が設定されている場合に、回転駆動部47の駆動により反射部材48を反時計方向(図8に矢印Bで示す方向)に角度φ回転させると、光軸は2φ反時計方向に回転する。従って、観察者OPが撮影画像Imを目視する視線方向を、水平方向から下方へ変更することができる。一方、回転駆動部47の駆動により反射部材48を時計方向(図8に矢印Bと逆方向)に角度φ回転させると、光軸は2φ時計方向に回転する。従って、観察者OPが撮影画像Imを目視する視線方向を、水平方向から上方へ変更することができる。
図9に示すように、観察者OPに対して平行光を射出させることから発散光又は収束光を射出するようにするため、撮影画像Imを形成する表示部30及び光学ユニット42の少なくとも一方の位置を光軸方向に沿って変更する。すなわち、撮影画像Imを形成する表示部30の位置を変更する表示位置調整部32、及び光学ユニット42の位置を変更するレンズ位置調整部43を備える。なお、光学ユニット42の位置を変更すると、射出瞳の位置も変更されるので、表示部30の位置を変更する構成とすることが好ましい。
図11に、眼科撮影システム10の表示装置40に関する第1の変形例を示す。
図11に示すように、第1の変形例では、表示装置40に含む反射部44は、筐体46、直交する反射面を複数備えたコーナキューブを複数2次元平面状に配列した反射アレイ等の再帰反射部材47A、及びハーフミラー48Bを含む。第1の変形例の表示装置40は、光学ユニット42から射出された光をハーフミラー48Bで反射する。ハーフミラー48Bで反射された光は、再帰反射部材47Aへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bを透過して、観察者OPへ向けて射出される。
図12に、眼科撮影システム10の表示装置40に関する第2の変形例を示す。
図12に示すように、第2の変形例では、表示装置40に含む反射部44は、筐体46、直交する反射面を複数備えたコーナキューブを複数2次元平面状に配列した反射アレイ等の再帰反射部材47A,47B、及びハーフミラー48Bを含む。第2の変形例の表示装置40は、光学ユニット42から射出された光をハーフミラー48Bで反射する。ハーフミラー48Bで反射された光は、再帰反射部材47Aへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bを透過して、観察者OPへ向けて射出される。また、光学ユニット42から射出された光のうちハーフミラー48Bを透過した光は、再帰反射部材47Bへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bで反射されて、観察者OPへ向けて射出される。
第2の変形例は、第1の変形例に比べて、ハーフミラー48Bを透過した光を利用できるため、観察者OPが目視する撮影画像Imの光量を増加することができる。
図13に、眼科撮影システム10の表示装置40に関する第3の変形例を示す。
図13に示すように、第3の変形例では、表示装置40に含む反射部44は、筐体46、直交する反射面を複数備えたコーナキューブを複数2次元平面状に配列した反射アレイ等の再帰反射部材47C、及びハーフミラー48Bを含む。第3の変形例の表示装置40は、光学ユニット42から射出された光をハーフミラー48Bで反射する。ハーフミラー48Bで反射された光は、再帰反射部材47Cへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bを透過して、観察者OPへ向けて射出される。また、光学ユニット42から射出された光のうちハーフミラー48Bを透過した光も、再帰反射部材47Cへ射出されて、再帰反射し、ハーフミラー48Bで反射されて、観察者OPへ向けて射出される。
第3の変形例は、第2の変形例に比べて、ハーフミラー48Bの反射光及び透過光を共通して再帰反射部材47Cで再帰反射できるため、再帰反射部材の素子数を減少して表示装置を形成することができる。
図14に、眼科撮影システム10の表示装置40に関する第4の変形例を示す。
図14に示すように、第4の変形例では、表示装置40に含む反射部44は、筐体46、及び2面コーナーリフレクタを一方向に配列したプリズムシートミラー48C,48Dを含む。第4の変形例の表示装置40は、光学ユニット42から射出された光をプリズムシートミラー48C,48Dで順に反射する。光学ユニット42から射出された光は、プリズムシートミラー48C,48Dで順に反射されて、観察者OPへ向けて射出される。光学ユニット42から射出された光をプリズムシートミラー48C,48Dで順に反射する構成は、1枚のプリズムシートミラーの反射により変形される図形を2枚目のプリズムシートミラーで補正するためである。
なお、第4の変形例は、1枚のプリズムシートミラーの反射により変形される図形を2枚目のプリズムシートミラーで補正する構成としたが、1枚のプリズムシートミラーによる変形を許容する場合には、第4の変形例における表示装置40に含む反射部44は、1枚のプリズムシートミラーで形成してもよい。
