JP2000267038A - 画像観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外界画像と表示手段に表示した表示画像の双
方を同一視野内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】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
示画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光
し、同一視野内で観察する画像観察装置において、該外
界画像を撮像する撮像手段と光路中に２次元画素構造を
有する空間変調素子を有し、該空間変調素子の少なくと
も一部領域を変調して該外界画像を構成する光束と該表
示画像を構成する光束の観察を切換可能とし、該表示画
像の領域に対応して該外界画像の領域の光束を遮断ある
いは遮光するように該空間変調素子を制御するととも
に、該表示画像の周期領域に該空間変調素子で光束がけ
られ、暗くなる領域が発生しないように該撮像手段で撮
像した画像情報を該周囲領域に補完する制御手段を有す
ること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像観察装置に関
し、例えば外界の光景（外界情報，外界画像）とディス
プレイ装置（画像表示手段）に表示した画像（表示画
像）が同一視野内に観察できるようにしたこと、あるい
は観察者が直接見ている現実の光景（外界情報）にコン
ピューターグラフィックス等で人工的に作り出した画像
（仮想物体）や、ビデオによって記録された映像（画像
情報）を重ね合わせることによってさまざまな擬似的体
験を行うことができる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、観察者が直接外界を観察して
いる外界画像（外界情報）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（仮想画像）やビデオカメ
ラ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
種々と提案されている。

【０００３】図１３は従来の外界情報と表示画像との双
方を同一視野内で観察するようにした画像観察装置の要
部概略図である。同図はディスプレイ１０１上にコンピ
ューターグラフィックス等によって生成した画像を表示
し、その画像をハーフミラー１０２を介し、凹面鏡１０
３で反射させ、再度ハーフミラー１０２を介し一定の倍
率で観察者の眼１０４に拡大した虚像として表示すると
同時に、ハーフミラー１０２を通して観察者がいる現実
の外界の光景（外界画像）を重畳して直接見られるよう
にしたものである。

【０００４】このような構成の画像観察装置は、例え
ば、作業者が実際の作業を行いながら同時に作業上必要
な情報をディスプレイ１０１上に表示された文字や映像
等によって得られるといった利点が有り、そうした用途
に使用することができる。

【０００５】あるいは、例えば図１４に示すようにコン
ピューターグラフィックス等によって視差のついた花瓶
１０６の画像を作成し、それを観察者の左右眼用のディ
スプレイに表示することにより、あたかも花瓶１０６が
現実空間にある机１０５上にあるように見せ観察者に様
々な擬似的体験をさせるといった頭部装着型の画像観察
装置にも使用することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像観察装置は
ディスプレイ（表示手段）で表示されている画像は虚像
として観察者の眼に映じるため、表示される像は透けた
像として見える。したがって、特に日差しの強い戸外等
では外界情報が明るすぎてディスプレイに表示された文
字や映像等の画像情報の表示が暗くなり見づらいといっ
た問題が生じる。その対策としてフィルター等により外
界からの光量を調節し、ディスプレイ画面を見やすくす
るといったことは可能であるが、表示画面全体に対して
であり、表示する文字や映像の領域に相当する部分につ
いてのみ行うといったことは出来なかった。

【０００７】また、外界情報としての現実空間内にある
机の上に仮想物体としてコンピューターグラフィックス
等で作成した花瓶を重ね合わせ、あたかも花瓶が実際に
机の上に有るように見せようとしても、花瓶は透けて見
えてしまい、実際に花瓶が机の上にある場合のようには
見えないという問題があった。また黒い色の画像を表示
しようとしても透けてしまい表示することが不可能であ
った。

【０００８】そこでこうした現象を避けるため、現実空
間の光景（外界情報）をＣＣＤカメラ等の撮影装置で電
気信号に変換し、それをコンピューターグラフィックス
等で作成した仮想画像と合成し表示するという方法があ
る。しかしこの場合、現実の光景（外界情報）はカメラ
の解像力に依存することになり、現状においては直接目
で見るほど緻密な画像は得られない。したがって現実と
は異なった光景となってしまうことが避けられないとい
う問題があった。

