JPH09101483A - 立体視表示鏡 - Google Patents

立体視表示鏡

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JPH09101483A
JPH09101483A JP7291594A JP29159495A JPH09101483A JP H09101483 A JPH09101483 A JP H09101483A JP 7291594 A JP7291594 A JP 7291594A JP 29159495 A JP29159495 A JP 29159495A JP H09101483 A JPH09101483 A JP H09101483A
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JP
Japan
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screen
cylindrical surfaces
fine
large number
laid
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JP7291594A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Inoue
弘 井上
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Individual
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Landscapes

  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 奥行のある物体を対物レンズにより拡大し投
影して立体視する表示装置において、実像を投影するス
クリーンを加工製作が容易な部材及び構造に構成し、装
置を組み立てる調整作業の必要性をなくすように意図し
た。 【構成】 単眼対物レンズから映像を投影された透過性
スクリーンが、その前面に微細な凸曲面を多数敷設さ
れ、その後面に微細な凹曲面を多数敷設され、かつ両曲
面の光軸をほぼ一致して配設さて、アフォーカル光学系
を形成した集積板で構成されている。 【効果】 投影レンズからの光線束がスクリーン面に投
影された実像を、微細な画素に分割した後、常に一定の
角倍率で光線の開き角度を拡張し、その光線束をスクリ
ーンの後方に放出して射出ひとみが形成されることによ
り、スクリーン面に結像された映像を観察者の両眼で観
察深度が深い立体視の知覚を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、物体を拡大像として
観察するとき、立体視知覚を与える装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体を観察するとき物体が立体視知覚さ
れるのは、観察者の両眼が物体を眺望する両視線のなす
角度の広狭の程度すなわち輻輳角と、眺望する映像の差
異すなわち両眼視差とが観察者の頭脳へ心理的に作用す
るからである。
【0003】しかし、単一の対物レンズにより物体を実
像に拡大して観察する場合、対物レンズから投射される
光線の角度は縮小し、観察位置に形成される射出ひとみ
は小さくなり、観察者は両眼をもって映像を観察するこ
とは出来なくなる。そして、拡大倍率に反比例して角倍
率が縮減し、両眼視差は減少するので、立体視感覚はほ
とんど演出されない。
【0004】従って従来の技術では、発散系の微細なレ
ンズ又はミラーを敷設したスクリーンを結像面に配置し
て、対物レンズのよる実像を多数の画素に分割した後、
それぞれを拡大した発散角で両眼に到達させるようにし
た構成を採用している。
【0005】しかし、スクリーンを構成している微細な
レンズが単一光学系である場合、対物レンズによる実像
の対応点とスクリーンとの相対位置関係により、スクリ
ーンの微細光学系が形成する像が局部的に実像であった
り、虚像であったり又は無限遠に結像したりして変化
し、写像特性が安定せず、従って結像深度が浅い現象を
回避できない。物体を拡大して観察する要求に対して、
十分な視認特性を発揮できなかった。
【0006】この難点を解消する技術として、微細な凸
レンズを敷設した集積板と微細な凹レンズを敷設した集
積板とを2枚乃至4枚重ね合わせた二重スクリーンの構
造では、結像深度が浅くならない特徴を有するけれど、
2つの集積板に敷設された微細レンズの光軸を一致させ
たり、微細レンズの間隔を所定距離だけ確保しなければ
十分な性能を発揮発揮できないばかりでなく、部品製作
の困難性及び組立作業での位置精度の確保に非常な繁雑
性があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、これらの
組立作業及び使用上の難点を解決するものである。簡単
な部品で構成され、構成部品相互の調整作業は何ら必要
としないで、十分な立体視知覚と、透明感を有する明る
い被写体の鮮明な映像を観察し得る事ができる立体視表
示鏡を提供するものである。
【0008】即ちこの発明は、十分な立体視知覚を得る
ことを第一の目的とする。次に、物体を観察したとき、
十分な被写界深度を保証した装置であることを第二の目
的とする。更に第三の目的は、投影拡大倍率を変更する
とき、唯一個の対物レンズを交換する作業だけで済むこ
とであり、また第四の目的は、拡大倍率の変換手順を単
純化するために、唯一の対物レンズをズームレンズに置
換できる構成を提供することである。さらに第五の目的
は、極めて単純な構成で、必要最小限の部材で構築され
ており、その部品は単純な構造を有して製作が比較的容
易で、部品相互を組立てるとき及び使用中にも、何ら特
殊な調整技能を必要としない装置を得ることである。
【0009】
【発明が解決するための手段】透明なスクリーンは前面
が微細な凸球面が敷設され、後面が微細な凹球面が敷設
されたレンズ集積板である。これらの前面及び後面に形
成された各々のレンズ球面は、軸を共有した光学系を構
成している。前面側の曲率半径r、後面側の曲率半径
及び球面間隔すなわち屈折率nのスクリーンの厚さ
tが、次式の関係にあるとき、この光学構成はアフォー
カル光学系を形成する。 r−r=(n−1)t/n そして光学原理により、次式にしたがってこのアフォー
