JP2003207743A

JP2003207743A - 立体観察装置

Info

Publication number: JP2003207743A
Application number: JP2002007780A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takahashi; 進高橋; Kazuo Morita; 和雄森田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-07-25
Also published as: US20030133191A1

Abstract

(57)【要約】【課題】明るい画像が得られ、観察者が観察できる瞳位
置の自由度が大きく、瞳を振っても画像の歪みが発生せ
ず、楽な観察姿勢で容易に立体観察することが可能なメ
ガネなしタイプの個人用立体観察装置を提供する。【解決手段】２つの開口２Ｒ（２Ｌ）から画像を投影す
る投影光学系１Ｒ（１Ｌ）と、結像光学系３とを備えて
構成されている。結像光学系３は、表示面位置に配置さ
れており、投影光学系の開口２Ｒ（２Ｌ）の像を観察用
の瞳位置に結像するように構成されている。さらに、表
示面位置には、観察用の瞳を拡大する拡散光学系５が配
置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、個人がメガネを使
用しないで３Ｄ観察するタイプの立体観察装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の立体観察装置としては、
特開昭５１−２４１１６号公報に記載の観察装置が提案
されている。この観察装置は、図２０に示すように、２
つの表示装置５１Ｒ，５１Ｌと、２つの凹面鏡５２Ｒ，
５２Ｌと、凹面鏡５２Ｒ，５２Ｌに対向して設けられた
１枚の凹面鏡５３とで構成されている。凹面鏡５２Ｒ，
５２Ｌは、共に、曲率半径及び曲率中心点を一致させて
構成されている。なお、図２０中、５４Ｒ，５４Ｌは観
察者の左右の瞳である。

【０００３】図２１は図２０の装置を側方からみた図で
ある。なお、図２１では説明の便宜上、上下を逆にして
示してある。また、表示装置は図示を省略してある。ま
た、図２１中、５４Ｒ’（５４Ｌ’），５４Ｒ”（５４
Ｌ”）は、観察者の瞳と共役な位置を示している。図２
０に示した表示装置５１Ｒ（５１Ｌ）は、図２１に示す
無限遠の位置Ｐ_R（∞）（Ｐ_L（∞））から焦点位置Ｐ_R
（ｆ）（Ｐ_L（ｆ））までの範囲に配置されている。

【０００４】表示装置５１Ｒ（５１Ｌ）を無限遠の位置
Ｐ_R（∞）（Ｐ_L（∞））の位置に配置した場合は、表示
装置５１Ｒ（５１Ｌ）から出射した光が、凹面鏡５２Ｒ
（５２Ｌ）で反射した後、凹面鏡５３の前側焦点位置Ａ
で結像し、凹面鏡５３で反射し、平行光となって観察者
の瞳５４Ｒ（５４Ｌ）に導かれる。表示装置５１Ｒ（５
１Ｌ）を凹面鏡５２Ｒ（５２Ｌ）の前側焦点位置Ｐ
_R（ｆ）（Ｐ_L（ｆ））に配置した場合は、表示装置５１
Ｒ（５１Ｌ）から出射した光が、凹面鏡５２Ｒ（５２
Ｌ）で反射した後、平行光となり、凹面鏡５３で反射し
た後、凹面鏡５３の後側焦点位置Ｂで結像し、その後、
像が広がって観察者の瞳５４Ｒ（５４Ｌ）に導かれる。
そして、このような従来の観察装置によれば、ハーフミ
ラーを用いないで構成されているので、明るい３Ｄ画像
を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この立体観察
装置のように、輻輳と焦点位置とが大きくずれている
と、観察時に立体感が得ずらい。また、上記のような立
体観察装置では、像に歪みの発生する凹面鏡が２枚対面
させているため、対面する２枚の凹面鏡の配置が、歪み
を補い合うような配置に限定されるが、このような構成
では、凹面鏡の取り付け誤差に対して像の歪みや焦点位
置の変動が大きくなってしまう。このような問題を抑え
るためには、凹面鏡の面精度を高精度に保つことが必要
となるが、それでは凹面鏡の製作及び取り付けコストが
高価なものになってしまう。

【０００６】また、観察者が対面する面が凹面鏡である
ため、観察位置のずれに対しても像の歪みが大きく観察
の自由度が少なく、観察位置及び観察姿勢が限定させら
れてしまい、観察時の取扱いが不便であった。また、観
察の自由度を上げるためには、射出瞳を大きくする必要
があるが、上記のような構成の観察装置において射出瞳
を大きくするには、凹面鏡を大きくしなければならず、
表示装置全体が大型化してしまう。

【０００７】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、明るい画像が得られ、観察者が観察
できる瞳位置の自由度が大きく、瞳を振っても画像の歪
みが発生せず、楽な観察姿勢で容易に立体観察すること
が可能なメガネなしタイプの個人用立体観察装置を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
め、本発明による立体観察装置は、２つの開口から同一
平面上に画像を投影し、該平面に配置した結像手段を介
して、観察用の瞳位置に前記２つの開口の像を結像させ
るようにしたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明による立体観察装置は、２つ
の開口から同一平面上に画像を投影する投影装置と、前
記平面上又はその近傍に配置された、前記２つの開口の
像を観察用の瞳位置に結像させる結像手段を有する平面
状の表示パネルとを備えたことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施例の説明に先立ち、本発明の
作用効果を説明する。上述のように、本発明による立体
観察装置は、２つの開口から画像を投影する投影光学系
と、表示面位置に配置した、投影光学系の開口の像を観
察用の瞳位置に結像するための結像光学系とを備えて構
成されている。なお、上記構成に加えて、表示面位置に
は瞳拡大のための拡散光学系をさらに配置すると好まし
い。

