JP3604979B2 - 画像観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像光学系（撮像系）により取得した外界の光景（外界画像、外界情報）をディスプレイ装置（画像表示手段）に表示し観察できるようにした画像観察装置、あるいは現実の外界の光景（外界情報）にコンピューター等で人工的に作り出した画像（仮想画像）や、ビデオ等によって記録された映像を重ね合わせることによって様々な疑似的体験を行うといったことを目的とした画像観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、外界画像（外界情報）をＣＣＤカメラ等の撮影装置で電気信号に変換し、それをＣＲＴやＬＣＤなどの表示素子（表示手段）に表示し、接眼光学系を介して外界画像を観察（以下「ビデオシースルー観察」という。）し、あたかも外界を裸眼で観察しているように構成された画像観察装置が知られている。
【０００３】
又カメラによって撮像された外界画像にコンピューターグラフィックス等により生成された画像やビデオ等によって記録された映像を合成表示し、現実空間と仮想空間を合成し観察できるようにした画像観察装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような形態の画像観察装置は、裸眼で観察している場合に対し、物体の位置などを観察方向で一致させるために、撮像系の撮像光学系の外界側光軸と表示系の接眼光学系の眼球側光軸を一致させ、さらに撮像光学系の入射瞳は眼球光学系の入射瞳と等価な位置に配置している。
【０００５】
しかしながら、撮像光学系を眼球光学系に対して、全く等価な位置に配置すると、裸眼で外界を観察している場合に対し、画像表示手段で表示した物体の大きさが小さく知覚されるという問題が生じることが、実験的に得られている。
【０００６】
図１０はある大きさの物体を距離を変えて観察した場合に、裸眼観察時と、撮像光学系を眼球光学系に対して光学的に全く等価な位置に配置した装置によるビデオシースルー観察とで知覚される大きさを比較する実験を行った結果である。横軸が物体距離、縦軸がその大きさを示す。
【０００７】
図１０において、実線が裸眼観察時で破線がビデオシースルー観察時を表す。裸眼観察時に比べ、ビデオシースルー観察時の方が有意に物体の大きさが小さく感じられることがわかる。
【０００８】
本発明は、ビデオシースルー観察したときと裸眼観察したときとで同様な大きさで外界観察ができる画像観察装置の提供を目的とする。
【０００９】
この他本発明は、装置全体の小型化が図れ頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させることができる画像観察装置の提供を目的とする。
【００１０】
この他本発明は、撮像系において、一つの面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズムを使用することにより、装置全体の小型が図れ、また外界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、明るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸の一部は該接眼光学系の光軸の一部を外界側に延長した軸上に略一致しており、
かつ該接眼光学系内の該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳位置より外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸は、該接眼光学系の射出瞳位置を通り、接眼光学系の光軸の少なくても一部と一致する軸と略一致する部分を含み、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系は外界からの光束を偏向する第１のミラーを有し、また該接眼光学系は該表示素子からの光束を偏向する第２のミラーを有し、
該撮像光学系の外界と該第１のミラー間の光軸は、該接眼光学系の該第２のミラーと該接眼光学系の射出瞳間の光軸を延長した軸上に略一致しており、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明は請求項３の発明において、前記第１のミラーによる撮像光学系の光軸の偏向方向は、前記第２のミラーによる接眼光学系の光軸の偏向方向とは異なる方向であることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記接眼光学系の射出瞳と等価な位置に対する前記撮像光学系の入射瞳のずらし量をｄとしたとき
１０＜ｄ＜４０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１６】
請求項６の発明は請求項１〜５のいずれか１項の発明において、画像を生成する画像生成手段及び画像を合成する画像合成手段を有し、該画像合成手段は該画像生成手段からの画像と前記撮像系からの画像を合成し、該合成画像を前記表示素子に表示していることを特徴としている。
【００１７】
請求項７の発明は請求項１〜６のいずれか１項の発明において、前記撮像系は複数の面で構成されたプリズムを有し、該プリズムは透過作用及び全反射作用をする面を有しており、該プリズムを介した光束を正の光学的パワーを有する光学要素によって撮像素子に導光していることを特徴としている。
【００１８】
請求項８の発明は請求項１〜７のいずれか１項の発明において、前記撮像系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項９の発明は請求項１〜８のいずれか１項の発明において、前記表示系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴としている。
【００２０】
請求項１０の発明の画像観察システムは、請求項１〜９のいずれか１項の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２５】
