JPH1184306A - 映像観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に高性能の表示装置を用いることなく、広
視野でしかも高精細の映像を観察することが可能な映像
観察装置を提供する。 【解決手段】 頭部載置型表示装置に２つの液晶表示装
置（ＬＣＤ）を備え、広い範囲を表す映像を第１のＬＣ
Ｄに表示し、そのうちの一部領域を表す映像を第２のＬ
ＣＤに表示して、両者の映像光をハーフミラーで合成し
て眼に導く。第２のＬＣＤの解像度を高くすることで、
一部領域の映像を高精細とする。第１、第２のＬＣＤと
ハーフミラーとの間にそれぞれ第１、第２の拡大率のリ
レー光学系を配設し、第２の拡大率を第１の拡大率より
も小さくすることで一部領域の映像を高精細とすること
もできる。第２のＬＣＤの映像を観察者の眼球の向きに
応じて変化させることで、観察者の注視部位を常に高精
細とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示した映像の光を
観察者の眼に導く映像観察装置に関するものであり、特
に、視野角が大きく精細度の高い映像を観察者に提供す
ることが可能な映像観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭部に装着して使用し眼前に映像を表示
する頭部載置型表示装置（ＨＭＤ）が、バーチャルリア
リティやフライトシミュレーションの分野で多用されて
いる。ＨＭＤは、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶表示装置
（ＬＣＤ）等の映像表示装置と、接眼レンズを含む観察
光学系を備える構成が一般的であり、観察者は、表示さ
れた映像を観察光学系を介して拡大して観察する。映像
表示装置には、カメラによって撮影された映像またはコ
ンピュータによって生成された映像が表示される。

【０００３】ＨＭＤのように高い現実感を提供すること
を目的とする映像観察装置は、視野角が大きくかつ精細
度が高い映像を観察者に与えることが望しい。一方、観
察者が身体に装着する装置は、小型かつ軽量に構成する
必要があり、このため、あまり大きな映像表示装置を備
えることはできない。観察者が観察する映像の視野角の
広狭は、当然、映像表示装置の大きさと観察光学系の倍
率に依存する。しかし、表示装置の大きさに制約がある
ため、広い範囲を表す映像を小さく表示するとともにそ
の映像全体を観察光学系によって拡大することで、本来
の広い視野角を有する虚像として観察者の眼に与えるよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、表示映像を
拡大して観察者の眼に与えると、映像の一点を表す画素
が拡大されて広がりをもち、また画素間隔も拡大される
から、観察される映像の精細度は低下することになる。
近年では画素密度の高い表示装置が開発されているが、
数倍に拡大しても実物と比べて遜色のないきわめて高い
解像度の映像を表示し得るほどの高性能の表示装置はな
い。このため、映像の広視野化と高精細化の両立は困難
な現状にある。

【０００５】きわめて高い解像度の映像を表示するため
には、表示素子の画素の高密度化を図るとともに、それ
に応じた複雑な駆動回路を備える必要が生じる。また、
必然的に多量の映像信号を使用するすることになるか
ら、映像信号を生成するための手段も高性能のものが必
要となる。例えば、カメラによって撮影して映像信号を
生成する方法を採る場合は、画素密度のきわめて高い撮
影用素子とその駆動回路を備えた高性能のカメラが要求
され、コンピュータによって映像信号を生成する方法を
採用する場合は、多量の演算を高速で行い得る処理能力
の高いコンピュータが要求される。

【０００６】電子工学技術のさらなる進歩により、この
ような条件を満たす映像表示装置や映像生成手段が実用
化され、広い範囲を表す映像を小さくかつきわめて高解
像度で表示することが可能になることは十分に期待され
る。その場合、広視野でしかも全範囲が高精細の映像を
観察者に常時提供することが可能になる。しかしなが
ら、小さく表示した映像の全体を拡大して観察者の眼に
与えるという方法を踏襲すると、下記の理由で、全範囲
が高解像度の映像を生成し表示することに大きな無駄が
生じる。

【０００７】人の眼の網膜における視覚細胞の分布密度
は均一ではなく、視覚細胞が高密度に存在する領域はご
く一部に限られている。この領域には人が注視する点近
傍からの光のみが導かれるため、注視点近傍の２点が、
互いに接近していても異なる２点として識別されるのに
対し、注視点から離れた位置にある２点は、互いにある
程度隔たっていても識別されない。視覚細胞が高密度に
存在する領域の大きさは視野角にして３〜４°程度であ
り、これにより、人の視覚は全視野のうち中央部のきわ
めて狭い範囲のみを精度よく識別し得るという特性を有
している。

【０００８】したがって、注視点近傍以外の部位の映像
の解像度を、人の視覚の周辺部の低い解像度に応じて低
くしても、観察者が不自然な感覚を受けることはない。
人は眼球を動かして注視点を変化させることができるか
ら、映像の全範囲を高解像度とすることが全く無意味に
なるわけではないが、常に映像の全範囲を高解像度とす
る必要はなく、注視点近傍のみを高解像度とした映像を
観察者に提供すればよい。

【０００９】きわめて高解像度の映像表示装置を駆動す
るための回路は、それ自体が大型となり重くなる上、消
費電力も多くなるから電源も大型化してしまう。これ
は、映像観察装置全体の大型化や重量化を招き、特に、
ＨＭＤのように身体に装着して使用する構成とするとき
は大きな不都合となる。

【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、特に高性能の映像表示装置を用いるこ
となく、広視野でしかも高精細の映像を観察することが
可能な映像観察装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、映像を表示しその映像の光を観察者の
眼に導く映像観察装置において、第１の映像を表示する
第１の表示素子と、第１の表示素子よりも小さく、第１
の映像の範囲内の第２の映像を表示する第２の表示素子
と、第１の映像の光と第２の映像の光を合成する光学素
子と、光学素子によって合成された光を観察者の眼に導
く観察光学系とを備える。

【００１２】この構成の映像観察装置では、観察者の眼
には合成された２つの映像の光が導かれ、第１の映像の
内部に第２の映像が観察される。映像全体の視野角は、
第１の表示素子の大きさと観察光学系の倍率によって決
定される。第１の映像および第２の映像の精細度は、そ
れぞれ、第１の表示素子および第２の表示素子の解像度
によって定まるから、これら２つの表示素子の解像度の
設定次第で、観察者が観察する映像を２段階の精細度と
することが可能である。

【００１３】ここで、第２の表示素子の解像度を第１の
表示素子の解像度よりも高くするとよい。これにより、
第１の映像に対応する周辺部よりも第２の映像に対応す
る中央部をより高精細な映像とすることができる。第２
の映像に視線を向けているとき、観察者の眼には周囲に
第１の映像が映ることになり、これは広い視野内の一部
分を注視している状態に相当する。第２の表示素子は第
１の表示素子よりも小さいから、第１および第２の表示
素子の画素数を等しく設定するだけで、第２の表示素子
の方を高解像度とすることができる。このとき、第１の
映像の信号量と第２の映像の信号量は同じになり、第２
の映像をより高解像度とするために信号量を多くする必
要はない。