カル光学系によるスクリーンの横倍率β及び角倍率γ
は常に一定である。 γ=1/β=r/r
【0010】
【作用】角倍率γが一定のこのスクリーンの前面付近
に対物レンズから実像が投影されると、全体の実像は微
細レンズによって画素に細分割され、各々の画素から放
出される光線束は拡張されて観察者の両眼に同時に入射
させることができる。すなわち図1において、対物レン
ズ2が物体1を入射角uで眺望する左右の入射光線R
及びRは、対物レンズにより射出角u’で照射し、ス
クリーン7の前面付近に横倍率βの実像が投影され
る。スクリーン7からは光線R及びRが射出角u”
で両眼10’及び10”に入射する。すなわち左右の眼
10’及び10”に照射する光線束は対物レンズ2が物
体1を左右から眺望する状態をそのまま再現し、観察者
の眼10’及び10”は物体を立体視し得る。
【0011】対物レンズの横倍率β及び角倍率γ
びにスクリーンの横倍率β及び角倍率γとすると、
この光線R及びRが光軸となす傾き角度の関係は、 γ=1/β=u’/u 及び γ=1/β
u”/u’ となるから、物体を眺望する角倍率γは、 γ=γ・γ=1/β・β=u”/u である。
【0012】ここで、u>u”すなわちγ<1ならば輻
輳角による立体視知覚は誇張され、u<u”すなわちγ
>1ならば立体視知覚は減退される。
【0013】もし観察者が物体1を自然な状態の輻輳角
で眺望しようとするならば、 γ=u”/u≡1 として、 γ=1/β≡β つまり、スクリーン7の角倍率γを対物レンズの横倍
率βと同等に設定すればよい。
【0014】
【実施例】図2は、このスクリーン7を用いた立体視表
示装置11の構成事例を示す。対物レンズ2が物体を眺
望したときの入射光線R及びRは、屋根型プリズム
3に入射して光線束の左右方向を反転され、2枚組平面
ミラー4及び5で光線束の上下方向を反転されて、スク
リーン7付近に物体1の像が正立して投影される。スク
リーン7の前方に配置された集光レンズ6は、対物レン
ズ2からの射出光線束を、スクリーン7への周辺光線束
をも含めて、スクリーン7の面にほぼ垂直に偏向させ、
スクリーン7面の微細レンズは光線を効率良く屈折させ
る。後方に配置された視野レンズ8は、スクリーン7面
上に像を形成した光線束を観察者の両眼方向に集束させ
る作用をなす。集光レンズ6及び視野レンズ8の共働に
より、その射出ひとみに共役な位置に、スクリーン7微
細レンズの角倍率分だけ大きい対物レンズ2の射出ひと
みの像を形成して、装置11の全体光学系の射出ひとみ
9になる。全体光学系の射出ひとみ9の中に観察者の眼
10’及び10”を設定して、物体の像を立体視でき
る。
【0015】したがって、全体光学系の射出ひとみ9の
中で、観察者の両眼10’及び10”を設定すると、対
物レンズ2が物体1を眺望している状態を再現している
ことに等価である。観察者の両眼10’及び10”は物
体1が投影されたスクリーン7面上の拡大像を観察しな
がら、かつ物体1の像を立体視できる。
【0016】この微細レンズの集積板は、適切な厚さの
光学樹脂素材を用いて、微細球面を形成した金型で板の
表面及び裏面を同時成型することで、寸法精度が十分に
かつ比較的低廉に製造することができる。
【0017】スクリーン7の前面及び後面に多数敷設さ
れた微細な球面を、母線が同一方向に多数敷設した円柱
面に代替えした集積板、いわゆるレンティキュラーレン
ズに置換することが可能である。このとき、入射光線束
は母線と直角方向に拡散するので、円柱面の母線を垂直
方向に設定すると、観察者の眼10’及び10”は像を
立体視できる。円柱面の母線が垂直方向のレンティキュ
ラーレンズだけであると、全体光学系の射出ひとみ9は
左右方向にだけ拡大している。
【0018】このレンティキュラーレンズを母線方向が
相互に直交するように2枚重ね合わせると、球面レンズ
集積板と大略同等の機能を有する。このとき、全体光学
系の射出ひとみ9は、左右方向及び上下方向に拡大す
る。
【0019】スクリーン7の前面及び後面に母線が垂直
の同一方向に敷設されたレンティキュラーレンズと、片
面にのみにレンティキュラーレンズを敷設したスクリー
ン7とを母線方向が直交して重ね合わせた場合のもので
は、光線束が左右方向に十分拡張し、上下方向には必要
なだけ拡散するので、全体光学系の射出ひとみ9は上下
方向よりも左右方向に広く形成される。観察者は物体像
を立体視できるとともに、射出ひとみの面積が狭いの
で、その像をさらに明るく観察できる。
【0020】このレンティキュラーレンズは適切な厚さ
の光学素材を使用してレンズ間隔を確保することがで
き、また一方向の切削加工方法で製作できるし、微細球
面レンズの集積板を製作する場合よりも製作費用が少な
くて済む利点がある。
【0021】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0022】唯一の対物レンズ2からの唯一の投影光線
束だけをスクリーン7に照射するので、結像が二重にな
る心配がなく、画像は良品位に確保できる。
【0023】スクリーン7の微細な光学素子がアフォー
カル光学系を構成しているので、スクリーン7の角倍率
が常に一定であり、被写界深度が深く観察像が鮮明であ
る。
【0024】全体光学系の射出ひとみが唯一でかつ大き
いので、観察者の可視範囲が広くかつ限定されない。
【0025】スクリーン7の構造が極めて単純であるた
め部品の製作が容易で、光学調整も簡略され得る。
【0026】対物レンズからの投影光線束は唯一で、そ
の光軸に沿って光学要素を配置するだけであるため、構
成が簡単で、装置全体として小型に設計できる。
【0027】この立体視表示光学系は、顕微鏡光学系に
組み込み射出ひとみの拡大にも効果を発揮し、観察作業
の利便を提供することも可能である。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の投影光学系におけるスクリーン7の
光学機能の説明図である。
【図2】この発明の光学素子の構成事例を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
1 被写体 2 対物レンズ 3 屋根型プリズム 4、5 2枚組平面ミラー 6 集光レンズ 7 スクリーン 8 視野レンズ 9 射出ひとみ 10’、10” 観察者の両眼 11 立体視表示鏡

