JP2000310747A - 画像観察装置 - Google Patents

画像観察装置

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JP2000310747A
JP2000310747A JP11062026A JP6202699A JP2000310747A JP 2000310747 A JP2000310747 A JP 2000310747A JP 11062026 A JP11062026 A JP 11062026A JP 6202699 A JP6202699 A JP 6202699A JP 2000310747 A JP2000310747 A JP 2000310747A
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observation
imaging
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JP11062026A
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English (en)
Inventor
Akinari Takagi
章成 高木
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MR System Kenkyusho KK
Original Assignee
MR System Kenkyusho KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】現実空間の広視野角の外界情報と仮想空間の画
像情報の双方を同一視野で良好に観察することができる
画像観察装置を得ること。 【解決手段】外界画像を撮像素子に結像させる撮像系
と、該撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示
する表示手段と、該表示手段からの光を眼球へ導く観察
系を有する画像観察装置において、該撮像系は狭視野高
解像の第一撮像系と、広視野低解像の第二撮像系を有し
ており、該第一，第二撮像系からの外界画像を合成し、
該表示手段に表示する画像合成手段を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像光学系（撮像
系）により取得した外界の光景（外界画像，外界情報）
をディスプレイ装置（画像表示手段）に表示し観察でき
るようにした頭部装着型の画像観察装置、あるいは現実
の光景（外界情報）にコンピューター等で人工的に作り
出した画像（仮想画像）や、ビデオ等によって記録され
た映像を重ね合わせることによってさまざまな擬似的体
験を行うといったことを目的とした頭部装着型の画像観
察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、外界画像（外界情報）をＣＣ
Ｄカメラ等の撮影装置で電気信号に変換し、それをＣＲ
ＴやＬＣＤなどの表示素子に表示し、接眼光学系を介し
て外界画像を観察する頭部装着型の画像観察装置が知ら
れている。
【０００３】又カメラによって撮像された外界画像にコ
ンピューターグラフィックス等により生成された画像や
ビデオ等によって記録された映像を合成表示し、現実空
間と仮想空間を合成し観察できるようにしたものや、遠
隔地や危険作業地域に設置されたカメラの画像を表示
し、あたかもその場所に居るように光景（外界情報）を
観察できるようにした画像観察装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現実空間と仮想空間を
合成して観察するようにした画像観察装置では現実の光
景（外界情報）を観察する際の解像力がカメラの解像力
に依存することになる。
【０００５】例えば画像観察時の水平方向視野角が１５
度程度の場合を考えると、水平解像度４５０ＴＶ本程度
のカメラにより撮影された画像は、視角にして２分程度
の分解能を有することとなり、直接外界を観察する場合
と画質的にあまり差が生じない。
【０００６】一方、水平方向視野角が３０度程度になる
と分解能は４分程度となるが、表示素子として画素数の
多いものを用い画像処理を施すことにより直接観察する
場合との画質の差は小さくできる。
【０００７】しかし、水平方向視野角が４５度程度の画
像観察装置で同じ外界画像を観察すると、分解能は６分