【００１４】上記目的を達成するために、本発明ではま
た、映像を表示しその映像の光を観察者の眼に導く映像
観察装置において、第１の映像を表示する第１の表示素
子と、第１の映像の範囲内の第２の映像を表示する第２
の表示素子と、第１の映像の光と第２の映像の光を合成
する光学素子と、第１の映像の光を第１の倍率で光学素
子に導く第１のリレー光学系と、第２の映像の光を第１
の倍率よりも小さい第２の倍率で光学素子に導く第２の
リレー光学系と、光学素子によって合成された光を観察
者の眼に導く観察光学系を備える。

【００１５】この構成の映像観察装置でも、観察者の眼
には合成された２つの映像の光が導かれる。第２のリレ
ー光学系の倍率は第１のリレー光学系の倍率よりも小さ
いため、観察者は第１の映像の内部に第２の映像を観察
することになる。映像全体の視野角は、第１の表示素子
の大きさならびに第１のリレー光学系および観察光学系
の倍率によって決定される。また、第２のリレー光学系
の倍率に依存する第２の映像の精細度は第１のリレー光
学系の倍率に依存する第１の映像の精細度よりも高くな
るため、周辺部に比べて中央部がより高精細な映像を観
察することができる。

【００１６】観察される第１および第２の映像の視野角
や精細度の上記関係は、第２の表示素子を第１の表示素
子よりも大きくしたり高解像度としたりしなくても成り
立つ。したがって、第１の表示素子および第２の表示素
子として同一性能のものを用いることができる。

【００１７】上記いずれの構成の映像観察装置において
も、第２の表示素子を第２の映像を表示する面に略沿う
方向に移動させる移動手段を備えるとよい。これによ
り、第１の映像内での第２の映像の位置を変えることが
可能になる。移動手段が第２の表示素子を移動させる方
向は表示面に略沿った方向であるから、第２の映像が第
２のリレー光学系の光軸に対して傾くことがなく、した
がって、観察される第２の映像に歪みが生じることはな
い。

【００１８】さらに、観察者の眼球の向きを検出する検
出手段と、検出された観察者の眼球の向きに応じた位置
に第２の光学素子を移動させるように移動手段を制御す
るとともに、検出された観察者の眼球の向きに応じた範
囲の映像を第２の映像として第２の表示素子に表示させ
る制御手段とを備えるようにしてもよい。観察者が映像
のどの部位を注視するときでも、その部位を高精細な映
像とすることが可能になる。どの部位を注視してもその
部位が高精細の映像であるということは、観察者にとっ
ては、全範囲が一様に高精細な映像を与えられているこ
とに等しい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した広視野か
つ高精細の映像を観察者に提供する映像表示システムに
ついて図面を参照して説明する。図１に、第１の実施形
態の映像表示システム１の概略構成を示す。本映像表示
システム１は、カメラ１０および映像観察装置２０より
成り、映像観察装置２０はＨＭＤとして構成されてい
る。

【００２０】カメラ１０は、広い範囲を撮影するための
第１の電荷結合素子（ＣＣＤ）１１、ＣＣＤ１１によっ
て撮影される範囲内の一部の範囲を撮影するための第２
のＣＣＤ１２、およびカメラ全体を制御するマイクロコ
ンピュータより成る制御部１３を備えている。図示しな
いが、カメラ１０は水平方向と垂直方向の向きを変化さ
せる回動機構を有しており、撮影方向を任意に変えるこ
とができる。

【００２１】ＨＭＤ２０は、ＣＣＤ１１によって撮影さ
れた映像を表示するための第１のＬＣＤ２１、ＣＣＤ１
２によって撮影された映像を表示するための第２のＬＣ
Ｄ２２、およびＨＭＤ全体を制御するマイクロコンピュ
ータと映像処理回路より成る制御部２３を備えており、
さらに、観察者の頭部の向きを検出するためのヘッドト
ラッカー２４、および観察者の眼球の向きを検出するた
めのアイトラッカー２５を有している。

【００２２】ヘッドトラッカー２４は、直交する３軸に
ついての回転の角速度を検出する３つの角速度センサー
より成り、これらのセンサーの出力を積分して回転量を
求め、観察者の頭部の向きを検出する。アイトラッカー
２５は、人の眼が感知し得ない波長の光を発する発光部
とその受光部より成り、眼球によって反射された発光部
からの光を受光部で受けて、その像に現れる瞳孔の位置
から眼球の向きを検出する。

【００２３】カメラ１０の制御部１３は、ヘッドトラッ
カー２４の出力信号を与えられ、この信号に応じて回動
機構を駆動してカメラ１０の向きを変化させる。これに
より、観察者の頭部の向きに合致した方向の像がＣＣＤ
１１および１２によって撮影される。

【００２４】カメラ１０の光学系の構成を図２に模式的
に示す。カメラ１０は、撮影レンズ１６と、撮影レンズ
１６を透過した光を一様かつ部分的に上方に向けて反射
させ、残りを透過させるプリズム１７を有しており、第
１のＣＣＤ１１はプリズム１７の上方に、第２のＣＣＤ
１２はプリズム１７の後方に配設されている。プリズム
１７とＣＣＤ１１の間には、プリズム１７の反射光を第
１の縮小率でＣＣＤ１１に導く第１のリレー光学系１８
が設けられており、プリズム１７とＣＣＤ１２の間に
は、プリズム１７の透過光を第２の縮小率でＣＣＤ１２
に導く第２のリレー光学系１９が設けられている。

【００２５】第２のＣＣＤ１２は駆動機構４０に保持さ
れている。駆動機構４０は、撮影レンズ１６からリレー
光学系１９に至る光軸に対して垂直に固定された固定枠
部４１、固定枠部４１に保持され水平方向に可動な水平
可動部４２、および水平可動部４２に保持され垂直方向
に可動な垂直可動部４３より成り、ＣＣＤ１２は垂直可
動部４３に固着されている。固定枠部４１には水平可動
部４２を移動させるためのモータ４４が固定されてお
り、水平可動部４２には垂直可動部４３を移動させるた
めのインパクト式圧電アクチュエータ４５が固定されて
いる。

【００２６】固定枠部４１の上部には外周面に螺旋突条
を有する回転軸４６が水平に架設されており、回転軸４
６の一端はモータ４４の回転軸に結合されている。水平
可動部４２の上部には貫通孔４８を有する突起が設けら
れており、貫通孔４８の内面には螺旋溝が形成されてい
る。回転軸４６は貫通孔４８を貫通し、両者の螺旋突条
と螺旋溝は係合している。

【００２７】この構成によりモータ４４の回転は水平方
向への駆動力として水平可動部４２に伝達され、水平可
動部４２はモータ４４の回転方向に応じた方向に、回転
量に応じた距離だけ移動する。固定枠部４１の下部に
は、水平可動部４２の移動を滑らかに案内するためのガ
イド軸４６ａが設けられている。