【００１１】このように構成された本発明の立体観察装
置によれば、投影光学系は、２つの開口を持つ投影光学
系から同一の表示面にそれぞれ画像を投影し、２つの開
口を経て画像を表示面に結像する。また、表示面に配置
された結像光学系は、２つの開口の像を観察用の瞳位置
に結像する。また、表示面に配置された拡散光学系は、
２つの開口の投影像である２つの射出瞳を、互いの瞳が
重なりあわない範囲で拡大する。これにより、表示面に
対して２つの開口から互いに視差を持って投影された投
影光束が、拡大されながらも分離された状態で観察用の
瞳位置に結像するため、２つの開口に左右の視差を有す
る画像を表示させることで、２つの開口に対応する観察
用の瞳位置に左右の視差を持った画像を大きく投影する
ことができる。このため観察者は、メガネを使用するこ
となく、楽な姿勢で３Ｄ観察をすることができる。

【００１２】そして、本発明の立体観察装置のように、
左右の投影画像を同一表示面位置に画像を結像する構成
とすれば、観察者の左右の瞳の輻輳位置と画像のピント
位置とが一致できるので、人間光学的に観察者に違和感
を与えることがない。このため、観察者は、疲れること
なく楽に３Ｄ観察をすることができる。

【００１３】また、左右の開口を観察用の瞳位置に拡大
投影するようにすれば、眼を置く位置の自由度を大きく
とることができ、観察者は楽な姿勢で観察できる。

【００１４】また、表示面位置に拡散光学系を設けれ
ば、投影光学系の瞳をそれほど大きくしなくて済み、投
影光学系の画質向上や小型化が図れる。

【００１５】しかも、表示面に拡散光学系を設ければ、
投影光学系内の光束内での収差補正の違いによる影響を
受けなくすることができる。すなわち、表示面上で拡散
作用によって光束が均一化されるため、観察者は、観察
用の瞳のどこに眼を置いても同じ歪まない画像を観察す
ることができる。

【００１６】また、本発明の立体観察装置のように、左
右画像の瞳結像手段を配置すれば、画質劣化がない。な
お、瞳結像手段にフレネル面を用いても画質劣化がな
い。

【００１７】また、瞳拡大作用を左右画像の結像位置に
もたせれば、画質劣化がない。

【００１８】また、本発明の立体観察装置において、観
察用の瞳に結像するための結像光学系と、瞳拡大のため
の拡散光学系とを、１枚の平板パネルの構成要素として
配置すれば、コンパクト化でき、平板パネルを傾けて構
成しても著しい画質の劣化を抑えることができる。

【００１９】以下、本発明の具体的な実施形態及び実施
例を説明する。図１は本発明の立体観察装置の原理説明
図で、(a)は透過型立体観察装置の一実施形態を示す概
略構成図、(b)は反射型立体観察装置の一実施形態を示
す概略構成図である。なお、図１(b)では便宜上右眼用
の構成についてのみ示してあり、左眼用の構成は省略し
てある。図１(a)，(b)に示す立体観察装置は、投影装置
の投影光学系１Ｒ，１Ｌと、結像光学系３と、拡散光学
系（図１においては図示を省略）とを備えて構成されて
いる。投影光学系１Ｒ，１Ｌは、２つの開口２Ｒ，２Ｌ
から画像を同一の表示面に投影するように設けられてい
る。結像光学系３は、投影光学系の開口２Ｒ，２Ｌの像
を観察者の瞳４Ｒ，４Ｌに結像するように設けられてい
る。拡散光学系は、観察用の瞳を拡大する作用を有して
いる。また、結像光学系３と拡散光学系は表示面位置に
配置されている。

【００２０】表示面位置は投影装置から投影される画像
の結像位置となっている。そして、この結像位置に配置
された結像光学系３として、透過型立体観察装置では、
フレネルレンズが、反射型立体観察装置ではフレネルミ
ラーが設けられている。フレネルミラー、フレネルレン
ズは、それぞれ２つの開口２Ｒ，２Ｌの像を観察者の瞳
に結像するようになっている。これらのフレネル面は、
結像面に配置するため、画質が劣化しない。また、従来
の凹面鏡とは異なり、平板状に配置されている。