【０００９】本発明は、外界からの外界画像と表示手段
（ディスプレイ）で表示した表示画像の双方を同一視野
で観察するとき、表示手段上に表示された画像（表示画
像）に相当する領域を外界からの光束が通過し、観察者
の眼に入射するのを遮断し、表示画像と外界画像の双方
が見やすくなるようにした画像観察装置及び、コンピュ
ーターグラフィックス等で作成した仮想画像（表示画
像）を現実空間の光景（外界情報）に重ね合わせた際、
仮想画像が透けた画像とならないようにし、双方の画像
を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。

【００１０】

【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、外界の外界画像と表示手段に表示した表示画
像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し、同
一視野内で観察する画像観察装置において、該外界画像
を撮像する撮像手段と２次元画素構造を有する空間変調
素子を有し、該空間変調素子の少なくとも一部領域を変
調して該外界画像を構成する光束と該表示画像を構成す
る光束の観察を切換可能とし、該表示画像の領域に対応
して該外界画像の領域の光束を遮断あるいは減光するよ
うに該空間変調素子を制御するとともに、該表示画像の
周囲領域に該空間変調素子で光束がけられ、暗くなる領
域が発生しないように該撮像手段で撮像した画像情報を
該周囲領域に補完する制御手段を有することを特徴とし
ている。

【００１１】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記外界画像を構成する光束と前記表示画像を構成
する光束は、互いに偏光状態の異なる光束であり、前記
空間変調素子は透過型の液晶パネルを利用していること
を特徴としている。

【００１２】請求項３の発明の画像観察装置は、外界の
外界画像と表示手段に表示した表示画像の双方を光路分
割手段を介して観察者側に導光し、同一視野内で観察す
る画像観察装置において、光路中に２次元画素構造を有
する空間変調素子を有し、該空間変調素子の少なくとも
一部領域を変調して該外界画像を構成する光束と該表示
画像を構成する光束の観察を切換可能とし、該表示画像
の領域に対応して該外界画像の領域の光束を遮断あるい
は減光するように該空間変調素子を制御する制御手段を
有することを特徴としている。

【００１３】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、前記空間変調素子は透過型の液晶パネルを利用して
いることを特徴としている。

【００１４】請求項５の発明は請求項3の発明におい
て、前記外界画像を構成する光束と前記表示画像を構成
する光束は、互いに偏光状態の異なる光束であることを
特徴としている。

【００１５】請求項６の発明の画像観察装置は、外界の
外界画像と表示手段に表示した表示画像を光路分割手段
を介して同一視野内で観察する画像観察装置において、
該外界画像は２次元画素構造を有する空間変調素子を介
して観察しており、該空間変調素子は変調により該外界
画像と表示画像の一部または全部を同一視野内において
面積的に選択しており、該選択した表示画像の周囲領域
を該外界画像を撮像する撮像手段で得た画像情報を利用
して補完する制御手段を有していることを特徴としてい
る。

【００１６】請求項７の発明は請求項６の発明におい
て、前記空間変調素子は互いに直交する偏光を利用して
前記外界画像と表示画像の少なくとも一部を選択して観
察者に導光していることを特徴としている。

【００１７】

【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、コンピューターグラフィックス等によって形
成される仮想物体や撮像手段で得られた外界情報（外界
画像）を表示する表示素子１３に表示した画像情報を観
察する表示観察系と外界の画像情報を直接観察する観察
系と、外界の画像情報を撮像素子１８に結像させる撮影
系とを有し、該表示観察系による画像情報と該観察系に
よる外界の画像情報、そして該撮影系で得られた外界の
画像情報等の画像情報を同一視野で観察位置（眼）Ｅよ
り観察する構成となっている。

【００１８】本実施形態の画像観察装置は、Ｐ偏光を透
過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッター１０、
２次元画素構造を有する空間変調素子１１、Ｐ偏光を透
過するように配置した偏光板１２、バックライト、液晶
素子、そして偏光板等から構成されＰ偏光を射出する表
示手段１３、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビ
ームスプリッター１４、１／４波長板１５、正のパワー
を有するミラー（曲面ミラー）１６、撮像光学系１７、
ＣＣＤ等の２次元撮像素子１８等を有している。図中Ｅ
は観察者の眼である。