請求項１５の発明の画像観察システムは、請求項９から１４のいずれか一項の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の画像観察装置の実施形態１の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段１１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系１０、外界の画像情報ＯＢを撮像素子２３に結像させる撮像系２０とを有し、該撮像系２０で得られた画像情報を信号処理手段ＳＰで信号処理し、電気信号に変換した後に該表示系１０の表示手段１１に表示し、該表示手段１１に表示した他の画像情報と共に観察眼Ｅで観察している。
【００２７】
表示系１０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段１１，接眼光学系１２，ミラー１３を有している。撮像系２０は、ミラー１３，正の光学的パワーを有する撮像光学系（「結像光学系」ともいう。）２１，ＣＣＤなどの撮像素子２３を有している。
【００２８】
まず表示系１０の構成について説明する。本実施形態において、例えばバックライト、偏光板、透過型液晶素子等で構成される表示手段１１からその画像情報に基づいて射出した表示光は接眼光学系１２を通過し、ミラー１３の表示系１０側の面１３ａで反射され、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。接眼光学系１２は表示手段１１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００２９】
次に撮像系２０について説明する。外界の物体ＯＢからの光束はミラー１３の撮像系２０側の面１３ｂで反射され、撮像光学系２１によって撮像素子２３上に結像される。ここで撮像系２０の外界側光軸Ｏ2は、表示系１０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ1の延長線と略一致させてある。２２は結像光学系２１の入射瞳である。
【００３０】
撮像系２０で撮像された外界画像情報は信号処理手段ＳＰで処理され電気信号に変換された後に表示手段１１に表示され、表示系１０により観察眼Ｅに導かれる。このとき、あたかも裸眼で外界の物体ＯＢを観察しているように構成している。
【００３１】
この時、特に撮像系２０の外界像の撮像画角（撮像素子２３のサイズと結像光学系２１の焦点距離及びその位置関係で決定される）を、表示系１０の表示画角（表示手段１１の表示素子のサイズと接眼光学系１２の焦点距離及びその位置関係で決定される）と略一致させることにより、ビデオシースルー観察時（表示手段１１の画像情報を観察すること）の外界観察倍率を裸眼観察時のそれと合わせている。
【００３２】
尚、本実施形態において、撮像系２０の撮像画角を、予め表示系１０の表示画角よりも大き目に設定し、撮影系で撮影した外界像の一部を切り取り表示系の表示画角と同じにして表示系１０の表示手段１１に表示して双方が等倍観察となるようにしても良い。
【００３３】
図１１に従来の画像観察装置の要部概略図を示す。尚、図１に示した本実施形態と同じ役割を果たすものに付いては同じ記号を付加し、説明を略す。
【００３４】
図１１に示すように従来の画像観察装置では、撮像系２０の結像光学系２１の入射瞳２２は観察眼Ｅの入射瞳Ｐと光学的に等価な位置になるように構成されていた。２２’はミラー１３による結像光学系２１の入射瞳２２の鏡像を示す。このような構成の装置で外界を表示手段１１に表示して観察した場合、外界に存在する物体ＯＢの大きさが、裸眼で観察する場合に比べ小さ目に知覚されてしまうという問題が生じる。
【００３５】
これを解決するために、本発明においては図１に示すように、撮像系２０の結像光学系２１及び撮像素子２３を従来の装置（図１１）よりも外界側にずらして配置する（ミラー１３側へ移動させる）、つまり撮像系２０の撮像光学系２１の入射瞳位置２２を、観察者の接眼光学系の入射瞳位置Ｐに対し点２２’となるように外界側にずらし量ｄだけずらして配置することにより、これを解決している。
【００３６】
このような構成とすることにより、外界空間の位置関係を保ったまま、物体の大きさ知覚を裸眼観察と合致させることができ、違和感の無い外界観察を可能としている。また入射瞳Ｐ近傍に光学要素を配置することが可能であるため、光学系の小型化を可能としている。
【００３７】
本実施形態において、このずらし量ｄを大きく取り過ぎると、観察者に近い距離（例えば３００ｍｍ程度）の空間においては、物体の距離感覚に対しての影響が大きくなり、裸眼で観察した場合に比べ物体が近い位置に感じられてしまう場合がある。
【００３８】
そこでずらし量ｄは６０ｍｍ以下が良く、好ましくは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが望ましい。また特に１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲に設定すると距離感に対する影響は、ほとんど知覚されなくなる。
【００３９】
（実施形態２）
図２は本発明の画像観察装置の実施形態２の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段３１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系３０、外界の画像情報を撮像素子４４に結像させるための撮像系４０とを有し、該撮像系４０で得られた画像情報を信号処理手段ＳＰで処理し、電気信号に変換した後に該表示系３０の表示手段３１に表示し、表示手段３１に表示した他の画像情報と共に観察眼Ｅで観察している。
【００４０】
表示系３０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段３１、ハーフミラー３２、球面又は非球面等の凹面ミラー（接眼光学系）３３を有している。撮像系４０は、ミラー４１、正の光学的パワーを有する撮像光学系（光学素子）４２、ＣＣＤなどの撮像素子４４を有している。
【００４１】
本実施形態において、例えばバックライト、偏光板、透過型液晶素子等で構成される表示手段３１からの画像情報に基づいて射出した表示光はハーフミラー３２でその一部が反射し、凹面ミラー３３で反射され、ハーフミラー３２でその一部が透過し、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。凹面ミラー３３は表示手段３１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００４２】
