JP3716625B2

JP3716625B2 - 映像観察装置及びカメラ及び映像観察システム

Info

Publication number: JP3716625B2
Application number: JP21064398A
Authority: JP
Inventors: 靖谷尻; 彰佐藤
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2018-07-27
Also published as: US6266194B1; JPH11153772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像観察装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持する構成の映像観察装置に関するものである。本発明は、さらに、カメラ及びカメラと映像観察装置で構成される映像観察システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
頭部搭載型映像表示装置（ＨＭＤ）において、全体の重量を軽くし装置の突出量を小さくすることは、装置の装着性を損なわないようにするための重要な点である。この装置全体の大きさを決定する要因は光学系のレイアウトである。これまでに開示されている光学系のうち、装置の突出量を小さくできるものについて図９と図１０に例を示す。
【０００３】
〈従来例１〉
図９は、特開平７−１７５００９号公報に開示されている光学系である。これは、像面１００を半透過反射面１０２と半透過反射面１０１により遠方に投影する光学系である。この配置は、像面１００から観察者瞳位置１０３までの光路を繰り返し反射させて光学系を小さくすることが可能となり、ＨＭＤの観察者頭部前方への突出量を短くすることが可能なものである。
【０００４】
〈従来例２〉
図１０は、米国再発行特許第２７３５６号に開示されている光学系である。これは、像面１０４を半透過凹面鏡１０５と半透過平面鏡１０６により遠方に投影する光学系である。この配置も、上記従来例１と同様に、像面１０４から観察者瞳位置１０７までの光路を繰り返し反射させて光学系を小さくすることが可能なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＨＭＤにおいては、全体の重量を軽くし装置の突出量を小さくするとともに、大きな画角を有することが重要となる。大きな画角を有することで、より臨場感の高い映像の表示が可能となる。しかしながら、上記従来例１においては、平面像を拡大視するため、像面湾曲や歪曲収差などの光学収差の補正には限界があり、広画角にはできないという問題があった。
【０００６】
また、従来例２においても、像面が瞳位置とは逆側に中心を有する曲面となっているため、広画角にはできないという問題があった。
【０００７】
尚、上記二つの従来例において、観察者の瞳に投影される映像は共に平面像である。しかしながら、観察者にとっては、平面像を観察するよりも球面像を観察する方がより臨場感の高いものとなる。
【０００８】
その他の問題点として、実写映像を観察する映像観察装置で撮像範囲から必要な範囲の映像を切り出してこの映像を観察する装置があるが、撮影中心以外の方向を中心に観察する場合に撮影したままの映像信号では忠実に映像を再現できないので画像データを変換する必要があり、例えば画像処理などして装置が高価になるという問題があった。
【０００９】
平面像が撮影される従来のカメラにおいても問題点がある。平面像を撮りつづけても、それらを合わせてきれいにつながるような全天周３６０゜の映像を撮ることはできない。また、このようなカメラで撮影した平面像を表示装置で表示して観察する場合に、撮影中心と異なる位置を中心として観察すると、映像内の物体の位置関係が変わってしまうという問題点がある。このことを図１１〜図１３を用いて説明する。
【００１０】
図１１は、カメラの光学系の断面概略図である。１１２は撮影レンズ、点Ｂは撮影レンズ１１２の主点である。１１１は、平面で構成されている撮像面である。また、α₁はカメラの撮像範囲である。物体１０８、１０９、１１０を含む映像を物体１０８を撮像中心として撮影する場合、それぞれの物体からの光は図に示すように撮像面１１１に結像する。