【００２８】水平可動部４２には圧電アクチュエータ４
５に下端を支持され上下方向に振動可能な振動軸４７が
垂直に設けられており、垂直可動部４３には振動軸４７
が貫通する貫通孔４９を有する突起が設けられている。
振動軸４７の外周面と貫通孔４９の内面は摺接してお
り、その摩擦力は、垂直可動部４３が振動軸４７の比較
的低速な動きにのみ追随して振動軸４７と共に動く程度
に設定されている。

【００２９】圧電アクチュエータ４５は印加される駆動
電圧に応じて伸張または収縮し、振動軸４７を変位させ
る。圧電アクチュエータ４５の伸張または収縮の速度は
印加電圧の波形に依存し、したがって、この波形によっ
て振動軸４７の上方や下方への変位の速度を調節するこ
とができる。

【００３０】ここでは、駆動電圧として鋸歯状パルスを
１０ミリ秒程度の短周期で印加することにより、圧電ア
クチュエータ４５を短い周期で伸縮させて振動軸４７を
振動させるとともに、振動軸４７の振動の一方向への変
位を高速に、逆方向への変位を比較的低速に行わせるよ
うにしている。垂直可動部４３は、振動軸４７が高速で
変位するときは追随せずに静止し、比較的低速で変位す
るときは振動軸４７とともに変位するから、振動軸４７
の振動により一方向への変位が累積されて、その方向に
移動する。

【００３１】垂直可動部４３の移動量および移動速度
は、それぞれ、駆動電圧の鋸歯状パルスの数および周期
によって調節することができる。また、その移動方向
は、鋸歯状パルスの波形の方向、すなわちパルスの前部
と後部のいずれを緩傾斜としいずれを急傾斜とするか、
によって任意に定めることができる。

【００３２】上記構成の駆動機構４０に保持された第２
のＣＣＤ１２は、撮影レンズ１６からリレー光学系１９
に至る光軸に直交する面内で水平方向と垂直方向に移動
可能であり、第１のＣＣＤ１１によって撮影される範囲
の任意の部分を撮影することができる。カメラ１０の制
御部１３は、アイトラッカー２５の出力信号を与えら
れ、この信号に応じてモータ４４および圧電アクチュエ
ータ４５の動作を制御してＣＣＤ１２を移動させる。こ
れにより、第２のＣＣＤ１２はＨＭＤ２０を装着した観
察者の眼球の向きに応じた範囲の像を撮影することにな
る。

【００３３】なお、駆動機構４０は光軸に直交する面内
で第２のＣＣＤ１２を水平方向と垂直方向に速やかに移
動させる機能さえ有していればよいものであり、駆動力
の供給源や伝達のための構成は上記のものに限られな
い。例えば、モータ４４に代えてインパクト式圧電アク
チュエータを使用して水平可動部４２を駆動するように
してもよく、圧電アクチュエータ４５に代えてモータを
使用して垂直可動部を駆動するようにしてもよい。ま
た、固定枠部が垂直可動部を保持し、垂直可動部が水平
可動部を保持し、第２のＣＣＤ１２を水平可動部に固着
する構成としてもよい。

【００３４】カメラ１０は、上記のように構成された光
学系を左右１対備えており、これらによって視差のある
像を撮影する。撮影された左右の像は、ＨＭＤ２０に与
えられて、立体感のある映像として表示される。

【００３５】第１および第２のＣＣＤ１１、１２の大き
さと、第１および第２のリレー光学系１８、１９の縮小
率の関係は、第２のＣＣＤ１２によって撮影される撮影
対象範囲が、第１のＣＣＤ１１によって撮影される撮影
対象範囲の一部となるように設定されている。また、第
１および第２のＣＣＤ１１、１２の画素密度と、第１お
よび第２のリレー光学系１８、１９の縮小率の関係は、
第２のＣＣＤ１２によって撮影される像の解像度が、第
１のＣＣＤ１１によって撮影される像の解像度よりも高
くなるように設定されている。

【００３６】すなわち、第１のＣＣＤ１１の対角長をＳ
１、対角長方向の画素数をＰ１、第２のＣＣＤ１２の対
角長をＳ２、対角長方向の画素数をＰ２、第１のリレー
光学系１８の線縮小率（撮影対象の実際の大きさに対す
る結像面における像の大きさ）をα１、第２のリレー光
学系１９の線縮小率をα２で表すと、これらは式（１）
および式（２）を満たす関係にある。 Ｓ１／α１＞Ｓ２／α２ （１） Ｐ１／（Ｓ１／α１）＜Ｐ２／（Ｓ２／α２） （２）

【００３７】例えば、２つのＣＣＤ１１、１２として同
一のＣＣＤを使用するときは、Ｓ１＝Ｓ２、Ｐ１＝Ｐ２
であるから、式（３）のみを満たせばよく、したがっ
て、第１のリレー光学系１８の方が第２のリレー光学系
１９よりも、撮影対象を小さく結像させるようにする。 α１＜α２ （３）

【００３８】また、２つのリレー光学系１８、１９とし
て同一の光学系を使用するときは、α１＝α２であるか
ら、式（４）と式（５）の両方を同時に満たすようにす
る。 Ｓ１＞Ｓ２ （４） Ｐ１／Ｓ１＜Ｐ２／Ｓ２ （５）

【００３９】すなわち、第２のＣＣＤ１２を第１のＣＣ
Ｄ１１よりも小さくし、第２のＣＣＤ１２の画素密度
（単位長あたりの画素数）を第１のＣＣＤ１１の画素密
度よりも高くする。ここで、式（４）が満たされれば、
Ｐ１＝Ｐ２としても式（５）は満たされる。したがっ
て、第２のＣＣＤ１２として第１のＣＣＤ１１よりも小
さく画素数が同じものを使用することもできる。

【００４０】第１および第２のＣＣＤ１１、１２として
大きさの異なるものを使用し、第１および第２のリレー
光学系１８、１９として縮小率の異なるものを使用し
て、上記の２つの設定の中間の設定とすることも可能で
ある。この場合も、２つのＣＣＤ１１、１２の画素数が
同じであってもよい。

【００４１】カメラ１０の光路および撮影対象範囲と像
の大きさの関係を図３に示す。図３において（ａ）は、
ＣＣＤ１１、１２として同一のものを使用し、リレー光
学系１８、１９として縮小率の異なるものを使用する構
成を示したものである。ここで、矢印Ｏは撮影対象範
囲、矢印Ｍ１およびＭ２はそれぞれ、第１のＣＣＤ１１
および第２のＣＣＤ１２の受光面における撮影対象範囲
の像を表し、矢印Ａは駆動機構４０によるＣＣＤ１２の
移動範囲を表している。撮影対象の全範囲はＣＣＤ１１
の受光面とＣＣＤ１２の受光面に異なる大きさで結像
し、全体がＣＣＤ１１によって撮影され、一部分がＣＣ
Ｄ１２によって撮影される。

