WO2010050459A1 - 視標呈示装置、画像表示システムおよび車載用表示装置 - Google Patents

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WO2010050459A1
WO2010050459A1 PCT/JP2009/068379 JP2009068379W WO2010050459A1 WO 2010050459 A1 WO2010050459 A1 WO 2010050459A1 JP 2009068379 W JP2009068379 W JP 2009068379W WO 2010050459 A1 WO2010050459 A1 WO 2010050459A1
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concave mirror
image
virtual image
observer
presenting apparatus
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PCT/JP2009/068379
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Inventor
優介 鈴木
省吾 福島
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パナソニック電工株式会社
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Priority to JP2010535794A priority patent/JPWO2010050459A1/ja
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61H5/00—Exercisers for the eyes
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0127—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the depth of field

Definitions

  • the present invention relates to an optotype presenting apparatus that presents an optotype to an observer, an image display system, and an in-vehicle display apparatus.
  • VDT work work (hereinafter referred to as “VDT work”) using a visual terminal device (for example, a monitor of a personal computer) is increasing.
  • This advance in information technology can greatly improve work efficiency and work accuracy.
  • FIG. 16 shows the structure of the human eye.
  • the ciliary muscle (including the chin zonule) 65 has a crystalline lens so that the light beam L emitted from the gaze object passes through the cornea 60, the pupil 61, the crystalline lens 62, and the vitreous body 63 and forms an image on the retina 64.
  • the function of adjusting the refractive power of the crystalline lens 62 by changing the thickness of the lens 62 is provided. This function is called a focus adjustment function.
  • the focus adjustment function (focus adjustment mechanism) is a function that always forms an image on the retina 64 by changing the refractive power of the lens 62 according to the distance between the lens 62 and the target. (Mechanism).
  • the ciliary muscle 65 which is a driving source for the focus adjustment function, is in a tension state. Abnormal excitement of the parasympathetic nerve for focusing near and the tension state of the ciliary muscle 65 contribute to eye strain. When the tension state continues for a long time, the focus adjustment function of the ciliary muscle 65 is temporarily lowered.
  • Patent Document 1 discloses an optotype presenting apparatus for promoting active activity of the focus adjustment function of the eye and restoring visual acuity.
  • the target presentation device disclosed in Patent Literature 1 is a device that activates the focus adjustment function of the observer's eyes by repeatedly moving the target in the perspective direction on the line of sight of the observer watching the target.
  • the stimulation is always stimulated through the VDT work and the viewing action rather than the method of stimulating the activity. It is considered that the method of preventing eye fatigue by continuing to give the eye is a more ideal method for preventing eye fatigue.
  • the optotype presenting apparatus is small in consideration of introduction to a general VDT workplace or home. In view of workability and visibility, the image needs to be larger than a certain size on the observer's retina.
  • the total length of the device is equivalent to the movement distance of the target. Therefore, it is necessary to move the visual target on the order of several meters in order for the observer to obtain a sufficient effect in order to reduce eye fatigue. For this reason, the optotype presenting apparatus disclosed in Patent Document 1 has a problem that the entire apparatus is enlarged.
  • the size of the display image on the retina of the observer changes extremely according to the position of the object. It is difficult to solve the change in the size of the display image by a method such as a change in the display size of the image.
  • FIG. 17 shows the principle of image display using the concave mirror 70.
  • the mirror surface (reflection surface) of the concave mirror 70 is a spherical surface.
  • F is the focal position of the concave mirror 70.
  • the object A which is a real image
  • the image formed on the concave mirror 70 is an erecting virtual image represented by B.
  • the distance b between the concave mirror 70 and the virtual image B depends on the distance a between the concave mirror 70 and the object A and the focal length f.
  • the size B 1 B 2 of the virtual image B is defined as follows.
  • B 1 B 2 A 1 A 2 ⁇
  • the virtual image B formed when the object A is moved within the range between the center point O of the concave mirror 70 and the focal position F is an observation target.
  • a large movement of the virtual image B to be observed can be realized with respect to a small movement of the object A, and a visual device aimed at preventing a reduction in visual acuity can be obtained.
  • the virtual image B can realize a very large movement compared to the movement of the object A. That is, a large movement of the virtual image B to be observed can be realized by a small movement of the object A. Therefore, by changing the distance a between the object A and the concave mirror 70, it is possible to stimulate the focus adjustment function of the eye of the observer who watches the virtual image B of the object.
  • the enlargement ratio of the virtual image B with respect to the object A increases.
  • the size of the virtual image B on the retina of the observer's eye becomes almost constant.
  • the distance a between the object A and the concave mirror 70 is continuously changed, thereby stimulating the focus adjustment function of the observer watching the virtual image B of the object A. You can continue.
  • the fatigue of the focus adjustment function of the eye can be reduced by changing the optical distance between the object A and the concave mirror 70.
  • the visual target presenting apparatus as described above adopts a form in which the virtual image B is visually recognized by both eyes in view of the comfort of the observer.
  • FIG. 18 shows (referred to as “Patent Document 4”).
  • a half mirror 71 that is oblique to the optical axis Lx of the concave mirror 70 is disposed between the concave mirror 70 and the observer P.
  • the light beam from the object A is set to be reflected by the half mirror 71 toward the concave mirror 70 in the optical axis direction of the concave mirror 70, the light beam from the object A is reflected by the half mirror 71, and the virtual image of the object A is reflected by the concave mirror 70. Is formed. Furthermore, the observer P can observe a virtual image that has passed through the half mirror 71.
  • Patent Document 2 discloses an apparatus using a concave mirror and a half mirror.
  • the apparatus of Patent Document 2 can improve the effect of the simulator by matching the imaging distance of the virtual image of the display object with the actual distance of the display object in various simulators such as a flight simulator and a space docking simulator.
  • Patent Document 3 discloses a visual acuity measuring device that uses the principle of a concave mirror in order to perform visual acuity measurement in a small size and various visual distances.
  • Patent Document 4 discloses a head-mounted display that moves the target position back and forth, up and down, and left and right to prevent a reduction in visual acuity.
  • the observer P does not need to change the refractive power of the crystalline lens almost as the virtual image that is the optotype moves away. For this reason, the ciliary muscle remained in a tension state, and the effect of reducing fatigue of the focus adjustment function was small.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optotype presenting apparatus, an image display system, and an in-vehicle display apparatus that can sufficiently reduce the fatigue of an observer's focus adjustment function. There is.
  • the optotype presenting apparatus is an apparatus that presents an observer with a virtual image of an object as an optotype.
  • the optotype presenting apparatus includes a concave mirror and a distance adjusting unit.
  • the concave mirror is provided such that an optical distance between the concave mirror and the object is shorter than a focal length of the concave mirror, and forms the virtual image.
  • the distance adjusting means is configured to change the optical distance within a range shorter than the focal length of the concave mirror, and to increase the moving speed of the virtual image as the virtual image position becomes farther.
  • the object refers to, for example, an image, an image display device that displays the image, or a three-dimensional object.
  • Examples of the image include a moving image (video) and a still image (photograph, picture). The same applies to the following description.
  • the time of the refractive power in the observer's lens not only when the virtual image is near the observation point but also when moving away from the observation point.
  • the change can be made more than a certain level. This can sufficiently reduce the fatigue of the observer's focus adjustment function.
  • the optotype presenting apparatus includes a half mirror provided obliquely to the optical axis of the concave mirror.
  • the object is reflected on the concave mirror side of the half mirror and projected onto the concave mirror, and is arranged so that a virtual image of the object is presented to the observer via the half mirror.
  • the object itself when the half mirror is oblique to the optical axis of the concave mirror, the object itself can be prevented from interfering when the virtual image that is the target is presented to the observer.
  • the distance adjusting means moves the object.
  • the virtual image of the object can be moved by the distance adjustment means moving the object, it is necessary to change the position of the observer's eye compared to the case of moving the virtual image by moving the concave mirror. There is no. That is, the observer can visually recognize the target at the same observation point.
  • the distance adjusting means increases the moving speed of the object as the optical distance increases.
  • the moving speed of the virtual image can be further increased as the virtual image moves away from the observation point.
  • an observation point is located in front of the concave mirror, and the distance adjusting means moves the object so that the time change of the reciprocal of the distance between the observation point and the virtual image of the object becomes constant.
  • the moving speed of the virtual image becomes more effective as the virtual image moves away from the observation point by moving the object so that the temporal change of the reciprocal of the distance between the observation point and the virtual image of the object becomes constant. Therefore, fatigue of the observer's focus adjustment function can be further reduced.
  • the distance adjusting means changes the optical distance so as to repeat the reciprocating motion of the target.
  • the distance adjusting means moves the visual target periodically.
  • the distance adjusting means continuously moves the target.
  • the optotype presenting apparatus includes a flat panel display that displays an image as the object.
  • the flat panel display as a means for displaying an image that is an object, a configuration that is optically superior to a curved panel can be obtained.
  • the optotype presenting apparatus includes a reducing unit that reduces distortion of the virtual image.
  • the reduction means is formed by using the concave mirror, and the concave mirror has an aspheric surface so as to reduce distortion of the virtual image.
  • the mirror surface of the concave mirror an aspherical surface, it is possible to increase the effect of reducing the distortion of the target regardless of whether the surface of the object is a flat surface or a curved surface.
  • the radius of curvature of the mirror surface is larger at the center of the mirror surface.
  • the distortion of the visual target can be further reduced by increasing the radius of curvature toward the center of the mirror surface of the concave mirror.
  • the first direction connecting both eyes of the observer is more than the second direction orthogonal to the first direction.
  • the ratio of the curvature radius of the central portion to the curvature radius of the end portion is large.
  • the ratio of the radius of curvature of the central portion to the radius of curvature of the end portion in the mirror surface is higher in the first direction connecting the eyes of the observer than in the second direction orthogonal to the first direction.
  • the reducing means is formed using the object, and the object has a curved surface so as to reduce distortion of the virtual image.
  • the object is convex toward the concave mirror side.
  • the object is formed in a cylindrical shape, and an axial direction of the object is orthogonal to a direction connecting both eyes of the observer when the target is presented to the observer.
  • the distortion of the virtual image can be particularly reduced in the direction connecting the eyes of the observer when the object is projected onto the concave mirror, the virtual image is more distorted by the binocular parallax and the stereoscopic image is more distorted. Can be suppressed.
  • the optotype presenting apparatus includes a flat panel display that displays an image, and the reduction unit is formed using the object, and the object is an image displayed on the flat panel display, The image is deformed in advance so as to reduce distortion of the virtual image when projected onto the concave mirror.
  • An image display system includes the optotype presenting apparatus and an image display apparatus that displays an image.
  • the optotype presenting apparatus presents a virtual image of an image displayed on the image display apparatus to the observer as the optotype.
  • a vehicle-mounted display device includes the target presentation device and an image display device that provides information related to driving.
  • the target presentation device presents the observer with a virtual image of the information provided by the image display device as the target.
  • the visual target presenting device includes a visual distance estimation device that estimates the visual distance of the observer, and the visual display distance of the virtual image is increased when the visual distance of the observer is increased. And the optical distance between the concave mirror and the concave mirror is changed.
  • FIG. It is an external view which shows the structure of the optotype presenting apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating operation
  • FIG. 10 is a layout diagram of Embodiment 8. It is an external view same as the above. In Embodiment 9, it is a figure at the time of the time of visual recognition far away. It is a figure in the case of near vision in the same as the above. It is sectional drawing which shows the structure of a human eyeball. It is a figure which shows the principle of a concave mirror. It is a figure which shows the structure using a concave mirror and a half mirror. It is a figure explaining a horopter. It is a figure which shows distortion of the virtual image in the conventional optotype presenting apparatus.
  • FIG. 1 shows the configuration of the optotype presenting apparatus according to the present embodiment.
  • this optotype presenting apparatus includes an image display device (video display device) 1, a concave mirror 2, a half mirror 3, and a moving device 4.
  • the image display device 1 is configured to display an image (video) on an image display surface (video display surface) 10.
  • the concave mirror 2 is provided such that the optical distance between the image display device 1 and the concave mirror 2 is shorter than the focal length.
  • the half mirror 3 is provided obliquely to the optical axis Lx of the concave mirror 2.
  • the optical axis Lx of the concave mirror 2 passes through the observation position of the observer P (hereinafter referred to as “observation point”).
  • the moving device 4 is configured to move the image display device 1.
  • the optotype presenting apparatus of the present embodiment presents the observer P with a virtual image B (see FIG. 17) formed by the concave mirror 2 as an optotype.
  • the image display device 1 of the present embodiment it is desirable that the image display surface 10 is a flat surface in order to reduce distortion of the virtual image at the concave mirror 2. Therefore, the image display device 1 of the present embodiment is a small flat panel display such as a liquid crystal panel or an organic electroluminescence (hereinafter referred to as “organic EL”) display.
  • the image content displayed on the image display device 1 is not particularly limited, and may be content according to the preference of the observer P such as a document, a still image (photo, picture), a moving image (video), a game, or the like. .
  • the image display device 1 can easily control display image switching, image processing on the display image, and the like. Note that the image of this embodiment corresponds to the object of the present invention.
  • the image display device 1 includes a control device (not shown) that corrects the distortion, brightness, and display size of an image according to a virtual image position, which will be described later, thereby reducing the consciousness of the observer P with respect to the movement of the virtual image.
  • a control device not shown
  • the observer P can be concentrated on VDT work and viewing activities.
  • the image display device 1 has an optical distance between the image display device 1 and the concave mirror 2 (relative of the image display device 1 to the concave mirror 2).
  • the brightness of the display image can be changed according to the position. Further, the image display device 1 can change the brightness of the display image according to the preference of the observer P.
  • the concave mirror 2 is configured to reflect an image displayed on the image display device 1 and to present the virtual image B (see FIG. 17) of the image to the observer P through the half mirror 3 as a target.