第1の応用例には、双眼鏡及び潜望鏡等の光学機器によって遠方の対象物を観察する観察システムの表示装置への適用が挙げられる。この遠方の対象物を観察する観察システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、観察者OPは、表示装置40に非接触の状態で遠方の対象物を観察でき、接触により生じる観察者OPの違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、観察者OPの頭部がアイポイント(アイボックス)内で移動可能になる。従って、双眼鏡及び潜望鏡等の光学機器に観察者OPの頭部を接触する姿勢に比べて、観察者OPの姿勢に大きな許容度が生じる。
第2の応用例は、遊技に関連した画像を遊技者に目視させながら遊技を行わせる遊技機を用いた遊技システムの表示装置への適用が挙げられる。この遊技システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、遊技者は、表示装置40に非接触の状態で遊技に関連した画像を目視でき、遊技時に接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、遊技者の頭部がアイポイント(アイボックス)内で移動可能となり、表示装置に遊技者の頭部を接触する姿勢に比べて、遊技者の姿勢に大きな許容度が生じる。さらに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用した遊技システムで表示される画像は、アイポイント内でのみ目視可能である。このため、アイポイント外での目視が抑制され、例えば、遊技システムが接近して複数設けられた場合、遊技者に隣り合う他の遊技者による表示画像の目視が抑制される。これにより、隣り合う遊技システムへ無関係な画像を目視可能にすることによる他の遊技者への遊技の妨げが抑制される。
第3の応用例は、予め準備した画像を含む視聴覚情報を視聴者に個別に提示する視聴覚室等に設置された視聴覚装置を用いた視聴覚システムの表示装置への適用が挙げられる。この視聴覚システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、視聴者は、表示装置40に非接触の状態で画像を視認でき、視聴覚装置に接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、視聴者の頭部がアイポイント内で移動可能となり、視聴覚装置に視聴者の頭部を接触する姿勢に比べて、視聴者の姿勢に大きな許容度が生じる。さらに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用した視聴覚システムで表示される画像は、アイポイント内でのみ目視可能である。このため、アイポイント外での目視が抑制され、例えば、複数の表示装置を設けた視聴覚システムに適用した場合、各々の視聴者に他の視聴者に対して目視が抑制された個別の画像を表示させることができ、複数の視聴覚情報の同時提供性の向上が期待される。
第4の応用例は、ネットカフェ及び休養室などの対象者の個別スペースに設置された画像を提供する画像提供装置を用いた画像提供システムの表示装置への適用が挙げられる。この画像提供システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、対象者は、表示装置40に非接触の状態で画像を目視でき、画像提供装置への接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、対象者の頭部がアイポイント内で移動可能となり、画像提供装置に対象者の頭部を接触する姿勢に比べて、対象者の姿勢に大きな許容度が生じる。
第5の応用例は、操作者がCAD(Computer−Aided Design)等のコンピュータを用いて物品をデザインするデザインシステムの表示装置への適用が挙げられる。このデザインシステムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、操作者は、表示装置40に非接触の状態でデザイン中の画像を目視でき、表示装置への接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、操作者の頭部がアイポイント内で移動可能となり、表示装置に遊技者の頭部を接触する姿勢に比べて、操作者の姿勢に大きな許容度が生じる。さらに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用したデザインシステムで表示される画像は、アイポイント内でのみ目視可能である。このため、アイポイント外での目視が抑制され、操作者にのみ個別の画像を表示させることができ、デザイン中の画像を他人に目視されることが抑制される。