【００４２】ＣＣＤ１１、１２として大きさの異なるも
のを使用し、リレー光学系１８、１９の縮小率を等しく
するときは、リレー光学系を省略してその縮小機能を撮
影レンズ１６に代行させることが可能である。図３
（ｂ）はその構成を表したものである。勿論、同一縮小
率のリレー光学系１８、１９を撮影レンズ１６とは別に
備える構成としてもよい。（ｂ）において各矢印が示す
ところは（ａ）と同じである。撮影対象の全範囲はＣＣ
Ｄ１１の受光面とＣＣＤ１２の受光面に同じ大きさで結
像するが、大きさの小さいＣＣＤ１２はその一部のみを
撮影することになる。

【００４３】第１のＣＣＤ１１による撮影範囲と第２の
ＣＣＤ１２による撮影範囲の比Ｋは、式（６）によって
与えられる。 Ｋ＝（Ｓ１／α１）／（Ｓ２／α２） ＝（Ｓ１／Ｓ２）×（α２／α１） （６）

【００４４】ここで、式（１）の関係からＫ＞１となる
が、本実施形態のカメラ１０では、Ｋ≧２．５として、
第１のＣＣＤ１１が第２のＣＣＤ１２の撮影範囲の２．
５倍（面積にして６．２５倍）以上の広い範囲を撮影す
るようにしている。また、第１のＣＣＤ１１と第２のＣ
ＣＤ１２の画素数を同じにして、第２のＣＣＤ１２の解
像度を第１のＣＣＤ１１の解像度の２．５倍以上として
いる。

【００４５】第１および第２のＣＣＤ１１、１２の撮影
画角は、撮影レンズ１６の焦点距離に依存する。ここで
は、撮影レンズ１６として単焦点広角レンズまたは広角
ズームレンズを用いて、第１のＣＣＤ１１の撮影画角を
９０〜１２０゜程度としている。第２のＣＣＤ１２の撮
影画角は、撮影範囲比Ｋ＝２．５のときに４４〜６９
゜、Ｋ＝５では２３〜３８゜、Ｋ＝１０では１１〜２０
゜程度となる。このように、撮影範囲比Ｋを１０として
も、第２のＣＣＤ１２の撮影画角は前述した人の高精度
の視野角３〜４゜の２倍以上となり、高解像度の像に必
要な画角を十分に確保することができる。

【００４６】第１、第２のＣＣＤ１１、１２の大きさお
よび画素数、ならびに第１、第２のリレー光学系１８、
１９の縮小率の設定の具体例を表１に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】例１は、リレー光学系１８、１９の縮小率
を同じにして、ＣＣＤ１１、１２を異なる大きさにした
ものである。例２および例３は、リレー光学系１８、１
９を異なる縮小率にし、ＣＣＤ１１、１２を同じ大きさ
にしたものである。いずれの例でも、第１および第２の
ＣＣＤ１１、１２の画素数は等しく設定されており、総
画素数は４０万である。

【００４９】例１および例２では、第１のＣＣＤ１１と
第２のＣＣＤ１２の撮影範囲比Ｋは５となり、第２のＣ
ＣＤ１２によって撮影される像の解像度は、第１のＣＣ
Ｄ１１の撮影範囲の全体を１０００万画素のＣＣＤによ
って撮影した場合の解像度に相当する。第３の例では、
撮影範囲比Ｋは２．５となり、第２のＣＣＤ１２によっ
て撮影される像の解像度は、第１のＣＣＤ１１の撮影範
囲全体を２５０万画素のＣＣＤによって撮影した場合の
解像度に相当する。

【００５０】これらの例で使用している総画素数４０万
というＣＣＤは、現在実用化されている標準的なもので
ある。なお、例１のリレー光学系１８、１９および例２
のリレー光学系１９は縮小率が１であり、像を縮小する
ことはない。これらは、光路長の調節等の他の目的がな
いときには、省略することができる。

【００５１】このような設定により、カメラ１０は、低
解像度ながら広画角の像と狭画角ながら高解像度の像の
両方を、同時に撮影することが可能になっている。しか
も、駆動機構４０によって第２のＣＣＤ１２をアイトラ
ッカー２５の出力信号に応じて移動させることで、観察
者の注視点を含む範囲を常に高解像度で撮影することが
できる。

【００５２】なお、２つのＣＣＤ１１および１２の画素
数を等しくすると、それらの駆動回路として同一規格の
ものを使用することが可能になる。また、２つのＣＣＤ
１１および１２が出力する映像信号の量が等しくなるか
ら、映像信号を処理するための回路も同一規格のものを
使用することができる。したがって、カメラ１０の撮影
と映像信号の処理の制御は、１つのＣＣＤによって撮影
を行うカメラと大差なくなり、きわめて容易に行うこと
ができる。また、カメラ１０に組み込む部品の種類も多
くならず、製造管理の面でも好ましい。

【００５３】カメラ１０で撮影した像を観察者に提供す
るためのＨＭＤ２０の構成について説明する。前述のよ
うに、第１のＬＣＤ２１はカメラ１０の第１のＣＣＤ１
１によって撮影された像を表示し、第２のＬＣＤ２２は
第２のＣＣＤ１２によって撮影された像を表示するが、
ＨＭＤ２０は、これら２つの表示映像を個別の像として
ではなく、両者を合成した１つの映像として観察者の眼
に与えるように構成されている。

【００５４】また、上述したように、第２のＣＣＤ１２
によって撮影される範囲は第１のＣＣＤ１１によって撮
影される範囲の一部のみであるが、ＨＭＤ２０は、観察
者の眼に与える合成した像の大きさに矛盾が生じないよ
うに、撮影範囲の大きさの関係を考慮して２つの表示映
像を合成する。

【００５５】図４にＨＭＤ２０の光学系の構成を模式的
に示す。ＨＭＤ２０は、接眼レンズを含む観察光学系２
６とハーフミラー２７を有しており、第１のＬＣＤ２１
はハーフミラー２７の上方に、第２のＬＣＤ２２はハー
フミラー２７の後方に配設されている。ハーフミラー２
７は、上方からの光を前方に反射させ、後方からの光を
透過させるように設定されており、このハーフミラー２
７により第１のＬＣＤ２１に表示された映像の光と第２
のＬＣＤ２２に表示された映像の光が合成されて、観察
光学系２６を介して観察者の眼に導かれる。第１および
第２のＬＣＤ２１、２２としては、反射型と透過型のい
ずれのＬＣＤを用いてもよい。

【００５６】ハーフミラー２７と第１のＬＣＤ２１の間
には、拡散面を有するスクリーン３１と、ＬＣＤ２１の
映像光を第１の拡大率でスクリーン３１に結像させる第
１のリレー光学系２８が設けられており、同様に、ハー
フミラー２７と第２のＬＣＤ２２の間には、拡散面を有
するスクリーン３２と、ＬＣＤ２２の映像光を第２の拡
大率でスクリーン３２に結像させる第２のリレー光学系
２９が設けられている。したがって、観察者はスクリー
ン３１および３２に一旦結像した拡大像を観察すること
になる。