程度となり画素数の多い表示素子を用い画像処理を施し
たとしても、直接外界情報を観察する場合に比べ明らか
に画質が劣る。つまり広い視野角を有する画像観察装置
の場合においては、非常に大型であるハイビジョン用カ
メラなどの高解像力のカメラを用いない限り、外界像を
観察する際に充分な画質を得ることができない。
【０００８】本発明は、現実空間の外界情報とコンピュ
ータグラフィックス等の仮想空間の画像情報を合成して
観察するとき、ハイビジョンカメラ等の高解像度のカメ
ラを用いなくても、広い視野角の外界情報を違和感なく
良好に観察することができる画像観察装置の提供を目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の画像観
察装置は、外界画像を撮像素子に結像させる撮像系と、
該撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示する
表示手段と、該表示手段からの光を眼球へ導く観察系を
有する画像観察装置において、該撮像系は狭視野高解像
の第一撮像系と、広視野低解像の第二撮像系を有してお
り、該第一，第二撮像系からの外界画像を合成し、該表
示手段に表示する画像合成手段を設けたことを特徴とし
ている。
【００１０】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記撮像系は外界画像の観察時の水平方向視野角が
３０度以上であることを特徴としている。
【００１１】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記第一及び第二撮像系は、各々結像光学系を
有し、互いの結像光学系は外界画像を各々の撮像素子に
異なる倍率で結像させていることを特徴としている。
【００１２】請求項４の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記第一及び第二撮像系は、外界画像を撮像素
子に結像させる結像光学系を共用し、該第一撮像系の撮
像素子の撮像面と第ニ撮像系の撮像素子の撮像面は大き
さが異なっていることを特徴としている。
【００１３】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か１項の発明において、画像を生成する画像生成手段を
有し、前記画像合成手段は、該画像生成手段からの画像
と前記撮像系からの画像を合成して前記表示素子に表示
していることを特徴としている。
【００１４】請求項６の発明の画像観察システムは請求
項１から５のいずれか１項の画像観察装置を観察者の左
右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００１５】請求項７の発明の画像観察装置は、外界画
像を撮像素子に結像させる撮像系と、該撮像系により取
得した外界画像を表示素子に表示し、該表示素子からの
光を眼球へ導く観察系を有する画像観察装置において、
該撮像系は視野周辺部において負の歪曲収差を有し、該
撮像系により得られた外界画像の歪みを補正して該表示
手段に表示する画像歪み補正手段を有することを特徴と
している。
【００１６】請求項８の発明は請求項７の発明におい
て、前記撮像系は画像の観察時の水平方向視野角が３０
度以上であることを特徴としている。
【００１７】請求項９の発明は請求項７又は８の発明に
おいて、前記画像歪み補正手段は、前記撮像系により取
得した外界画像の歪みを電気的に補正して前記表示素子
に表示していることを特徴としている。
【００１８】請求項１０の発明は請求項７又は８の発明
において、前記画像歪み補正手段は、前記撮像系の歪み
と逆の歪みを前記観察系で発生させて補正していること
を特徴としている。
【００１９】請求項１１の発明は請求項７から１０のい
ずれか１項の発明において、画像を生成する画像生成手
段及び画像を合成する画像合成手段を有し、該画像合成
手段は該画像生成手段からの画像と前記撮像系からの画
像を合成して前記表示素子に表示していることを特徴と
している。
【００２０】請求項１２の発明の画像観察システムは、
請求項７から１１のいずれか１項の画像観察装置を観察
者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２１】請求項１３の発明の画像観察装置は、請求
項１〜５，７〜１１のいずれか１項の画像観察装置にお
いて、前記撮像系の一部と前記観察系の一部を利用して