【００２１】図２は本発明の立体観察装置による観察用
の瞳が拡大する原理を示す説明図である。なお、図２で
は、透過型の立体観察装置の構成を用いている。平面状
の表示位置又はその近傍には、結像光学系３と共に拡散
光学系５が設けられている。図２において、結像光学系
３は、左右の投影装置からの観察用の瞳（射出瞳）の径
φ０をφ０’の大きさで観察位置に結像する作用を有し
ている。ここで、拡散光学系５は、拡散作用により、φ
０’の大きさで結像されるべき左右の投影装置からの観
察用の瞳の径をφ１の大きさに拡大するようになってい
る。なお、拡散光学系５により拡大される左右の観察用
の瞳は、クロストークの発生を防ぐため距離Ｌの観察位
置では重なり合わないように設定されている。この拡散
光学系５による拡散作用は、透過型立体観察装置では表
示面位置に設けられた拡散光学系５を１回だけ透過する
ので１回だけ作用し、反射型立体観察装置（図２では不
図示）では表示面位置に設けられた拡散光学系を２回透
過するため２回作用する。

【００２２】図３は本発明による立体観察装置の一実施
例を示す図で、(a)は、上方からみた概略構成図、（b）
は(a)の側面図である。本実施例の立体観察装置は、透
過型に構成されている。表示面位置には、投影装置の開
口２Ｒ，２Ｌを観察者の瞳４Ｒ，４Ｌに結像する結像光
学系３として観察側にフレネル面３ａを向けたフレネル
レンズが配置され、フレネルレンズ３の近傍には、瞳拡
大のための拡散光学系５として拡散板が配置されてお
り、これらで透過型表示パネルを構成している。拡散板
５の拡散面５ａは、フレネルレンズ３のフレネルレンズ
面３ａ側に設けられている。本実施例では、フレネルレ
ンズ面３ａは、投影装置からの投影像の結像位置に配置
されている。このため、フレネルレンズ面３ａによる画
質の劣化はない。拡散面５ａは、フレネルレンズ面３ａ
に近づけて配置されており、ボケを少なくして画質劣化
を少なく抑えている。

【００２３】また、本実施例では、透過型表示パネルは
偏芯光学系で構成されている。すなわち、フレネルレン
ズ面３ａが偏芯フレネルレンズ面となっており、図３
(b)に示すように、フレネルレンズ面３ａの光軸が中心
より下側に位置している。なお、フレネルレンズ面３ａ
は凸作用を持っている。本実施例のように、偏芯光学系
で構成すると表示パネル面自体が厚くならずに済み、邪
魔にならない配置が可能となる。なお、本実施例のよう
に、結像面位置に拡散面５ａ及びフレネル面３ａを極力
近づけて配置した方が画質劣化が少ないので好ましい。

【００２４】図４は本発明による立体観察装置の他の実
施例を示す説明図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図で
ある。本実施例の立体観察装置は反射型に構成されてお
り、表示パネルは、投影装置の開口２Ｒ，２Ｌを観察者
の瞳４Ｒ，４Ｌに結像する結像光学系であるフレネルミ
ラー３と瞳拡大のための拡散手段５を備えている。

【００２５】ところで反射型立体観察装置の場合、投影
装置と観察者の顔とが干渉しないように各光学部材を配
置する必要がある。また、観察者は表示パネルを正面か
ら見た方が観察しやすい。そこで、本実施例では、表示
パネルの中心へ入射する投影光の入射光軸と表示パネル
の中心から出射する光線の出射光軸との間に角度θを持
たせている。また、表示パネルの中心に対し、フレネル
ミラー３の光軸を上下方向（図４においては上方向）に
偏芯させている。

【００２６】図５は図４の実施例をより具体化した例を
示す側面図である。図５の実施例では、投影装置の投影
光学系１Ｒ（１Ｌ）に球面レンズ系を用いると共に、表
示素子面１Ｒａ，（１Ｌａ）をレンズの光軸から偏芯さ
せた位置に配置させることで、投影装置と観察者の顔と
が干渉しないようにしている。表示パネルは、観察者の
眼及び投影装置に対して垂直に配置され、表示パネル面
には非球面のフレネルミラーが用いられている。なお、
上述のように、観察者が表示パネルを正面視する構成と
した方が好ましいが、本実施例では、表示パネルは±３
０°傾けた位置からでも使用可能であり、±１５°程度
の傾斜であれば、良好な画像が得られるようになってい
る。

【００２７】図６は図５の実施例の変形例を示す側方か
らみた概略構成図である。図６において観察者の視線は
水平方向に固定して示してある。本実施例では、表示パ
ネルと観察者の瞳４Ｒ（４Ｌ）の位置が、表示パネル面
の傾斜角度と表示パネル面の結像作用を有する偏芯フレ
ネルレンズ面の光軸の偏芯量とを組み合せて調整されて
おり、最適な状態で観察できるようになっている。な
お、投影光学系１Ｒ，１Ｌは、表示パネル面に対して垂
直に配置されている。なお、図６中、７は支持アームで
あり、支持アーム７は２つの投影装置と表示パネルとを
支持している。表示パネル面の傾斜角度αは、表示パネ
ルの中心と観察者の瞳とを結ぶ線と表示パネルの中心か
らの垂線とのなす角度であり、±３０°以下にするのが
見やすさの点から好ましい。図６(a)の立体観察装置
は、表示パネル面の傾斜角度αが０度になっている。図
６(b)，(c)の立体観察装置は、表示パネル面の傾斜角度
αが３０度以下になっている。なお、図６の実施例にお
いては、(c)の構成に比べて(a)又は(b)の構成の方が、
見やすさの自然な点と結像作用の偏芯量が少ない点でよ
り有利である。