  • the observation point that is the observation position of the observer P is located in front of the concave mirror 2 (left side in FIG. 1).
  • the half mirror 3 is provided so as to intersect the optical axis Lx of the concave mirror 2 at an angle of 45 °.
  • the image displayed on the image display device 1 is reflected by the half mirror 3 toward the concave mirror 2 in the direction of the optical axis Lx of the concave mirror 2.
  • the virtual image B of the image passes through the half mirror 3 and is presented to the observer P.
  • the image displayed on the image display device 1 is reflected on the concave mirror 2 side of the half mirror 3 and projected onto the concave mirror 2. Accordingly, the observer P can visually recognize the virtual image B of the image.
  • the image display device 1 does not block the line of sight of the observer P.
  • the moving device 4 is a moving mechanism of the image display device 1, and includes a holding plate 40, a linear guide 41, a feed screw 42, a pulley 43 a and a pulley belt 43 b, a motor 44, and a control unit 45. .
  • the moving device 4 corresponds to the distance adjusting means of the present invention.
  • the holding plate 40 holds the image display device 1.
  • the linear guide 41 supports the holding plate 40.
  • the motor 44 is an electronic motor serving as a drive source for the moving device 4.
  • the pulley 43 a and the pulley belt 43 b transmit the rotational driving force of the motor 44 to the feed screw 42.
  • the control unit 45 controls the motor 44. That is, the moving device 4 realizes movement of the image display device 1 in the vertical direction (arrow direction in FIG. 1) by converting the rotational driving force generated by the motor 44 into a linear motion by the feed screw 42. At this time, the control unit 45 moves the image display device 1 in the vertical direction so as to change the optical distance between the image display device 1 and the concave mirror 2 within a range shorter than the focal length of the concave mirror 2.
  • control unit 45 can freely set the moving speed of the image display device 1 by controlling the rotational speed of the motor 44. Thereby, the image display apparatus 1 can be moved at a speed according to a movement speed law adapted to the physiological aspect of the eye of the observer P.
  • the control unit 45 is, for example, a computer processing device.
  • the computer may be a general-purpose computer such as a personal computer, or a computer dedicated to the optotype presenting apparatus.
  • the moving device 4 moves the image display device 1 up and down, the distance between the image on the image display surface 10 of the image display device 1 and the optical axis Lx of the concave mirror 2 changes, and the image display device 1 and the concave mirror are changed.
  • the optical distance between the two changes.
  • the optical distance between the concave mirror 2 and the virtual image B changes.
  • the moving range of the virtual image B will be described. From the equation (1) indicating the positional relationship between the real image (image display device 1) and the virtual image B, the virtual image B rapidly moves to infinity as the image display device 1 approaches the focal position.
  • the closest point at which the observer P in his 20s can clearly see the target that is, the adjustment near point, is said to be an average of 0.118 m (about 8.5 diopters). Therefore, it is sufficient that the nearest position (nearest position) is a position where the distance between the observer P and the target is about ⁇ 0.1 m.
  • the farthest position may be a position where the distance between the observer P and the target is about ⁇ 10 m ( ⁇ 0.1 D).
  • the distance range between the observer P and the target is a range in which a fatigue prevention effect for the focus adjustment function of the eye can be sufficiently obtained.
  • the control unit 45 controls the motor 44 so as to move the image display device 1 within a movement range set so as to realize the farthest position and the latest position.
  • the focus adjustment function of the eye refers to a function that always forms an image on the retina N by changing the refractive power D of the crystalline lens 5 in accordance with the distance s1 between the crystalline lens 5 and the virtual image B.
  • the greater the distance s1 between the crystalline lens 5 and the virtual image B the smaller the degree that the temporal change in the distance s1 between the crystalline lens 5 and the virtual image B affects the temporal change in the refractive power D.
  • the distance s1 between the crystalline lens 5 and the virtual image B is short (in the case of a short distance) and long (in the case of a long distance), even if the moving distance of the virtual image B is the same, the distance is short.
  • the stimulus applied to the focus adjustment function of the eye is not less than a certain value is that the temporal change
  • (1 / s1 2 ) ⁇
  • ⁇ represents a threshold value.
  • the control unit 45 (see FIG. 1) The motor 44 (see FIG. 1) is controlled so that the time change
  • the moving speed of the image display device 1 may be calculated with reference to Equation (1).
  • b in the formula (1) is the distance s1.
  • the control unit 45 controls the operation of the motor 44 so that the moving speed of the image display device 1 increases as the optical distance between the image display device 1 and the concave mirror 2 increases. Thereby, the moving speed
  • the control unit 45 controls the motor 44 and, for example, the movement speed v during one cycle when the distance s1 between the crystalline lens 5 and the virtual image B is moved from 0.5 m to 5.0 m in a cycle of 120 seconds is shown in FIG. Shown in In addition, when this rule is followed, since the rapid change of the moving speed v occurs at the end point where the distance s1 between the crystalline lens 5 and the virtual image B is 5.0 m, a buffer time T is provided. What is necessary is just to calculate the moving speed of the image display apparatus 1 using this moving speed v and Formula (1).
  • the image display apparatus 1 is moved so that the temporal change
  • the moving speed of the virtual image B can be effectively increased as the distance from the crystalline lens 5 that is the observation point increases, so that the fatigue of the observer P's focus adjustment function can be reduced.
  • the moving speed v shown in FIG. 4 is also a speed adapted to the physiological aspect of the eye as described above, and has an advantage that the control related to the movement of the image display device 1 is simple.
  • control unit 45 shown in FIG. 1 repeats the reciprocating motion of the image display device 1 by periodically and continuously moving the image display device 1 between the concave mirror 2 and the focal position of the concave mirror 2.
  • the motor 44 is controlled.
  • the refractive power D of the observer's P crystalline lens 5 can be effectively changed. Can be further reduced.
  • the refractive power D of the crystalline lens 5 of the observer P can be changed more frequently by periodically reciprocating the image display device 1, the fatigue of the focal adjustment function of the observer P is further reduced.
  • the virtual image B (see FIG. 2) can be gradually moved by continuously moving the image display device 1 and continuously moving the optical distance between the image display device 1 and the concave mirror 2. Therefore, it is possible to prevent the observer P from noticing the virtual image B.
  • the observer P faces the concave mirror 2 from the observation point (the x direction in FIG. 1) and looks at the virtual image B (see FIG. 2) of the image on the image display device 1.
  • the controller 45 starts to drive the motor 44
  • the image display device 1 starts to move upward.
  • the image display apparatus 1 moves to the upper limit position
  • the image display apparatus 1 starts to move downward.
  • the image display apparatus 1 starts moving upward.
  • the image display apparatus 1 repeats such an operation.
  • the observer P continues to see the virtual image B.
  • an optotype presenting apparatus is provided separately from the apparatus for VDT work, and when the VDT work continues for a certain period of time or the eyes are tired, You may use the optotype presenting apparatus of an embodiment.
  • the virtual image B (see FIG. 2) projected on the concave mirror 2 is presented to the observer P as a target, compared to the case where the image itself from the image display device 1 is presented. Since the moving distance of the image display device 1 can be shortened, the area necessary for the movement of the image display device 1 can be reduced, and as a result, the device itself can be reduced in size.
  • of the virtual image B as the optical distance between the image display device 1 and the concave mirror 2 increases and the position of the virtual image B increases.
  • Can be made.
  • the fatigue of the observer P's focus adjustment function can be sufficiently reduced.
  • the change in the focus adjustment function of the observer P can always be made a certain level or more.
  • the moving device 4 moves the image display device 1
  • the virtual image B can be moved, so that the observation is performed as compared with the case where the virtual image B is moved by moving the concave mirror 2, for example.
  • the virtual image B repeats the reciprocating motion, so that the refractive power D of the crystalline lens 5 of the observer P can be effectively changed. It can be further reduced.
  • the optotype presenting apparatus of the present embodiment uses an image as an object
  • a solid object or the like may be used as an object instead of an image.
  • the three-dimensional object or the like can be moved by being directly or indirectly attached to the holding plate 40.
  • the optotype presenting apparatus according to the modified example can perform the same operation as the present embodiment, and as a result, has the same effect as the present embodiment.
  • the refraction in the crystalline lens 5 of the observer P not only when the virtual image is close to the observation point but also when moving away from the observation point. Since the time change of the force D can be made more than a certain level, the fatigue of the observer P's focus adjustment function can be sufficiently reduced. Regardless of whether the virtual image is far or near, the change in the focus adjustment function of the observer P can always be made a certain level or more.
  • the optotype presenting apparatus includes a moving device 4 that moves only the image display device 1 as a distance adjusting unit.
  • a concave mirror moving device that moves the concave mirror 2 in the direction of the optical axis Lx of the concave mirror 2 may be provided as a distance adjusting means instead of or together with the moving device 4.
  • This optotype presenting apparatus can move the virtual image B by moving the concave mirror 2.
  • the position of the eye of the observer P with respect to the concave mirror 2 is limited to a certain range. For this reason, when the concave mirror 2 is moved, the position of the eye of the observer P needs to be moved. Therefore, among the three methods described above, the method of moving only the image display device 1 is the best and practical. That is, as the distance adjusting means, the moving device 4 of this embodiment is superior to the concave mirror moving device in that it is not necessary to move the position of the eye of the observer P, and is realistic. The same applies to the following second to tenth embodiments.
  • the observer P feels the virtual image B like a pincushion with a center portion that is a gazing point indented and an end portion curved forward by binocular parallax. That is, the observer P sees the virtual image B of the object A and recognizes the object A as a three-dimensional object even if the object A has a flat surface.
  • the stereoscopic effect that the observer P feels is the depth of the virtual image B.
  • the stereoscopic effect means that the observer P feels a nearby target close and feels a distant target far.
  • the binocular parallax makes the observer P feel a stereoscopic effect when a point other than the gazing point is imaged at an uncorresponding position on the left and right retinas.
  • the observer P observes the virtual image B with both eyes the observer P feels a point closer to the virtual image B than the reference plane closer to the virtual image B than the case where the virtual image B is observed with a single eye.
  • Feel the point farther away Such a feeling is particularly remarkable with respect to the horizontal direction, which is a direction connecting both eyes.
  • the observer P when the observer P feels the virtual image B of the planar object A three-dimensionally, the observer P can see the virtual image B in a distorted state, that is, the virtual image B is distorted. It is.
  • the conventional optotype presenting device allows the observer P to visually recognize the distorted virtual image B when reducing the fatigue of the focus adjustment function of the observer P, thereby making the observer P feel uncomfortable or uncomfortable. There was a problem of giving pleasure.
  • an optotype presenting apparatus that solves the above problem will be described. According to the present embodiment, there is provided an optotype presenting apparatus capable of reducing the size and giving the observer P the fatigue reduction effect of the focus adjustment function of the eye without worrying about the distortion of the optotype. Can be provided.
  • FIG. 1 shows the configuration of the optotype presenting apparatus according to the present embodiment.
  • this optotype presenting apparatus includes an image display apparatus 1, a concave mirror 2, a half mirror 3, and a moving device 4 in the same manner as the optotype presenting apparatus of the first embodiment.
  • the optotype presenting apparatus presents the virtual image B (see FIG. 17) formed by the concave mirror 2 to the observer P as an optotype.
  • the image display device 1 of the present embodiment has the same configuration as the image display device 1 of the first embodiment.
  • the image display device 1 of the present embodiment is a device for generating a visual target and corresponds to the object of the present invention.
  • the design of the concave mirror 2 in a two-dimensional plane (xy plane in FIG. 5) will be described with reference to FIG.
  • the half mirror 3 (see FIG. 1) is omitted, and only the image display device 1 and the concave mirror 2 are shown.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is an aspherical spherical surface
  • the image display device 1 is a flat surface.
  • the design parameters are the axes m1 and m2 of the concave mirror 2, the width lm of the concave mirror 2, the width ls of the image display device 1, the width of the entrance pupil of the observer P, the position xs of the image display device 1, and the entrance pupil of the observer P.
  • the imaging position of the virtual image B was determined as follows in consideration of spherical aberration.
  • the reflected light from the concave mirror 2 is virtually transmitted to the back side (x> 0) of the concave mirror 2.
  • the light from the image display device 1 passes through a point (x, y (x, ⁇ , xs, ys)) at an arbitrary x (> 0).
  • y in the range of ⁇ max ⁇ ⁇ max, y at any x has a probability distribution as shown in FIG. 6B.
  • the radius of curvature at the center is 320.33 mm, whereas the radius of curvature at the end is 318.44 mm.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is a spherical surface. Therefore, the concave mirror 2 has a larger ratio of the radius of curvature of the central portion to the end portion in the mirror surface than in the z direction in the y direction.
  • the distortion of the present embodiment in which the mirror surface is an aspherical surface is the smallest.
  • the distance xs is -155.1 mm in the present embodiment, -145.5 mm in Comparative Example 1, and -150.2 mm in Comparative Example 2.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is aspherical, and in particular, when the radius of curvature is increased toward the center of the mirror surface, the distortion of the virtual image B, that is, the stereoscopic effect of the virtual image B, is greater than when the mirror surface of the concave mirror 2 is spherical. Can be reduced.
  • the concave mirror 2 of the present embodiment corresponds to the reducing means of the present invention.
  • the operation of the optotype presenting apparatus when the observer P uses the optotype presenting apparatus according to the present embodiment is the same as the optotype presenting apparatus of the first embodiment.
  • an optotype presenting apparatus is provided separately from the apparatus for VDT work, and when the VDT work continues for a certain period of time or the eyes are tired, You may use the optotype presenting apparatus of an embodiment.
  • the focus adjustment function of the eye without worrying about the distortion of the visual target with respect to the observer P.
  • the fatigue prevention effect can be given.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is aspherical, and the radius of curvature is increased toward the center of the mirror surface of the concave mirror 2, so that the image display surface 10 (surface) of the image display device 1 is flat. Even if it is a curved surface, the effect of reducing the distortion of the visual target can be enhanced.