【００１９】空間変調素子１１は、例えば透過型のＴＮ
液晶パネル等で構成され、各画素ごとにオン動作の場合
に入射光の偏光方向を保存し、オフ動作時に入射光の偏
光方向を９０度回転させる機能を有する。ミラー１６は
表示手段１３の表示ディスプレイ面を例えば２ｍ先の位
置に拡大された虚像として表示して観察眼Ｅに提示する
ように、その焦点距離及び位置等が決められている。表
示手段１３で表示した画像を観察するための各要素で表
示観察系を構成している。

【００２０】外界からの光束Ｌ０の内、Ｐ偏光成分は偏
光ビームスプリッター１０を透過し、空間変調素子１１
に導かれる。空間変調素子１１がオン状態の領域におい
て、空間変調素子１１を通過したＰ偏光成分の光束は偏
光板１２を通過し、観察眼Ｅに導かれる。この観察系は
パワーを有した光学系等を光束が通過しないため、観察
者はガラス窓越しに見る場合のように、自然に外界の画
像情報を見ることができる。外界の画像情報を直接観察
するための各要素で観察系を構成している。一方、空間
変調素子１１がオフ状態の領域において、空間変調素子
１１を通過時にＰ偏光は偏光面を回転させられＳ偏光成
分となるので、この光束は偏光板１２で遮断され、観察
眼Ｅには達しない。

【００２１】一方、外界からの光束Ｌ０の内、Ｓ偏光成
分は偏光ビームスプリッター１０及び偏光ビームスプリ
ッター１４で反射され、撮像光学系１７で集束され、撮
像素子１８上に外界の画像情報を形成する。

【００２２】撮像素子１８で得られる画像情報は信号処
理回路（制御手段）ＳＰによって処理して、表示手段１
３に表示している。外界の画像情報を撮影素子１８に形
成するための各要素で撮像系を構成している。

【００２３】表示手段１３から射出された表示像光はＰ
偏光であるため、偏光ビームスプリッター１４と偏光ビ
ームスプリッター１０を透過し、１／４波長板１５を透
過し、ミラー１６で反射され、再び１／４波長板１５を
透過する。この時１／４波長板を２回通過するため偏光
面が回転し、表示像光はＳ偏光となる。１／４波長板１
５を再度透過した光束はＳ偏光であるため、今度は偏光
ビームスプリッター１０で反射され、空間変調素子１１
に導かれる。空間変調素子１１がオン状態の領域におい
て、空間変調素子１１で偏光面が保持されるため、それ
を通過したＳ偏光成分の光束は偏光板１２で遮断され、
観察眼Ｅには達しない。一方、空間変調素子１１がオフ
状態の領域において、Ｓ偏光成分は空間変調素子１１を
通過時に偏光面を回転されたＰ偏光成分の光束となり、
それは偏光板１２を通過し、観察眼Ｅに導かれる。

【００２４】次に本実施形態の特徴を説明する。例えば
図２（Ａ）に示すように実空間に物体２２が存在したと
する。図２（Ａ）はその時観察系で観察される外界画像
である。図２（Ａ）において、２１は観察域を表す。こ
こに図２（Ｂ）で示すコンピューターグラフィックスＣ
Ｇ等で作成した仮想物体（表示画像）２３を図２（Ａ）
の実物体２２の手前に重ねて表示する場合について説明
する。

【００２５】従来の画像観察装置では図２（Ｃ）に示す
ように表示画像２３が虚像であるため、実物体２２と重
なっている部分で仮想物体２３が透けてしまい実物体２
２が見えてしまう。