【００１１】
各物体と主点Ｂを結ぶ直線のなす角を物体１０８と物体１０９の間でθ₁₁、物体１０９と物体１１０の間でθ₁₂とする。一方、撮像面１１１に撮影された物体間の距離を物体１０８ａと物体１０９ａの間でｙ₁、物体１０９ａと物体１１０ａの間でｙ₂とする。また、撮影レンズ１１２の焦点距離をｆとする。ここで、ｙ₁、ｙ₂とθ₁₁、θ₁₂の関係を式で表す。
【００１２】
ｙ₁＝ｆｔａｎθ₁₁ 式（１）
ｙ₂＝ｆｔａｎ（θ₁₁＋θ₁₂）−ｙ₁ 式（２）
【００１３】
以下、映像観察装置で撮影範囲α₁の一部の領域を観察する場合に観察される映像について図１２、図１３を用いて説明する。図１２、図１３は映像観察装置の断面概略図である。表示素子１１３には、撮像面１１１の映像の上下左右を反転させた映像がそのまま表示される。この映像を、観察者が接眼レンズ１１４を介して観察する。Ｂ´は撮影レンズの主点である。撮影レンズ１１４の焦点距離はカメラの焦点距離と同じｆとする。
【００１４】
図１２は物体１０８ａを中心にβ₁の範囲を観察した場合、図１３は物体１０９ａを中心にβ₁´の範囲を観察した場合の映像観察装置の光学系の断面概略図である。
【００１５】
図１２において、観察者には物体１０８´、１０９´、１１０´が観察される。このとき、観察される各物体と撮影光学系１１４の主点Ｂ´を結ぶ直線がなす角は、物体１０８´と物体１０９´の間でθ₁₁´、物体１０９´と物体１１０´の間でθ₁₂´となる。このとき、θ₁₁´、θ₁₂´とｙ₁、ｙ₂の関係を式で示す。
【００１６】
θ₁₁´＝ｔａｎ^-1（ｙ₁／ｆ）式（３）
θ₁₂´＝ｔａｎ^-1｛（ｙ₁＋ｙ₂）／ｆ｝−θ₁₁´ 式（４）
【００１７】
式（１）と式（３）を比較するとθ₁₁´＝θ₁₁、式（２）と式（４）を比較するとθ₁₂´＝θ₁₂となることがわかる。
【００１８】
図１３において、観察者には物体１０８´´、１０９´´、１１０´´が観察される。このとき、観察される各物体と撮影光学系１１４の主点Ｂ´を結ぶ直線がなす角は、物体１０８´´と物体１０９´´の間でθ₁₁´´、物体１０９´´と物体１１０´´の間でθ₁₂´´となる。このとき、θ₁₁´´、θ₁₂´´とｙ₁、ｙ₂の関係を式で示す。
【００１９】
θ₁₁´´＝ｔａｎ^-1（ｙ₁／ｆ）式（５）
θ₁₂´´＝ｔａｎ^-1（ｙ₂／ｆ）式（６）
【００２０】
式（１）と式（５）を比較するとθ₁₁´´＝θ₁₁、式（２）と式（６）を比較するとθ₁₂´´≠θ₁₂となることがわかる。このように、撮像中心と違う位置を中心に観察すると（表示画面より広範囲の撮影映像を有する場合に生じ得る）、観察者が観察する映像は、撮影映像を忠実に再現したものではないという問題点がおこる。
【００２１】
映像観察装置において撮影映像を忠実に再現して表示するためには、映像を表示する際に複雑な画像処理が必要となる。
【００２２】
本発明は、軽量で突出量が少なく、かつ収差が少なく、安価で広画角表示可能な映像観察装置を提供することを目的とする。本発明は、また、撮像中心以外の方向を中心に観察しても複雑な映像変換処理を必要としない映像観察装置及びカメラ及び映像観察システムを提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、映像観察装置において、瞳近傍に曲率中心を有する球面像を提供する球面像提供手段と、第１の球面状の半透過反射面と第２の球面状の半透過反射面を有し、第１の半透過反射面は前記球面像提供手段からの光を透過するとともに第２の半透過反射面で反射された光を反射し、第２の半透過反射面は前記球面像提供手段からの光を反射するとともに第２の半透過反射面で反射された光を透過するように構成された接眼光学系とを備え、前記球面像提供手段と前記第１の半透過反射面と前記第２の半透過反射面のそれぞれの曲率中心が略同一の位置に設定されて、前記瞳により観察される虚像面が曲面となる構成とする。
【００２４】
このような構成においては、観察者は球面像提供手段により提供された球面像を接眼光学系を介して拡大視することになるので、収差が少なくかつ臨場感の高い映像を観察することになる。また、接眼光学系の半透過反射面の曲率中心が前記球面像の曲率中心と略同一の位置にあるので、より収差の小さい映像を提供することが可能となる。