  • the y direction (first direction) connecting both eyes of the observer P is more mirror-centered than the z direction (second direction) perpendicular to the y direction.
  • the distortion of the target can be made smaller in the y direction than in the z direction, thereby suppressing the virtual image B from being distorted and viewed stereoscopically due to binocular parallax. Can do.
  • the optotype presenting apparatus uses the image display apparatus 1 as an object, as a modification of the optotype presenting apparatus, a solid object may be used instead of the image display apparatus 1 as an object. Good.
  • the three-dimensional object can be moved by being directly or indirectly attached to the holding plate 40. Even in a configuration using such a three-dimensional object as an object, the same operation as that of the present embodiment can be performed, and as a result, the same effect as that of this embodiment can be obtained.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is also non-uniform in the z direction perpendicular to the y direction connecting the eyes of the observer P. It may be a spherical surface.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is an elliptical spherical surface of (300 mm, 310 mm), and the radius of curvature of the central portion is 320.33 mm, whereas the radius of curvature of the end portion is similar to the y direction. Is 318.44 mm.
  • Each design parameter of the concave mirror 2 in the xz plane is the same as each design parameter of the concave mirror 2 in the xy plane.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is an elliptical spherical surface of (1200 mm, 1300 mm), and the radius of curvature at the center is 1408.33 mm, whereas the radius of curvature at the end is 1389.02 mm. .
  • Comparative Example 3 e3
  • Comparative Example 4 e4
  • the distance xs is selected so that the position of the central portion of the virtual image B in the x direction matches.
  • the position difference ⁇ of the present embodiment is 76.6% smaller than that of Comparative Example 3, and 62.9% smaller than that of Comparative Example 4.
  • the distortion of the present embodiment in which the mirror surface is an aspherical surface is the smallest.
  • the distance xs is ⁇ 620.6 mm in Example 2, ⁇ 538.2 mm in Comparative Example 3, and ⁇ 578.1 mm in Comparative Example 4.
  • the radius of curvature at the center is 110.25 mm, whereas the radius of curvature at the end is 109.30 mm.
  • Each design parameter of the concave mirror 2 in the xz plane is the same as each design parameter of the concave mirror 2 in the xy plane.
  • the mirror surface of the concave mirror 2 is an elliptical spherical surface of (100 mm, 105 mm), the radius of curvature of the central portion is 110.25 mm, and the radius of curvature of the end portion is 109.30 mm.
  • Comparative Example 5 e5
  • Comparative Example 6 e6
  • the distance xs is selected so that the position of the central portion of the virtual image B in the x direction matches.
  • the position difference ⁇ of the present embodiment is 43.8% smaller than that of the comparative example 5, and 33.9% smaller than that of the comparative example 6.
  • the distortion of the present embodiment in which the mirror surface is an aspherical surface is the smallest.
  • the distance xs is ⁇ 54.5 mm in this embodiment, ⁇ 49.4 mm in Comparative Example 5, and ⁇ 51.9 mm in Comparative Example 6.
  • the distortion of the target can be reduced, so that the observer P can observe the eye without having to worry about the distortion of the target.
  • a fatigue prevention effect of the focus adjustment function can be provided.
  • the image display device 1 of the present embodiment a flexible display that can be bent freely is used.
  • the flexible display include an organic EL display using a plastic film as a substrate and electronic paper using an electrophoresis method.
  • the image display device 1 according to the present embodiment corresponds to the object and the reduction unit of the present invention.
  • the observer P has an effect of binocular parallax in the horizontal direction (y direction in FIG. 1) that connects both eyes compared to the vertical direction (direction perpendicular to the horizontal direction, z direction in FIG. 1). Therefore, it is more sensitive to the distortion of the virtual image B. Therefore, in the present embodiment, in consideration of the difficulty of manufacturing the image display device 1, the image display device is displayed only in the horizontal direction when the image displayed on the image display device 1 is projected onto the concave mirror 2.
  • Let 1 be a shape with a convex curvature on the concave mirror 2 side, that is, a shape of a part of a cylinder (circular arc shape). That is, the image display device 1 is convex on the right side in the y direction in FIG. 10, but is convex on the lower side in the actual visual target presenting device (FIG. 1).
  • the design parameters used in this embodiment are the axes m1 and m2 of the concave mirror 2, the width lm of the concave mirror 2, the width ls of the image display device 1, the width le of the entrance pupil of the observer P, and the image.
  • Xs xs (y) representing the shape and position of the display device 1, the position xe of the entrance pupil of the observer P, and the maximum angle ⁇ max of light emitted from each point on the image display device 1.
  • the reflectance of the concave mirror 2 is 1.0.
  • the shape of the image display device 1 of this embodiment and Comparative Example 7 is as shown in FIG. E5 in FIG. 11 is the present embodiment, and e7 is a comparative example.
  • the shape of the image display device 1 that minimizes the distortion of the virtual image B changes according to the average distance between the concave mirror 2 and the image display device 1. Therefore, in this embodiment, a mechanism for changing the shape of the image display device 1 according to the distance between the image display device 1 and the concave mirror 2 is provided.
  • the image display surface 10 (front surface) of the image display device 1 (object) is curved, so that the target of the concave mirror 2 is either spherical or aspheric.
  • the effect of reducing the distortion can be enhanced.
  • the image display device 1 is convex toward the concave mirror 2 side, whereby the distortion of the visual target can be further reduced.
  • the distortion of the virtual image B can be particularly reduced in the direction connecting the eyes of the observer P when projected onto the concave mirror 2 (y direction).
  • B is a plane, it can be more suppressed from appearing stereoscopically.
  • the shape of the image display device 1 is not the shape of a part of a cylinder that does not curve in the vertical direction (the direction perpendicular to the horizontal direction that connects both eyes), but in the vertical direction. Also, a curved shape may be used.
  • the curved image display device 1 as in the fifth embodiment may be combined with the concave mirror 2 whose mirror surface is aspherical as in the second to fourth embodiments.
  • Each design parameter is the same as in the fifth embodiment. Even with such a structure, it is possible to give the observer P the fatigue prevention effect of the focus adjustment function of the eye without worrying about distortion of the target.
  • Embodiment 6 demonstrates the case where the image which considered the distortion of the virtual image B previously is displayed on the image display apparatus 1.
  • FIG. The image of the present embodiment is deformed in advance by image processing so as to reduce the distortion (three-dimensional effect) of the virtual image B when projected onto the concave mirror 2.
  • the image display device 1 of the present embodiment is a flat panel display as in the second embodiment.
  • image processing means (not shown) that performs image processing based on a preset rule is provided integrally or separately.
  • the image displayed on the flat panel display corresponds to the object and reducing means of the present invention.
  • an image considering distortion in advance as in the sixth embodiment may be combined with the concave mirror 2 in which the mirror surface is aspheric as in the second to fourth embodiments. Even with such a structure, it is possible to give the observer P the fatigue prevention effect of the focus adjustment function of the eye without worrying about distortion of the target.
  • the shape of the image display device 1 and the shape of the mirror surface of the concave mirror 2 are deformed so that the virtual image B matches a preset surface.
  • the above-described preset surface is, for example, a surface obtained by measuring empirical horopters H1 of a plurality of people in advance and averaging the measured empirical horopters H1.
  • the empirical horopter H1 of the observer P may be measured, and the empirical horopter H1 may be set as the preset surface.
  • design parameters relating to the shape of the mirror surface of the concave mirror 2 and the shape of the surface of the image display device 1 need to be designed in detail.
  • the observer P can clearly observe the entire virtual image by matching the virtual image B with the empirical horopter H1.
  • the horopta is geometrically obtained as a circle M-O1-O2 when the observer P gazes at the point M and the nodal points of both eyes are O1 and O2 (H2 in FIG. 19). This is called geometric horopter H2. It is known that the empirical horopter H1 based on the subjectivity of the living body does not coincide with the geometrical horopter H2.
  • an image display system using the optotype presenting apparatus according to the first to seventh embodiments will be described with reference to FIG.
  • Examples of the image display system include a television receiver and a projector.
  • the image display system of the present embodiment includes an image display device 1 together with the above-described visual target presenting device. That is, the optotype presenting apparatus of the present embodiment includes the concave mirror 2, the half mirror 3, and the moving apparatus 4, but is separate from the image display apparatus 1.
  • the image display device 1 according to the present embodiment has a function of displaying an image (including a video) in the same manner as the image display devices 1 according to the first to seventh embodiments.
  • the image display system when the optotype presenting apparatus according to the first to seventh embodiments is used in an image display system, the image display system includes a concave mirror 2 and a half mirror 3, and therefore is larger than a thin television or the like and has a wide installation. Space is needed.
  • the image display system of the present embodiment is embedded in a space S between the wall W1 and the wall W2.
  • An opening Wa is formed in the wall W1.
  • the concave mirror 2 of the present embodiment is installed along the wall W2 side.
  • the concave mirror 2 is opposed to the opening Wa.
  • the half mirror 3 of this embodiment is installed between the concave mirror 2 and the opening Wa.
  • the curvature of the concave mirror 2 can be reduced. Thereby, the visibility of the target by the observer P can be improved.
  • the image display device 1 of the present embodiment is installed above the half mirror 3 in the space S.
  • the image display surface 10 faces downward.
  • a liquid crystal display, a rear projector, or the like is used as the image display device 1.
  • the image from the image display device 1 may be a television program or a playback image from a playback device (not shown).
  • the image display device 1 is moved in the vertical direction by the moving device 4.
  • the optotype presenting apparatus according to the present embodiment can change the optical distance between the image display apparatus 1 and the half mirror 3, and as a result, the optical distance between the image display apparatus 1 and the concave mirror 2. Can be changed.
  • the image from the image display device 1 is reflected by the half mirror 3 toward the concave mirror 2.
  • the virtual image B passes through the half mirror 3 from the concave mirror 2 and is presented to the observer P through the opening Wa.
  • the optotype presenting apparatus of the present embodiment can present the observer P with the virtual image B of the image displayed on the image display apparatus 1 as an optotype.
  • the image display system using the optotype presenting apparatus becomes large, the image display system protrudes from the wall W1 by embedding the image display system in the space S inside the wall. Compared with the case where it installs, living space can be expanded and interior property can be improved (refer FIG. 14).
  • an image display system using an optotype presenting apparatus may be embedded in the space behind the ceiling.
  • the in-vehicle display device includes an image display device 1 that provides information related to driving together with the above-described target presentation device.
  • Examples of the in-vehicle display device include an instrument panel and a display unit of a navigation system.
  • the driver keeps a close eye on each scene while driving.
  • the in-vehicle display device is fixed at a close position where the actual distance between the display device and the driver is within about 1 m.
  • the driver tries to see the front and the in-vehicle display alternately, the driver It is necessary to change, and although it is a short time, it takes time to change the focus adjustment function. In particular, when trying to move the watch point from a nearby in-vehicle display to a far front, the time becomes longer. Also, the above time is longer at night when the pupil is divergent than at daytime.
  • the visual target presenting device of the present embodiment has a visual distance estimating device 9 in order to shorten the time required for the driver (observer P) to change the focus adjustment function. It has.
  • the viewing distance estimation device 9 estimates the driver's viewing distance.
  • the optotype presenting apparatus according to the present embodiment includes the concave mirror 2, the half mirror 3, and the moving device 4 in the same manner as the optotype presenting apparatus according to the first embodiment.
  • the image display device 1 of the present embodiment has the same function as an existing in-vehicle display device.
  • the viewing distance estimation device 9 includes an observation unit 90 and an analysis unit 91.
  • the observation unit 90 observes both eyes of the driver.
  • the analysis unit 91 analyzes the viewing direction of both eyes of the driver from the observation image, and estimates the viewing distance from the convergence.
  • the optotype presenting apparatus changes the optical distance between the image display apparatus 1 and the concave mirror 2 in accordance with the visual distance estimated by the visual distance estimation apparatus 9 and changes the visual distance of the virtual image B that is displayed in the vehicle. Let For example, in the case of far vision, the viewing distance of the virtual image B becomes long as shown in FIG. 15A. On the other hand, in the case of near vision, the viewing distance of the virtual image B becomes short as shown in FIG. 15B. Thereby, the viewing distance of the in-vehicle display can be matched with the forward viewing distance.
  • the time required for the driver's focus adjustment function to change by matching the viewing distance in front of the driver (observer P) during driving with the viewing distance in the vehicle interior. Can be shortened.
  • the viewing distance estimation device 9 may be provided separately from the optotype presenting device.
  • the in-vehicle display device may have a function of fixing the position of the virtual image B in a state where the viewing distance of the virtual image B that is displayed in the vehicle is long. This avoids situations where the driver sees the front in the distance immediately after viewing the nearby in-vehicle display, that is, the time required for the driver to change the focus adjustment function is longer than other situations. Can do. Moreover, since the visual target presentation device does not need to include the visual estimation device 9, the configuration of the in-vehicle display device can be simplified.