外界像を直接観察することを特徴としている。
【００２２】請求項１４の発明の画像観察システムは、
請求項１３の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設
けたことを特徴としている。
【００２３】請求項１５の発明の画像観察システムは、
観察者の左右眼用に請求項１〜５，７〜１１のいずれか
1項の画像観察装置を一対と、観察者の左右眼共用の１
つの光学要素と、を有していることを特徴としている。
【００２４】請求項１６の発明の画像観察システムは、
観察者の左右眼用に請求項１３の画像観察装置を一対
と、観察者の左右眼共用の１つの光学要素と、を有して
いることを特徴としている。
【００２５】請求項１７の発明の画像観察装置は請求項
１〜５，７〜１１，１３のいずれか１項において、前記
観察系は頭部装着型であることを特徴としている。
【００２６】請求項１８の発明の画像観察装置は請求項
１〜５，７〜１１，１３のいずれか１項において、前記
撮影系と、観察系はいずれも頭部装着型であることを特
徴としている。
【００２７】請求項１９の発明の画像観察システムは、
請求項１５又は１６において、前記１つの光学素子は平
面ミラー、若しくは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラ
ー、若しくは曲面ミラーであることを特徴としている。
【００２８】請求項２０の発明の画像観察システムは、
請求項６，１２，１４，１５又は１９において、頭部装
着型であることを特徴としている。
【００２９】請求項２１の発明の画像観察システムは、
外界画像を撮像素子に結像させる撮像光学系と、該撮像
光学系により取得した外界画像を表示素子に表示する表
示手段と、該表示手段からの光束を眼球へ導く観察系を
有する画像観察装置を左右眼用に一対と、観察者の左右
眼共用の１つの光学要素と、を有していることを特徴と
している。
【００３０】請求項２２の発明は請求項２１の発明にお
いて、前記画像観察システムは頭部装着型であることを
特徴としている。
【００３１】請求項２３の発明は請求項２１又は２２の
発明において、前記１つの光学素子は平面ミラー、若し
くは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラー、若しくは曲
面ミラーであることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の実
施形態１の要部概略図である。本実施形態による画像観
察装置は頭部に装着され、表示素子に表示した画像情報
を観察する観察系１０と、外界の画像情報を撮像素子に
結像させる撮像系２０とを有し、該撮像系２０で得られ
た画像情報を該観察系１０の表示素子に表示し、観察位
置（眼）Ｅより観察している。
【００３３】観察系１０はＬＣＤやＥＬパネルなどの表
示素子１１，ミラー１２，接眼光学系１３を有してい
る。撮像系２０は水平視野角３０度以上の広視野低解像
の第二撮像系２０ａと水平視野角３０度以下の狭視野高
解像の第一撮像系２０ｂとを有している。広視野低解像
の撮像系２０ａはミラー１２，結像光学系２１，ハーフ
ミラー２２，ＣＣＤなどの撮像素子２３を有している。
又狭視野高解像の撮像系２０ｂは、ミラー１２，結像光
学系２１，ハーフミラー２２，変倍光学系２４、ＣＣＤ
などの撮像素子２５を有している。Ｅは観察者の眼を示
す。
【００３４】本実施形態において、例えば偏光板、バッ
クライト、液晶素子等で構成された表示素子１１を射出
した表示光はミラー１２で反射し、接眼光学系１３によ
り観察眼Ｅに導かれる。接眼光学系１３は表示手段１１
の表示スクリーン面１１ａを例えば２ｍ先の位置に拡大
された虚像として観察眼に提示するように、その焦点距
離及び位置が決められている。
【００３５】一方外界からの光束はミラー１２で反射さ
れ、結像光学系２１で集束されつつ一部の光束はハーフ
ミラー２２を透過し、撮像素子２３上に結像される。広
視野低解像の撮像系２０ａの撮像素子２３上では観察系
１０の表示画角と同じ画角かそれよりも大きい画角の像
が撮像される。
【００３６】一方ハーフミラー２２で反射された光束
（外界像）は変倍光学系２４で変倍され、撮像素子２５
上に撮像素子２３上に結像される像よりも高い倍率の像
が結像される。
【００３７】画像合成手段２６は外界の画像のうち中心
部は撮像素子２５から、周辺部は撮像素子２３からの情