【００５７】観察光学系２６と観察者の眼球の間には、
アイトラッカー２５の発光部からの光を眼球に導き、眼
球による反射光を受光部に導くためのプリズム３０が備
えられている。アイトラッカー２５の発光部および受光
部はプリズム３０の上方に配設されている。

【００５８】第２のＬＣＤ２２は駆動機構５０に保持さ
れている。駆動機構５０は、固定枠部５１、水平可動部
５２、垂直可動部５３、モータ５４、インパクト式圧電
アクチュエータ５５、回転軸５６、および振動軸５７を
有しており、ＬＣＤ２２は垂直可動部５３に固着されて
いる。駆動機構５０の構成および動作は、カメラ１０の
駆動機構４０と同じであり、重複する説明は省略する。

【００５９】駆動機構５０に保持された第２のＬＣＤ２
２は、観察光学系２６からリレー光学系２９に至る光軸
に直交する面内で水平方向と垂直方向に移動可能であ
り、ＬＣＤ２２の移動に応じて、その表示映像が結像す
るスクリーン３２上の位置が変化する。ＨＭＤ２０の制
御部２３は、アイトラッカー２５の出力信号を与えら
れ、この信号に応じてモータ５４および圧電アクチュエ
ータ５５の動作を制御してＬＣＤ２２を移動させる。こ
れにより、第２のＬＣＤ２２の表示映像は観察者の眼球
の向きに応じた位置に移動することになる。

【００６０】ハーフミラー２７が第１のＬＣＤ２１およ
び第２のＬＣＤ２２の映像の光を合成することにより、
第１のＬＣＤ２１の表示に何の処理も施さなければ、ス
クリーン３２上のＬＣＤ２２の映像がスクリーン３１上
のＬＣＤ２１の映像に重なって観察者の眼に導かれるこ
とになる。これらの重なり合う映像は同一の撮影範囲を
撮影したものであるが、第２のＬＣＤ２２は精細度の高
い映像を観察者に提供するために設けられたものであ
り、その映像が精細度の低い第１のＬＣＤ２２の映像と
重なると、目的を達成することができない。また、周囲
に比べて明るくなりすぎる。

【００６１】これを防止するために、ＬＣＤ２１の表示
を制御する制御部２３は、ＬＣＤ２２の位置、ＬＣＤ２
１、２２の大きさ、およびリレー光学系２８、２９の拡
大率に基づいてＬＣＤ２２の映像が重なるＬＣＤ２１の
映像領域を算出し、その領域の映像を除去する。これに
より、ハーフミラー２７によって合成されるＬＣＤ２１
の映像とＬＣＤ２２の映像は、連続しかつ重なり合いの
ない１つの映像となる。

【００６２】ＨＭＤ２０は、上記のように構成された光
学系を左右１対備えており、カメラ１０から与えられる
左右の映像を左右に表示して、観察者の左右の眼に個別
に与える。視差のある映像を与えられることで、観察者
は奥行きを認識することができ、立体感を得ることがで
きる。

【００６３】第１および第２のＬＣＤ２１、２２の大き
さと、第１および第２のリレー光学系２８、２９の拡大
率の関係は、観察者が観察する第１のＬＣＤ２１の映像
の大きさと第２のＬＣＤ２２の映像の大きさの比が、第
１のＣＣＤ１１の撮影範囲と第２のＣＣＤ１２の撮影範
囲の比Ｋに等しくなるように設定されている。また、第
１および第２のＬＣＤ２１、２２の画素密度と、第１お
よび第２のリレー光学系２８、２９の拡大率の関係は、
観察者が観察する第２のＬＣＤ２２の表示映像の精細度
が、第１のＬＣＤ２１の表示映像の精細度よりも高くな
るように設定されている。

【００６４】すなわち、第１のＬＣＤ２１の対角長をＬ
１、対角長方向の画素数をＱ１、第２のＬＣＤ２２の対
角長をＬ２、対角長方向の画素数をＱ２、第１のリレー
光学系２８の線拡大率（表示映像の大きさに対するスク
リーン上の像の大きさ）をβ１、第２のリレー光学系２
９の線拡大率をβ２で表すと、これらは式（７）、式
（８）および式（９）を満たす関係にある。 Ｌ１×β１＞Ｌ２×β２ （７） Ｑ１／（Ｌ１×β１）＜Ｑ２／（Ｌ２×β２） （８） （Ｌ１／Ｌ２）×（β１／β２）＝Ｋ （９）

【００６５】例えば、２つのＬＣＤ２１、２２として同
一のＬＣＤを使用するときは、Ｌ１＝Ｌ２、Ｑ１＝Ｑ２
であるから、式（１０）のみを満たせばよく、第１のリ
レー光学系２８の拡大率と第２のリレー光学系２９の拡
大率の比を撮影範囲比Ｋに等しく設定する。ここで、前
述のようにＫ≧２．５であるから、第２のＬＣＤ２２の
映像は第１のＬＣＤ２１の映像の２．５倍以上の精細度
で観察される。 β１／β２＝Ｋ （１０）

【００６６】また、２つのリレー光学系１８、１９とし
て同一の光学系を使用するときは、β１＝β２であるか
ら、式（１１）と式（１２）の両方を同時に満たすよう
にする。 Ｌ１／Ｌ２＝Ｋ （１１） Ｑ１／Ｑ２＜Ｋ （１２）

【００６７】すなわち、第２のＬＣＤ２２を第１のＬＣ
Ｄ２１の（１／Ｋ）倍の大きさとするとともに、第２の
ＬＣＤ２２の画素数を第１のＬＣＤ２１の画素数の（１
／Ｋ）倍よりも多くして、第２のＬＣＤ２２の画素密度
を第１のＬＣＤ２１の画素密度よりも高くする。２つの
ＬＣＤ２１、２２の画素数を同じにすれば、この条件は
満たされ、第２のＬＣＤ２２の映像は第１のＬＣＤ２１
の映像の２．５倍以上の精細度で観察される。

【００６８】第１および第２のＬＣＤ２１、２２として
大きさの異なるものを使用し、第１および第２のリレー
光学系２８、２９として拡大率の異なるものを使用し
て、上記の２つの設定の中間の設定とすることも可能で
ある。この場合も、第２のＬＣＤ２２の画素密度を第１
のＬＣＤ１１の画素密度よりも高くしておく。

【００６９】なお、２つのＬＣＤ２１、２２として同一
のＬＣＤを用いる構成では、それらの駆動回路も同一規
格のものとすることができるから、表示の制御が容易に
なる。また、ＨＭＤ２０に使用する部品の種類が多くな
らず、製造管理の面でも好ましい。