【００２６】そこで図３に示すように、空間変調素子１
１上で仮想物体（表示像）２３を構成する光束が通過す
る領域１１ａをオフ状態にし、その他の領域１１ｂをオ
ン状態とさせる。尚、図３は図１に示した本実施形態の
空間変調素子１１から観察眼Ｅまでの部分の拡大図であ
る。Ｐは観察眼Ｅの入射瞳を表す。空間変調素子１１上
でオフにする領域１１ａは、仮想物体２３の位置，大き
さ及び観察眼の入射瞳の大きさ，空間変調素子１１の位
置，眼球回旋，３次元画像を表示する場合は両眼視差量
等をもとに、その位置及び大きさが決定される。

【００２７】このようにすると外界からの光束で偏光ビ
ームスプリッター１０を通過する光束はＰ偏光であるた
め、空間変調素子１１のうちオン状態である領域１１ｂ
に入射する光束はＰ偏光のままなので偏光板１２を通過
し、観察眼Ｅに入射するが、オフ状態である領域１１ａ
に入射した光束はＳ偏光となって射出するため、偏光板
１２で遮断される。

【００２８】一方、表示手段１３からの光束は空間変調
素子１１に入射する際はＳ偏光であるため、領域１１ｂ
に入射する光束はＳ偏光のまま射出するので偏光板１２
で遮断され、領域１１ａに入射した光束はＰ偏光となる
ので偏光板１２を通過する。これにより、領域Ｑの部分
の外界からの光束は観察眼Ｅに達せず、領域Ｓにおいて
は空間変調素子１１のオン状態の部分１１ｂを通して、
光束がけられることなく観察することができる。

【００２９】しかし図３に示すように、表示手段１３の
表示パネルの虚像Ｍが空間変調素子１１と光学的に等価
な位置になく、入射瞳Ｐが大きさを持つため、外界から
の光束が完全に遮蔽される領域Ｑの周囲に部分的に光束
がけられる領域Ｒが存在してしまう。この時の観察画像
は図４（Ａ）のようになり、仮想物体２３の周囲に暗い
領域２４が生じてしまう。図４（Ａ）における観察域２
１上のＡ−Ａ’ライン上での外界光束及び表示光束の透
過率分布Ｔをそれぞれ図４（Ｂ），（Ｃ）に示す。

【００３０】本実施形態では、撮像素子１８で受像した
外界画像２２とコンピューターグラフィックス等で作成
した仮想画像２３を重合させて、制御手段ＳＰで画像処
理を行って、仮想画像２３と外界画像２２との重なった
領域が透けてしまわないようにして、図４（Ｄ）に示す
ような画像を表示手段１３に表示している。

【００３１】このようにすると仮想画像２３の周囲の部
分で空間変調素子１１、偏光板１２により部分的にけら
れる外界の風景が、撮像素子１８で受像し表示手段１３
に表示された外界画像で補完されるため、違和感無く観
察することができる。現実の光景を直接見る場合より
は、若干質が低下するが、直接見る外界画像と一旦電子
化された画像とが重畳されたものであるため、かなり質
の高い画像となる。また、観察域のほとんどを占める領
域では、直接外界を観察することができる。

【００３２】制御手段ＳＰは、撮像素子１８で受像した
外界画像２２とコンピューターグラフィックスＣＧ等で
作成した仮想画像２３を重合させて表示手段１３に表示
するとともに、上述した各パラメータをもとに演算を行
い、オンオフの領域を決定して空間変調素子１１を制御
することにより、観察者は表示画像と外界画像の双方の
画像を良好に観察することができる。

【００３３】また空間変調素子１１を制御し外界光束を
遮断することができるため、”黒い色”を表示し外界画
像に重畳することもできる。

【００３４】上記実施形態においては、空間変調素子１
１の動作状態としてオン、オフの２値の場合の例を示し
たが、その中間の状態つまり入射する光束の偏光方向の
回転角を９０度ではなく、任意の角度に設定することに
より、任意に透けた画像を提示するようにしても良い。

【００３５】図５は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。図５において、図１に示した実施形態１と同じ機
能を有するものに関しては、同じ符号を付し説明を略
す。