報をもとに外界像を合成し、表示手段１１に表示する。
これにより観察者は表示手段１１に表示した外界像を観
察している。このとき観察系１０の光軸Ｏ１と撮像系２
０の光軸Ｏ２は略一致させてあり、また表示画角は観察
者が直接外界を観察した場合と同じになるようにしてい
る。これによりパララックスが無く自然な状態で外界像
を観察することができるようにしている。
【００３８】通常人間が視線の移動のみで情報の受容・
識別が成立する範囲は水平方向で約３０度といわれてお
り、それ以上の視野に対しては頭部運動が誘発される。
本実施形態の画像観察装置のように撮像系２０及び観察
系１０を頭部に装着する場合は、撮像位置及び表示スク
リーン面１１ａの位置も頭部の動きに追従して動く。
【００３９】つまり水平画角３０度以上の位置にある対
象を注視しようとする場合は頭部運動が誘発されるた
め、撮像視野及び表示視野も動くため高い解像力を必要
とする水平方向表示画角は３０度以内であれば良いこと
となる。同様の理由で垂直方向表示画角は２０度以内で
あれば良い。
【００４０】本実施形態では狭視野高解像撮像系２０ｂ
の水平方向撮影画角は約３０度に設定している。例えば
水平表示画角を６０度とすると広視野低解像の撮像系２
０ａの撮影水平画角は６０度以上に設定され、画像合成
手段２６は水平画角０度から３０度までは狭視野高解像
の撮像系２０ｂで取得した画像を用い、水平画角３０度
から６０度までは広視野低解像の撮像系２０ａで取得し
た画像を用いて外界像を構成する。
【００４１】このように構成することにより水平画角０
度から３０度までは高解像、３０度から６０度までは低
解像の像となり、上述したような理由で画質として違和
感の無い外界像を低価格で小型の撮像系で提供すること
を可能としている。
【００４２】（実施形態２）図２は本発明の実施形態２
の要部概略図である。本実施形態は図１に示した実施形
態１に比べて、狭視野高解像の撮像系２０ｂの変倍光学
系２４、撮像素子２５の代わりに撮像素子２７で構成し
た以外は同じ構成である。
【００４３】図１の実施形態では変倍光学系２４を用い
て撮影視野及び分解能を変えていた。
【００４４】本実施形態では撮像素子２３よりも受像面
積は小さいが画素数が同様の高解像度の撮像素子２７を
用いることにより同様の効果を得ている。例えば撮像素
子２３は２／３インチＣＣＤ、撮像素子２７は同じ画素
数の１／３インチＣＣＤで構成している。
【００４５】（実施形態３）図３は本発明の実施形態３
の要部概略図である。本発明による画像観察装置は頭部
に装着され、表示素子３１に表示した画像情報を観察す
る観察系３０と、外界の画像情報を撮像素子に結像させ
る撮像系４０とを有し、該撮像系４０で得られた画像情
報を該観察系３０の表示素子３１に表示し、観察位置
（眼）Ｅより観察している。
【００４６】観察系３０はＬＣＤやＥＬパネルなどの表
示素子３１，ミラー３２，接眼光学系３３を有してい
る。撮像系４０はミラー３２，結像光学系４１，ＣＣＤ
などの撮像素子４２，画像歪み補正手段４３を有してい
る。Ｅは観察者の眼を示す。
【００４７】本実施形態において例えば偏光板，バック
ライト，液晶素子等で構成された表示素子３１を射出し
た表示光はミラー３２で反射し、接眼光学系３３により
観察眼Ｅに導かれる。
【００４８】接眼光学系３３は表示手段３１の表示スク
リーン面３１ａを例えば２ｍ先の位置に拡大された虚像
として観察眼に提示するように、その焦点距離及び位置
が決められている。
【００４９】外界からの光束はミラー３２で反射され、
結像光学系４１で集束され撮像素子４２上に結像され
る。撮像素子４２上では観察系３０の表示画角と同じ画
角かそれよりも大きい画角の像が撮像される。この結像
光学系４１は大きな負の歪曲収差を有しており、中心部
は伸長され周辺部は圧縮されるように結像され、図４
（Ａ）に示すような像高分布（歪曲収差）を示す。
【００５０】このように構成すると中心付近の画角に関
しては結像倍率を高く、周辺部に関しては結像倍率を低
く設定することができる。これによって図４（Ｂ）に示
すような像高分布を持つ大きな歪曲収差を有しない結像
光学系を用いた場合に比べ、中心付近の解像度を高く設
定することができる。
【００５１】特に実施形態１において述べたように水平
画角３０度以上の周辺部においては表示画像の解像力を
あまり必要としないため、水平画角３０度以上の周辺部
において大きく収差を発生させることにより、相対的に
中心付近の解像力を上げることができる。