【００２８】図７は本発明の立体観察装置の他の実施例
を示す側方からみた概略構成図である。本実施例の立体
観察装置は、反射型に構成されている。図７(a)の立体
観察装置は、投影装置を２つ搭載するとともに、表示パ
ネルにフレネルミラー３及び拡散手段５を備えて構成さ
れており、観察用の瞳を左右に分離しかつ拡大して観察
者の眼の位置に結像するようになっている。図７(b)の
立体観察装置は、図７(a)の投影光学系１Ｒ（１Ｌ）が
リレー系を加えて構成されている。すなわち、投影装置
と、表示パネルを支持する支持アーム７の内部にリレー
系６Ｒ（６Ｌ）を備えている。図７(b)の例では、リレ
ー系６Ｒ（６Ｌ）は、レンズ６Ｒａ〜６Ｒｃ（６Ｌａ〜
６Ｌｃ）と、ミラー６Ｒｄ，６Ｒｅ（６Ｌｄ，６Ｌｅ）
と、レンズ６Ｒｆ（６Ｌｆ）と、ミラー６Ｒｇ（６Ｌ
ｇ）と、レンズ６Ｒｈ（６Ｌｈ）とで構成されている。
このように構成すると、投影装置と観察者との距離を十
分に取ることができ、投影装置と観察者との干渉を避け
ることができる。

【００２９】次に、本発明の立体観察装置に用いる表示
パネルの具体的な構成例を説明する。図８は本発明の反
射型立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの一実
施例を示す図で、(a)は斜視図、(b)は側方からみた概略
構成図である。本実施例の表示パネルは、フレネル面３
ａと、ランダムに凹面が配置された拡散面５ａとを一体
形成して構成されている。具体的には、例えば、ポリカ
ーボネイトやアクリルなどのプラスチック樹脂を、フレ
ネル面用の金型と散乱面用のランダム配置された凹面の
金型を両側からプレスして一体成形し、その後、フレネ
ル面３ａに反射膜としてアルミをコートし、さらにその
上に防護膜として黒色塗料を付けて作られている。そし
て、表示パネルのフレネル面３ａが観察用の瞳位置に２
つの投影装置の開口の像を結像する作用を有し、拡散面
５ａが観察用の瞳を拡大する作用を有している。

【００３０】なお、図８に示す本実施例の表示パネル
は、偏芯フレネル裏面鏡として構成されている。ここ
で、表面鏡と裏面鏡とのフレネル面３ａの曲率半径Ｒに
ついて考える。裏面鏡として構成した場合の曲率半径Ｒ
は、Ｒ＝２ｎ・ｆ表面鏡として構成した場合の曲率半径
Ｒは、Ｒ＝２ｆ（但し、ｎは屈折率，ｆは焦点距離）となる。このた
め、本実施例の表示パネルのように、裏面鏡で構成した
方がフレネル面の曲率半径Ｒを大きくとることができる
ので、瞳結像時の収差の発生が少なく有利である。さら
に、本実施例の表示パネルでは、フレネル面３ａが周辺
ほど曲率半径が大きくなるような非球面フレネル面に構
成されている。このように構成すると、観察用の瞳が結
像時に発生する収差を非球面でさらに少なく抑えること
ができ有利となる。

【００３１】図９は本発明の反射型立体観察装置に適用
可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)
は側方からみた概略構成図、(b)は拡散手段の拡大図で
ある。本実施例の表示パネルは、拡散手段として、図８
に示すようなランダムに凹面が配置された拡散面５ａを
備える代わりに、図９(b)に示すようにフレネル面３ａ
に微小な凹面５ｂを一体形成して構成されている。な
お、フレネル面３ａには、反射膜がコートされており、
裏面フレネル反射鏡として構成されている。また、本実
施例では、表示パネルの表面は平面であり、反射防止膜
が容易にコーティングできるようになっている。図８に
示すような反射型表示パネルでは、通常２回拡散面を通
るのに対し、本実施例の反射型表示パネルによれば、結
像作用をなすフレネル面３ａと拡散作用をなす微小な凹
面５ｂとが同一の裏面に形成されており、投影光が１回
だけ拡散面を通り、拡散作用は１回しか受けないので、
その分ボケが生じにくく画質劣化を少なく抑えることが
できる。

【００３２】図１０は本発明の反射型立体観察装置に適
用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方から
みた概略構成図である。本実施例の表示パネルは、結像
光学系３をフレネル表面鏡で構成するとともに、拡散手
段５を拡散板で構成し、フレネル面３ａと拡散板の表面
に形成された拡散性を有する凹凸面５ｂ’とが対面し、
近接配置されている。本実施例の表示パネルによれば、
フレネルミラー面３ａが表面に形成されており拡散性を
有する凹凸面５ｂ’と極力密着させることができるの
で、拡散面を２回通過することにより生じるボケを極力
少なく抑えることができる。なお、本実施例の表示パネ
ルは、表面フレネルミラーと拡散板とを密着させる構成
の他に、拡散板の代わりに拡散性フィルムを表面フレネ
ルミラーに張り合わせて構成してもよい。