【００２６】
また、球面像光はまず第２の半透過反射面に与えられ、ここで反射されて第１の半透過反射面に与えられる。そして、第１の半透過反射面で反射されて再び第２の半透過反射面に与えられる。今度は、第２の半透過反射面を透過し、観察者の眼に与えられることになる。つまり、半透過反射面の光の反射・透過の作用を利用して、短い光学系で、十分な光路長を確保できることになる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の映像観察装置において、更に像光を円偏光にする偏光手段を有し、第２の半透過反射面はコレステリック液晶で形成される構成とする。
【００２８】
つまり、第２の半透過反射面を円偏光を円偏光の回転方向によって選択的に透過及び反射するコレステリック液晶で形成する。そして、第２の半透過反射面に与えられる光が円偏光となるようにする偏光手段を設ける。このような構成とすることで、請求項２に記載されている第２の半透過反射面の作用を具体的に実現できる。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の映像観察装置において、前記球面像提供手段は平面像表示部と該平面像表示部からの平面像光を球面像光に変換する球面像変換部を備える構成とする。
【００３０】
このような構成においては、球面像を提供する球面像提供手段において、まず平面像表示部で平面像を表示し、球面像変換部により平面像を球面像に変換するようにする。一般的には、高解像度の湾曲した表示素子を提供することが難しいが、本発明のような構成とすることで、簡単に球面像を提供することができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、映像観察システムにおいて、第１の球面状の半透過反射面と第２の球面状の半透過反射面を有し、第１の半透過反射面は入射瞳からの光を透過するとともに第２の半透過反射面で反射された光を反射し、第２の半透過反射面は前記入射瞳からの光を反射するとともに第１の半透過反射面で反射された光を透過するように構成された撮影光学系と、前記撮影光学系により投影された球面像を平面像にする平面像変換手段と、前記平面像変換手段により変換された平面像を撮影する撮影手段とを備え、前記撮影光学系により投影される球面像と前記第１の半透過反射面と前記第２の半透過反射面のそれぞれの曲率中心が略同一の位置に設定されているカメラを有し、前記カメラにより撮影された映像を請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の映像観察装置により観察する構成とする。
【００３２】
このような構成においては、撮影光学系を通して収差の少ない球面像が投影される。この球面像を平面像変換手段を介することにより平面像に変換し、平面像を撮影手段に撮影する。
【００３４】
このような構成においては、例えば、カメラで撮影した平面像をそのまま映像観察装置の表示部に表示し、これを球面像に変換することで、カメラで平面像に変換される前の球面像をそのまま観察することができる。また、カメラの撮影範囲が映像表示装置の表示範囲より広く、撮影範囲の一部を映像観察装置の表示部に表示して観察する場合においても、撮像中心以外の方向を中心に観察しても、撮影映像と同じ映像を観察することができる。
【００３５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の映像観察システムにおいて、前記カメラは、更に入射光を円偏光にする偏光手段を有し、第２の半透過反射面はコレステリック液晶で形成される構成とする。
【００３６】
このような構成においては、請求項２に記載の映像観察装置と同様の作用が得られる映像観察システムを提供することができる。
【００３９】
請求項６に記載の発明は、映像観察装置において、光源からの光を瞳近傍に曲率中心を有する球面状の結像面に導くとともに、光源からの光を走査することにより、前記結像面上に球面像を提供する球面像提供手段と、第１の球面と第２の球面とを有し、前記球面像を形成する光が前記第１の球面と前記第２の面で反射されたのち前記第１の球面を透過して観察者の瞳に達するように構成された接眼光学系とを備え、前記結像面と前記第１の球面と前記第２の球面のそれぞれの曲率中心が略同一の位置に設定されて、前記瞳により観察される虚像面が曲面となる構成とする。