一方、外界の物体ＯＢからの光束はミラー４１で反射され、結像光学系４２によって撮像素子４４上に結像される。ここで撮像系４０の外界側光軸Ｏ４は、表示系３０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ３を延長した線と略一致させてある。
【００４３】
撮像系４０で撮像された外界画像情報は表示手段３１に表示され、表示系３０により観察眼Ｅに導かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察できるように構成されている。
【００４４】
結像光学系４２の入射瞳４３（４３’はミラー４１による入射瞳４３の鏡像を示す）は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、これによって実施形態１で述べたのと同様の理由により、違和感の無い外界観察を可能としている。
【００４５】
（実施形態３）
図３は本発明の画像観察装置の実施形態３の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段５１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系５０、外界の画像情報ＯＢを撮像素子６６に結像させるための撮像系６０とを有し、該撮像系６０で得られた画像情報を該表示系５０の表示手段５１に表示し、表示手段５１に表示した他の画像情報とともに観察眼Ｅで観察している。
【００４６】
表示系５０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段５１、結像作用をするプリズム体ＰＲ１を有している。撮像系６０は、各面が平面で構成されたプリズムＰＲ２、正の光学的パワーを有する撮像光学系６４、ＣＣＤなどの撮像素子６６を有している。
【００４７】
本実施形態において、例えばバックライト，偏光板，透過型液晶素子等で構成される表示手段５１からの画像情報に基づいて射出した表示光はプリズム体ＰＲ１の面５２で屈折されつつプリズム体ＰＲ１に入射し、臨界角以上の入射角度で面５３に入射し全反射され、曲面を有するミラー面５４で反射されて臨界角以下の入射角度で面５３に入射し屈折されつつプリズム体ＰＲ１を射出し、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。
【００４８】
プリズム体ＰＲ１は光学的パワーを有した面５４が光軸Ｏ５に対して傾いて配置されることに起因する収差を良好に補正するために、アジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称面で構成されており、接眼光学系の小型化を図っている。
【００４９】
プリズム体ＰＲ１は表示手段５１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００５０】
一方、外界の物体ＯＢからの光束は面６１で屈折されつつプリズムＰＲ２に入射し、ミラー面６２で反射され、臨界角以上の入射角度で面６１に入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面６３に入射し屈折されつつプリズムＰＲ２を射出し、結像光学系６４によって撮像素子６６上に結像される。
【００５１】
プリズムＰＲ２の各面は平面より成っているが、任意の面を曲面としても良い。撮像系６０の外界側の光軸Ｏ６は、表示系５０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ５の延長線と略一致させてある。
【００５２】
撮像系６０で撮像された外界画像情報は表示手段５１に表示され、表示系５０により観察眼Ｅに導かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察できるように構成されている。
【００５３】
尚、本実施形態においては、図４に示すように、プリズムＰＲ２の代わりにミラー面で光学系を構成する、つまりプリズムＰＲ２の面６１の代わりにハーフミラー６８を、同様に面６２の代わりにミラー６９で構成すると、撮像方向以外からの迷光（例えば光束６７）が撮像素子６６に入射し、ゴースト像を形成してしまう。
【００５４】
これを解決するために本実施形態においては、プリズムＰＲ２の透過及び反射作用を有する面６１で光束を反射させる際に全反射条件を満たすように構成している。これにより、撮像方向以外からの光が撮像素子６６に入射することを回避することができ、さらに光軸Ｏ６の折り畳みが可能となり光学系のレイアウトの自由度が増し、装置の小型化を可能としている。
【００５５】
また全反射を利用することにより外界光束を効率良く撮像素子６６に導くことを可能としており、これにより明るい像を得ている。
【００５６】
尚、本実施形態において図５に示すようにハーフミラー６８の外界側に偏光板１０１を、ミラー６９の外界側に１／４波長板１０２を、撮像光学系６４の直前に偏光板１０１とその吸収軸が直交するように設定された偏光板１０３を配置する構成としても良い。これによれば光束６７が撮像素子６６に入射することを避けることができる。
【００５７】
撮像方向からの光束は１／４波長板１０２を２回通過するため、偏光方向が９０度回転し、偏光板１０３を通過し結像光学系６４により撮像素子６６に導かれる。このようにハーフミラーを用いて撮像光学系を構成しても、ゴースト像の発生を回避できるが、波長板のように高価な素子が必要となり、構造も複雑になる傾向がある。
【００５８】
撮像光学系６４の入射瞳６５（６５’はプリズムＰＲ２による入射瞳６５の像を示す）は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、実施形態１で述べた理由と同様にして、違和感の無い外界観察を可能にしている。
【００５９】
また、図３に示したように撮像系６０の光軸の折り畳み（偏向）方向を表示系５０の光軸折り畳み（偏向）方向と異なる方向に設定することにより、装置全体の小型化を可能としている。この折り畳み方向は必ずしも逆方向である必要は無く、図６に示すように例えば直交方向に設定しても良い。
【００６０】