【００３６】図５においてプリズム体Ｌｌ，Ｌ２の境界
面３１にはＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するような偏
光選択性のある光学薄膜が形成されている。またプリズ
ム体Ｌｌ及びＬ２は複屈折性を有しない素材を用いてい
る。

【００３７】表示手段１３ａからはＳ偏光の光が射出し
ている。表示手段１３ａから出射されたＳ偏光の光束
は、面３５で屈折してプリズム体Ｌ２に入射し、臨界角
以上の角度で面３６に入射して全反射され、Ｓ偏光であ
るため正のパワーを有した面３１で反射され、臨界角以
下の角度で再び面３６に入射し、屈折してプリズム体Ｌ
２から射出され、空間変調素子１１に導かれる。面３
１，３５，３６はそれぞれ光学的パワーを有しており、
表示手段１３ａの拡大された虚像を形成する。面３１，
３５，３６はそれぞれ面頂点回りのアジムス角度により
パワーが異なる回転非対称非球面で構成することによ
り、光学系を偏心させることにより生じる諸収差を少な
い光学要素で補正することが可能となる。外界からの光
束Ｌ０は面３０で屈折されプリズム体Ｌｌに入射し、光
束Ｌ０の内Ｐ偏光成分は面３１を透過し、面３６に入射
し、屈折してプリズム体Ｌ２から射出され、空間変調素
子１１に導かれる。プリズム体Ｌｌ，Ｌ２は同じ屈折率
の材質で構成し、面３０及び面３６の形状を最適化する
ことにより、外界からの光束に関してノンパワーとなる
ように構成されている。

【００３８】一方、面３０で屈折した外界からの光束Ｌ
０のうちＳ偏光成分は、負のパワーを有した面３１で反
射されて臨界角以上の角度で正のパワーを有する面３０
に再び入射し全反射され、面３２で屈折されプリズム体
Ｌｌから射出され、正のパワーを有したレンズ群３３に
より集光され撮像素子３４上に外界画像を形成する。面
３０，３２はそれぞれ面項点回りのアジムス角度により
パワーが異なる回転非対称非球面で構成される。

【００３９】図５におけるこの他の構成は、図１の実施
形態１と同じである。

【００４０】図６は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。本実施形態は図５の実施形態２のプリズム体Ｌ
ｌ、レンズ群３３、撮像素子３４で構成されていた撮像
系の部分を偏光ビームスプリッター３７、撮像光学系３
８、撮像素子３４で構成した点が異なっており、その他
の構成は同じである。

【００４１】外界からの光束Ｌ０の内、偏光ビームスプ
リッター３７でＳ偏光を反射させ、Ｐ偏光を透過してい
る。偏光ビームスプリッター３７を透過したＰ偏光はプ
リズム体Ｌ１，Ｌ２を通過して空間変調素子１１に入射
している。偏光ビームスプリッター３７で反射したＳ偏
光は撮像光学系３８によって撮像素子３４上に導光され
る。表示手段１３ａからのＳ偏光の光路は図５と同じで
ある。

【００４２】図５及び図６で示した実施形態とも、図１
で示した実施形態と同じ原理で現実の風景と仮想像の重
畳が可能である。

【００４３】図７は本発明の実施形態４の要部概略図で
ある。本実施形態の画像観察装置は、Ｐ偏光を透過し、
Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッター４０、２次元
画素構造を有する空間変調素子４３、バックライト、液
晶素子、偏光板等から構成されＰ偏光を射出する表示手
段４５、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビーム
スプリッター４４、１／４波長板４６、正のパワーを有
するミラー４７、撮像光学系４１、ＣＣＤ等の２次元撮
像素子４２から構成される。図中Ｅは観察者の眼であ
る。

【００４４】空間変調素子４３は、液晶パネル等で構成
され、各画素ごとにオン動作の場合に入射光の偏光方向
を保存し、オフ動作時に入射光の偏光方向を９０度回転
させる機能を有する。ミラー４７は表示手段４５の表示
ディスプレイ面を例えば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。