【００４０】
このような構成においては、光源からの光を走査して映像を形成することにより高精細な映像を提供することが可能な映像観察装置において、請求項１と同様の作用が得られることになる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施形態〉
図１に、本発明の第１の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図を示す。１は表示手段となるコレステリック液晶で、円偏光の映像光を出射する。３はファイバープレートで、観察者の瞳５側側面に瞳５位置近傍を曲率中心とした球面を有し、さらにその球面に球面半透過反射面（第１の半透過反射面）３ａが形成されている。ファイバープレート３は、コレステリック液晶１で表示された映像を球面像に変換する。
【００４２】
コレステリック液晶１を平面像表示部といい、ファイバープレート３を球面像変換部ということにする。また、平面表示部と球面像変換部を合わせて球面像提供手段とする。尚、コレステリック液晶１は、映像光を円偏光として出射する偏光手段の役割も兼ねることになる。
【００４３】
４は、コレステリック液晶で観察者の瞳５位置近傍を曲率中心とした球面（第２の半透過反射面）で構成され、円偏光を円偏光の回転方向によって選択透過及び反射する。第１の半透過反射面３ａと第２の半透過反射面により接眼光学系が形成されている。６は、接眼光学系を介して瞳５により観察される虚像である。
【００４４】
コレステリック液晶１から出射された平面像の映像光は、ファイバープレート３により球面像の映像光に変換される。映像光はコレステリック液晶４で円偏光の方向が変化することなく反射される。そして、映像光はファイバープレート３の半透過反射面３ａで反射される。このとき、円偏光の方向は逆転する。逆転した円偏光の映像光は、今度はコレステリック液晶４を透過し、観察者の瞳５に与えられる。観察者は虚像６を観察することになる。
【００４５】
尚、上記構成において、第１の半透過反射面３ａと第２の半透過反射面の曲率中心は瞳５位置の近傍に構成されているので、球面収差以外の収差がない映像を観察者に提供することができる。また、第１の半透過反射面３ａの曲率半径は第２の半透過反射面４の曲率半径の１.５倍以下にするのが望ましい。このような構成により、瞳５内の視度を有限距離に設定できる。
【００４６】
〈第２の実施形態〉
図２に、本発明の第２の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図を示す。本実施形態の平面表示部は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）７で構成されている。球面像変換部及び第１の半透過反射面、第２の半透過反射面は第１の実施形態と同様の構成である。本実施形態の偏光手段は、ＬＣＤ７とファイバープレート３の間に構成されている１／４波長板２である。
【００４７】
ＬＣＤ７から出射された直線偏光は、偏光手段２で円偏光に変換され、次にファイバープレート３で球面像に変換される。尚、本実施形態のファイバープレート３は、入射時の偏光状態を保存したまま出射する。つまり、ファイバープレート３からは直線偏光の球面像光が出射される。この後の光の進行順序は、第１の実施形態と同じなので説明を省略する。
【００４８】
〈第３の実施形態〉
図３に、本発明の第３の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図を示す。８は偏光板でファイバープレート３の瞳５側球面に球面状に構成されており特定の方向の直線偏光を透過する。本映像観察装置の偏光手段（１／４波長板）２は、偏光板８の瞳５側球面に球面状に構成されている。また、第１の半透過反射面２ａは１／４波長板２の瞳５側球面に形成されている。その他の構成は第２の実施形態と同じである。
【００４９】
ＬＣＤ７から出射された平面像は、ファイバープレート３で球面像に変換される。本実施形態のファイバープレート３は入射時の偏光状態を保存しない。偏光板８では、ファイバープレート３から出射された光のうち直線偏光が透過され、透過された光は偏光手段２で円偏光に変換される。偏光手段２から出射された後の光の進行順序は、第１の実施形態と同じなので説明を省略する。