図６において表示系５０は図３に示した実施形態３と同じ機能を果たす。一方、外界の物体ＯＢからの光束は面７１で屈折されつつプリズムＰＲ３に入射し、ミラー面７２で反射され、臨界角以上の入射角度で面７１に入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面７３に入射し屈折されつつプリズムＰＲ３を射出し、結像光学系７４によって撮像素子７６上に結像される。
【００６１】
（実施形態４）
図７は本発明の画像観察装置の実施形態４の要部概略図である。本実施形態は図３の実施形態３に比べ撮像系６０が撮像系８０に代わっている点が異なっているだけであり、それ以外は同じ構成である。
【００６２】
図７において表示系５０は図３に示した実施形態３と同じ機能を果たす。外界の物体ＯＢからの光束は面８１で屈折されつつプリズム体ＰＲ４に入射し、曲面を有したミラー面８２で反射され、臨界角以上の入射角度で面８１に再び入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面８３に入射し屈折されつつプリズム体ＰＲ４を射出し、撮像素子８５上に結像される。
【００６３】
プリズム体ＰＲ４は光学的パワーを有した曲面８２が傾いて配置されることに起因する収差を良好に補正するために、アジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称面で構成されており、これにより撮像光学系の小型化を図っている。
【００６４】
撮像光学系（ＰＲ４）の入射瞳８４は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、実施形態１で述べた理由と同様にして、違和感の無い外界観察を可能にしている。
【００６５】
図８は本発明の画像観察装置における信号処理の要部ブロック図である。本発明においては、図８（Ａ）に示すように、表示手段９１に表示する画像は撮像系９０で取得した外界画像情報をそのまま表示するだけでなく、図８（Ｂ）に示すように撮像系９０で取得した外界画像情報に、画像生成手段９２で生成した画像情報（コンピューターグラフィックス等により生成された画像やビデオ等によって記録された映像など）を画像合成手段９３で合成して表示手段９１に表示するようにしても良い。
【００６６】
また以上の各実施形態の画像観察装置Ｓを図９に示すように観察者の左右眼用に一対設けるように構成することにより、両眼視差を用いれば立体視が可能となり、より自然に外界を観察することが可能な画像観察システムを構築することができる。
【００６７】
また以上の実施形態においては、表示素子として透過型液晶素子を用いたが、反射型の液晶素子やＥＬなどの自発光型の素子を用いても良い。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、以上の構成とすることにより、ビデオシースルー観察したときと裸眼観察したときとで同様な大きさで外界観察ができる画像観察装置を達成することができる。
【００６９】
又本発明によれば、装置全体の小型化が図れ頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させることができる画像観察装置の提供を達成することができる。
【００７０】
又本発明によれば、撮像系において、一つの面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズムを使用することにより、装置全体の小型が図れ、また外界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、明るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】本発明と比較する為の画像観察装置の要部概略図
【図５】本発明の実施形態３の一部を変更したときの要部概略図
【図６】本発明の実施形態３の一部を変更したときの要部概略図
【図７】本発明の実施形態４の要部概略図
【図８】本発明の画像観察装置に係る信号処理工程の要部ブロック図
【図９】本発明の画像観察システムの要部概略図
【図１０】裸眼観察時とビデオシースルー観察時の知覚される物体の大きさの説明図
【図１１】従来の画像観察装置の要部概略図
【符号の説明】
Ｓ 画像観察装置
１０，３０，５０ 表示系
２０，４０，６０ 観察系
１１，３１，５１ 表示手段
１２，３３ 接眼光学系
１３，４１ ミラー
２１，４２ 撮像光学系
２２，４３ 絞り（入射瞳）
２３，４４，６６ 撮像素子
３２ ハーフミラー
Ｐ 入射瞳
Ｅ 観察眼
３３ 凹面ミラー
ＰＲ１，ＰＲ４ プリズム体
Ｏ１，Ｏ３，Ｏ５ 表示系の光軸
Ｏ２，Ｏ４，Ｏ６ 撮像系の光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像光学系（撮像系）により取得した外界の光景（外界画像、外界情報）をディスプレイ装置（画像表示手段）に表示し観察できるようにした画像観察装置、あるいは現実の外界の光景（外界情報）にコンピューター等で人工的に作り出した画像（仮想画像）や、ビデオ等によって記録された映像を重ね合わせることによって様々な疑似的体験を行うといったことを目的とした画像観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、外界画像（外界情報）をＣＣＤカメラ等の撮影装置で電気信号に変換し、それをＣＲＴやＬＣＤなどの表示素子（表示手段）に表示し、接眼光学系を介して外界画像を観察（以下「ビデオシースルー観察」という。）し、あたかも外界を裸眼で観察しているように構成された画像観察装置が知られている。
【０００３】
又カメラによって撮像された外界画像にコンピューターグラフィックス等により生成された画像やビデオ等によって記録された映像を合成表示し、現実空間と仮想空間を合成し観察できるようにした画像観察装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような形態の画像観察装置は、裸眼で観察している場合に対し、物体の位置などを観察方向で一致させるために、撮像系の撮像光学系の外界側光軸と表示系の接眼光学系の眼球側光軸を一致させ、さらに撮像光学系の入射瞳は眼球光学系の入射瞳と等価な位置に配置している。
【０００５】