第6の応用例は、利用者が現金の出納及び残高確認等の金銭情報授受を行うATM(Automatic Teller Machine)を用いた金銭出納システムの表示装置への適用が挙げられる。この金銭出納システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、利用者は、表示装置40に非接触の状態で金銭情報授受に関する画像を確認でき、ATMへの接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、利用者の頭部がアイポイント内で移動可能となり、ATMに出納者の頭部を接触する姿勢に比べて、利用者の姿勢に大きな許容度が生じる。さらに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用した金銭出納システムで表示される画像は、アイポイント内で視認する場合のみ目視可能である。このため、アイポイント外での目視が抑制され、すなわち、利用者以外の他人による表示画像の目視が抑制され、通常の画像表示に比べて、セキュリティ効果の向上が期待される。
第7の応用例は、申請者が役所などの公共機関で個人情報に基づいて各種の申請を行う申請装置を用いて各種の申請及び確認を行う申請システムの表示装置への適用が挙げられる。この申請システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、申請者は、表示装置40に非接触の状態で、個人情報に基づいて行う各種の申請に関する画像を目視でき、申請装置への接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、申請者の頭部がアイポイント内で移動可能となり、申請装置に申請者の頭部を接触する姿勢に比べて、申請者の姿勢に大きな許容度が生じる。さらに、個人情報に基づいて行う各種の申請に関する画像は、アイポイント内で視認する場合のみ目視可能である。このため、アイポイント外での目視が抑制され、すなわち、申請者以外の他人による表示画像の目視が抑制され、通常の画像表示に比べて、セキュリティ効果の向上が期待される。
第8の応用例は、予約者が船舶、旅客機及び列車等の移動体における座席、映画館及び劇場等における座席、及びレストラン等の飲食店における座席、を予約又は確認するための予約確認装置を用いた予約確認システムの表示装置への適用が挙げられる。この予約確認システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、予約者は、表示装置40に非接触の状態で座席の予約又は確認するための画像を目視でき、予約確認装置への接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、予約者の頭部がアイポイント内で移動可能となり、予約確認装置に予約者の頭部を接触する姿勢に比べて、予約者の姿勢に大きな許容度が生じる。さらに、座席の予約又は確認するための画像は、アイポイント内で視認する場合のみ目視可能である。このため、アイポイント外での目視が抑制され、すなわち、予約者以外の他人による表示画像の目視が抑制され、通常の画像表示に比べて、セキュリティ効果の向上が期待される。
第9の応用例は、鑑賞者が船舶、旅客機及び列車等の移動体の各々の座席で画像を鑑賞する鑑賞装置を用いた画像鑑賞システムの表示装置への適用が挙げられる。この画像鑑賞システムに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用することで、鑑賞者は、表示装置40に非接触の状態で座席において画像を鑑賞でき、画像鑑賞装置への接触により生じる違和感が抑制される。また、光学ユニット42により鑑賞する画像の見かけの大きさは変化しないので、鑑賞者の頭部がアイポイント内で移動可能となり、画像鑑賞装置に鑑賞者の頭部を接触する姿勢に比べて、鑑賞者の姿勢に大きな許容度が生じる。さらに、鑑賞者に鑑賞させるための画像は、アイポイント内でのみ目視可能である。このため、アイポイント外での目視が抑制され、すなわち、鑑賞者以外の他人による表示画像の目視が抑制され、通常の画像表示に比べて、セキュリティ効果の向上が期待される。さらに、開示の技術に係る画像表示装置、又は画像表示システムを適用した画像鑑賞システムで表示される画像は、アイポイント内でのみ目視可能であり、他人に目視されることが抑制される。このため、鑑賞者にのみ個別の画像を表示させることができ、通常の画像表示に比べて、他人の鑑賞が抑制された画像鑑賞の独占効果の向上が期待される。
20 撮影部
22 顕微鏡
24 カメラ
26 カメラコントローラ
30 表示部
40 表示装置
42 光学ユニット
44 反射部
46 筐体
48 反射部材
Ept アイポイント
Exp 射出瞳
Im 撮影画像
OB 対象物
OP 観察者
Claims (26)
- 対象物の画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、射出瞳を形成する光学ユニットと、
前記光学ユニットから射出される光を反射又は透過し、前記射出瞳と共役関係にある位置に前記射出瞳をリレーする光学素子と、
を備えた画像表示装置において、
前記光学ユニットは、前記光学素子に最も近いレンズ以降の位置に前記射出瞳を形成する画像表示装置。 - 前記光学ユニットは、アフォーカルである
請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニットから射出される光は平行光である