【００５２】本実施形態では撮像系４０で取得された歪
んだ外界像は、画像歪み補正手段４３に送られ、公知の
電気的手段により中心部は圧縮され周辺部は伸長される
ように歪みを補正され、表示手段３１に表示される。
【００５３】これにより観察者は外界を観察することが
できる。このとき表示光学系の光軸Ｏ３と撮像光学系の
光軸Ｏ４は略一致させてあり、また表示画角は観察者が
直接外界を観察した場合と同じになるようにしてあり、
これによりパララックスが無く自然な状態で外界像を観
察することができるようにしている。
【００５４】このように構成することにより水平画角０
度から３０度までは高解像、３０度以上の周辺画角にお
いては低解像の像となり、実施形態１で述べたような理
由で画質として違和感の無い外界像を低価格で小型の撮
像系で提供することを可能としている。
【００５５】（実施形態４）図５は本発明の実施形態４
の要部概略図である。本実施形態は１つの画像観察装置
を観察者の右眼Ｅ前方に装着した状態を示している。面
光源からの光束で照明された表示素子３１に表示された
画像を偏心した曲率を有する面を含んだ３つの光学面
（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を有する接眼光学系３３を
介して観察者Ｅに導光している（尚、表示素子３１から
の光束は接眼光学系３３の入射面３３ａから入射し、面
３３ｂで全反射し、面３３ｃで反射した後に、今度は面
３３ｂを通過して観察眼Ｅに入射している。）。
【００５６】一方外界からの画像情報は偏心した曲率を
有する面を含んだ３つの光学面（４１ａ，４１ｂ，４１
ｃ）を有する結像光学系４１によって、撮像素子４２に
結像している（尚、外界からの光束は結像光学系４１の
入射面４１ａより入射し、面４１ｂで反射した後に面４
１ａで全反射して面４１ｃより出射して撮像素子４２に
入射している。）。
【００５７】ここで表示光学系の光軸Ｏ３と撮像光学系
の光軸Ｏ４とは略一致させている。
【００５８】図５の実施形態では表示光学系と撮像光学
系の双方に、偏心回転非対称非球面プリズムを用いるこ
とにより、収差を良好に補正している。尚、図５におい
て図３に示した要素と同じ役目を果たすものに付いては
同じ符号を付した。
【００５９】本実施形態では非回転対称非球面を用いる
ことにより高次の非対称収差を発生させ、任意の画像歪
みに設定させることも可能である。
【００６０】例えば表示視野が観察者の頭部正面に対し
て横方向にシフトしている場合などは、高い撮像分解能
を必要とする領域が撮像中心から横にずれているため、
図４（Ｃ）に示すような像高分布を持つ歪曲収差を発生
させれば良い。
【００６１】（実施形態５）図６は本発明の実施形態５
の要部概略図である。本実施形態は図３の実施形態３に
比べて、画像歪み補正手段４３が無く、接眼光学系３３
が接眼光学系３３′に代わっている以外は同じ構成であ
る。
【００６２】図３の実施形態３では画像歪み補正手段４
３による電気的手段によって結像光学系４２で発生する
像歪みを補正していたが、本実施形態では接眼光学系３
３′において図７に示すような結像光学系４２の歪曲収
差と逆の正の大きな歪曲収差を発生させることにより、
歪み補正を行うことにより同様の効果を得ている。
【００６３】（実施形態６）図８は本発明の実施形態６
の要部概略図である。本実施形態は図１の実施形態１に
比べて撮像系２０ａ，２０ｂ（ミラー１２を除く）及び
６軸ステージ５１を含む撮像装置５０を頭部から分離し
て設置し、図１に示した表示系１０（ミラー１２を除
く）、頭部位置センサー６１、角度センサー６２等を頭
部装着部材６３で頭部に装着するように構成している点
が異なっている。
【００６４】頭部位置センサー６１、角度センサー６２
で観察者の頭部の動きを検知し、その情報に基づいて６
軸ステージ５１を駆動し、頭部の動きに連動させて撮像
系５０が動くようにしている。
【００６５】広視野低解像の撮像系２０ａと狭視野高解
像の撮像系２０ｂからの画像情報を画像合成手段２６で
合成し、観察系１０の表示手段１１に表示している。観
察者は表示手段１１に表示した画像情報を観察するよう
にしている。
【００６６】（実施形態７）図９は本発明の実施形態７
の要部概略図である。本実施形態は図３の実施形態３に
比べて撮像系４０（ミラー３２を除く）を頭部から分離
し、表示系として表示系３０（ミラー３２を除く）を頭
部装着部材６３で頭部に装着している点が異なっている