【００３３】図１１は本発明の反射型立体観察装置に適
用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方から
みた概略構成図である。本実施例の表示パネルは、図８
の実施例で示した偏芯フレネル裏面鏡の表面に、微小な
凹凸面を形成する代わりに拡散性フィルム５ｃを貼り合
わせて構成されている。なお、拡散性フィルム５ｃは、
内部散乱式のもの、表面に形成された凹凸で散乱させる
方式のもののいずれのものを用いてもよい。

【００３４】図１２は本発明の反射型立体観察装置に適
用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、
(a)は側方からみた概略構成図、(b)は(a)の変形例を示
す概略構成図、(c)は表示パネル内部の拡散構造を示す
図である。本実施例の表示パネルは、拡散手段５に内部
拡散型の拡散部材を用いた内部拡散型表示パネルとして
構成されている。内部拡散型の拡散部材は、図１２(c)
に示すように、屈折率が異なる透明な微小粒子５ｄ_a，
５ｄ_b…をプラスチック材に混合して形成されており、
この微小粒子５ｄ_a，５ｄ_bに光が通過することによって
光を散乱させるようになっている。図１２(a)の表示パ
ネルは、偏芯フレネル裏面鏡を構成するフレネル面３ａ
を備える光学部材をプラスチック材と微小な粒子を混合
させて構成されおり、偏芯フレネル裏面鏡と内部拡散型
の拡散部材とが一体形成されている。図１２(b)の表示
パネルは、偏芯フレネル裏面鏡と、微小粒子をプラスチ
ック材に混合させて形成した内部散乱式の拡散板とを接
合又は近接配置して構成されている。なお、図１２(b)
の構成においては、内部散乱式の拡散板の代わりに、偏
芯フレネル裏面鏡の表面に内部散乱式の拡散性フィルム
を偏芯フレネル裏面鏡の表面に張り合わせて構成しても
よい。

【００３５】図１３は本発明の反射型立体観察装置に適
用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、
(a)は側方からみた概略構成図、(b)は(a)の変形例を示
す概略構成図、(c)は内部拡散構造を示す図である。本
実施例の表示パネルは、拡散手段５に高分子重合液晶を
用いた内部拡散型表示パネルとして構成されている。高
分子重合液晶を用いると、液晶を固定化できる。本実施
例ではこれを応用したものである。

【００３６】高分子重合液晶５ｅは、複屈折性を有して
おり、液晶のように配光方向が内部で揺らいでおり、こ
れを光重合させることで、図１３(c)に示すように、内
部でランダムに配向されたままの状態で固定化されてい
る。図１３(a)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡の
フレネル面３ａを備える光学部材が高分子重合液晶で一
体的に構成されている。図１３(b)の表示パネルは、偏
芯フレネル裏面鏡と、高分子重合液晶で構成された拡散
板とを接合又は近接配置して構成されている。なお、高
分子重合液晶で構成された拡散板の代わりに、高分子重
合液晶で構成された拡散性フィルムを偏芯フレネル裏面
鏡の表面に貼り付けて構成してもよい。このように構成
された本実施例の表示パネルによれば、複屈折性を持っ
た高分子重合液晶５ｅがランダムに配向された状態で固
定化されているので、光は偏光方向に応じて屈折作用を
わずかに受ける。そして、高分子重合液晶層全体として
は、内部散乱により拡散作用を生じる。そして、本実施
例の表示パネルによれば、内部散乱での拡散作用を利用
するため表面は平板状に形成できる。このため、汚れが
ついたときにふき取りやすくなり、また、外光の写り込
みを防止するための反射防止膜を付けやすくなる。

【００３７】図１４は上述の各実施例で示した構成を備
えた本発明の反射型立体観察装置の配置例を示す図で、
(a)は斜視図、(b)は上方からみた概略構成図である。本
実施例の立体観察装置は、表示パネルの左右方向かつ手
前側から投影した像を観察するように投影装置及び表示
パネルを配置して構成されている。表示パネルは、反射
型に構成されている。表示パネル及び２つの投影装置
は、保持部材８に一体的に取り付けられており、２つの
投影装置は、表示パネルの左右いずれかの側方（図１４
では右側）に配置されている。また、結像作用を有する
表示パネルのフレネル反射面は、光軸がパネルの左右方
向（図１４(b)では右方向）に偏芯している。なお、表
示パネルの中心に左右の投影装置からの入射する光線の
光軸と表示パネルから観察者の左右の眼４Ｒ（４Ｌ）へ
出射する光線の光軸との間には角度がつけられており、
投影装置と観察者の瞳４Ｒ（４Ｌ）とが干渉しないよう
になっている。