【００４５】外界からの光束Ｌ０の内、Ｐ偏光成分は偏
光ビームスプリッター４０を透過し、空間変調素子４３
に導かれる。空間変調素子４３で偏光面を回転させられ
ないで、それを通過したＰ偏光成分の光束は偏光ビーム
スプリッター４４を透過し、観察眼Ｅに導かれる。この
場合パワーを有した光学系等を光束が通過しないため、
観察者はガラス窓越しに見る場合のように、自然に外界
画像を見ることができる。

【００４６】一方、空間変調素子４３を通過時に偏光面
を回転されたＳ偏光成分の光束は偏光ビームスプリッタ
ー４４で反射され、観察眼Ｅには達しない。外界からの
光束Ｌ０の内、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッター４
０で反射され、撮像光学系４１で集束され、撮像素子４
２上に外界画像を形成する。

【００４７】表示手段４５から射出された表示像光はＰ
偏光であるため、偏光ビームスプリッター４４を透過
し、１／４波長板４６を透過し、ミラー４７で反射さ
れ、再び１／４波長板４６を透過する。この時、１／４
波長板を２回通過するため偏光面が回転し、表示像光は
Ｓ偏光となる。１／４波長板４６を再度透過した光束は
Ｓ偏光であるため偏光ビームスプリッター４４で反射さ
れ観察眼Ｅに導かれる。

【００４８】外界からの光束Ｌ０は、図３で示した原理
により、空間変調素子４３を制御することにより、任意
の領域で遮光が可能となる。一方、表示手段４５には、
図８（Ａ）で示す外界光束の透過率分布を補完するよう
に図８（Ｂ）で示すような光量分布の画像を表示する。
このような構成とすることにより実施形態１と同様の効
果が得られる。また、空間変調素子４３の位置を観察眼
の瞳孔からより離れた位置に設けることが可能となり、
遮光領域の近傍の領域に対するけられの影響を小さくす
ることができる。

【００４９】図９，図１０，図１１は本発明の実施形態
５，６，７の要部概略図である。これらの各実施形態に
おいて、図１，図５，図６に示した実施形態と同じ機能
を有する部分に付いては、同じ符号を付し説明を略す。

【００５０】図９は図１に示した実施形態１の偏光ビー
ムスプリッター１０，１４をそれぞれハーフミラー１
０’，１４’に置き換え、１／４波長板１５を除き、Ｐ
偏光を透過するように配置した偏光板４８を外界側に付
加し、空間変調素子１１をハーフミラー１０’よりも外
界側に設けた点が異なっておりその他の構成は同じであ
る。

【００５１】図１０は図５に示した実施形態のＳ偏光を
射出する表示手段１３ａをＰ偏光を射出する表示手段１
３に、プリズム接合面３１をハーフミラー３１’にそれ
ぞれ置き換え、Ｐ偏光を透過するように配置した偏光板
４８を外界側に付加し、空間変調素子１１をプリズム体
Ｌｌよりも外界側に設けた点が異なっておりその他の構
成は同じである。

【００５２】図１１は図６に示した実施形態のプリズム
接合面３１をハーフミラー３１’に置き換え、空間変調
素子１１及び偏光板１２をプリズム体Ｌｌよりも外界側
に設けた点が異なっておりその他の構成は同じである。

【００５３】図９，図１０，図１１の各実施形態によれ
ば、このような構成とすることにより図７に示した実施
形態４と同様の制御を行うことにより同様の効果が得ら
れる。

【００５４】図１２（Ａ）は本発明の実施形態８の要部
概略図である。本実施形態は観察空間に提示する画像と
して、図１２（Ｂ）に示したような現実の物体との奥行
方向の位置関係に配慮が要らないもの、例えばコンピュ
ーター画面等を提示する場合には、図１２（Ａ）に示す
ような構成を用いている。なお、図１に示した実施形態
と同じ機能を有するものに関しては、同じ符号を付し説
明を略す。