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Abstract

　視標呈示装置は、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、移動装置４とを備えている。凹面鏡２は、画像表示装置１に表示される画像の虚像を観測者Ｐに呈示するために、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が凹面鏡２の焦点距離より短くなるように設けられている。ハーフミラー３は、凹面鏡２の光軸Ｌｘに斜交して設けられている。凹面鏡２のＬｘは、観測者Ｐの観測位置を通る。移動装置４は、画像表示装置１を移動させることによって、凹面鏡２の焦点距離より短い範囲内で上記光学距離を変化させる。このとき、上記光学距離が長くなるほど上記虚像の移動速度が上昇するように、移動装置４は画像表示装置１を移動させる。これにより、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労を十分に低減させる。

Description

視標呈示装置、画像表示システムおよび車載用表示装置
　本発明は、観測者に視標を呈示する視標呈示装置、画像表示システムおよび車載用表示装置に関する。
　近年、情報技術の進歩に伴い、視覚端末装置（例えばパーソナルコンピュータのモニタなど）を用いた作業（以下「ＶＤＴ作業」という）が増加している。この情報技術の進歩によって、作業効率および作業精度を大きく向上させることができる。
　ところが、長時間のＶＤＴ作業は、作業者に眼の疲労を与える。同様の眼の疲労は、テレビモニタを長時間にわたって視聴した場合などにも生じる。
　次に、ヒトの眼について説明する。図１６は、ヒトの眼の構造を示す。注視物体から発せられた光線Ｌが角膜６０、瞳孔６１、水晶体６２、硝子体６３を順に通って網膜６４上に結像するように、毛様体筋（チン小帯を含む）６５は、水晶体６２の厚さを変えて、水晶体６２の屈折力を調整する機能を有する。この機能を、焦点調節機能という。言い換えると、焦点調節機能（焦点調節機構）とは、水晶体６２と視標との間の距離に応じて、水晶体６２の屈折力を変化させることで、常に網膜６４上で像を結像させる機能（機構）をいう。
　一般に、視覚端末装置またはテレビモニタの表示画面を作業者が近距離で注視する場合、焦点調節機能の駆動源である毛様体筋６５が緊張状態になる。近方に焦点を合わせるための副交感神経の異常興奮と毛様体筋６５の緊張状態とが、眼精疲労の一因となる。緊張状態が長時間続くと、毛様体筋６５の焦点調節機能が一時的に低下する。
　そこで、日本国特許第３７６６６８１号公報（以下「特許文献１」という）には、眼の焦点調節機能の活発な活動を促して視力を回復するための視標呈示装置が開示されている。特許文献１の視標呈示装置は、視標を注視する観測者の視線上で視標を遠近方向に繰り返し移動させることにより、観測者の眼の焦点調節機能を活性化させる装置である。
　ところで、特許文献１の視標呈示装置のように、疲労した眼の焦点調節機能に刺激を与えて活性を促す方法よりも、むしろ、ＶＤＴ作業や視聴行為を通して、常に眼の焦点調節機能に刺激を与え続けることにより、眼の疲労を未然に防ぐ方法のほうが、より理想的な眼の疲労防止方法であると考えられる。このためには、一般のＶＤＴ作業場や家庭への導入を考慮して、視標呈示装置は小型であることが望ましい。また、作業性や視認性を考えると、観測者の網膜上で、像は一定の大きさ以上である必要がある。
　しかしながら、特許文献１の視標呈示装置では、装置の全長が視標の移動距離と同等になる。したがって、眼の疲労を低減させるために観測者が十分な効果を得るには視標を数ｍ規模で移動する必要がある。このため、特許文献１の視標呈示装置では、装置全体が大型化するという問題があった。また、一定の大きさの画像を表示している物体が移動する場合、観測者の網膜上における表示画像の大きさは、物体の位置に応じて極端に変化する。上記表示画像の大きさの変化を画像の表示サイズ変化などの方法で解決することは困難である。
　この問題を解決する装置として、凹面鏡を用いた視標呈示装置が知られている（例えば日本国特許出願公開特開平６－２７４１１号公報（以下「特許文献２」という）参照）。この視標呈示装置は、凹面鏡により拡大されて結像される虚像を視標として観測者に呈示する。
　図１７は、凹面鏡７０を用いた画像表示の原理を示す。凹面鏡７０の鏡面（反射面）は球面である。Ｆは、凹面鏡７０の焦点位置である。実像である物体Ａが凹面鏡７０の焦点位置Ｆより凹面鏡７０側（図１７の右側）にあるとき、凹面鏡７０に形成される像はＢで表される正立虚像となる。凹面鏡７０と虚像Ｂとの間の距離ｂは、凹面鏡７０と物体Ａとの間の距離ａと、焦点距離ｆとによって、
ｂ＝ａ×ｆ／（ａ－ｆ）　（１）
と表わされる。また、虚像Ｂの大きさＢ1Ｂ2は、物体Ａの大きさをＡ1Ａ2とすると、
Ｂ1Ｂ2＝Ａ1Ａ2×｜ｆ｜／｜ａ－ｆ｜　（２）
となる。
　上記視標呈示装置では、凹面鏡７０の中心点Ｏと焦点位置Ｆとの範囲内で物体Ａを移動させた際に形成される虚像Ｂを観測対象とする。これにより、物体Ａの小さな移動に対して、観測対象となる虚像Ｂの大きな移動を実現することができ、視力低下防止を目的とする視覚装置とすることができる。上記視標呈示装置の実施可能な例として、例えばｆ＝１５０ｍｍ、曲率半径３００ｍｍの球面で構成される凹面鏡７０を用いた場合、ａ＝１００ｍｍのときｂ＝－０．３ｍとなり、ａ＝１４８ｍｍのときｂ＝－１１．０ｍとなる。虚像Ｂは、物体Ａの移動に比べて、非常に大きな移動を実現することができる。つまり、物体Ａの小さな移動で、観測対象である虚像Ｂの大きな移動を実現することができる。したがって、物体Ａと凹面鏡７０との間の距離ａを変化させることにより、物体の虚像Ｂを注視する観測者の眼の焦点調節機能に刺激を与えることができる。
　また、物体Ａが焦点位置Ｆに近づいて虚像Ｂが遠点に近づくにつれて、物体Ａに対する虚像Ｂの拡大率は大きくなる。その結果、距離ｂが変化しても、観測者の眼の網膜上における虚像Ｂの大きさはほぼ一定となる。
　上記より、凹面鏡７０を用いた視標呈示装置では、物体Ａと凹面鏡７０との距離ａを連続的に変化させることにより、物体Ａの虚像Ｂを注視する観測者の焦点調節機能に刺激を与え続けることができる。その結果、凹面鏡７０を用いた視標呈示装置では、物体Ａと凹面鏡７０との光学距離を変化させることによって、眼の焦点調節機能の疲労を低減することができる。なお、上記のような視標呈示装置では、観測者の快適性を鑑みて、両眼により虚像Ｂを視認する形態が採用されている。
　ところが、図１７に示すように物体Ａと凹面鏡７０とが配置された場合、虚像Ｂを注視する観測者の視線を物体Ａが遮るという問題があった。
　この問題を解決する手段の一例（例えば特許文献２、日本国特許出願公開特開平１１－２４４２３９号公報（以下「特許文献３」という）、日本国特許出願公開特開２０００－１７１７５１号公報（以下「特許文献４」という）参照）を図１８に示す。図１８では、凹面鏡７０の光軸Ｌｘに斜交するハーフミラー７１が凹面鏡７０と観測者Ｐとの間に配置されている。物体Ａからの光線がハーフミラー７１で凹面鏡７０に向けて凹面鏡７０の光軸方向に反射するように設置すれば、物体Ａからの光線がハーフミラー７１で反射し、凹面鏡７０により物体Ａの虚像が形成される。さらに、観測者Ｐは、ハーフミラー７１を透過した虚像を観測することができる。
　特許文献２には、凹面鏡とハーフミラーとを用いた装置が開示されている。特許文献２の装置は、飛行シミュレータや宇宙ドッキングシミュレータなどの各種シミュレータにおいて、表示物の虚像の結像距離を表示物の実距離に一致させることで、シミュレータの効果を向上させることができる。
　なお、特許文献３には、小型かつさまざまな視距離での視力測定を行うために、凹面鏡の原理を用いた視力測定装置が開示されている。特許文献４には、視力低下を防ぐために、視標位置を前後、上下、左右に移動させるヘッドマウントディスプレイが開示されている。
　しかしながら、従来の視標呈示装置を用いた場合、観測者Ｐは、視標である虚像が遠ざかるにつれて水晶体の屈折力をほとんど変える必要がない。このため、毛様体筋は緊張状態のままとなり、焦点調節機能の疲労を低減するという効果が小さかった。
　本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、観測者の焦点調節機能の疲労を十分に低減させることができる視標呈示装置、画像表示システムおよび車載用表示装置を提供することにある。
　本発明に係る視標呈示装置は、物体の虚像を視標として観測者に呈示する装置である。前記視標呈示装置は、凹面鏡と、距離調整手段とを備える。前記凹面鏡は、前記凹面鏡と前記物体との間の光学距離が前記凹面鏡の焦点距離より短くなるように設けられ、前記虚像を形成する。前記距離調整手段は、前記凹面鏡の焦点距離より短い範囲内で前記光学距離を変化させ、前記虚像位置が遠くなるほど前記虚像の移動速度を上昇させるように構成される。
　上記物体とは、例えば画像や上記画像を表示する画像表示装置、立体物などをいう。画像には、動画（映像）、静止画（写真、絵）などがある。以下の記載においても同様である。
　この構成によれば、虚像位置が遠くなるほど虚像の移動速度を上昇させることによって、虚像が観測点の近くにあるときだけではなく観測点から遠ざかったときも、観測者の水晶体における屈折力の時間変化を一定以上にさせることができる。これにより、観測者の焦点調節機能の疲労を十分に低減させることができる。
　好ましくは、前記視標呈示装置は、前記凹面鏡の光軸に斜交して設けられたハーフミラーを備える。前記物体は、前記ハーフミラーの凹面鏡側で反射して前記凹面鏡に投影され、当該ハーフミラーを介して当該物体の虚像が前記観測者に呈示されるように配置される。
　この構成によれば、ハーフミラーが凹面鏡の光軸に斜交することによって、視標である虚像を観測者に呈示するにあたって、物体そのものが邪魔になるのを防止することができる。
　好ましくは、前記距離調整手段は、前記物体を移動させる。
　この構成によれば、距離調整手段が物体を移動させることによって、物体の虚像を移動させることができるので、凹面鏡の移動によって虚像を移動させる場合に比べて、観測者の眼の位置を変える必要がない。つまり、観測者は同じ観測点で視標を視認することができる。
　好ましくは、前記距離調整手段は、前記光学距離が長くなるほど前記物体の移動速度を上昇させる。
　この構成によれば、虚像が観測点から遠ざかるほど虚像の移動速度をさらに上昇させることができる。
　好ましくは、前記凹面鏡の前方に観測点が位置し、前記距離調整手段は、前記観測点と前記物体の虚像との間の距離の逆数の時間変化が一定になるように当該物体を移動させる。
　この構成によれば、観測点と物体の虚像との間の距離の逆数の時間変化が一定になるように物体を移動させることによって、虚像が観測点から遠ざかるほど虚像の移動速度をより効果的に上昇させることができるので、観測者の焦点調節機能の疲労をより低減させることができる。
　好ましくは、前記距離調整手段は、前記視標の往復運動を繰り返すように前記光学距離を変化させる。
　この構成によれば、視標が往復運動を繰り返すことによって、観測者の水晶体の屈折力を効果的に変化させることができるので、観測者の焦点調節機能の疲労をより低減させることができる。
　好ましくは、前記距離調整手段は、前記視標を周期的に移動させる。
　この構成によれば、視標が周期的に往復運動することによって、観測者の水晶体の屈折力をより頻繁に変化させることができるので、観測者の焦点調節機能の疲労をさらに低減させることができる。
　好ましくは、前記距離調整手段は、前記視標を連続的に移動させる。
　この構成によれば、視標が連続的に移動することによって、物体の虚像を徐々に移動させることができるので、物体の虚像の移動を観測者に気付かせないようにすることができる。
　好ましくは、前記視標呈示装置は、前記物体としての画像を表示するフラットパネルディスプレイを備える。
　この構成によれば、物体である画像を表示する手段としてフラットパネルディスプレイを備えることによって、曲面パネルに比べて、光学的に優れた構成とすることができる。
　好ましくは、前記視標呈示装置は、前記虚像の歪みを低減させる低減手段を備える。
　この構成によれば、視標となる虚像の歪みを低減させることによって、観測者に対して、視標の歪みを気にすることなく、眼の焦点調節機能の疲労防止効果を与えることができる。
　好ましくは、前記低減手段は、前記凹面鏡を用いて形成され、前記凹面鏡は、前記虚像の歪みを低減させるように鏡面が非球面に形成されている。
　この構成によれば、凹面鏡の鏡面を非球面にすることによって、物体の表面が平面であっても曲面であっても、視標の歪みの低減効果を高めることができる。
　好ましくは、前記凹面鏡は、前記鏡面の曲率半径が当該鏡面の中央部ほど大きい。
　この構成によれば、凹面鏡の鏡面の中央部ほど曲率半径を大きくすることによって、視標の歪みをさらに小さくことができる。
　好ましくは、前記凹面鏡は、前記観測者に前記視標を呈示する際、当該観測者の両眼を結ぶ第１の方向のほうが当該第１の方向と直交する第２の方向に比べて、前記鏡面において端部の曲率半径に対する中央部の曲率半径の比が大きい。
　この構成によれば、観測者の両眼を結ぶ第１の方向のほうが第１の方向と直交する第２の方向に比べて、鏡面において端部の曲率半径に対する中央部の曲率半径の比が大きくなることによって、第１の方向の視標の歪みを第２の方向の視標の歪みに比べてより小さくすることができるので、両眼視差によって虚像がより歪んで立体的に見えるのを抑制することができる。
　好ましくは、前記低減手段は、前記物体を用いて形成され、前記物体は、前記虚像の歪みを低減させるように表面が曲面に形成されている。
　この構成によれば、物体の表面を曲面にすることによって、凹面鏡の鏡面が球面であっても非球面であっても、視標の歪みの低減効果を高めることができる。
　好ましくは、前記物体は、前記凹面鏡側に凸である。