しかしながら、撮像光学系を眼球光学系に対して、全く等価な位置に配置すると、裸眼で外界を観察している場合に対し、画像表示手段で表示した物体の大きさが小さく知覚されるという問題が生じることが、実験的に得られている。
【０００６】
図１０はある大きさの物体を距離を変えて観察した場合に、裸眼観察時と、撮像光学系を眼球光学系に対して光学的に全く等価な位置に配置した装置によるビデオシースルー観察とで知覚される大きさを比較する実験を行った結果である。横軸が物体距離、縦軸がその大きさを示す。
【０００７】
図１０において、実線が裸眼観察時で破線がビデオシースルー観察時を表す。裸眼観察時に比べ、ビデオシースルー観察時の方が有意に物体の大きさが小さく感じられることがわかる。
【０００８】
本発明は、ビデオシースルー観察したときと裸眼観察したときとで同様な大きさで外界観察ができる画像観察装置の提供を目的とする。
【０００９】
この他本発明は、装置全体の小型化が図れ頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させることができる画像観察装置の提供を目的とする。
【００１０】
この他本発明は、撮像系において、一つの面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズムを使用することにより、装置全体の小型が図れ、また外界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、明るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸の一部は該接眼光学系の光軸の一部を外界側に延長した軸上に略一致しており、
かつ該接眼光学系内の該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳位置より外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸は、該接眼光学系の射出瞳位置を通り、接眼光学系の光軸の少なくても一部と一致する軸と略一致する部分を含み、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明の画像観察装置は、撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系は外界からの光束を偏向する第１のミラーを有し、また該接眼光学系は該表示素子からの光束を偏向する第２のミラーを有し、
該撮像光学系の外界と該第１のミラー間の光軸は、該接眼光学系の該第２のミラーと該接眼光学系の射出瞳間の光軸を延長した軸上に略一致しており、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明は請求項３の発明において、前記第１のミラーによる撮像光学系の光軸の偏向方向は、前記第２のミラーによる接眼光学系の光軸の偏向方向とは異なる方向であることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記接眼光学系の射出瞳と等価な位置に対する前記撮像光学系の入射瞳のずらし量をｄとしたとき
１０＜ｄ＜４０（ｍｍ）
を満足していることを特徴としている。
【００１６】
請求項６の発明は請求項１〜５のいずれか１項の発明において、画像を生成する画像生成手段及び画像を合成する画像合成手段を有し、該画像合成手段は該画像生成手段からの画像と前記撮像系からの画像を合成し、該合成画像を前記表示素子に表示していることを特徴としている。
【００１７】
請求項７の発明は請求項１〜６のいずれか１項の発明において、前記撮像系は複数の面で構成されたプリズムを有し、該プリズムは透過作用及び全反射作用をする面を有しており、該プリズムを介した光束を正の光学的パワーを有する光学要素によって撮像素子に導光していることを特徴としている。
【００１８】
請求項８の発明は請求項１〜７のいずれか１項の発明において、前記撮像系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項９の発明は請求項１〜８のいずれか１項の発明において、前記表示系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴としている。
【００２０】
請求項１０の発明の画像観察システムは、請求項１〜９のいずれか１項の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２５】
請求項１５の発明の画像観察システムは、請求項９から１４のいずれか一項の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の画像観察装置の実施形態１の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段１１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系１０、外界の画像情報ＯＢを撮像素子２３に結像させる撮像系２０とを有し、該撮像系２０で得られた画像情報を信号処理手段ＳＰで信号処理し、電気信号に変換した後に該表示系１０の表示手段１１に表示し、該表示手段１１に表示した他の画像情報と共に観察眼Ｅで観察している。
【００２７】
表示系１０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段１１，接眼光学系１２，ミラー１３を有している。撮像系２０は、ミラー１３，正の光学的パワーを有する撮像光学系（「結像光学系」ともいう。）２１，ＣＣＤなどの撮像素子２３を有している。
【００２８】
まず表示系１０の構成について説明する。本実施形態において、例えばバックライト、偏光板、透過型液晶素子等で構成される表示手段１１からその画像情報に基づいて射出した表示光は接眼光学系１２を通過し、ミラー１３の表示系１０側の面１３ａで反射され、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。接眼光学系１２は表示手段１１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００２９】