【００５０】
〈第４の実施形態〉
図４に、本発明の第４の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図を示す。１は表示手段となるコレステリック液晶で、円偏光の映像光を出射する。３はファイバープレートで、観察者の瞳５側球面に瞳５位置近傍を曲率中心とする球面半透過反射面（第１の半透過反射面）３ａを有し、コレステリック液晶１で表示された平面像を球面像に変換する。
【００５１】
２は１／４波長板で、観察者の瞳５位置近傍を曲率中心とした球面で構成されており、直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換する。８は偏光板で、９０度方向の異なる直線偏光を選択的に透過及び反射する。つまり、偏光板８の１／４波長板２に接する面が第２の半透過反射面８ａとなっている。尚、第１の半透過反射面３ａと第２の半透過反射面８ａで接眼光学系が形成されている。６は観察者により観察される虚像である。
【００５２】
本実施形態においては、平面像表示部であるコレステリック液晶１と球面像変換部であるファイバープレート３をあわせて球面像提供手段とする。
【００５３】
コレステリック液晶１から出射された平面像の映像光は、ファイバープレート３で球面像の映像光に変換され、更に１／４波長板２で円偏光から直線偏光に変換される。この直線偏光は第２の半透過反射面８ａで反射される。再び、１／４波長板２で円偏光とされた映像光は、第１の半透過反射面３ａで反射される。このとき、円偏光の方向は逆転する。逆転した円偏光の映像光は、１／４波長板２で直線偏光（先の直線偏光とは方向が異なる直線偏光）に変換され、今度は偏光板８を透過し、観察者の瞳５に入射する。観察者は虚像６を観察することになる。
【００５４】
尚、本映像観察装置においても、第１の実施形態と同様に第１の半透過反射面３ａの曲率半径は第２の半透過反射面８ａの曲率半径の１．５倍以下にするのが望ましい。このように構成することによって、瞳５内の視度を有限距離に設定できる。
【００５５】
上記第１〜第４の実施形態においては、平面の表示部と、平面画像を球面画像に変換するためにファイバープレート３を用いているが、このような変換手段（ファイバープレート）を用いることなく、表示部自体を球面にしてもよい。例えば、球面状の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を用いれば、ファイバープレートなどの変換手段を用いる必要がない。
【００５６】
〈第５の実施形態〉
図５に、本発明の第５の実施形態のカメラの光学系の断面図を示す。９は入射瞳である。８は９０度方向の異なる直線偏光を選択的に透過及び反射する偏光板で、入射瞳９位置近傍を曲率中心とする球面で構成されている。２は、円偏光を直線偏光に直線偏光を円偏光に変換する球面で構成されている１／４波長板である。１／４波長板２の入射瞳９の逆側側面は半透過反射面（第１の半透過反射面）２ａが形成されている。
【００５７】
４は、円偏光を選択的に反射及び透過するコレステリック液晶（第２の半透過反射面）である。コレステリック液晶４は、入射瞳９位置近傍を曲率中心とする球面で構成されている。第１の半透過反射面２ａと第２の半透過反射面４で撮影光学系が構成されている。３は、ファイバープレートで球面像を平面像に変換する。１０は光電変換素子（ＣＣＤ）である。
【００５８】
入射瞳９を通過した被写体からの光のうち、一定方向の直線偏光のみ偏光板８を透過する。偏光板８を透過した光は、１／４波長板２で円偏光に変換され、コレステリック液晶４で円偏光の方向が変化することなく反射される。次に光は、半透過反射板２ａで反射される。このとき偏光方向が逆転するので、コレステリック液晶４を透過するようになる。コレステリック液晶４を透過した光は、ファイバープレート３で球面像から平面像に変換されＣＣＤ１０に与えられることになる。尚、ファイバープレート３の入射瞳９側曲面３ｂが結像面となる。
【００５９】
以下、第５の実施形態のカメラで撮影された映像を第１〜第４の実施形態の映像観察装置で観察する場合の撮像角度と観察角度の関係について説明する。