　この構成によれば、物体が凹面鏡側に凸であることによって、視標の歪みをさらに小さくすることができる。
　好ましくは、前記物体は、円筒状に湾曲して形成され、前記物体の軸方向は、前記観測者に前記視標を呈示する際、当該観測者の両眼を結ぶ方向と直交する。
　この構成によれば、凹面鏡に物体が投影されたときに観測者の両眼を結ぶ方向において、虚像の歪みを特に小さくすることができるので、虚像が両眼視差によって虚像がより歪んで立体的に見えるのを抑制することができる。
　好ましくは、前記視標提示装置は、画像を表示するフラットパネルディスプレイを備え、前記低減手段は、前記物体を用いて形成され、前記物体は、前記フラットパネルディスプレイに表示される画像であり、前記画像は、前記凹面鏡に投影されたときに前記虚像の歪みを低減させるように予め変形されている。
　この構成によれば、フラットパネルに表示される画像を予め変形しておくことによって、凹面鏡の鏡面が球面であっても非球面であっても、視標の歪みの低減効果を高めることができる。
　本発明に係る画像表示システムは、前記視標呈示装置と、画像を表示する画像表示装置とを備える。前記視標呈示装置は、前記画像表示装置で表示された画像の虚像を前記視標として前記観測者に呈示する。
　本発明に係る車載用表示装置は、前記視標呈示装置と、運転に関する情報を提供する画像表示装置とを備える。前記視標呈示装置は、前記画像表示装置で提供された前記情報の虚像を前記視標として前記観測者に呈示する。
　好ましくは、前記視標呈示装置は、前記観測者の視距離を推定する視距離推定装置を備え、前記観測者の視距離が長くなると前記虚像の視距離が長くなるように、前記画像表示装置と前記凹面鏡との間の光学距離を変化させる。
　この構成によれば、運転手（観測者）が運転中に注視する前方の視距離と、運転に関する情報の視距離とを一致させることによって、運転手による焦点調節に伴う疲労を低減させることができる。
実施形態１に係る視標呈示装置の構成を示す外観図である。 同上に係る視標呈示装置の動作を説明するための図である。 同上に係る視標呈示装置において虚像の移動速度を示す図である。 同上に係る視標呈示装置において虚像の移動速度の他の例を示す図である。 実施形態２に係る視標呈示装置の各設計パラメータを示す図である。 同上に係る視標呈示装置の虚像の結像点を示す図である。 任意のｘにおける確率分布を示す図である。 同上に係る視標呈示装置の虚像の形状を示す図である。 実施形態３に係る視標呈示装置の虚像の形状を示す図である。 実施形態４に係る視標呈示装置の虚像の形状を示す図である。 実施形態５に係る視標呈示装置の各設計パラメータを示す図である。 同上に係る視標呈示装置の画像表示装置の形状を示す図である。 同上に係る視標呈示装置の虚像の形状を示す図である。 実施形態８の配置図である。 同上の外観図である。 実施形態９において、遠方視認時の場合の図である。 同上において、近方視認時の場合の図である。 ヒトの眼球の構造を示す断面図である。 凹面鏡の原理を示す図である。 凹面鏡とハーフミラーとを用いた構成を示す図である。 ホロプタについて説明する図である。 従来の視標呈示装置における虚像の歪みを示す図である。
　（実施形態１）
　まず、本発明の実施形態１に係る視標呈示装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る視標呈示装置の構成を示す。この視標呈示装置は、図１に示すように、画像表示装置（映像表示装置）１と、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、移動装置４とを備えている。画像表示装置１は、画像表示面（映像表示面）１０に画像（映像）を表示するように構成されている。凹面鏡２は、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が焦点距離より短くなるように設けられている。ハーフミラー３は、凹面鏡２の光軸Ｌｘに斜交して設けられている。凹面鏡２の光軸Ｌｘは、観測者Ｐの観測位置（以下「観測点」という）を通る。移動装置４は、画像表示装置１を移動させるように構成されている。本実施形態の視標呈示装置は、凹面鏡２により結像される虚像Ｂ（図１７参照）を視標として観測者Ｐに呈示する。
　本実施形態の画像表示装置１は、凹面鏡２での虚像の歪みを低減するために、画像表示面１０が平面であることが望ましい。したがって、本実施形態の画像表示装置１は、例えば液晶パネルや有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro-Luminescence、以下「有機ＥＬ」という）ディスプレイなどの小型のフラットパネルディスプレイである。画像表示装置１に表示される画像内容は、特に限定される内容ではなく、例えば文書や静止画（写真、絵）、動画（映像）、ゲームなど、観測者Ｐの好みに応じた内容でよい。画像表示装置１は、表示画像の切替や表示画像に対する画像処理などを容易に制御することができる。なお、本実施形態の画像は、本発明の物体に相当する。
　また、画像表示装置１は、後述の虚像位置に応じた画像の歪みや明度、表示サイズを補正する制御装置（図示せず）を備えることによって、虚像の移動に対する観測者Ｐの意識を低減させることができ、従来のＶＤＴやテレビモニタと同様に、観測者Ｐに対してＶＤＴ作業や視聴行為に集中させることができる。
　さらに、画像表示装置１は、観測者Ｐに対して一定の明るさの虚像Ｂを呈示するために、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離（凹面鏡２に対する画像表示装置１の相対位置）に応じて表示画像の明るさを変化させることが可能である。また、画像表示装置１は、観測者Ｐの好みに応じて表示画像の明るさを変化させることが可能である。
　凹面鏡２は、画像表示装置１に表示される画像を反射させ、ハーフミラー３を介して画像の虚像Ｂ（図１７参照）を視標として観測者Ｐに呈示するように構成されている。観測者Ｐの観測位置である観測点は、凹面鏡２の前方（図１の左方）に位置する。
　ハーフミラー３は、凹面鏡２の光軸Ｌｘに４５°の角度で交差するように設けられている。画像表示装置１に表示される画像は、ハーフミラー３において凹面鏡２に向けて凹面鏡２の光軸Ｌｘの方向に反射する。画像の虚像Ｂは、ハーフミラー３を透過して観測者Ｐに呈示される。
　上記のような画像表示装置１、凹面鏡２およびハーフミラー３の配置により、画像表示装置１に表示される画像がハーフミラー３の凹面鏡２側で反射して凹面鏡２に投影され、ハーフミラー３を介して上記画像の虚像Ｂを観測者Ｐが視認可能になる。これにより、観測者Ｐと凹面鏡２との間に画像表示装置１が設けられるような構造とは異なり、観測者Ｐの視線を画像表示装置１が遮ることがない。
　移動装置４は、画像表示装置１の移動機構であり、保持板４０と、リニアガイド４１と、送りねじ４２と、プーリ４３ａおよびプーリベルト４３ｂと、モータ４４と、制御部４５とを備えている。移動装置４は、本発明の距離調整手段に相当する。
　保持板４０には、画像表示装置１が保持されている。リニアガイド４１は、保持板４０を支持している。モータ４４は、移動装置４の駆動源となる電子モータである。プーリ４３ａおよびプーリベルト４３ｂは、モータ４４の回転駆動力を送りねじ４２に伝達する。制御部４５は、モータ４４を制御する。つまり、移動装置４は、モータ４４により発生する回転駆動力を送りねじ４２により直線運動に変換することによって、画像表示装置１の上下方向（図１の矢印方向）の移動を実現する。このとき、制御部４５は、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離を凹面鏡２の焦点距離より短い範囲内で変化させるように、画像表示装置１を上下方向に移動させる。また、制御部４５は、モータ４４の回転速度を制御することによって、画像表示装置１の移動速度を自由に設定することができる。これにより、観測者Ｐの眼の生理学的側面に適合した移動速度則などに従う速度で画像表示装置１を移動させることができる。なお、制御部４５は、例えばコンピュータの処理装置などである。コンピュータとしては、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータであってもよいし、視標呈示装置に専用のコンピュータであってもよい。
　移動装置４が画像表示装置１を上下に移動させることにより、画像表示装置１の画像表示面１０上の画像と凹面鏡２の光軸Ｌｘとの間の距離が変化し、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が変化する。上記光学距離が変化すると、凹面鏡２と虚像Ｂとの間の光学距離が変化する。
　続いて、虚像Ｂの移動範囲について説明する。実像（画像表示装置１）と虚像Ｂとの位置関係を示す式（１）より、画像表示装置１が焦点位置に近づくにつれて、虚像Ｂは急激に無限遠へと移動する。また、２０歳代の観測者Ｐが視標を明視できる最も近い点すなわち調節近点は平均０．１１８ｍ（約８．５ジオプター）といわれている。したがって、最も近い位置（最近位置）は、観測者Ｐと視標との間の距離が－０．１ｍ程度の位置にすれば十分である。一方、最も遠い位置（最遠位置）は、観測者Ｐと視標との間の距離が－１０ｍ（－０．１Ｄ）程度の位置にすればよい。観測者Ｐと視標との間の距離範囲は、眼の焦点調節機能に対する疲労防止効果を十分に得ることができる範囲である。制御部４５は、最遠位置と最近位置を実現するように設定された移動範囲内で画像表示装置１を移動させるように、モータ４４を制御する。
　続いて、制御部４５の制御による画像表示装置１の移動速度について説明する。まず、図２に示すように、観測者Ｐ（図１参照）の眼の水晶体５を薄い凸レンズに近似した場合、観測点である水晶体５の中心点Ｏと虚像Ｂ（注視点）との間の距離をｓ１（＜０）、水晶体５の中心点Ｏと網膜（結像点）Ｎとの間の距離をｓ２（＞０）、ジオプターの単位で表される水晶体５の屈折力をＤとすると、
１／ｓ２＝１／ｓ１＋Ｄ　（３）
となる関係が成り立つ。
　眼の焦点調節機能とは、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１に応じて、水晶体５の屈折力Ｄを変化させることで、常に網膜Ｎ上で像を結像させる機能をいう。式（３）よりわかるように、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１が大きくなるほど、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１の時間変化が屈折力Ｄの時間変化に及ぼす度合いが小さくなる。すなわち、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１が短い場合（近距離の場合）と長い場合（遠距離の場合）とでは、虚像Ｂの移動距離が同じであっても、近距離の場合は、屈折力変化に与える影響が大きく、遠距離の場合は、屈折力変化に与える影響が小さい。換言すれば、同程度の屈折力変化を得たいのであれば、遠距離になるほど虚像Ｂの移動距離の時間変化を大きくする必要がある。なお、水晶体５と網膜Ｎとの間の距離ｓ２は、ほとんど変化がないため近似的に眼球の直径φとすることができる。眼の焦点調節機能が健全に機能しているとき、式（３）は、
１／φ＝１／ｓ１＋Ｄ　（４）
で表わされる。
　ここで、眼の焦点調節機能に与える刺激が一定以上であるとは、水晶体５の屈折力Ｄの時間変化｜∂Ｄ／∂ｔ｜が常に一定値以上であると換言することができる。したがって、眼の焦点調節機能に与える刺激が一定以上であるためには、式（４）より、
｜∂Ｄ／∂ｔ｜＝｜∂（１／ｓ１）／∂ｔ｜＝（１／ｓ１2）×｜∂ｓ１／∂ｔ｜≧Γ　（５）
となる。Γは閾値を表わす。
　式（５）より、屈折力Ｄの時間変化｜∂Ｄ／∂ｔ｜が常に一定値（閾値Γ）となるために、制御部４５（図１参照）は、水晶体５との虚像Ｂとの間の距離ｓ１の逆数ｌ／ｓ１の時間変化｜∂（１／ｓ１）／∂ｔ｜が一定になるように、モータ４４（図１参照）を制御し、画像表示装置１（図１参照）を移動させるようにすればよい。
　具体的には、式（５）より、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１が変わっても屈折力Ｄの時間変化｜∂Ｄ／∂ｔ｜が一定値（閾値Γ）を保つように、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１が長くなるほど、虚像Ｂの移動速度｜∂ｓ１／∂ｔ｜を大きくする必要がある。なお、虚像Ｂを目的の速度で移動させるためには、式（１）を参照し、画像表示装置１の移動速度を算出すればよい。この場合、式（１）におけるｂは距離ｓ１である。制御部４５は、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が長くなるほど、画像表示装置１の移動速度を上昇させるように、モータ４４の動作を制御する。これにより、観測点である水晶体５から遠ざかるほど虚像Ｂの移動速度｜∂ｓ１／∂ｔ｜をさらに上昇させることができる。
　画像の虚像Ｂの移動速度の具体例について説明する。まず、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１をジオプターの単位
Ｄｓ＝１／ｓ１　（６）
で表わすと、式（４）は、
１／φ＝Ｄｓ＋Ｄ　（７）
で表わされる。式（７）より、
｜∂Ｄ／∂ｔ｜＝｜∂Ｄｓ／∂ｔ｜≧Γ　（８）