請求項1又は請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニットは、観察者の左眼用の前記射出瞳と前記観察者の右眼用の前記射出瞳とを形成する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学素子は、前記左眼用と前記右眼用に共通の部材である
請求項4に記載の画像表示装置。 - 前記光学素子は、前記光学ユニットの光の射出側のアイポイントと共役な第1のアイポイントと、前記第1のアイポイントの位置より前記光の進行方向側に第2のアイポイントとを形成する
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学素子は、観察者から離間した位置に配置され、
前記射出瞳は、前記光学素子と前記観察者との間の観察位置にリレーされる
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニットは、前記光の射出側の最外面以降の位置に前記射出瞳を形成する
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記画像は、左眼用画像と右眼用画像とを含む
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニットは、光が入射される最初の面を該光の入射側に凸面を向けた第1屈折面で形成し、かつ該光が射出される最後の面を該光の射出側に凸面を向けた第2屈折面で形成する
請求項1から請求項9の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学素子は、複数の反射面が積層された積層部を前記複数の反射面が互いに交差させて複数積層した光制御パネルを含む
請求項1から請求項10の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学素子は、交差する複数の反射面を単位光学系とし、前記単位光学系を前記複数の反射面と交差する平面方向に複数配列した光制御パネルを含む
請求項1から請求項11の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学素子は、前記光制御パネルが、反射光の射出角を維持しつつ、前記光制御パネルに対して予め定めた方向に振動及び回転の少なくとも一方の駆動を行う駆動部を含む
請求項11又は請求項12記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニットは、
焦点距離をf、前記画像の距離をD、光軸からの光の照射見込角度をθとするとき、
f≦(D/2)/sinθ
で示される条件式を満たすように焦点距離を100mm以下に形成する
請求項1から請求項13の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニットは、
焦点距離をf、前記画像を構成する画素の大きさをS、眼の分解能をRとするとき、
f≧S/tanR
で示される条件式を満たすように焦点距離を25mm以上に形成する
請求項1から請求項14の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニットは、複数の前記光学ユニットを含み、複数の前記光学ユニットの光軸が平行になるように形成する
請求項1から請求項15の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記複数の前記光学ユニットは、前記光学素子で反射された光による画像を観察する観察者の両眼の間隔に対応する距離を隔てて形成する
請求項16に記載の画像表示装置。 - 前記複数の前記光学ユニットは、各々前記観察者の両眼の間隔に対応する距離以下の直径に形成する
請求項17に記載の画像表示装置。 - 前記複数の前記光学ユニットは、各々前記観察者の両眼の間隔に対応する距離を超える直径に形成し、かつ各々前記観察者の両眼の間隔に対応する距離に形成した場合の重複部分について前記複数の前記光学ユニットの少なくとも1つの光学部材から削除する
請求項17に記載の画像表示装置。 - 前記複数の前記光学ユニットの間に、一方の光学ユニットから他方の光学ユニットへ至る光を抑制する光抑制部を備える
請求項16から請求項19の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光抑制部は、光吸収部材を含む
請求項20に記載の画像表示装置。 - 前記対象物の画像を表示する表示部をさらに備える
請求項1から請求項21の何れか1項に記載の画像表示装置。 - 前記光学ユニット、前記光学素子及び前記表示部を収容する収容部を備え、前記光学ユニット、前記光学素子及び前記収容部は、前記光学ユニット及び前記光学素子を介した光による画像を観察する観察者と非接触に配置する
請求項22に記載の画像表示装置。 - 対象物を撮影する撮影部と、
請求項1から請求項23の何れか1項に記載の画像表示装置と、
を含む画像表示システム。 - 前記撮影部と前記画像表示装置とは独立して形成される
請求項24に記載の画像表示システム。 - 前記撮影部を含む顕微鏡を備える
請求項24又は請求項25に記載の画像表示システム。
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