【００６０】
図６は、カメラの撮像角度を示す図である。第５の実施形態のカメラの光学系を簡略化して、１／４波長板２と結像面３ｂのみ図示した。点Ａを撮影光学系の主点とする。仮に、物体１１、１２、１３を物体１１を撮影中心として同時に撮影したとする。このとき、それぞれの物体は結像面３ｂに物体１１ａ、１２ａ、１３ａとして投影される。尚、αは撮像範囲である。物体１１、１２、１３は、それぞれの物体と主点Ａを結ぶ直線の角度が物体１１と物体１２間でθ₁、物体１２と物体１３間でθ₂である。結像面３ｂには、物体はこの角度関係を保った状態で結像する。
【００６１】
本カメラは、撮影された映像をメモリーするメモリー手段（不図示）と、映像観察装置からの信号に基づいてメモリー映像のどの範囲を出力するかを選択する映像範囲選択手段（不図示）を有する。尚、前記映像範囲選択手段は、映像観察装置の表示範囲が、カメラの撮影範囲か、あるいは予め撮像した広い（例えば全天周）範囲のメモリー映像より狭い場合に有効となる。
【００６２】
上記において撮影された映像を、例えば第１の実施形態の映像観察装置で観察する場合の観察角度について説明する。第５の実施形態のカメラにおいて、図６に示す結像面３ｂ上の球面映像は平面画像に変換されてＣＣＤ１０に取り込まれる。
【００６３】
この映像は、上下左右が反転されて第１の実施形態の映像観察装置の表示手段１に平面画像として表示されるたのち、球面画像（カメラにおいてＣＣＤ１０に取り込まれる前の球面映像と上下左右が反転されている以外は同一である）に変換されて半透過反射面３ａから映像光が出力される。図６及び映像観察装置の光学系の断面概略図を示した図７、図８は、平面画像に変換される過程を除いて図示したものである。
【００６４】
図７は、図６の結像面３ｂ上の物体１１ａを観察中心としてβの範囲を観察する場合の観察角度を示す図である。図８は、図６の結像面３ｂ上の物体１２ａを観察中心としてβ´の範囲を観察する場合の観察角度を示す図である。
【００６５】
図７において、観察者が球面映像を接眼光学系を介して観察した場合、虚像物体１１´、１２´、１３´が観察される。観察されるそれぞれの虚像物体と瞳５を結ぶ直線の角度が物体１１´と物体１２´の間でθ₁´、物体１２´と物体１３´の間でθ₂´である。ここで、図６と比較すると、表示面３ａと結像面３ｂ上の物体間の角度は同じなので、θ₁´＝θ₁、θ₂´＝θ₂となることがわかる。
【００６６】
図８に示すように、観察者が物体１２ａを中心に球面像を観察した場合、虚像物体１１´´、１２´´、１３´´が観察される、観察される物体間の角度を図７と同様に決めると、物体１１´´と物体１２´´の間でθ₁´´、物体１２´´と物体１３´´の間でθ₂´´である。ここで、図６と比較すると、図７の場合と同様に表示面３ａと結像面３ｂ上の物体間の角度は同じなので、θ₁´´＝θ₁、θ₂´´＝θ₂となることがわかる。
【００６７】
尚、上記においては、カメラで撮影した映像を第１の実施形態の映像観察装置で観察した場合の観察角度について説明したが、第２〜第４の実施形態の映像観察装置も本質的には第１の実施形態と同様の構成なので、観察角度についても同様のことが言える。よって、これらの映像観察装置で観察した場合の詳細な説明は省略する。
【００６８】
図７、図８を用いて示したように、第５の実施形態のカメラを用いて撮影した映像を第１〜第４の実施形態の映像観察装置で観察した場合、カメラの撮像中心と異なる位置を中心として観察しても、物体間の位置関係が変わってしまうということはない。
【００６９】
上記において、第１〜第４の実施形態として、表示手段がコレステリック液晶又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）で構成されている映像観察装置について説明したが、本発明を達成する映像観察装置の表示手段としてはこれに限定されない。例えば、点光源と走査手段とから構成される表示手段であってもよい。以下、点光源と走査手段とから構成される表示手段を有する本発明の映像観察装置の実施形態を第６、第７の実施形態として説明する。
【００７０】
〈第６の実施形態〉