【００５５】外界からの光束Ｌ０の内Ｐ偏光成分は、Ｐ
偏光を透過するように配置された偏光板５０を通過し、
ハーフミラー５１を透過して空間変調素子１１に導かれ
る。バックライト、液晶素子、偏光板等から構成されＳ
偏光を射出する表示手段１３ａから射出された表示光束
はハーフミラー５１を透過し、ミラー１６で反射され、
ハーフミラー５１で反射されて空間変調素子１１に導か
れる。このような構成にすると前述した原理により、図
１２（Ｂ）に示すように観察域２１内に表示画像２３を
外界が透けること無く観察することができる。この場合
は、図４（Ａ）に示した場合と同じように表示画像の周
囲に暗い部分が生じるが、視野内の任意の位置にコンピ
ューター画面を外界が透けること無く表示できる。

【００５６】上記各実施形態においては表示手段１３，
１３ａの表示素子として透過型の液晶パネルを用いた
が、表示素子として反射型の液晶パネルやＥＬパネル等
を用いて構成することも可能である。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、外界からの外界画像と
表示手段（ディスプレイ）で表示した表示画像の双方を
同一視野で観察するとき、表示手段上に表示された画像
（表示画像）に相当する領域を外界からの光束が通過
し、観察者の眼に入射するのを遮断し、表示画像と外界
画像の双方が見やすくなるようにした画像観察装置及
び、コンピューターグラフィックス等で作成した仮想画
像（表示画像）を現実空間の光景（外界情報）に重ね合
わせた際、仮想画像が透けた画像とならないようにし、
双方の画像を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。

【００５８】この他、本発明によれば、コンピュータグ
ラフィックス等で作成した仮想像（表示画像）を現実空
間の光景（外界情報）に重ね合わせた際、外界情報を取
得する撮像系の情報をもとに仮想像と現実空間の位置関
係を演算し、ディスプレイ（画像表示手段）上に表示さ
れた画像（表示画像）領域における外界からの外界情報
を表示画像に対応させて正確に遮断し、また当該領域の
周囲領域に光束がけられ暗くなる領域が発生しないよう
に撮像手段で撮像した外界情報を前記周囲領域に補完す
ることにより、表示画像と外界画像の双方の画像を良好
に観察することができる。また従来不可能であった”黒
い色”の表示が可能となる画像観察装置を達成すること
ができる。

【００５９】また、本発明によれば、外界からの像光に
ディスプレイによる画像を重畳させて表示させるような
場合、像の重なった領域において、外界からの像光束を
任意の領域で取り除くことができる。したがって戸外等
外界からの光が強い場所においてもディスプレイに表示
れた文字や映像等の画像が見にくいといったことが防止
できる。また外界の光景すなわち実像の中にディスプレ
イによって表示された仮想像を合成表示した時に仮想像
が透けて見えるということも防止できる。

【００６０】また、本発明によれば、上記効果と同様の
効果を得られるとともに、視野内の任意の位置にコンピ
ューター画面等を外界が透けること無く表示することが
でき、観察者の負担を減らすことが可能となる。

【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】 図１の一部分の説明図

【図３】 図１の一部分の説明図

【図４】 図１の一部分の説明図

【図５】 本発明の実施形態２の要部概略図

【図６】 本発明の実施形態３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】 図７の一部分の説明図

【図９】 本発明の実施形態５の要部概略図

【図１０】 本発明の実施形態６の要部概略図

【図１１】 本発明の実施形態７の要部概略図

【図１２】 本発明の実施形態８の要部概略図

【図１３】 従来の画像観察装置の要部概略図

【図１４】 外界画像に仮想画像を加えたときの説明図

【符号の説明】

１１，４３ 空間変調素子 １２，５０ 偏光板 １３，４５，１３ａ 表示手段 １０，１４，３７，４０，４４ 偏光ビームスプリッタ
ー １５ λ／４板 １６，４７ ミラー １７，３８，４１ 撮像光学系 １８，３４，４２ 撮像素子 Ｅ 観察者の眼 ２１ 観察域 ２２ 実物体 ２３ 仮想物体 Ｌ１ プリズム体 Ｌ２ プリズム体 ３３ レンズ群 ＳＰ 制御手段 ＣＧ コンピューターグラフィックス １０’，１４’，３１’，５１ ハーフミラー