【００３８】図１５は本発明の立体観察装置を用いた立
体観察システムの実施例を示す概略構成図である。な
お、本実施例では、反射型立体観察装置の用いるシステ
ムとして示したが、本実施例の立体観察システムは本発
明の全ての立体観察装置に応用可能である。本実施例で
は、左右の投影装置は、投影装置制御装置９に接続され
ている。投影装置制御装置８は、３Ｄ内視鏡や、３Ｄ顕
微鏡などの３Ｄ画像入力装置に設けられている左右のカ
メラで撮像された画像を選択入力して、左右の投影装置
にその選択した画像を送って表示させるように構成され
ている。また、本実施例では、投影装置制御装置９は、
その他の選択入力可能な画像として、パソコンを介して
作成された視差を有する３Ｄ画像も本実施例の表示パネ
ルの入力画像として入力して投影装置に表示させること
ができるように構成されている。

【００３９】次に、このように構成された本発明の立体
観察装置を応用した製品の実施例について説明する。図
１６は本発明の立体観察装置を応用した製品の一実施例
を示す説明図である。本実施例の製品は、表示パネルと
左右の投影装置とを保持部材８に一体的に取り付けた反
射型立体観察装置と、保持部材８を支持する支持アーム
１０と、支持アーム１０を支持するキャスター付き支持
部本体１１とで構成されている。立体観察装置は、左右
の投影装置から互いに視差のある映像を表示パネルに投
影し、表示パネルで反射して観察者の左右の眼にそれぞ
れ観察用の瞳を拡大させて映像を結像するように構成さ
れている。保持部材８は支持アーム１０との連結部１０
ａを介して矢印方向に回動可能に連結され、支持アーム
１０は支持部本体１１に連結部１０ｂを介して矢印方向
に回動可能に連結されており、保持部材８、支持アーム
１０を所望方向に回動させることで、観察者の観察姿勢
を変えることができるようになっている。また、保持部
材８には操作部８ａが設けられており、所望方向への回
動がしやすくなっている。また、支持部本体１１はキャ
スター１１ａが付いており、支持部本体１１を移動させ
ることで観察位置を変えることができようになってい
る。

【００４０】図１７は本発明の立体観察装置を応用した
製品の他の実施例を示す説明図である。本実施例の製品
は、図１６と同様の保持部材に取り付けられた立体観察
装置を支持する支持アーム１０を支持する支持部本体１
１を天井１２に取り付けて構成されている。本実施例の
ように構成すれば、立体観察装置を置くスペースを省略
することができる。

【００４１】図１８は本発明の立体観察装置を応用した
製品の他の実施例を示す説明図である。本実施例の製品
は、支持アーム１０を手術用の椅子１３に取り付けて構
成されている。表示パネルは保持部材８ｂに取り付けら
れ、投影装置は保持部材８ｃに取り付けられている。そ
して、保持部材８ｂは、保持部材８ｃに回動可能に取り
付けらており、表示パネルの投影装置に対する向きを所
定の方向に変えることが出来るようになっている。投影
装置を取り付けた保持部材８ｃは、支持アーム１０に連
結部１０ｃを介して３６０°回動可能に取り付けられて
おり、表示パネル及び投影装置の向きを所定方向に変え
ることが出来るようになっている。さらに、表示パネル
の左右側方には、取っ手１４が設けられており、表示パ
ネルに直接手を触れずに向きの調整操作がし易くなって
いる。また、手術用の椅子１３にはキャスター１３ａが
設けられており、手術用椅子を移動させることで観察位
置を変えることができようになっている。

【００４２】図１９は本発明の立体観察装置を応用した
製品の他の実施例を示す説明図である。本実施例の製品
は、キャスター１１ａ付きの支持部本体１１及び連結部
１０ｃを介して回動可能な支持アーム１０を備えた手術
用顕微鏡の画像入力部１５に、投影装置と表示パネルと
が保持部材８に取り付けられた２台の立体観察装置を保
持部材８を介して取り付けて構成されている。手術用顕
微鏡の画像入力部には２台のカメラが内蔵され、入力画
像は夫々の立体観察装置の投影装置に送られるように構
成されており、手術用顕微鏡での立体画像が複数の観察
者に同時に観察できるようになっている。

【００４３】そして、図１６〜図１９に示した実施例の
製品の立体観察装置は、手術用顕微鏡の表示装置、内視
鏡の表示装置、医療関連の立体情報画像の表示装置、コ
ンピュータを用いたゲーム機など娯楽製品の表示装置、
各種３ＤのＣＡＤ画像など業務関連の３Ｄ画像の表示装
置などに適用可能である。

【００４４】また、上記各実施例の反射型立体観察装置
として示した構成は、表示パネルに透過型表示パネルを
用いた図１(a)ような構成とすれば、透過型立体観察装
置に適用可能である。その他、投影光学系内に配置する
映像表示素子としては、ＤＭＤ液晶や反射型液晶を用い
て構成してもよい。

【００４５】以上説明したように、本発明による立体観
察装置は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次
に示すような特徴も備えている。

【００４６】（１）前記平面にさらに配置した拡散手段
を介して、前記観察用の瞳位置に前記結像手段を介して
結像されるべき前記２つの開口の像を拡大するようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。

【００４７】（２）前記平面に配置された結像手段が、
反射型光学部材で構成され、前記２つの開口と前記観察
用の瞳位置とが前記平面に対して同一側に配置されてい
ることを特徴とする上記（１）に記載の立体観察装置。