だけであり、その他の構成は同じである。頭部位置セン
サー６１，角度センサー６２，６軸ステージ５１等は図
８の実施形態６と同じである。
【００６７】尚、図８，図９の実施形態において撮像系
と観察系に図２，図５に示した撮像系・表示系を用いて
構成しても良い。
【００６８】（実施形態８）図１０は本発明の実施形態
８の要部概略図である。本実施形態は図１，図２の実施
形態１，２に比べて観察系１０と撮像系２０に各々偏心
回転非対称非球面のプリズムＰＺ１，ＰＺ２を用いてい
る点が異なっている。
【００６９】プリズムＰＺ１，ＰＺ２の光学的作用は図
５の接眼光学系３３，結像光学系４１と同様である。
【００７０】観察系１０では表示素子１１に表示した画
像情報からの光束を順にプリズムＰＺ１のＰＺ１ａ，全
反射面ＰＺ１ｂ，反射面ＰＺ１ｃ、そして全反射面ＰＺ
１ｂを介して観察者Ｅに導光している。
【００７１】撮像系２０では外界からの画像情報からの
光束を順にプリズムＰＺ２の入射面ＰＺ２ａ，反射面Ｐ
Ｚ２ｂ，面ＰＺ２ａ，そして射出面ＰＺ２ｃを介して結
像光学系２１に導光している。そしてハーフミラー２２
によって撮像素子２３，２５面上に外界の画像情報を結
像している。
【００７２】（実施形態９）図１１は本発明の実施形態
９の要部概略図である。本実施形態は図３の実施形態３
に比べて観察系３０と撮像系４０に各々偏心回転非対称
非球面のプリズムＰＺ３，ＰＺ４を用いている点が異な
っている。
【００７３】プリズムＰＺ３，ＰＺ４の光学的作用は図
５の接眼光学系３３，結像光学系４１と同様である。
【００７４】観察系３０では表示素子３１に表示した画
像情報からの光束を順にプリズムＰＺ３のＰＺ３ａ，全
反射面ＰＺ３ｂ，反射面ＰＺ３ｃ、そして全反射面ＰＺ
３ｂを介して観察者Ｅに導光している。
【００７５】撮像系４０では外界からの画像情報からの
光束を順にプリズムＰＺ４の入射面ＰＺ４ａ，反射面Ｐ
Ｚ４ｂ，面ＰＺ４ａ，そして射出面ＰＺ４ｃを介して結
像光学系４１に導光している。そして撮像素子４２面上
に外界の画像情報を結像している。
【００７６】尚、図１０，図１１において図１及び図３
に示した実施形態と同じ役目を果たすものについては同
じ符号を付した。
【００７７】このようにそれぞれの光学系は、屈折型素
子でも反射型素子でもどちらで構成しても良い。
【００７８】また以上の各実施形態の画像観察装置Ｓを
図１２に示すように左右眼用に一対設けるように構成す
ることにより、両眼視差を用いて立体視が可能となり、
より自然に外界を観察することができる。
【００７９】例えば図３に示した実施形態の画像観察装
置を観察者の左右眼用に一対設けると、図１４に示すよ
うになる。ミラー３２と観察眼Ｅの位置関係を図１５に
示す。図１５は図１４を上から見た図である。ここで、
撮像系の画角を大きく設定すると、左右眼それぞれの撮
像系が干渉しないように構成するためには、図１６に示
すようにミラー３２の位置が観察眼Ｅに非常に近くなっ
てしまい、観察時に眼鏡の使用が不可能になったり、装
置が眼に近いため観察者に疲労感を与えてしまう。
【００８０】そこで本実施形態では図１７に示すように
ミラー３２の代わりに光学素子としてミラー８０を用
い、左右眼用一対の撮像系において光学要素８０を共用
することにより、装置を眼から離して配置することを可
能としている。
【００８１】尚、光学要素８０は平面ミラー、曲面ミラ
ー、又は半透過の平面ミラー、曲面ミラーであっても良
い。
【００８２】光学要素８０は画像観察装置として別個独
立に設けても良く、互いに共有する形で設けても良い。
【００８３】以上の実施例においては表示素子として液
晶素子を用いたが、例えばＥＬのような自発光型の素子
を用いても良い。
【００８４】また画像生成手段、画像合成手段を設けコ
ンピューターグラフィックスやビデオカメラなどで撮影
した画像を外界像に合成し表示して、現実空間と仮想空
間の融合空間を観察させるようにしても良い。
【００８５】例えば図１３に示すように、図１に示した
実施形態１に画像生成手段７０を設け、画像生成手段７
０で生成したコンピューターグラフィックスなどの画像
合成手段２６で外界像に合成し、表示素子１１に表示し
て観察させるように攻勢することが可能である。
【００８６】さらに以上の各実施形態の画像観察装置に
おいて直接外界を観察することができる光学シースルー
機能を持たせるように構成しても良い。例えば図１０ら
示した実施形態８において、面１２をハーフミラーと