【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】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【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、外界の外界画像と表示手段に表示した表示画
像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光し、同
一視野内で観察する画像観察装置において、該外界画像
を撮像する撮像手段と２次元画素構造を有する空間変調
素子を有し、該空間変調素子の少なくとも一部領域を変
調して該外界画像を構成する光束と該表示画像を構成す
る光束の観察を切換可能とし、該表示画像の領域に対応
して該外界画像の領域の光束を遮断あるいは減光するよ
うに該空間変調素子を制御するとともに、該外界画像の
該空間変調素子でけられる該表示画像の周囲領域を該撮
像手段で撮像した画像情報で補完する制御手段を有する
ことを特徴としている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】請求項３の発明の画像観察装置は、外界の
外界画像と表示手段に表示した表示画像の双方を光路分
割手段を介して観察者側に導光し、同一視野内で観察す
る画像観察装置において、該光路分割手段と観察眼の間
の光路中に２次元画素構造を有する空間変調素子を有
し、該空間変調素子の少なくとも一部領域を変調して該
外界画像を構成する光束と該表示画像を構成する光束の
観察を切換可能とし、該表示画像の領域に対応して該外
界画像の領域の光束を遮断あるいは減光するように該空
間変調素子を制御する制御手段を有することを特徴とし
ている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H091 FA07Z FA08X FA08Z FA10Z FA11Z FA14Z FA15Z GA11 HA07 LA16 MA10 5C058 AA07 AA08 AB04 BA24 BA31 BB25

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
   示画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光
   し、同一視野内で観察する画像観察装置において、該外
   界画像を撮像する撮像手段と２次元画素構造を有する空
   間変調素子を有し、該空間変調素子の少なくとも一部領
   域を変調して該外界画像を構成する光束と該表示画像を
   構成する光束の観察を切換可能とし、該表示画像の領域
   に対応して該外界画像の領域の光束を遮断あるいは減光
   するように該空間変調素子を制御するとともに、該表示
   画像の周囲領域に該空間変調素子で光束がけられ、暗く
   なる領域が発生しないように該撮像手段で撮像した画像
   情報を該周囲領域に補完する制御手段を有することを特
   徴とする画像観察装置。
2. 【請求項２】 前記外界画像を構成する光束と前記表示
   画像を構成する光束は、互いに偏光状態の異なる光束で
   あり、前記空間変調素子は透過型の液晶パネルを利用し
   てい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】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
   示画像の双方を光路分割手段を介して観察者側に導光
   し、同一視野内で観察する画像観察装置において、光路
   中に２次元画素構造を有する空間変調素子を有し、該空
   間変調素子の少なくとも一部領域を変調して該外界画像
   を構成する光束と該表示画像を構成する光束の観察を切
   換可能とし、該表示画像の領域に対応して該外界画像の
   領域の光束を遮断あるいは減光するように該空間変調素
   子を制御する制御手段を有することを特徴とする画像観
   察装置。
4. 【請求項４】 前記空間変調素子は透過型の液晶パネル
   を利用していることを特徴とする請求項３の画像観察装
   置。
5. 【請求項５】 前記外界画像を構成する光束と前記表示
   画像を構成する光束は、互いに偏光状態の異なる光束で
   あることを特徴とする請求項３の画像観察装置。
6. 【請求項６】 外界の外界画像と表示手段に表示した表
   示画像を光路分割手段を介して同一視野内で観察する画
   像観察装置において、該外界画像は２次元画素構造を有
   する空間変調素子を介して観察しており、該空間変調素
   子は変調により該外界画像と表示画像の一部または全部
   を同一視野内において面積的に選択しており、該選択し
   た表示画像の周囲領域を該外界画像を撮像する撮像手段
   で得た画像情報を利用して補完する制御手段を有してい
   ることを特徴とする画像観察装置。
7. 【請求項７】 前記空間変調素子は互いに直交する偏光
   を利用して前記外界画像と表示画像の少なくとも一部を
   選択して観察者に導光していることを特徴とする請求項
   ６の画像観察装置。