となる。Γは閾値を表わす。例えば、毛様体筋の張力を一定の速度で変化させる場合、つまり、水晶体５の屈折力Ｄの時間変化｜∂Ｄ／∂ｔ｜を一定値とする場合、式（８）より、｜∂Ｄｓ／∂ｔ｜が一定値となる。これは、本実施形態の移動速度則のうちで、単純、かつ、眼の焦点調節機能に関する生理的側面に即した移動速度である。この法則に従い、制御部４５（図１参照）はモータ４４（図１参照）を制御し、画像表示装置１（図１参照）を移動させる。制御部４５がモータ４４を制御し、例えば水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１を０．５ｍから５．０ｍまで、周期１２０秒で移動させたときの一周期間の移動速度ｖを図３に示す。なお、この法則に従った場合、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１が５．０ｍの端点では移動速度ｖの急激な変化が起きるため、緩衝時間Ｔが設けられている。この移動速度ｖと式（１）とを用いて、画像表示装置１の移動速度を算出すればよい。
　このように観測点である水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１の逆数ｌ／ｓ１の時間変化｜∂（１／ｓ１）／∂ｔ｜が一定になるように画像表示装置１を移動させることによって、観測点である水晶体５から遠ざかるほど虚像Ｂの移動速度を効果的に上昇させることができるので、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労を低減させることができる。
　ところで、別の移動速度の実施形態として、画像表示装置１の移動速度の絶対値を常に一定とする方法が考えられる。このとき、上記と同様に、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１を０．５ｍから５．０ｍまで周期１２０秒で移動させたときの一周期間の移動速度ｖを図４に示す。上記と同様に、移動速度ｖの符号が変わる部分に緩衝時間Ｔが設けられている。移動速度ｖの絶対値は、ジオプターの時間変化が一定の場合と同様に、水晶体５と虚像Ｂとの間の距離ｓ１が長くなるにしたがって大きくなるが、移動速度ｖの最大値・最小値などは、ジオプターの時間変化が一定の場合とは異なる。図４に示す移動速度ｖもまた、上記のような眼の生理的側面に適合した速度であるとともに、画像表示装置１の移動に関する制御が簡易であるという利点を持つ。
　また、図１に示す制御部４５は、凹面鏡２とこの凹面鏡２の焦点位置との間で、画像表示装置１を周期的かつ連続的に移動させて、画像表示装置１の往復運動を繰り返すように、モータ４４を制御する。このように画像表示装置１の往復運動を繰り返すことによって、観測者Ｐの水晶体５（図２参照）の屈折力Ｄを効果的に変化させることができるので、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労をより低減させることができる。また、画像表示装置１の往復運動を周期的に行うことによって、観測者Ｐの水晶体５の屈折力Ｄをより頻繁に変化させることができるので、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労をさらに低減させることができる。さらに、画像表示装置１を連続的に移動させて、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離を連続的に移動させることによって、虚像Ｂ（図２参照）を徐々に移動させることができるので、虚像Ｂを観測者Ｐに気付かせないようにすることができる。
　次に、本実施形態に係る視標呈示装置を観測者Ｐが使用したときの視標呈示装置の動作について図１を用いて説明する。まず、観測者Ｐは観測点から凹面鏡２の方向（図１のｘ方向）を向き、画像表示装置１の画像の虚像Ｂ（図２参照）を見る。制御部４５がモータ４４を駆動し始めると、画像表示装置１が上方向に移動し始める。画像表示装置１は、上限位置まで移動すると、下方向に移動し始める。その後、画像表示装置１は、下限位置まで移動すると、上方向に移動し始める。このような動作を画像表示装置１は繰り返す。この間、観測者Ｐは、虚像Ｂを見続ける。
　本実施形態に係る視標呈示装置の他の使用例として、ＶＤＴ作業用の装置とは別に視標呈示装置を設けておき、ＶＤＴ作業が一定時間継続したときや眼が疲れたときに、本実施形態の視標呈示装置を使用してもよい。
　以上、本実施形態によれば、凹面鏡２に投影させた虚像Ｂ（図２参照）を視標として観測者Ｐに呈示することによって、画像表示装置１からの画像そのものを呈示する場合に比べて、画像表示装置１の移動距離を短くすることができるので、画像表示装置１の移動に必要な領域を小さくすることができ、その結果、装置そのものを小型にすることができる。
　また、本実施形態によれば、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が長くなって虚像Ｂの位置が遠くなるほど虚像Ｂの移動速度｜∂ｓ１／∂ｔ｜を上昇させることによって、虚像Ｂが観測点の近くにあるときだけではなく観測点から遠ざかったときも、観測者Ｐの水晶体５（図２参照）における屈折力Ｄの時間変化｜∂Ｄ／∂ｔ｜を一定以上にさせることができる。これにより、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労を十分に低減させることができる。虚像Ｂが遠くにあっても近くにあっても、観測者Ｐの焦点調節機能の変化を常に一定以上にさせることができる。
　さらに、本実施形態によれば、ハーフミラー３が凹面鏡２の光軸Ｌｘに斜交することによって、視標である虚像Ｂを観測者Ｐに呈示するにあたって、画像表示装置１そのものが邪魔になるのを防止することができる。
　また、本実施形態によれば、移動装置４が画像表示装置１を移動させることによって、虚像Ｂを移動させることができるので、例えば凹面鏡２の移動によって虚像Ｂを移動させる場合に比べて、観測者Ｐの眼の位置を変える必要がない。つまり、観測者Ｐは同じ観測点で視標を視認することができる。
　さらに、本実施形態によれば、虚像Ｂが往復運動を繰り返すことによって、観測者Ｐの水晶体５の屈折力Ｄを効果的に変化させることができるので、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労をより低減させることができる。
　なお、本実施形態の視標呈示装置は、物体として画像を用いているが、この視標呈示装置の変形例として、物体として、画像ではなく、立体物などを用いてもよい。この場合、立体物などは、保持板４０に直接または間接的に取り付けられることによって、移動可能となる。立体物などを物体として用いた構成であっても、上記変形例の視標呈示装置は、本実施形態と同様の動作を行うことができ、その結果、本実施形態と同様の効果を奏する。つまり、観測点から遠ざかるほど立体物などの虚像の移動速度を上昇させることによって、上記虚像が観測点の近くにあるときだけではなく観測点から遠ざかったときも、観測者Ｐの水晶体５における屈折力Ｄの時間変化を一定以上にさせることができるので、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労を十分に低減させることができる。上記虚像が遠くにあっても近くにあっても、観測者Ｐの焦点調節機能の変化を常に一定以上にさせることができる。
　また、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離を変えるためには、画像表示装置１のみを移動する方式、凹面鏡２のみを移動する方式、凹面鏡２と画像表示装置１の両方を移動する方式の３方式がある。本実施形態の視標呈示装置は、画像表示装置１のみを移動させる移動装置４を距離調整手段として備えている。この視標呈示装置の変形例として、移動装置４に代えて、あるいは移動装置４とともに、凹面鏡２の光軸Ｌｘの方向に凹面鏡２を移動させる凹面鏡移動装置を距離調整手段として備えてもよい。この視標呈示装置は、凹面鏡２を移動させることによって、虚像Ｂを移動させることができる。ただし、観測者Ｐが虚像Ｂを正しく観測するためには、凹面鏡２に対する観測者Ｐの眼の位置は、ある範囲内に限定される。このため、凹面鏡２を移動させる場合、観測者Ｐの眼の位置も移動する必要がある。したがって、上記３方式のうちでは、画像表示装置１のみを移動する方式が最も優れており、現実的である。つまり、距離調整手段としては、観測者Ｐの眼の位置を移動させる必要がない点で、本実施形態の移動装置４のほうが凹面鏡移動装置より優れており、現実的である。以下の実施形態２～１０においても同様である。
　（実施形態２）
　ところで、従来の視標呈示装置では、鏡面が球面である凹面鏡７０を介して観測者Ｐ（図１）が物体Ａを観測するため、図２０に示すように、凹面鏡７０により形成される虚像Ｂが曲面となる。つまり、従来の視標呈示装置には像面湾曲が生じる。その結果、観測者Ｐは、両眼視差によって虚像Ｂを立体的（糸巻き型のように）に感じ、特に両眼を結ぶ方向である水平方向において顕著である。具体的には、観測者Ｐは、両眼視差によって、虚像Ｂを、注視点である中心部が窪み、端部が手前に湾曲した糸巻き型のように感じる。つまり、観測者Ｐは、表面が平面である物体Ａであっても、上記物体Ａの虚像Ｂを見て、物体Ａを立体物であると認識してしまう。
　観測者Ｐが感じる立体感とは、虚像Ｂの奥行き感である。言い換えると、上記立体感とは、観測者Ｐが近くの視標を近くに感じ、遠くの視標を遠くに感じることである。両眼視差は、注視点以外の点が左右の網膜上の対応しない位置に結像した際に立体感を観測者Ｐに感じさせる。観測者Ｐは、両眼で虚像Ｂを観測した場合、両眼視差によって、単眼で虚像Ｂを観測した場合に比べて、虚像Ｂに対して基準面より近くの点をより近くに感じ、遠くの点をより遠くに感じる。このような感じ方は、特に両眼を結ぶ方向である水平方向に対して顕著である。
　上記のように観測者Ｐが平面的な物体Ａの虚像Ｂを立体的に感じるということは、観測者Ｐが虚像Ｂを歪んだ状態で見えること、つまり虚像Ｂに歪みが生じているということである。
　したがって、従来の視標呈示装置には、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労を低減する際に、歪みのある虚像Ｂを観測者Ｐに視認させることによって、観測者Ｐに対して違和感や不快感を与えるという問題があった。
　上記問題を解決するための従来の手法として、凹面鏡７０の鏡面の曲率半径を大きくすることが考えられる。ところが、凹面鏡７０の鏡面の曲率半径を単に大きくすると、凹面鏡７０の焦点距離ｆが長くなる。式（１）（２）より、物体Ａをこれまでと同じだけ移動させても、虚像Ｂの移動範囲は小さくなり、虚像Ｂの拡大率も小さくなってしまう。したがって、虚像Ｂの移動範囲を大きくするためには、物体Ａの移動範囲を大きくする必要がある。その結果、視標呈示装置の小型化と大きな視標の移動とを両立することができない。
　そこで、実施形態２では、上記問題を解決する視標呈示装置について説明する。本実施形態によれば、小型化を図ることができるとともに観測者Ｐに対して視標の歪みを気にすることなく眼の焦点調節機能の疲労低減効果を与えることができる視標呈示装置を提供することができる。
　まず、本実施形態に係る視標呈示装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る視標呈示装置の構成を示す。この視標呈示装置は、図１に示すように、画像表示装置１と、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、移動装置４とを実施形態１の視標呈示装置と同様に備えている。上記視標呈示装置は、凹面鏡２により結像される虚像Ｂ（図１７参照）を視標として観測者Ｐに呈示する。
　本実施形態の画像表示装置１は、実施形態１の画像表示装置１と同様の構成である。本実施形態の画像表示装置１は、視標を生成するための装置であり、本発明の物体に相当する。
　次に、２次元平面（図５のｘｙ平面）における凹面鏡２の設計について図５を用いて説明する。図５では、説明しやすいように、ハーフミラー３（図１参照）を省略し、画像表示装置１および凹面鏡２のみを示している。凹面鏡２の鏡面は非球面の楕円球面であり、画像表示装置１は平面である。設計パラメータは、凹面鏡２の軸ｍ１，ｍ２、凹面鏡２の幅ｌｍ、画像表示装置１の幅ｌｓ、観測者Ｐの入射瞳の幅ｌｅ、画像表示装置１の位置ｘｓ、観測者Ｐの入射瞳の位置ｘｅ、画像表示装置１上の各点から発せられる光の最大角θｍａｘである。
　虚像Ｂの結像位置は、球面収差を考慮して以下のように決定した。図６Ａに示すように、画像表示装置１上の任意の点（ｘｓ，ｙｓ）からθ方向に発せられた光のうち凹面鏡２での反射光を凹面鏡２の背面側（ｘ＞０）に仮想的に延長した場合、画像表示装置１からの光は、任意のｘ（＞０）において点（ｘ，ｙ（ｘ，θ，ｘｓ，ｙｓ））を通る。－θｍａｘ＜θ＜θｍａｘの範囲でｙを考えると、任意のｘにおけるｙは、図６Ｂに示すような確率分布を有する。任意のｘにおけるｙのばらつきは、標準偏差σ＝σ（ｘ，ｘｓ，ｙｓ）で表わされる。各ｘの標準偏差σのうち最小標準偏差となるｘをｘｆとすると、画像表示装置１の点（ｘｓ，ｙｓ）から－θｍａｘ＜θ＜θｍａｘの方向に発せられる光による虚像Ｂの結像位置（ｘｆ，ｙｆ）は、（ｘｆ，μ（ｙ））となる。μ（ｙ）は、ｘ＝ｘｆにおいて－θｍａｘ＜θ＜θｍａｘの範囲でのｙ（ｘｆ，θ，ｘｓ，ｙｓ）の平均値である。虚像Ｂの結像位置（ｘｆ，ｙｆ）は、画像表示装置１上の点（ｘｓ，ｙｓ）から－θｍａｘ＜θ＜θｍａｘの方向に発せられた光のうちの凹面鏡２での反射光が凹面鏡２の背面側において仮想的に最も密に収束する位置である。
　本実施形態において、図５に示す各設計パラメータは、ｌｍ＝１５０ｍｍ、ｌｓ＝７０ｍｍ、ｌｅ＝１００ｍｍ、ｘｅ＝－１００ｍｍおよびθｍａｘ＝１０ｄｅｇである。凹面鏡２の反射率は１．０である。凹面鏡２は、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（３００ｍｍ，３１０ｍｍ）の楕円球面（非球面）に形成されている。本実施形態の凹面鏡２において軸ｍ２が軸ｍ１よりも長いため、凹面鏡２の鏡面の曲率半径は中央部ほど大きい。具体的には、中央部の曲率半径は３２０．３３ｍｍであるのに対し、端部の曲率半径は３１８．４４ｍｍである。観測者Ｐの両眼を結ぶｙ方向（第１の方向）と直交するｚ方向（第２の方向）では、凹面鏡２の鏡面は球面である。したがって、凹面鏡２は、ｙ方向のほうがｚ方向に比べて、鏡面において端部に対する中央部の曲率半径の比が大きい。以下、本実施形態の凹面鏡２によって形成される虚像Ｂについて、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（３００ｍｍ，３００ｍｍ）の球面である凹面鏡によって形成される虚像（比較例１）および鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（３１０ｍｍ，３１０ｍｍ）の球面である凹面鏡によって形成される虚像（比較例２）と比較しながら説明する。