【００７０】図５にＨＭＤ２０の光路図を示す。（ａ）
はＬＣＤ２１、２２として同一のものを使用し、リレー
光学系２８、２９として拡大率の異なるものを使用する
構成を示したものであり、（ｂ）は、ＬＣＤ２１、２２
として大きさおよび画素密度の異なるものを使用し、リ
レー光学系２８、２９として同一のものを使用する構成
を示したものである。図５において、矢印Ｖ１およびＶ
２はそれぞれ、スクリーン３１および３２に結像したＬ
ＣＤ２１および２２の映像を表し、矢印Ｂは駆動機構５
０によるＬＣＤ２２の移動範囲を表している。映像Ｖ１
とＶ２の大きさの比は、（ａ）、（ｂ）のいずれにおい
ても、カメラ１０の撮影範囲比Ｋに等しい。

【００７１】なお、リレー光学系２８、２９の拡大率を
１とするときは、光路長の調節等の他の目的がなけれ
ば、省略することができる。このとき、スクリーン３
１、３２も省略してよい。

【００７２】図６に、観察者の眼に与えられるＬＣＤ２
１、２２の映像Ｖ１、Ｖ２の関係を示す。カメラ１０
が、ヘッドトラッカー２４の出力信号に応じて、撮影方
向を水平方向や垂直方向に変化させることにより、映像
Ｖ１、Ｖ２の内容は観察者の頭部の向きに応じて変化す
る。

【００７３】また、カメラ１０がアイトラッカー２５の
出力信号に応じて第２のＣＣＤ１２の位置を変化させ、
ＨＭＤ２０がアイトラッカー２５の出力信号に応じて第
２のＬＣＤ２２の位置を変化させることにより、観察者
の眼球の向きに応じて、広視野な映像Ｖ１の中を映像Ｖ
２で表される高精細な領域が、水平方向と垂直方向に移
動する。したがって、映像全体は広視野でありながら、
観察者の注視点を含む領域は常に高精細な映像となり、
観察者は高い現実感を得ることができる。

【００７４】ハーフミラー２７によって合成された映像
Ｖ１、Ｖ２は、観察光学系２６によってさらに拡大され
て観察者の眼に与えられる。観察光学系２６の拡大率
は、ＬＣＤ２１の映像の視野角がカメラ１０のＣＣＤ１
１の撮影画角に等しくなるように設定されており、観察
者は、肉眼で観察する場合と同様の、自然な広がりの像
を観察することが可能である。

【００７５】このように、本実施形態の映像表示システ
ム１では、撮影素子や表示素子として特に高性能のＣＣ
ＤやＬＣＤを用いることなく、広画角かつ高精細な現実
感の高い自然な映像を観察者に提供することが可能であ
る。特に、広画角の映像の信号の量と高精細な映像の信
号の量を同程度とすることができるから、扱うべき映像
信号の量は従来の２倍程度に抑えられており、例えば１
０００万画素に相当するきわめて高精細な像を提供する
場合でも、信号処理を容易にかつ少ない消費電力で行う
ことができる。これにより、小型かつ軽量であることが
望まれるＨＭＤの特徴が十分に生かされる。

【００７６】また、第２のＣＣＤ１２や第２のＬＣＤ２
２を、光軸に対して垂直方向に移動させるようにしたの
で、これらがどの位置にあっても、歪みなく像を撮影し
観察者に与えることが可能である。このため、広視野の
映像のうち高精細な映像が重なる部位を除去する処理に
おいても、歪みを補正する必要がなく、映像信号の処理
が容易である。

【００７７】なお、本実施形態では、第２のＣＣＤ１２
および第２のＬＣＤ２２を移動させる駆動機構４０およ
び５０を、それぞれプリズム１７およびハーフミラー２
７の後方に配置するようしているが、これらをプリズム
１７やハーフミラー２７の上方に配置し、第１のＣＣＤ
１１や第１のＬＣＤ２１をプリズム１７やハーフミラー
２７の後方に配置する構成としてもよい。また、プリズ
ム１７およびハーフミラー２７は、単に、光束を２分割
するまたは２つの光束を合成するためのものであるか
ら、これらに代えて機能的に等価な他の光学素子を備え
るようにしてもよい。

【００７８】さらに、広範囲を撮影する第１のＣＣＤ１
１とその一部を撮影する第２のＣＣＤ１２とで、水平方
向と垂直方向の長さの比を、必ずしも同じにする必要は
ない。第１のＬＣＤ２１と第２のＬＣＤ２２の関係も同
様である。例えば、第１のＣＣＤ１１や第１のＬＣＤ２
１を長方形とし、第２のＣＣＤ１２や第２のＬＣＤ２２
を正方形としてもよい。

【００７９】第２の実施形態の映像表示システムについ
て説明する。図７に、本実施形態の映像表示システム２
の概略構成を示す。映像表示システム２は、映像生成装
置６０と映像観察装置２０より成り、カメラで撮影を行
うことに代えて、演算によって映像を生成するようにし
たものである。映像生成装置６０は、コンピュータ６１
と映像生成に用いるデータを記憶した記憶装置６２を備
えており、コンピュータ６１が記憶装置６２のデータに
基づいて映像を生成する。映像観察装置２０は、第１の
実施形態のＨＭＤと同じである。

【００８０】コンピュータ６１は、第１の実施形態のカ
メラ１０の第１のＣＣＤ１１が撮影する像に相当する第
１の映像と、第２のＣＣＤ１２が撮影する像に相当する
第２の映像を生成する。コンピュータ６１は、ＨＭＤ２
０からヘッドトラッカー２４の出力信号とアイトラッカ
ー２５の出力信号を与えられ、観察者の頭部の向きに応
じて第１の映像と第２の映像を変化させ、観察者の眼球
の向きに応じて第２の映像を変化させる。

【００８１】ＨＭＤ２０はコンピュータ６１から与えら
れる第１の映像を第１のＬＣＤ２１に表示し、第２の映
像を第２のＬＣＤ２２に表示する。これで、観察者は、
広視野でありながら、注視点を含む一部領域が常に高精
細な映像を観察することができる。

【００８２】この構成では、第２の映像のみを高解像度
とすればよく、コンピュータ６１は広い範囲を表す第１
の映像の解像度を高くしない。したがって、あまり高性
能のコンピュータは必要でない。

【００８３】なお、ここでは、第１の映像のうち第２の
映像が重なる領域を除去する処理をＨＭＤ２０の制御部
２３が行うようにしているが、映像を生成するコンピュ
ータ６１がこの処理を行うようにしてもよい。すなわ
ち、コンピュータ６１が、第１の映像の全体を生成した
後に第２の映像に対応する領域を除去するか、あるい
は、第２の映像に対応する領域を除いた部分のみを第１
の映像として生成するようにする。このようにすると、
第１の映像を第１のＬＣＤ２１に直接与えることが可能
になる。