図１４に、本発明の第６の実施形態の映像観察装置の光学系の横から見た断面図を示す。１８は、入射する光を水平方向に走査する主走査手段である。主走査手段１８には、上から見た図Ｃに示すように、映像信号により変調される光源１４で発光された光がコンデンサーレンズ１７により集光され入射する。尚、光源１４とコンデンサーレンズ１７の間には、偏光板１５と１／４波長板１６が配設されており、これらにより光源１４からの光は左回りの円偏光に偏光され主走査手段１８に入射する。
【００７１】
１９は、主走査手段１８からの光を垂直方向に走査する副走査手段である。４は、コレステリック液晶で観察者の瞳５位置近傍を曲率中心とした球面（第１の面）で構成され、円偏光を円偏光の回転方向によって選択透過及び反射する。本実施形態では、右回りの円偏光を透過し左回りの円偏光を反射するものを用いる。２１は観察者の瞳５に虚像を投影する凹面鏡であり、観察者の瞳５位置近傍を曲率中心とした球面（第２の面）で構成されている。コレステリック液晶４と凹面鏡２１により接眼光学系が形成されている。２０は、副走査手段１９からの光をコレステリック液晶４方向に反射するとともに、コレステリック液晶４方向からの光を透過して観察者の瞳５に与えるハーフミラーである。尚、主走査手段１８は凹面鏡２１を介して観察者の瞳５位置と略共役となる位置に構成されている。
【００７２】
二つの走査手段１８、１９で走査された左回りの円偏光の映像光は、ハーフミラー２０で反射され右回りの円偏光となり、コレステリック液晶４を透過し、凹面鏡２１付近で球面状に結像する。光源１４から副走査手段１８までの部材を合わせて球面像提供手段とする。球面像は、凹面鏡２１で反射され左回りの円偏光となり、コレステリック液晶４で反射され（このとき偏光方向は変化しない）、再び凹面鏡２１で反射される。このとき右回りの円偏光となってコレステリック液晶４を透過し、更にハーフミラー２０を透過して観察者の瞳５に導かれる。与えられた光により観察者は虚像を観察する。
【００７３】
〈第７の実施形態〉
図１５に、本発明の第７の実施形態の映像観察装置の光学系の横から見た断面図を示す。２３は１／４波長板、２４は特定の直線偏光のみを透過する偏光板、２５は入射した光を散乱させる球面スクリーンであり、これらは全て観察者の瞳５位置近傍を曲率中心とした球面で構成されている。１／４波長板２３のコレステリック液晶４側の面には、半透過反射面（第２の面）２３が形成されている。偏光板２４は、スクリーン２５方向からの光のみに有効なものを用いる。尚、主走査手段１８はスクリーン２５の曲率中心と光学的に略透過となる位置（つまり、観察者の瞳５位置と略共役となる位置）に構成されている。その他の構成は、第６の実施形態と同じである。
【００７４】
二つの走査手段１８、１９で走査された左回りの円偏光の映像光は、ハーフミラー２０で反射され右回りの円偏光となり、コレステリック液晶４と半透過反射面２２を含む１／４波長板２３と偏光板２４を透過し、球面スクリーン２５に結像する。球面スクリーン２５に結像した球面像は、散乱し、特定の直線偏光のみが偏光板２４を通過して、１／４波長板２３で左回りの円偏光となる。その後、コレステリック液晶４で反射され（このとき偏光方向は変化しない）、次に半透過反射面２２で反射される。このとき右回りの円偏光となってコレステリック液晶４を透過し、更にハーフミラー２０を透過して観察者の瞳に導かれる。与えられた光により観察者は虚像を観察する。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の映像観察装置によると、球面像をその曲率中心を共有した半透過反射面によって観察者の眼に導く構成としたので、球面収差以外の収差がなく広視野な映像となり臨場感のある映像を提供できる。また、光学系を小さく構成できるので、装置本体は軽く、例えばＨＭＤを構成した場合は観察者の眼や頭部に負担がかかりにくく、長時間の観察も可能となる。
【００７７】
本発明の映像観察システムにおいては、カメラで撮影した映像の一部を映像観察装置で観察する場合やカメラの撮像中心以外の位置を観察中心として観察する場合も、複雑な画像処理を有することなく撮影映像を忠実に再現した映像を観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図。