し、さらにプリズムＰＺ１及びＰＺ２のそれぞれの面Ｐ
Ｚ１ｂ，ＰＺ２ａの面形状を最適化しノンパワーとし、
さらに偏光板などを設けるなどして表示素子１１から射
出する表示光束が撮像素子２３，２５に入射しないよう
にすることにより、光学シースルー機能を持たせること
ができる。
【００８７】
【発明の効果】本発明によれば、現実空間の外界情報と
コンピュータグラフィックス等の仮想空間の画像情報を
合成して観察するとき、ハイビジョンカメラ等の高解像
度のカメラを用いなくても、広い視野角の外界情報を違
和感なく良好に観察することができる画像観察装置を達
成することができる。
【００８８】特に本発明によれば、広い視野角を有する
画像観察装置の場合において、非常に大型であるハイビ
ジョン用カメラなどの高解像力のカメラを用いること無
しに、小型のカメラを用いて画質として違和感の無い外
界画像を観察可能とすることができる。さらに装置の小
型が可能となるため観察者の負担を減らすことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】図３の撮像系の歪曲収差の説明図
【図５】本発明の実施形態４の要部概略図
【図６】本発明の実施形態５の要部概略図
【図７】図６の観察系の歪曲収差の説明図
【図８】本発明の実施形態６の要部概略図
【図９】本発明の実施形態７の要部概略図
【図１０】本発明の実施形態８の要部概略図
【図１１】本発明の実施形態９の要部概略図
【図１２】本発明に係る画像観察システムの要部概略図
【図１３】図１の実施形態１の一部分を変更したときの
要部概略図
【図１４】本発明の画像観察システムを説明する為の要
部概略図
【図１５】本発明の画像観察システムを説明する為の要
部概略図
【図１６】本発明の画像観察システムを説明する為の要
部概略図
【図１７】本発明の画像観察システムの要部概略図
【符号の説明】
１０，３０ 観察系 ２０，４０，５０ 撮像系 ２０ａ 第二撮像系 ２０ｂ 第一撮像系 １１，３１ 表示素子 １２ ミラー １３，３３ 接眼光学系 ２１，４１ 結像光学系 ２２ ハーフミラー ２３，２５，４２，３１ 撮像素子 ２４ 変倍光学系 ２６ 画像合成手段 ４３ 画像歪み補正手段 ＰＺ１，ＰＺ２，ＰＺ３，ＰＺ４ プリズム ８０ 光学要素
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月１４日（２０００．３．１
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外界画像を撮像素子に結像させる撮像系
    と、該撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示
    する表示手段と、該表示手段からの光を眼球へ導く観察
    系を有する画像観察装置において、該撮像系は狭視野高
    解像の第一撮像系と、広視野低解像の第二撮像系を有し
    ており、該第一，第二撮像系からの外界画像を合成し、
    該表示手段に表示する画像合成手段を設けたことを特徴
    とする画像観察装置。
  2. 【請求項２】 前記撮像系は外界画像の観察時の水平方
    向視野角が３０度以上であることを特徴とする請求項１
    の画像観察装置。
  3. 【請求項３】 前記第一及び第二撮像系は、各々結像光
    学系を有し、互いの結像光学系は外界画像を各々の撮像
    素子に異なる倍率で結像させていることを特徴とする請
    求項１又は２の画像観察装置。
  4. 【請求項４】 前記第一及び第二撮像系は、外界画像を
    撮像素子に結像させる結像光学系を共用し、該第一撮像
    系の撮像素子の撮像面と第ニ撮像系の撮像素子の撮像面
    は大きさが異なっていることを特徴とする請求項１又は
    ２の画像観察装置。
  5. 【請求項５】 画像を生成する画像生成手段を有し、前
    記画像合成手段は、該画像生成手段からの画像と前記撮
    像系からの画像を合成して前記表示素子に表示している
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の画像
    観察装置。
  6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項の画像観
    察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴とす
    る画像観察システム。
  7. 【請求項７】 外界画像を撮像素子に結像させる撮像系
    と、該撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示
    し、該表示素子からの光を眼球へ導く観察系を有する画
    像観察装置において、該撮像系は視野周辺部において負
    の歪曲収差を有し、該撮像系により得られた外界画像の
    歪みを補正して該表示手段に表示する画像歪み補正手段
    を有することを特徴とする画像観察装置。
  8. 【請求項８】 前記撮像系は画像の観察時の水平方向視
    野角が３０度以上であることを特徴とする請求項７の画
    像観察装置。
  9. 【請求項９】 前記画像歪み補正手段は、前記撮像系に
    より取得した外界画像の歪みを電気的に補正して前記表
    示素子に表示していることを特徴とする請求項７又は８
    の画像観察装置。
  10. 【請求項１０】 前記画像歪み補正手段は、前記撮像系
    の歪みと逆の歪みを前記観察系で発生させて補正してい
    ることを特徴とする請求項７又は８の画像観察装置。
  11. 【請求項１１】 画像を生成する画像生成手段及び画像
    を合成する画像合成手段を有し、該画像合成手段は該画
    像生成手段からの画像と前記撮像系からの画像を合成し
    て前記表示素子に表示していることを特徴とする請求項
    ７から１０のいずれか１項の画像観察装置。
  12. 【請求項１２】 請求項７から１１のいずれか１項の画
    像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴
    とする画像観察システム。
  13. 【請求項１３】 前記撮像系の一部と前記観察系の一部
    を利用して外界像を直接観察することを特徴とする請求
    項１〜５，７〜１１のいずれか１項の画像観察装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３の画像観察装置を観察者の
    左右眼用に一対設けたことを特徴とする画像観察システ
    ム。
  15. 【請求項１５】 観察者の左右眼用に請求項１〜５，７
    〜１１のいずれか1項の画像観察装置を一対と、観察者
    の左右眼共用の１つの光学要素と、を有していることを
    特徴とする画像観察システム。
  16. 【請求項１６】 観察者の左右眼用に請求項１３の画像
    観察装置を一対と、観察者の左右眼共用の１つの光学要
    素と、を有していることを特徴とする画像観察システ
    ム。
  17. 【請求項１７】 前記観察系は頭部装着型であることを
    特徴とする請求項１〜５，７〜１１，１３のいずれか１
    項の画像観察装置。
  18. 【請求項１８】 前記撮影系と、観察系はいずれも頭部
    装着型であることを特徴とする請求項１〜５，７〜１
    １，１３のいずれか１項の画像観察装置。
  19. 【請求項１９】 前記１つの光学素子は平面ミラー、若
    しくは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラー、若しくは
    曲面ミラーであることを特徴とする請求項１５又は１６
    の画像観察システム。
  20. 【請求項２０】 頭部装着型であることを特徴とする請
    求項６，１２，１４，１５又は１９の画像観察システ
    ム。
  21. 【請求項２１】 外界画像を撮像素子に結像させる撮像
    光学系と、該撮像光学系により取得した外界画像を表示
    素子に表示する表示手段と、該表示手段からの光束を眼
    球へ導く観察系を有する画像観察装置を左右眼用に一対
    と、観察者の左右眼共用の１つの光学要素と、を有して
    いることを特徴とする画像観察システム。
  22. 【請求項２２】 前記画像観察システムは頭部装着型で
    あることを特徴とする請求項２１の画像観察システム。
  23. 【請求項２３】 前記１つの光学素子は平面ミラー、若
    しくは曲面ミラー、又は半透過の平面ミラー、若しくは
    曲面ミラーであることを特徴とする請求項２１又は２２
    の画像観察システム。
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