　図７には、本実施形態（図７のＥ１）と比較例１（ｅ１）および比較例２（ｅ２）について、ｘ方向における虚像Ｂの中央部の位置が一致するように距離ｘｓを選択した場合の虚像Ｂの形状を示している。ｘ方向における虚像Ｂの端部と中央部の位置の差をδとすると、本実施形態ではδ＝１０８６．０ｍｍであり、比較例１ではδ＝１４２４．４ｍｍであり、比較例２ではδ＝１３２４．２ｍｍである。本実施形態の位置の差δは、比較例１に対して２３．８％小さく、比較例２に対しても１８．０％小さい。上記より、鏡面が非球面である本実施形態の歪みが最も小さい。なお、距離ｘｓは、本実施形態では－１５５．１ｍｍであり、比較例１では－１４５．５ｍｍであり、比較例２では－１５０．２ｍｍである。
　上記より、凹面鏡２の鏡面を非球面とし、特に、鏡面の中央部ほど曲率半径を大きくするほうが、凹面鏡２の鏡面が球面である場合に比べて、虚像Ｂの歪みつまり虚像Ｂの立体感を低減することができる。本実施形態の凹面鏡２は、本発明の低減手段に相当する。
　本実施形態においても、制御部４５は、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離が長くなるほど、画像表示装置１の移動速度を上昇させるように、モータ４４の動作を制御する。上記のように画像表示装置１を移動させることによって、水晶体から遠ざかるほど虚像Ｂの移動速度を効果的に上昇させることができるので、観測者Ｐの焦点調節機能の疲労を低減させることができる。
　本実施形態に係る視標呈示装置を観測者Ｐが使用したときの視標呈示装置の動作は、実施形態１の視標呈示装置と同様である。
　本実施形態に係る視標呈示装置の他の使用例として、ＶＤＴ作業用の装置とは別に視標呈示装置を設けておき、ＶＤＴ作業が一定時間継続したときや眼が疲れたときに、本実施形態の視標呈示装置を使用してもよい。
　以上、本実施形態によれば、視標となる虚像Ｂの歪み（立体感）を低減させることによって、観測者Ｐに対して、視標の歪みを気にすることなく、眼の焦点調節機能の疲労防止効果を与えることができる。
　また、本実施形態によれば、凹面鏡２の鏡面を非球面にし、さらに凹面鏡２の鏡面の中央部ほど曲率半径を大きくすることによって、画像表示装置１の画像表示面１０（表面）が平面であっても曲面であっても、視標の歪みの低減効果を高めることができる。特に、本実施形態では、観測者Ｐの両眼を結ぶｙ方向（第１の方向）のほうがｙ方向と直交するｚ方向（第２の方向）に比べて、鏡面において端部に対する中央部の曲率半径の比が大きくなることによって、視標の歪みをｚ方向に比べてｙ方向においてより小さくすることができるので、両眼視差によって虚像Ｂがより歪んで立体的に見えるのを抑制することができる。
　なお、本実施形態の視標呈示装置は、物体として画像表示装置１を用いているが、この視標呈示装置の変形例として、物体として、画像表示装置１ではなく、立体物を用いてもよい。この場合、立体物は、保持板４０に直接または間接的に取り付けられることによって、移動可能となる。このような立体物を物体として用いた構成であっても、本実施形態と同様の動作を行うことができ、その結果、本実施形態と同様の効果を奏する。以下の実施形態３～５，７～１０においても同様である
　また、本実施形態の変形例として、観測者Ｐの両眼を結ぶｙ方向と直交するｚ方向においても、凹面鏡２の鏡面が非球面であってもよい。この場合、ｚ方向においても、ｙ方向と同様に、凹面鏡２の鏡面は（３００ｍｍ，３１０ｍｍ）の楕円球面であり、中央部の曲率半径は３２０．３３ｍｍであるのに対し、端部の曲率半径は３１８．４４ｍｍである。
　（実施形態３）
　実施形態３では、実施形態２の凹面鏡２よりも大きな凹面鏡２を用いた場合について説明する。
　本実施形態において、各設計パラメータ（図５参照）は、ｌｍ＝６００ｍｍ、ｌｓ＝２８０ｍｍ、ｌｅ＝１００ｍｍ、ｘｅ＝－６００ｍｍおよびθｍａｘ＝１０ｄｅｇである。本実施形態の凹面鏡２は、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（１２００ｍｍ，１３００ｍｍ）の楕円球面である。本実施形態の凹面鏡２の鏡面について、中央部の曲率半径は１４０８．３３ｍｍであるのに対し、端部の曲率半径は１３８９．０２ｍｍである。以下、本実施形態の凹面鏡２によって形成される虚像Ｂについて、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（１２００ｍｍ，１２００ｍｍ）の球面である凹面鏡によって形成される虚像（比較例３）および鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（１３００ｍｍ，１３００ｍｍ）の球面である凹面鏡によって形成される虚像（比較例４）と比較しながら説明する。なお、ｘｚ平面における凹面鏡２の各設計パラメータは、ｘｙ平面における凹面鏡２の各設計パラメータと同様である。つまり、ｚ方向おいても、凹面鏡２の鏡面は（１２００ｍｍ，１３００ｍｍ）の楕円球面であり、中央部の曲率半径は１４０８．３３ｍｍであるのに対し、端部の曲率半径は１３８９．０２ｍｍである。
　図８には、本実施形態（図８のＥ２）と比較例３（ｅ３）および比較例４（ｅ４）について、ｘ方向における虚像Ｂの中央部の位置が一致するように距離ｘｓを選択した場合の虚像Ｂの形状を示している。ｘ方向における虚像Ｂの端部と中央部の位置の差をδとすると、本実施形態ではδ＝１３８．６ｍｍであり、比較例３ではδ＝５９１．６ｍｍであり、比較例４ではδ＝３８３．８ｍｍである。本実施形態の位置の差δは、比較例３に対して７６．６％小さく、比較例４に対しても６２．９％小さい。上記より、鏡面が非球面である本実施形態の歪みが最も小さい。なお、距離ｘｓは、実施例２では－６２０．６ｍｍであり、比較例３では－５３８．２ｍｍであり、比較例４では－５７８．１ｍｍである。
　以上、本実施形態のように凹面鏡２が大きい場合であっても、視標の歪みを小さくすることができるので、観測者Ｐに対して、視標の歪みを気にすることなく、眼の焦点調節機能の疲労防止効果を与えることができる。
　（実施形態４）
　実施形態４では、実施形態２の凹面鏡２よりも小さな凹面鏡２を用いた場合について説明する。
　本実施形態において、各設計パラメータ（図５参照）は、ｌｍ＝５０ｍｍ、ｌｓ＝２４ｍｍ、片眼での視覚を意図してｌｅ＝１５ｍｍ、ｘｅ＝－５０ｍｍおよびθｍａｘ＝１０ｄｅｇである。本実施形態の凹面鏡２は、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（１００ｍｍ，１０５ｍｍ）の楕円球面である。本実施形態の凹面鏡２の鏡面について、中央部の曲率半径は１１０．２５ｍｍであるのに対し、端部の曲率半径は１０９．３０ｍｍである。以下、本実施形態の凹面鏡２によって形成される虚像Ｂについて、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（１００ｍｍ，１００ｍｍ）の球面である凹面鏡によって形成される虚像（比較例５）および鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（１０５ｍｍ，１０５ｍｍ）の球面である凹面鏡によって形成される虚像（比較例６）と比較しながら説明する。なお、ｘｚ平面における凹面鏡２の各設計パラメータは、ｘｙ平面における凹面鏡２の各設計パラメータと同様である。つまり、ｚ方向においても、凹面鏡２の鏡面は（１００ｍｍ，１０５ｍｍ）の楕円球面であり、中央部の曲率半径は１１０．２５ｍｍであるのに対し、端部の曲率半径は１０９．３０ｍｍである。
　図９には、本実施形態（図９のＥ３）と比較例５（ｅ５）および比較例６（ｅ６）について、ｘ方向における虚像Ｂの中央部の位置が一致するように距離ｘｓを選択した場合の虚像Ｂの形状を示している。ｘ方向における虚像Ｂの端部と中央部の位置の差をδとすると、本実施形態ではδ＝１６０２．４ｍｍであり、比較例５ではδ＝２８４９．６ｍｍであり、比較例６ではδ＝２４２３．２ｍｍである。本実施形態の位置の差δは、比較例５に対して４３．８％小さく、比較例６に対しても３３．９％小さい。上記より、鏡面が非球面である本実施形態の歪みが最も小さい。なお、距離ｘｓは、本実施形態では－５４．５ｍｍであり、比較例５では－４９．４ｍｍであり、比較例６では－５１．９ｍｍである。
　以上、本実施形態のように凹面鏡２が小さい場合であっても、視標の歪みを小さくすることができるので、観測者Ｐに対して、視標の歪みを気にすることなく、眼の焦点調節機能の疲労防止効果を与えることができる。
　（実施形態５）
　実施形態５では、画像表示装置１が平面ではなく曲面である場合について説明する。つまり、本実施形態では、画像が表示される画像表示面１０が曲面である。
　本実施形態の画像表示装置１としては、自由に折り曲げ可能なフレキシブルディスプレイが用いられている。上記フレキシブルディスプレイには、例えば基板にプラスチックフィルムが用いられた有機ＥＬディスプレイや、電気泳動方式を用いた電子ペーパーなどがある。本実施形態の画像表示装置１は、本発明の物体および低減手段に相当する。
　ところで、観測者Ｐは、両眼を結ぶ方向である水平方向（図１のｙ方向）のほうが垂直方向（水平方向と直交する方向、図１のｚ方向）に比べて、両眼視差の影響により、虚像Ｂの歪みにより敏感である。したがって、本実施形態では、画像表示装置１の製作の難易度を考慮して、画像表示装置１で表示される画像を凹面鏡２に投影させたときに水平方向となる方向のみに、画像表示装置１を凹面鏡２側に凸な曲率を与えた形状、すなわち、円筒の一部の形状（断面円弧状）とする。つまり、画像表示装置１は、図１０ではｙ方向において右側に凸であるが、実際の視標呈示装置（図１）では下側に凸である。
　本実施形態で用いられる設計パラメータは、図１０に示すように、凹面鏡２の軸ｍ１，ｍ２、凹面鏡２の幅ｌｍ、画像表示装置１の幅ｌｓ、観測者Ｐの入射瞳の幅ｌｅ、画像表示装置１の形状および位置を表わすｘｓ＝ｘｓ（ｙ）、観測者Ｐの入射瞳の位置ｘｅ、画像表示装置１上の各点から発せられる光の最大角θｍａｘである。各設計パラメータは、ｌｍ＝１５０ｍｍ、ｌｓ＝７０ｍｍ、ｌｅ＝１００ｍｍ、ｘｅ＝－１００ｍｍおよびθｍａｘ＝１０ｄｅｇである。本実施形態の凹面鏡２は、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（３００ｍｍ，３００ｍｍ）の球面である。凹面鏡２の反射率は１．０である。２次元平面（図１０のｘｙ平面）上において、画像表示装置１（光源）は、「頂点をｘｓ（０）＝－１４５．５ｍｍとし、凹面鏡２側に凸で、半径ｒ＝４５０ｍｍ」の円弧状光源つまり｛ｘｓ（ｙ）＝（４５０2－ｙ2）1/2－５９５．５ｍｍ｝の円弧状光源である。以下、本実施形態の画像表示装置１と「直線状光源」｛ｘｓ（ｙ）＝－１４５．５ｍｍ＝一定｝である画像表示装置（比較例７）とを比較しながら説明する。本実施形態および比較例７の画像表示装置１の形状は図１１に示す通りである。図１１のＥ５が本実施形態であり、ｅ７が比較例である。
　図１２に示すように、ｘ方向における虚像Ｂの端部と中央部の位置の差をδとすると、本実施形態（図１２のＥ４）ではδ＝２２０．８０ｍｍであり、比較例７（ｅ７）ではδ＝１４２４．４ｍｍである。本実施形態の位置の差δは、比較例７に対して８４．５％小さい。上記より、本実施形態のほうが比較例７に比べて、虚像Ｂの歪みを低減することができる。
　ただし、虚像Ｂの歪みを最も小さくする画像表示装置１の形状は、凹面鏡２と画像表示装置１との平均的な距離に応じて変化する。したがって、本実施形態では、画像表示装置１と凹面鏡２との距離に合わせて、画像表示装置１の形状を変化させる機構が設けられている。
　以上、本実施形態によれば、画像表示装置１（物体）の画像表示面１０（表面）を曲面にすることによって、凹面鏡２の鏡面が球面であっても非球面であっても、視標の歪みの低減効果を高めることができる。
　また、本実施形態によれば、画像表示装置１が凹面鏡２側に凸であることによって、視標の歪みをさらに小さくすることができる。
　さらに、本実施形態によれば、凹面鏡２に投影されたときに観測者Ｐの両眼を結ぶ方向（ｙ方向）において、虚像Ｂの歪みを特に小さくすることができるので、両眼視差によって虚像Ｂが平面であるにもかかわらず立体的に見えるのをより抑制することができる。
　なお、本実施形態の変形例として、画像表示装置１の形状が垂直方向（両眼を結ぶ方向である水平方向と直交する方向）には湾曲しない円筒の一部の形状ではなく、垂直方向にも湾曲させた形状であってもよい。
　また、実施形態５のような曲面の画像表示装置１を実施形態２～４のような鏡面が非球面である凹面鏡２と組み合わせてもよい。例えば、凹面鏡２は、鏡面が（ｍ１，ｍ２）＝（３００ｍｍ，３１０ｍｍ）の楕円球面であり、画像表示装置１は、「頂点をｘｓ（０）＝－１４５．５ｍｍとし、凹面鏡２側に凸で、半径ｒ＝４５０ｍｍである」円弧状光源つまり｛ｘｓ（ｙ）＝（４５０2－ｙ2）1/2－５９５．５ｍｍ｝の円弧状光源である。各設計パラメータは、実施形態５と同様とする。このような構造であっても、観測者Ｐに対して、視標の歪みを気にすることなく、眼の焦点調節機能の疲労防止効果を与えることができる。
　（実施形態６）
　実施形態６では、虚像Ｂの歪みを予め考慮した画像を画像表示装置１に表示させる場合について説明する。本実施形態の画像は、凹面鏡２に投影されたときに虚像Ｂの歪み（立体感）を低減させるように予め画像処理が行われて変形されている。