次に撮像系２０について説明する。外界の物体ＯＢからの光束はミラー１３の撮像系２０側の面１３ｂで反射され、撮像光学系２１によって撮像素子２３上に結像される。ここで撮像系２０の外界側光軸Ｏ2は、表示系１０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ1の延長線と略一致させてある。２２は結像光学系２１の入射瞳である。
【００３０】
撮像系２０で撮像された外界画像情報は信号処理手段ＳＰで処理され電気信号に変換された後に表示手段１１に表示され、表示系１０により観察眼Ｅに導かれる。このとき、あたかも裸眼で外界の物体ＯＢを観察しているように構成している。
【００３１】
この時、特に撮像系２０の外界像の撮像画角（撮像素子２３のサイズと結像光学系２１の焦点距離及びその位置関係で決定される）を、表示系１０の表示画角（表示手段１１の表示素子のサイズと接眼光学系１２の焦点距離及びその位置関係で決定される）と略一致させることにより、ビデオシースルー観察時（表示手段１１の画像情報を観察すること）の外界観察倍率を裸眼観察時のそれと合わせている。
【００３２】
尚、本実施形態において、撮像系２０の撮像画角を、予め表示系１０の表示画角よりも大き目に設定し、撮影系で撮影した外界像の一部を切り取り表示系の表示画角と同じにして表示系１０の表示手段１１に表示して双方が等倍観察となるようにしても良い。
【００３３】
図１１に従来の画像観察装置の要部概略図を示す。尚、図１に示した本実施形態と同じ役割を果たすものに付いては同じ記号を付加し、説明を略す。
【００３４】
図１１に示すように従来の画像観察装置では、撮像系２０の結像光学系２１の入射瞳２２は観察眼Ｅの入射瞳Ｐと光学的に等価な位置になるように構成されていた。２２’はミラー１３による結像光学系２１の入射瞳２２の鏡像を示す。このような構成の装置で外界を表示手段１１に表示して観察した場合、外界に存在する物体ＯＢの大きさが、裸眼で観察する場合に比べ小さ目に知覚されてしまうという問題が生じる。
【００３５】
これを解決するために、本発明においては図１に示すように、撮像系２０の結像光学系２１及び撮像素子２３を従来の装置（図１１）よりも外界側にずらして配置する（ミラー１３側へ移動させる）、つまり撮像系２０の撮像光学系２１の入射瞳位置２２を、観察者の接眼光学系の入射瞳位置Ｐに対し点２２’となるように外界側にずらし量ｄだけずらして配置することにより、これを解決している。
【００３６】
このような構成とすることにより、外界空間の位置関係を保ったまま、物体の大きさ知覚を裸眼観察と合致させることができ、違和感の無い外界観察を可能としている。また入射瞳Ｐ近傍に光学要素を配置することが可能であるため、光学系の小型化を可能としている。
【００３７】
本実施形態において、このずらし量ｄを大きく取り過ぎると、観察者に近い距離（例えば３００ｍｍ程度）の空間においては、物体の距離感覚に対しての影響が大きくなり、裸眼で観察した場合に比べ物体が近い位置に感じられてしまう場合がある。
【００３８】
そこでずらし量ｄは６０ｍｍ以下が良く、好ましくは５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが望ましい。また特に１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲に設定すると距離感に対する影響は、ほとんど知覚されなくなる。
【００３９】
（実施形態２）
図２は本発明の画像観察装置の実施形態２の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段３１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系３０、外界の画像情報を撮像素子４４に結像させるための撮像系４０とを有し、該撮像系４０で得られた画像情報を信号処理手段ＳＰで処理し、電気信号に変換した後に該表示系３０の表示手段３１に表示し、表示手段３１に表示した他の画像情報と共に観察眼Ｅで観察している。
【００４０】
表示系３０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段３１、ハーフミラー３２、球面又は非球面等の凹面ミラー（接眼光学系）３３を有している。撮像系４０は、ミラー４１、正の光学的パワーを有する撮像光学系（光学素子）４２、ＣＣＤなどの撮像素子４４を有している。
【００４１】
本実施形態において、例えばバックライト、偏光板、透過型液晶素子等で構成される表示手段３１からの画像情報に基づいて射出した表示光はハーフミラー３２でその一部が反射し、凹面ミラー３３で反射され、ハーフミラー３２でその一部が透過し、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。凹面ミラー３３は表示手段３１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００４２】
一方、外界の物体ＯＢからの光束はミラー４１で反射され、結像光学系４２によって撮像素子４４上に結像される。ここで撮像系４０の外界側光軸Ｏ４は、表示系３０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ３を延長した線と略一致させてある。
【００４３】
撮像系４０で撮像された外界画像情報は表示手段３１に表示され、表示系３０により観察眼Ｅに導かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察できるように構成されている。
【００４４】
結像光学系４２の入射瞳４３（４３’はミラー４１による入射瞳４３の鏡像を示す）は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、これによって実施形態１で述べたのと同様の理由により、違和感の無い外界観察を可能としている。
【００４５】
（実施形態３）
図３は本発明の画像観察装置の実施形態３の要部概略図である。本実施形態による画像観察装置Ｓは表示手段５１に表示した画像情報を観察眼Ｅに導くための表示系５０、外界の画像情報ＯＢを撮像素子６６に結像させるための撮像系６０とを有し、該撮像系６０で得られた画像情報を該表示系５０の表示手段５１に表示し、表示手段５１に表示した他の画像情報とともに観察眼Ｅで観察している。
【００４６】