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対物レンズにより実像を投影された透明な
    板の前面に微細な凸球面が多数個敷設され、後面に微細
    な凹球面が多数個敷設され、この前面及び後面の球面の
    軸がほぼ一致して、アフォーカル光学系を形成している
    ことを特徴とする立体視表示鏡。
  2. 【請求項2】多数の微細な凸円柱面を前面に、多数の微
    細な凹円柱面を後面に敷設し、かつこの前面及び後面の
    円柱面の母線がほぼ重なるように形成した透明な集積板
    を、これらの円柱面の母線が互いに直交するように2枚
    重ねて設定したことを特徴とする立体視表示鏡。
  3. 【請求項3】多数の微細な凸円柱面を前面に、多数の微
    細な凹円柱面を後面に敷設し、かつこの前面及び後面の
    円柱面の母線をほぼ重なるように形成した透明な集積板
    を、その母線方向を垂直方向に設定したことを特徴とす
    る立体視表示鏡。
  4. 【請求項4】多数の微細な凸円柱面を前面に、多数の微
    細な凹円柱面を後面に敷設し、かつこの前面及び後面の
    円柱面の母線を垂直方向に設定してほぼ重なるように形
    成した透明な集積板と、さらにこれらの円柱面の母線に
    対し直交する方向に多数の微細な凹円柱面を敷設した透
    明な集積板を重ねて設定したことを特徴とする立体視表
    示鏡。
JP7291594A 1995-10-03 1995-10-03 立体視表示鏡 Pending JPH09101483A (ja)

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Cited By (4)

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