【００４８】（３）投影光が前記平面へ入射する光軸と
該平面からの観察者へ向けて出射する光軸とが角度をも
つように構成されていることを特徴とする上記（２）に
記載の立体観察装置。

【００４９】（４）前記観察用の２つの瞳位置が重なり
合わない位置に配置されていることを特徴とする上記
（１）に記載の立体観察装置。

【００５０】（５）前記拡散手段が、その内部での屈折
率の不均一性により散乱を生じる光学部材で構成されて
いることを特徴とする上記（２）に記載の立体観察装
置。

【００５１】（６）前記拡散手段が、その表面に形成さ
れた凹凸形状の屈折作用により散乱を生じる光学部材で
構成されていることを特徴とする上記（２）に記載の立
体観察装置。

【００５２】（７）前記平面に配置された結像手段が、
その光軸が前記平面の中心に対して偏芯していることを
特徴とする上記（２）に記載の立体観察装置。

【００５３】（８）前記平面に配置された結像手段が、
透過型光学部材で構成され、前記２つの開口と前記観察
用の瞳位置とが、前記平面を隔てて互いに異なる側に配
置されていることを特徴とする上記（１）に記載の立体
観察装置。

【００５４】（９）投影光が前記平面へ入射する光軸と
該平面からの観察者へ向けて出射する光の光軸とが角度
をもつように構成されていることを特徴とする上記
（８）に記載の立体観察装置。

【００５５】（１０）前記観察用の２つの瞳が重なり合
わない位置に配置されていることを特徴とする上記
（８）に記載の立体観察装置。

【００５６】（１１）前記平面に配置された結像手段
が、前記平面の中心に対して偏芯していることを特徴と
する上記（８）に記載の立体観察装置。

【００５７】（１２）前記拡散手段が、その内部での屈
折率の不均一性により散乱を生じる拡散手段で構成され
ていることを特徴とする上記（８）に記載の立体観察装
置。

【００５８】（１３）前記拡散手段が、その表面に形成
された凹凸形状の屈折作用により散乱を生じる光学部材
で構成されていることを特徴とする上記（８）に記載の
立体観察装置。

【００５９】（１４）前記観察用の瞳位置に結像される
前記２つの開口の像を拡大する拡散手段を、前記平面上
又はその近傍に配置したことを特徴とする請求項２に記
載の立体観察装置。

【００６０】（１５）前記投影装置と前記表示パネルと
が、相互の位置関係を固定した状態に保持部材に保持さ
れていることを特徴とする請求項２に記載の立体観察装
置。

【００６１】（１６）前記投影装置と前記表示パネルと
が、相互の位置関係を固定した状態に保持されているこ
とを特徴とする上記（１４）に記載の立体観察装置。

【００６２】（１７）前記結像手段が、反射型光学部材
で構成され、前記観察用の瞳位置と前記投影装置とが、
前記表示パネルに対して同一側に配置されていることを
特徴とする上記（１６）に記載の立体観察装置。

【００６３】（１８）前記結像手段が、その光軸が前記
表示パネルの中心に対して偏芯していることを特徴とす
る上記（１７）に記載の立体観察装置。

【００６４】（１９）前記結像手段が、フレネル凹面鏡
で構成されていることを特徴とする上記（１７）に記載
の立体観察装置。

【００６５】（２０）前記結像手段が、その周辺にいく
ほど曲率半径が大きくなるように形成された非球面フレ
ネル凹面鏡で構成されていることを特徴とする上記（１
７）に記載の立体観察装置。

【００６６】（２１）前記拡散手段が、その内部に混在
する屈折率の異なる粒子を介して拡散作用を奏する光学
部材で構成されていることを特徴とする上記（１７）に
記載の立体観察装置。

【００６７】（２２）前記拡散手段が、その内部に複屈
折性を有する分子を有してなる光学部材で構成されてい
ることを特徴とする上記（１７）に記載の立体観察装
置。

【００６８】（２３）前記拡散手段が、その表面の形成
された凹凸形状の屈折作用により散乱を生じる光学部材
で構成されていることを特徴とする上記（１７）に記載
の立体観察装置。

【００６９】（２４）前記結像手段が、透過型光学部材
で構成され、前記観察用の瞳位置と前記投影装置とが、
前記表示パネルを隔てて互いに異なる側に配置されてい
ることを特徴とする上記（１６）に記載の立体観察装
置。

【００７０】（２５）前記結像手段が、その光軸が前記
表示パネルの中心に対して偏芯していることを特徴とす
る上記（２４）に記載の立体観察装置。

【００７１】（２６）前記結像手段が、フレネル凸レン
ズで構成されていることを特徴とする上記（２４）に記
載の立体観察装置。

【００７２】（２７）前記結像手段が、その周辺にいく
ほど曲率半径が大きくなるように形成された非球面フレ
ネル凸レンズで構成されていることを特徴とする上記
（２４）に記載の立体観察装置。

【００７３】（２８）前記拡散手段が、その内部に混在
する屈折率の異なる粒子を介して拡散作用を奏する光学
部材で構成されていることを特徴とする上記（２４）に
記載の立体観察装置。