表示系５０は、ＬＣＤやＥＬパネルなどの表示手段５１、結像作用をするプリズム体ＰＲ１を有している。撮像系６０は、各面が平面で構成されたプリズムＰＲ２、正の光学的パワーを有する撮像光学系６４、ＣＣＤなどの撮像素子６６を有している。
【００４７】
本実施形態において、例えばバックライト，偏光板，透過型液晶素子等で構成される表示手段５１からの画像情報に基づいて射出した表示光はプリズム体ＰＲ１の面５２で屈折されつつプリズム体ＰＲ１に入射し、臨界角以上の入射角度で面５３に入射し全反射され、曲面を有するミラー面５４で反射されて臨界角以下の入射角度で面５３に入射し屈折されつつプリズム体ＰＲ１を射出し、観察眼Ｅの入射瞳Ｐに導かれる。
【００４８】
プリズム体ＰＲ１は光学的パワーを有した面５４が光軸Ｏ５に対して傾いて配置されることに起因する収差を良好に補正するために、アジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称面で構成されており、接眼光学系の小型化を図っている。
【００４９】
プリズム体ＰＲ１は表示手段５１の表示素子面の拡大虚像を例えば２ｍ先に形成するように位置及び焦点距離等が決められており、その射出瞳は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに一致させてある。
【００５０】
一方、外界の物体ＯＢからの光束は面６１で屈折されつつプリズムＰＲ２に入射し、ミラー面６２で反射され、臨界角以上の入射角度で面６１に入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面６３に入射し屈折されつつプリズムＰＲ２を射出し、結像光学系６４によって撮像素子６６上に結像される。
【００５１】
プリズムＰＲ２の各面は平面より成っているが、任意の面を曲面としても良い。撮像系６０の外界側の光軸Ｏ６は、表示系５０の観察眼Ｅ側の光軸Ｏ５の延長線と略一致させてある。
【００５２】
撮像系６０で撮像された外界画像情報は表示手段５１に表示され、表示系５０により観察眼Ｅに導かれ、あたかも裸眼で観察しているように外界を観察できるように構成されている。
【００５３】
尚、本実施形態においては、図４に示すように、プリズムＰＲ２の代わりにミラー面で光学系を構成する、つまりプリズムＰＲ２の面６１の代わりにハーフミラー６８を、同様に面６２の代わりにミラー６９で構成すると、撮像方向以外からの迷光（例えば光束６７）が撮像素子６６に入射し、ゴースト像を形成してしまう。
【００５４】
これを解決するために本実施形態においては、プリズムＰＲ２の透過及び反射作用を有する面６１で光束を反射させる際に全反射条件を満たすように構成している。これにより、撮像方向以外からの光が撮像素子６６に入射することを回避することができ、さらに光軸Ｏ６の折り畳みが可能となり光学系のレイアウトの自由度が増し、装置の小型化を可能としている。
【００５５】
また全反射を利用することにより外界光束を効率良く撮像素子６６に導くことを可能としており、これにより明るい像を得ている。
【００５６】
尚、本実施形態において図５に示すようにハーフミラー６８の外界側に偏光板１０１を、ミラー６９の外界側に１／４波長板１０２を、撮像光学系６４の直前に偏光板１０１とその吸収軸が直交するように設定された偏光板１０３を配置する構成としても良い。これによれば光束６７が撮像素子６６に入射することを避けることができる。
【００５７】
撮像方向からの光束は１／４波長板１０２を２回通過するため、偏光方向が９０度回転し、偏光板１０３を通過し結像光学系６４により撮像素子６６に導かれる。このようにハーフミラーを用いて撮像光学系を構成しても、ゴースト像の発生を回避できるが、波長板のように高価な素子が必要となり、構造も複雑になる傾向がある。
【００５８】
撮像光学系６４の入射瞳６５（６５’はプリズムＰＲ２による入射瞳６５の像を示す）は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、実施形態１で述べた理由と同様にして、違和感の無い外界観察を可能にしている。
【００５９】
また、図３に示したように撮像系６０の光軸の折り畳み（偏向）方向を表示系５０の光軸折り畳み（偏向）方向と異なる方向に設定することにより、装置全体の小型化を可能としている。この折り畳み方向は必ずしも逆方向である必要は無く、図６に示すように例えば直交方向に設定しても良い。
【００６０】
図６において表示系５０は図３に示した実施形態３と同じ機能を果たす。一方、外界の物体ＯＢからの光束は面７１で屈折されつつプリズムＰＲ３に入射し、ミラー面７２で反射され、臨界角以上の入射角度で面７１に入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面７３に入射し屈折されつつプリズムＰＲ３を射出し、結像光学系７４によって撮像素子７６上に結像される。
【００６１】
（実施形態４）
図７は本発明の画像観察装置の実施形態４の要部概略図である。本実施形態は図３の実施形態３に比べ撮像系６０が撮像系８０に代わっている点が異なっているだけであり、それ以外は同じ構成である。
【００６２】
図７において表示系５０は図３に示した実施形態３と同じ機能を果たす。外界の物体ＯＢからの光束は面８１で屈折されつつプリズム体ＰＲ４に入射し、曲面を有したミラー面８２で反射され、臨界角以上の入射角度で面８１に再び入射し全反射され、臨界角以下の入射角度で面８３に入射し屈折されつつプリズム体ＰＲ４を射出し、撮像素子８５上に結像される。
【００６３】
プリズム体ＰＲ４は光学的パワーを有した曲面８２が傾いて配置されることに起因する収差を良好に補正するために、アジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称面で構成されており、これにより撮像光学系の小型化を図っている。
【００６４】
撮像光学系（ＰＲ４）の入射瞳８４は観察眼Ｅの入射瞳Ｐに対して距離ｄだけ外界側にずらして配置されており、実施形態１で述べた理由と同様にして、違和感の無い外界観察を可能にしている。
【００６５】
図８は本発明の画像観察装置における信号処理の要部ブロック図である。本発明においては、図８（Ａ）に示すように、表示手段９１に表示する画像は撮像系９０で取得した外界画像情報をそのまま表示するだけでなく、図８（Ｂ）に示すように撮像系９０で取得した外界画像情報に、画像生成手段９２で生成した画像情報（コンピューターグラフィックス等により生成された画像やビデオ等によって記録された映像など）を画像合成手段９３で合成して表示手段９１に表示するようにしても良い。