【００８４】上記第１および第２の実施形態のＨＭＤ２
０においては、ＬＣＤに２次元像として表示した映像の
光を観察者の眼に導く構成としたが、表示映像自体を２
次元像とすることは必ずしも必要でなく、光を走査する
ことで２次元像を提供することもできる。以下、この方
法を採用したＨＭＤについて説明する。

【００８５】第３の実施形態のＨＭＤの光学系の構成を
図８に示す。このＨＭＤ７０は、前述のＨＭＤ２０の第
１のＬＣＤ２１に代えて、走査光源部７１を備えたもの
である。光学系の他の構成要素はＨＭＤ２０と同じであ
る。走査光源部７１とＬＣＤ２２の配設位置は、ＨＭＤ
２０における第１のＬＣＤ２１とＬＣＤ２２の位置と逆
であり、対応するリレー光学系やスクリーンの位置も逆
であるが、本質的に差異はない。ＨＭＤ７０は第１の実
施形態のカメラ１０からＣＣＤ１１およびＣＣＤ１２の
映像信号を与えられて、これらを合成した像を観察者に
提供する。

【００８６】走査光源部７１は、図外のレーザ光源から
光ファイバーによって導かれた光を点状光として射出す
る光照射部７２と、その光を反射してリレー光学系２８
に導く第１、第２および第３のミラー７３、７４、７５
より成る。第１のミラー７３は、単に光路を折曲げて走
査光源部７１を小型化するために設けられたものであ
り、固定されている。第２のミラー７４および第３のミ
ラー７５は共振ミラーであり、前者は紙面内の上下方向
の軸を中心として揺動し、第３のミラー７５は紙面に垂
直な軸を中心とし揺動する。

【００８７】光照射部７２から射出された点状光は、第
２のミラー７４が揺動することにより、観察者の眼に対
して水平方向に走査され、第３のミラー７５が揺動する
ことにより、観察者の眼に対して垂直方向に走査され
る。これらの走査によりスクリーン３１上の点状光の像
位置が変化する。ＨＭＤ７０の制御部２３は、カメラ１
０の第１のＣＣＤ１１の画素ごとの映像信号に基づい
て、光源が発する光を変調させるとともに、ミラー７
４、７５による走査を映像信号に同期させる。これによ
りスクリーン３１に、第１のＣＣＤ１１で撮影された像
を表す２次元像が形成される。

【００８８】ＬＣＤ２２は、カメラ１０の第２のＣＣＤ
１２によって撮影された像を表示する。スクリーン３１
上の像は、スクリーン３２に導かれたＬＣＤ２２の像
と、ハーフミラー２７により合成されて、観察者の眼に
与えられる。第２のミラー７４および第３のミラー７５
の揺動量は、スクリーン３２に形成される像の大きさに
対するスクリーン３１に形成される像の大きさの比が、
カメラ１０の第１ＣＣＤ１１と第２のＣＣＤ１２の撮影
範囲比Ｋに等しくなるように、ＬＣＤ２２の大きさおよ
びリレー光学系２８、２９の拡大率を考慮して設定され
ている。

【００８９】カメラ１０のＣＣＤ１２や撮影方向を変化
させる方法やＬＣＤ２２を移動させる方法は前に詳述し
たとおりであり、観察者には、注視点を含む一部領域が
常に高精細になる広視野な像が提供される。

【００９０】第４の実施形態のＨＭＤの光学系の構成を
図９に示す。このＨＭＤ８０は、上記ＨＭＤ７０の走査
光源部７１に代えて、別の走査光源部８１を備えたもの
である。光学系の他の構成要素はＨＭＤ７０と同じであ
る。走査光源部８１は、図外の複数のレーザ光源から光
ファイバーの束によって導かれた光を、点状光の列から
なる線状光として射出する光照射部８２と、その光を反
射してリレー光学系２８に導く共振ミラー８５より成
る。このミラー８５は紙面に垂直な軸を中心として揺動
する。

【００９１】光照射部８２から射出された線状光は、ミ
ラー８５が揺動することにより、観察者の眼に対して垂
直方向に走査される。この走査によりスクリーン３１上
の水平な線状光の像位置が垂直方向に変化する。ＨＭＤ
８０の制御部２３は、カメラ１０の第１のＣＣＤ１１の
水平ラインごとの映像信号に基づいて、各光源が発する
光を個別に変調させるとともに、ミラー８５による走査
を映像信号に同期させる。これによりスクリーン３１
に、第１のＣＣＤ１１で撮影された像を表す２次元像が
形成される。この像は、スクリーン３２に導かれたＬＣ
Ｄ２２の像と、ハーフミラー２７により合成されて、観
察者に与えられる。

【００９２】ミラー８５の揺動量は、スクリーン３２に
形成される像の大きさに対するスクリーン３１に形成さ
れる像の大きさの比が、カメラ１０の撮影範囲比Ｋに等
しくなるように、ＬＣＤ２２の大きさおよびリレー光学
系２８、２９の拡大率を考慮して設定されている。ま
た、光照射部７２から射出される線状光を構成する個々
の点状光の射出角度は、スクリーン３２に形成される２
次元像の縦横の比が、カメラ１０の第１のＣＣＤ１１の
縦横の比に等しくなるように設定されている。したがっ
て、広視野の映像は縦横の大きさが適正になり、高精細
な映像と、重なり合うことなく連なり合う。

【００９３】なお、上記第３および第４の実施形態で
は、走査光源部７１および８１からの光をスクリーン３
１に一旦結像させ、その像を観察者の眼に導くようにし
たが、スクリーン３１を省略し、観察者の眼の網膜に直
接結像させて網膜上を走査するようにしてもよい。その
場合、リレー光学系２８も備える必要がなくなる。ミラ
ー７４、７５またはミラー８５のみで網膜上の走査範囲
を調節できるからである。

【００９４】第５の実施形態のＨＭＤ９０の光学系の構
成を図１０に示す。ＨＭＤ９０は、第１の実施形態のＨ
ＭＤ２０の第１のＬＣＤ２１に代わる第１の走査光源部
９１をハーフミラー２７の後方に、第２のＬＣＤ２２に
代わる第２の走査光源部９２をハーフミラー２７の上方
に備えたものである。

【００９５】図１１に第１の走査光源部９１の構成を模
式的に示す。走査光源部９１は、光ファイバー束９３、
集光レンズ９４、ハーフミラー９５および共振ミラー９
６より成る。光ファイバー束９３は、図外の複数のレー
ザ光源からの光を導き、点状光の列から成る線状光とし
て射出する。線状光を形成する光束は、集光レンズ９４
によってそれぞれ略平行な光束とされた後、ハーフミラ
ー９５と共振ミラー９６によって第１のリレー光学系２
８に導かれる。共振ミラー９６は、紙面に垂直な軸に関
して揺動し、これにより線状光が垂直方向に走査され
る。

【００９６】ＨＭＤ９０の制御部２３は、カメラ１０の
第１のＣＣＤ１１の水平ラインごとの映像信号に基づい
て、各光源が発する光を個別に変調させるとともに、ミ
ラー９６による走査を映像信号に同期させる。これによ
りスクリーン３１に、第１のＣＣＤ１１で撮影された像
を表す２次元像が形成される。