　本実施形態の画像表示装置１は、実施形態２と同様に、フラットパネルディスプレイである。本実施形態の画像表示装置１には、予め設定された規則に基づいて画像処理を行う画像処理手段（図示せず）が一体または別体に設けられている。本実施形態において、フラットパネルディスプレイに表示される画像は、本発明の物体および低減手段に相当する。
　以上、本実施形態によれば、フラットパネルに表示される画像を予め変形しておくことによって、凹面鏡２の鏡面が球面であっても非球面であっても、視標の歪みの低減効果を高めることができる。つまり、本実施形態のように画像を予め変形した場合であっても、虚像Ｂの歪みを低減させることができるので、観測者Ｐに対して、視標の歪みを気にすることなく、眼の焦点調節機能の疲労防止効果を与えることができる。
　なお、実施形態６のような予め歪みを考慮した画像を実施形態２～４のような鏡面が非球面である凹面鏡２と組み合わせてもよい。このような構造であっても、観測者Ｐに対して、視標の歪みを気にすることなく、眼の焦点調節機能の疲労防止効果を与えることができる。
　（実施形態７）
　ところで、実施形態２～６では、虚像Ｂをより平面に結像させることを目標としている。しかしながら、実際には、両眼の対応する位置に結像する点の集合、すなわち、視差基準面（ホロプタ）は、図１９に示すように、観測者Ｐが点Ｍを注視した場合、左右端方向で眼位置方向に向かって湾曲していると考えられている（図１９のＨ１）。これを経験的ホロプタＨ１という。
　そこで、実施形態７では、両眼視差を考慮した場合について図１９を用いて説明する。本実施形態では、虚像Ｂを予め設定された面に一致するように、画像表示装置１の形状や凹面鏡２の鏡面の形状などを変形する。上記の予め設定された面とは、例えば複数の人の経験的ホロプタＨ１を予め測定し、測定した経験的ホロプタＨ１を平均した面である。他の例としては、観測者Ｐが特定されている場合、上記観測者Ｐの経験的ホロプタＨ１を測定し、上記経験的ホロプタＨ１を上記の予め設定された面としてもよい。虚像Ｂと経験的ホロプタＨ１とを一致させるには、凹面鏡２の鏡面の形状や画像表示装置１の表面の形状に関する設計パラメータを詳細に設計する必要がある。
　以上、本実施形態によれば、虚像Ｂを経験的ホロプタＨ１と一致させることによって、観測者Ｐは虚像全体を鮮明に観測することができる。
　なお、ホロプタは、幾何学的には、観測者Ｐが点Ｍを注視した場合、両眼の結節点をＯ１，Ｏ２とすると、円Ｍ－Ｏ１－Ｏ２と求められる（図１９のＨ２）。これを幾何学的ホロプタＨ２という。生体の主観に基づく経験的ホロプタＨ１は、幾何学的ホロプタＨ２とは一致しないことが知られている。
　（実施形態８）
　実施形態８では、実施形態１～７に係る視標呈示装置を用いた画像表示システムについて図１３を用いて説明する。画像表示システムとしては、例えばテレビジョン受像機やプロジェクタなどがある。本実施形態の画像表示システムは、上記視標呈示装置とともに画像表示装置１を備えている。つまり、本実施形態の視標提示装置は、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、移動装置４とを備えているが、画像表示装置１とは別体である。本実施形態の画像表示装置１は、実施形態１～７の画像表示装置１と同様に画像（映像を含む）を表示する機能を有している。
　ところで、実施形態１～７に係る視標呈示装置を画像表示システムに用いた場合、画像表示システムは、凹面鏡２およびハーフミラー３を備えるため、薄型テレビなどに比べて、大型になり、広い設置スペースが必要である。
　そこで、本実施形態の画像表示システムは、図１３に示すように、壁Ｗ１と壁Ｗ２との間の空間Ｓに埋め込まれて設置されている。壁Ｗ１には開口Ｗａが形成されている。
　本実施形態の凹面鏡２は、壁Ｗ２側に沿って設置されている。凹面鏡２は、開口Ｗａと対向している。本実施形態のハーフミラー３は、凹面鏡２と開口Ｗａとの間に設置されている。本実施形態では、空間Ｓに凹面鏡２が設置されているため、凹面鏡２の曲率を小さくすることができる。これにより、観測者Ｐによる視標の視認性を向上させることができる。
　本実施形態の画像表示装置１は、空間Ｓにおいてハーフミラー３の上方に設置されている。画像表示面１０は下方を向いている。画像表示装置１としては、液晶ディスプレイやリアプロジェクタなどを用いる。画像表示装置１からの画像は、テレビ番組であってもよいし、再生機器（図示せず）からの再生画像であってもよい。画像表示装置１は、移動装置４によって、上下方向に移動する。これにより、本実施形態の視標呈示装置は、画像表示装置１とハーフミラー３との間の光学距離を変化させることができ、その結果、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離を変化させることができる。
　本実施形態において、画像表示装置１からの画像は、ハーフミラー３において凹面鏡２に向けて反射する。上記虚像Ｂは、凹面鏡２からハーフミラー３を透過して開口Ｗａを通って観測者Ｐに呈示される。これにより、本実施形態の視標呈示装置は、画像表示装置１で表示された画像の虚像Ｂを視標として観測者Ｐに呈示することができる。
　以上、本実施形態によれば、視標呈示装置を用いた画像表示システムが大型になっても、上記画像表示システムを壁内部の空間Ｓに埋め込むことによって、上記画像表示システムが壁Ｗ１から突出して設置される場合に比べて、生活空間を広くすることができるとともに、インテリア性を向上させることができる（図１４参照）。
　なお、本実施形態の変形例として、視標呈示装置を用いた画像表示システムを天井裏の空間に埋め込んで設置してもよい。
　（実施形態９）
　実施形態９では、自動車内の表示装置（以下「車載用表示装置」という）に視標呈示装置を用いた場合について説明する。車載用表示装置は、上記視標呈示装置とともに、運転に関する情報を提供する画像表示装置１を備えている。車載用表示装置としては、計器板、ナビゲーションシステムの表示部などがある。
　運転手は、運転中において場面ごとに遠方または近方を注視している。一方、車載用表示装置は、表示装置と運転手との間の実距離が約１ｍ以内という近い位置に固定されている。前方の視距離と車載用表示装置の車内表示の視距離との間に隔たりがある場合、運転手が前方と車内表示とを交互に視認しようとするときに、運転手は、焦点調節機能を変化させる必要があり、短時間ではあるが、焦点調節機能の変化に時間を要する。特に、近方の車内表示から遠方の前方へ注視点を移動しようとする場合、上記時間はより長くなる。また、瞳孔が散大する夜間も、昼間に比べて、上記時間はより長くなる。
　そこで、本実施形態の視標呈示装置は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、運転手（観測者Ｐ）の焦点調節機能の変化に要する時間をより短くするために、視距離推定装置９を備えている。視距離推定装置９は、運転手の視距離を推定する。なお、本実施形態の視標呈示装置は、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、移動装置４とを実施形態１の視標呈示装置と同様に備えている。本実施形態の画像表示装置１は、既存の車載用表示装置と同様の機能を有している。
　以下、視距離推定装置９の一例を示す。視距離推定装置９は、観察部９０と、解析部９１とを備えている。観察部９０は、運転手の両眼を観察する。解析部９１は、観察画像から運転手の両眼の視方向を解析し、輻輳から視距離を推定する。視標呈示装置は、視距離推定装置９によって推定された視距離に合わせて、画像表示装置１と凹面鏡２との間の光学距離を変化させて、車内表示となる虚像Ｂの視距離を変化させる。例えば遠方視認時の場合、図１５Ａに示すように、虚像Ｂの視距離は長くなる。一方、近方視認時の場合、図１５Ｂに示すように、虚像Ｂの視距離は短くなる。これにより、上記車内表示の視距離を前方の視距離に一致させることができる。
　以上、本実施形態によれば、運転手（観測者Ｐ）が運転中に注視する前方の視距離と車内表示の視距離とを一致させることによって、運転手の焦点調節機能の変化に要する時間を短縮させることができる。
　なお、本実施形態の変形例として、視距離推定装置９は、視標呈示装置と別体に設けられていてもよい。
　また、本実施形態の他の変形例として、車載用表示装置は、車内表示となる虚像Ｂの視距離が長い状態で虚像Ｂの位置を固定する機能を有してもよい。これにより、運転手が近方の車内表示を視認した直後に遠方の前方を視認するという状況、つまり運転手の焦点調節機能の変化に要する時間が他の状況よりも長くなる状況を回避することができる。また、視標呈示装置が視認推定装置９を備える必要がないので、車載用表示装置の構成を簡易にすることができる。
　上記の説明は、単に本発明の好ましい実施形態であり、本発明の範囲を限定するものではない。当業者によって想起される変更、明細書の範囲内で行われる修正も、本発明の範囲に含まれる。
　本出願は、２００８年１０月２９日に日本国特許庁へ出願された日本国特許出願特願２００８－２７８８０６号および２００９年７月２８日に日本国特許庁へ出願された日本国特許出願特願２００９－１７５８５７号の優先権を主張する。上記日本国特許出願の内容は、本出願に完全に含まれている。

Claims (20)

  1. 　物体の虚像を視標として観測者に呈示する視標呈示装置であって、
    　凹面鏡と、距離調整手段とを備え、
    　前記凹面鏡は、前記凹面鏡と前記物体との間の光学距離が前記凹面鏡の焦点距離より短くなるように設けられ、前記虚像を形成し、
    　前記距離調整手段は、前記凹面鏡の焦点距離より短い範囲内で前記光学距離を変化させ、前記虚像位置が遠くなるほど前記虚像の移動速度を上昇させるように構成される
    　ことを特徴とする視標呈示装置。
  2. 　前記凹面鏡の光軸に斜交して設けられたハーフミラーを備え、
    　前記物体は、前記ハーフミラーの凹面鏡側で反射して前記凹面鏡に投影され、当該ハーフミラーを介して当該物体の虚像が前記観測者に呈示されるように配置される
    　ことを特徴とする請求項１記載の視標呈示装置。
  3. 　前記距離調整手段は、前記物体を移動させることを特徴とする請求項１記載の視標呈示装置。
  4. 　前記距離調整手段は、前記光学距離が長くなるほど前記物体の移動速度を上昇させることを特徴とする請求項３記載の視標呈示装置。
  5. 　前記凹面鏡の前方に観測点が位置し、
    　前記距離調整手段は、前記観測点と前記物体の虚像との間の距離の逆数の時間変化が一定になるように当該物体を移動させる
    　ことを特徴とする請求項４記載の視標呈示装置。
  6. 　前記距離調整手段は、前記視標の往復運動を繰り返すように前記光学距離を変化させることを特徴とする請求項３記載の視標呈示装置。
  7. 　前記距離調整手段は、前記視標を周期的に移動させることを特徴とする請求項６記載の視標呈示装置。
  8. 　前記距離調整手段は、前記視標を連続的に移動させることを特徴とする請求項３記載の視標呈示装置。
  9. 　前記物体としての画像を表示するフラットパネルディスプレイを備えることを特徴とする請求項１記載の視標呈示装置。
  10. 　前記虚像の歪みを低減させる低減手段を備えることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の視標呈示装置。
  11. 　前記低減手段は、前記凹面鏡を用いて形成され、
    　前記凹面鏡は、前記虚像の歪みを低減させるように鏡面が非球面に形成されている
    　ことを特徴とする請求項１０記載の視標呈示装置。
  12. 　前記凹面鏡は、前記鏡面の曲率半径が当該鏡面の中央部ほど大きいことを特徴とする請求項１１記載の視標呈示装置。
  13. 　前記凹面鏡は、前記観測者に前記視標を呈示する際、当該観測者の両眼を結ぶ第１の方向のほうが当該第１の方向と直交する第２の方向に比べて、前記鏡面において端部の曲率半径に対する中央部の曲率半径の比が大きいことを特徴とする請求項１２記載の視標呈示装置。
  14. 　前記低減手段は、前記物体を用いて形成され、
    　前記物体は、前記虚像の歪みを低減させるように表面が曲面に形成されている
    　ことを特徴とする請求項１０記載の視標呈示装置。
  15. 　前記物体は、前記凹面鏡側に凸であることを特徴とする請求項１４記載の視標呈示装置。
  16. 　前記物体は、円筒状に湾曲して形成され、前記物体の軸方向は、前記観測者に前記視標を呈示する際、当該観測者の両眼を結ぶ方向と直交することを特徴とする請求項１５記載の視標呈示装置。
  17. 　画像を表示するフラットパネルディスプレイを備え、
    　前記低減手段は、前記物体を用いて形成され、
    　前記物体は、前記フラットパネルディスプレイに表示される画像であり、
    　前記画像は、前記凹面鏡に投影されたときに前記虚像の歪みを低減させるように予め変形されている
    　ことを特徴とする請求項１０記載の視標呈示装置。
  18. 　請求項１記載の視標呈示装置と、
    　画像を表示する画像表示装置とを備え、
    　前記視標呈示装置は、前記画像表示装置で表示された画像の虚像を前記視標として前記観測者に呈示する
    　ことを特徴とする画像表示システム。
  19. 　請求項１記載の視標呈示装置と、
    　運転に関する画像情報を提供する画像表示装置とを備え、
    　前記視標呈示装置は、前記画像表示装置で提供された前記情報の虚像を前記視標として前記観測者に呈示する
    　ことを特徴とする車載用表示装置。
  20. 　前記視標呈示装置は、前記観測者の視距離を推定する視距離推定装置を備え、前記観測者の視距離が長くなると前記虚像の視距離が長くなるように、前記画像表示装置と前記凹面鏡との間の光学距離を変化させる
    　ことを特徴とする請求項１９記載の車載用表示装置。
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