【００６６】
また以上の各実施形態の画像観察装置Ｓを図９に示すように観察者の左右眼用に一対設けるように構成することにより、両眼視差を用いれば立体視が可能となり、より自然に外界を観察することが可能な画像観察システムを構築することができる。
【００６７】
また以上の実施形態においては、表示素子として透過型液晶素子を用いたが、反射型の液晶素子やＥＬなどの自発光型の素子を用いても良い。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、以上の構成とすることにより、ビデオシースルー観察したときと裸眼観察したときとで同様な大きさで外界観察ができる画像観察装置を達成することができる。
【００６９】
又本発明によれば、装置全体の小型化が図れ頭部に搭載したときに観察者への負担を軽減させることができる画像観察装置の提供を達成することができる。
【００７０】
又本発明によれば、撮像系において、一つの面で透過作用と全反射作用を有する面を持ったプリズムを使用することにより、装置全体の小型が図れ、また外界光束を効率よく撮像素子に導くことが可能となり、明るい外界画像を容易に得ることができる画像観察装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】本発明と比較する為の画像観察装置の要部概略図
【図５】本発明の実施形態３の一部を変更したときの要部概略図
【図６】本発明の実施形態３の一部を変更したときの要部概略図
【図７】本発明の実施形態４の要部概略図
【図８】本発明の画像観察装置に係る信号処理工程の要部ブロック図
【図９】本発明の画像観察システムの要部概略図
【図１０】裸眼観察時とビデオシースルー観察時の知覚される物体の大きさの説明図
【図１１】従来の画像観察装置の要部概略図
【符号の説明】
Ｓ 画像観察装置
１０，３０，５０ 表示系
２０，４０，６０ 観察系
１１，３１，５１ 表示手段
１２，３３ 接眼光学系
１３，４１ ミラー
２１，４２ 撮像光学系
２２，４３ 絞り（入射瞳）
２３，４４，６６ 撮像素子
３２ ハーフミラー
Ｐ 入射瞳
Ｅ 観察眼
３３ 凹面ミラー
ＰＲ１，ＰＲ４ プリズム体
Ｏ１，Ｏ３，Ｏ５ 表示系の光軸
Ｏ２，Ｏ４，Ｏ６ 撮像系の光軸
Claims (10)
- 撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸の一部は該接眼光学系の光軸の一部を外界側に延長した軸上に略一致しており、
かつ該接眼光学系内の該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳位置より外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴とする画像観察装置。 - 撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系の光軸は、該接眼光学系の射出瞳位置を通り、接眼光学系の光軸の少なくても一部と一致する軸と略一致する部分を含み、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴とする画像観察装置。 - 撮像光学系を介して外界像を所定の撮像画角で取得する撮像系と、
該撮像系により取得した外界像を表示素子に表示し、接眼光学系を介して該撮像画角と略一致する表示画角で眼球へ導く表示系と、
を有する画像観察装置において、
該撮像光学系は外界からの光束を偏向する第１のミラーを有し、また該接眼光学系は該表示素子からの光束を偏向する第２のミラーを有し、
該撮像光学系の外界と該第１のミラー間の光軸は、該接眼光学系の該第２のミラーと該接眼光学系の射出瞳間の光軸を延長した軸上に略一致しており、
かつ、該軸上の該撮像光学系の入射瞳と等価な位置が該接眼光学系の射出瞳よりも外界側にずらして配置され、該接眼光学系の射出瞳位置に対する該撮像光学系の入射瞳位置と等価な位置のずらし量をｄとするとき、
５＜ｄ＜６０（ｍｍ）
を満足していることを特徴とする画像観察装置。 - 前記第１のミラーによる撮像光学系の光軸の偏向方向は、前記第２のミラーによる接眼光学系の光軸の偏向方向とは異なる方向であることを特徴とする請求項３の画像観察装置。
- 前記接眼光学系の射出瞳と等価な位置に対する前記撮像光学系の入射瞳のずらし量をｄとしたとき
１０＜ｄ＜４０（ｍｍ）
を満足していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の画像観察装置。 - 画像を生成する画像生成手段及び画像を合成する画像合成手段を有し、該画像合成手段は該画像生成手段からの画像と前記撮像系からの画像を合成し、該合成画像を前記表示素子に表示していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項の画像観察装置。
- 前記撮像系は複数の面で構成されたプリズムを有し、該プリズムは透過作用及び全反射作用をする面を有しており、該プリズムを介した光束を正の光学的パワーを有する光学要素によって撮像素子に導光していることを特徴とする請求項１〜６のい ずれか１項の画像観察装置。
- 前記撮像系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の画像観察装置。
- 前記表示系はアジムス角度により光学的パワーの異なる偏心した非回転対称反射面を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項の画像観察装置。
- 請求項１〜９のいずれか１項の画像観察装置を観察者の左右眼用に一対設けたことを特徴とする画像観察システム。
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1999
- 1999-11-08 JP JP31656899A patent/JP3604979B2/ja not_active Expired - Lifetime
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