【図２】第２の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図。
【図３】第３の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図。
【図４】第４の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図。
【図５】第５の実施形態のカメラの光学系の断面図。
【図６】カメラの撮影角度を示した図。
【図７】映像観察装置の観察角度を示した図。
【図８】図７と異なる位置を観察中心とした場合の映像観察装置の観察角度を示した図。
【図９】従来例１の光学系の断面図。
【図１０】従来例２の光学系の断面図。
【図１１】従来のカメラの撮影角度を示した図。
【図１２】従来の映像観察装置の観察角度（画像処理を行っていない場合）を示した図。
【図１３】図１２と異なる位置を観察中心とした場合の従来の映像観察装置の観察角度（画像処理を行っていない場合）を示した図。
【図１４】第６の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図。
【図１５】第７の実施形態の映像観察装置の光学系の断面図。
【符号の説明】
１コレステリック液晶
２１／４波長板
２ａ第１の半透過反射面
３ファイバープレート
３ａ第１の半透過反射面
４コレステリック液晶（第２の半透過反射面）
５瞳
７ＬＣＤ
８偏光板
８ａ第２の半透過反射面
９入射瞳
１０ＣＣＤ

Claims

瞳近傍に曲率中心を有する球面像を提供する球面像提供手段と、
第１の球面状の半透過反射面と第２の球面状の半透過反射面を有し、第１の半透過反射面は前記球面像提供手段からの光を透過するとともに第２の半透過反射面で反射された光を反射し、第２の半透過反射面は前記球面像提供手段からの光を反射するとともに第１の半透過反射面で反射された光を透過するように構成された接眼光学系とを備え、
前記球面像提供手段と前記第１の半透過反射面と前記第２の半透過反射面のそれぞれの曲率中心が略同一の位置に設定されて、前記瞳により観察される虚像面が曲面となることを特徴とする映像観察装置。
更に像光を円偏光にする偏光手段を有し、第２の半透過反射面はコレステリック液晶で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の映像観察装置。
前記球面像提供手段は平面像表示部と該平面像表示部からの平面像光を球面像光に変換する球面像変換部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の映像観察装置。
第１の球面状の半透過反射面と第２の球面状の半透過反射面を有し、第１の半透過反射面は入射瞳からの光を透過するとともに第２の半透過反射面で反射された光を反射し、第２の半透過反射面は前記入射瞳からの光を反射するとともに第１の半透過反射面で反射された光を透過するように構成された撮影光学系と、
前記撮影光学系により投影された球面像を平面像にする平面像変換手段と、
前記平面像変換手段により変換された平面像を撮影する撮影手段とを備え、
前記撮影光学系により投影される球面像と前記第１の半透過反射面と前記第２の半透過反射面のそれぞれの曲率中心が略同一の位置に設定されているカメラを有し、
前記カメラにより撮影された映像を請求項１乃至３のいずれかに記載の映像観察装置により観察することを特徴とする映像観察システム。
前記カメラは、更に入射光を円偏光にする偏光手段を有し、第２の半透過反射面はコレステリック液晶で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の映像観察システム。
光源からの光を瞳近傍に曲率中心を有する球面状の結像面に導くとともに、光源からの光を走査することにより、前記結像面上に球面像を提供する球面像提供手段と、第１の球面と第２の球面とを有し、前記球面像を形成する光が前記第１の球面と前記第２の面で反射されたのち前記第１の球面を透過して観察者の瞳に達するように構成された接眼光学系とを備え、前記結像面と前記第１の球面と前記第２の球面のそれぞれの曲率中心が略同一の位置に設定されて、前記瞳により観察される虚像面が曲面となることを特徴とする映像観察装置。