【００７４】（２９）前記拡散手段が、その内部に複屈
折性を有する分子を有してなる光学部材で構成されてい
ることを特徴とする上記（２４）に記載の立体観察装
置。

【００７５】

【発明の効果】以上、本発明の立体観察装置によれば、
明るい画像が得られ、観察者の瞳で観察できる位置の自
由度が大きく、瞳を振っても画像の歪みが発生せず、楽
な観察姿勢で立体観察することが可能なメガネなしタイ
プの個人用立体観察装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体観察装置の原理説明図で、(a)は
透過型立体観察装置の一実施形態を示す概略構成図、
(b)は反射型立体観察装置の一実施形態を示す概略構成
図である。

【図２】本発明の立体観察装置による観察用の瞳が拡大
する原理を示す説明図である。

【図３】本発明による立体観察装置の一実施例を示す図
で、(a)は、上方からみた概略構成図、（b）は(a)の側
面図である。

【図４】本発明による立体観察装置の他の実施例を示す
説明図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。

【図５】図４の実施例をより具体化した例を示す側面図
である。

【図６】図５の実施例の変形例を示す側方からみた概略
構成図である。

【図７】本発明の立体観察装置の他の実施例を示す側方
からみた概略構成図である。

【図８】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反射
型表示パネルの一実施例を示す図で、(a)は斜視図、(b)
は側方からみた概略構成図である。

【図９】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反射
型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方から
みた概略構成図、(b)は拡散手段の拡大図である。

【図１０】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反
射型表示パネルの他の実施例を示す側方からみた概略構
成図である。

【図１１】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反
射型表示パネルの他の実施例を示す側方からみた概略構
成図である。

【図１２】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反
射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方か
らみた概略構成図、(b)は(a)の変形例を示す概略構成
図、(c)は表示パネル内部の拡散構造を示す図である。

【図１３】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反
射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方か
らみた概略構成図、(b)は(a)の変形例を示す概略構成
図、(c)は内部拡散構造を示す図である。

【図１４】上述の各実施例で示した構成を備えた本発明
の反射型立体観察装置の配置例を示す図で、(a)は斜視
図、(b)は上方からみた概略構成図である。

【図１５】本発明の立体観察装置を用いた立体観察シス
テムの実施例を示す概略構成図である。

【図１６】本発明の立体観察装置を応用した製品の一実
施例を示す説明図である。

【図１７】本発明の立体観察装置を応用した製品の他の
実施例を示す説明図である。

【図１８】本発明の立体観察装置を応用した製品の他の
実施例を示す説明図である。

【図１９】本発明の立体観察装置を応用した製品の他の
実施例を示す説明図である。

【図２０】立体観察装置の一従来例を示す概略構成図で
ある。

【図２１】図２０の装置を側方からみた図である。

【符号の説明】

１Ｌ左眼用投影光学系１Ｒ右眼用投影光学系２Ｌ左眼用開口２Ｒ右眼用開口３結像光学系（結像手段）３ａフレネル（レンズ）面４Ｌ観察者の左眼（瞳）４Ｒ観察者の右眼（瞳）５拡散光学系（拡散手段）５ａ拡散面５ｂ微小な凹面５ｂ’ 微小な凹凸面５ｃ拡散性フィルム５ｄ微小な粒子５ｅ高分子重合液晶６Ｌ左眼用リレー系６Ｌａ，６Ｌｂ，６Ｌｃ，６Ｌｆ，６Ｌｈ左眼リレー用
レンズ６Ｌｄ，６Ｌｅ，６Ｌｇ左眼リレー用ミラー６Ｒ右眼用リレー系６Ｒａ，６Ｒｂ，６Ｒｃ，６Ｒｆ，６Ｒｈ右眼リレー用
レンズ６Ｒｄ，６Ｒｅ，６Ｒｇ右眼リレー用ミラー７，１０支持アーム８保持部材８ａ操作部９投影装置制御装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ連結部１１支持部本体１１ａ，１３ａキャスター１２天井１３手術用椅子１４取っ手１５手術用顕微鏡画像入力部５１Ｌ左眼用表示装置５１Ｒ右眼用表示装置５２Ｌ左眼用凹面鏡５２Ｒ右眼用凹面鏡５３凹面鏡５４Ｌ観察者の左眼（瞳）５４Ｒ観察者の右眼（瞳） φ０左右の投影装置からの観察用の瞳（射出
瞳）の径 φ０’ 結像光学系３による観察用の瞳の径 φ１拡散光学系５による観察用の瞳の径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H059 AA24 AB13 2H087 KA09 KA10 KA24 LA11 PA03 PA17 PB03 QA02 QA07 QA14 QA22 QA25 QA34 QA42 QA45 RA35 RA47 5C061 AA06 AA23 AB14 AB18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの開口から同一平面上に画像を投影
し、該平面に配置した結像手段を介して、観察用の瞳位
置に前記２つの開口の像を結像させるようにしたことを
特徴とする立体観察装置。
【請求項２】２つの開口から同一平面上に画像を投影
する投影装置と、前記平面上又はその近傍に配置された、前記２つの開口
の像を観察用の瞳位置に結像させる結像手段を有する平
面状の表示パネルとを備えたことを特徴とする立体観察
装置。