【００９７】図１２に第２の走査光源部９２の構成を模
式的に示す。走査光源部９２は、光ファイバー９７、集
光レンズ９８、焦点調節装置９９、円偏光選択フィルタ
ー１００、ハーフミラー１０１および走査装置１０２よ
り成る。光ファイバー９７は、図外のレーザ光源より光
を導き点状光として射出する。この光は、焦点調節装置
９９によって位置調節される集光レンズ９８と円偏光選
択フィルター１００を透過した後、ハーフミラー１０１
および走査装置１０２により第２のリレー光学系２９に
導かれる。

【００９８】走査装置１０２は、電気的に光を偏向させ
る光学素子より成り、光を反射するとともに、直交する
２方向に走査する機能も有する。制御部２３は、カメラ
１０の第２のＣＣＤ１２の画素ごとの映像信号に基づい
て、光源が発する光を変調させるとともに、走査装置１
０２による走査を映像信号に同期させる。これによりス
クリーン３２に、第２のＣＣＤ１２で撮影された像を表
す２次元像が形成される。走査は水平方向を主方向とし
垂直方向を副方向として行う。電気的な走査を行う走査
装置１０２に代えて、反射方向を任意に変え得るミラー
によって、走査を行うようにしてもよい。

【００９９】スクリーン３１に形成される第１のＣＣＤ
１１によって撮影された像と、スクリーン３２に形成さ
れる第２のＣＣＤ１２によって撮影された像は、ハーフ
ミラー２７により合成されて、観察光学系２６により観
察者の眼に導かれる。第１の走査光源部９１による走査
範囲と第２の走査光源部９２による走査範囲の大きさの
比は、カメラ１０の第１のＣＣＤ１１と第２のＣＣＤ１
２の撮影範囲比Ｋと等しく設定されており、観察者は一
部領域が高精細で全体として広視野な映像を観察するこ
とができる。

【０１００】ＨＭＤ９０は、第２の走査光源部９２から
の光が結像するスクリーン３２上の位置を、アイトラッ
カー２５の出力信号に応じて変化させるが、このため
に、第１の実施形態のＨＭＤ２０の駆動機構５０、６０
と異なる駆動機構を備えている。図１３に、この駆動機
構１１０の構成を模式的に示す。

【０１０１】駆動機構１１０は、走査光源部９２を下方
に向けて保持し水平方向に回転可能な回動部１１１と、
回動部１１１を回動させるためのモータ１１２と、回動
部１１１に固定され、走査光源部９２を水平な軸に関し
て揺動させるモータ１１３より成る。走査光源部９２の
回動軸と揺同軸の交点、および走査装置１０２の中央点
は、第２のリレー光学系２９の光軸上に設定されてい
る。このように支持された走査光源部９２は、図１０の
矢印Ｒの如く、リレー光学系２９の光軸の回りに回動
し、矢印Ｓの如く揺動して、リレー光学系２９の光軸に
対して傾く。リレー光学系２９の光軸に対する走査光源
部９２の向きは、その揺動量および可動量に応じて変わ
ることになり、これにより、スクリーン３２上の走査範
囲が変化する。

【０１０２】リレー光学系２９に対する走査光源部９２
の向きの変化、および走査装置１０２の走査による射出
方向の変化にともない、光ファイバー９７からリレー光
学系２９までの光路長は変動する。このため、スクリー
ン３２に結像する点状光の径も変動するが、焦点調節装
置９９による集光レンズ９８の位置調節を、走査光源部
９２の向きに応じて、また走査に同期して行うことによ
り、常にスクリーン３２上に微細な点状光として結像さ
せることが可能である。したがって、第２のＣＣＤ１２
によって撮影された像の精細度が低下する恐れはない。

【０１０３】また、走査を常時一定に行うと、リレー光
学系２９に対して走査光源部９２が傾いていないときに
限り、歪みのない２次元像をスクリーン３２に形成する
ことができるが、走査装置１０２を制御する制御部２３
は、リレー光学系２９に対する走査光源部９２の傾きの
大きさに応じて、走査装置１０２の走査量を変化させ
る。具体的には、主走査の走査幅を水平ラインごとに変
化させるとともに、副走査における主走査のライン間隔
をラインごとに変化させる。これにより、走査光源部９
２の傾きの大きさにかかわらず常に、歪みのない一定の
大きさの２次元像が形成される。

【０１０４】制御部２３は、アイトラッカー２５の出力
信号に応じてモータ１１２および１１３を制御し、観察
者の眼球の向きに応じたスクリーン３２上の位置に、第
２のＣＣＤ１２によって撮影された像を形成させる。し
たがって、観察者は常に注視点近傍が高精細な像を観察
することができる。

【０１０５】なお、スクリーン３１、３２を省略し、走
査光源部９１、９２からの光を観察者の眼の網膜に直接
結像させて網膜上を走査するようにしてもよいことは、
前述のとおりである。リレー光学系２８、２９も省略可
能である。

【０１０６】上記第３、第４および第５の実施形態にお
いては、カメラ１０で撮影した像をＨＭＤ７０、８０お
よび９０に与えるようにしたが、第２の実施形態の映像
生成装置６０で生成した映像を与えるようにしてもよ
い。

【０１０７】

【発明の効果】請求項１の映像観察装置によるときは、
第１の表示素子を比較的大きくし、第１の表示素子と第
２の表示素子の解像度を違えることで、精細度の異なる
領域を内部に有する広視野の映像を観察者に提供するこ
とが可能である。２つの表示素子として大きさのみ異な
り画素数の等しいものを使用すれば、一部領域が周囲よ
りも高解像度の映像を提供することができる。

【０１０８】請求項２の映像観察装置では、広視野の映
像の一部を周囲よりも高精細にすることが可能であり、
現実感の高い映像を提供することができる。映像の一部
領域を高精細にするために２つの表示素子の画素数を違
える必要はないから、高精細な領域の映像信号の量を特
に多くする必要はない。したがって、２つの表示素子を
駆動するための回路として同一性能のものを使用するこ
とができる。

【０１０９】請求項３の映像観察装置によるときも、視
野角が大きく、かつ一部領域が周囲よりも精細度の高い
映像を提供することが可能である。観察者は、精細度の
高い領域を注視することで、きわめて高い現実感を得る
ことができる。

【０１１０】請求項４の映像観察装置では、２つの表示
素子として同一規格のものを使用することができる上、
それらの駆動回路にも同一規格のものを使用することが
できる。したがって、部品の種類が多くならず、製造管
理が容易であり、装置の設計や動作制御も複雑にならな
い。

【０１１１】請求項５の映像観察装置では、映像内の高
精細な領域を移動させることが可能であり、より現実感
の高い映像を提供することができる。しかも、移動させ
ても観察される高精細な映像に歪みが生じることがな
く、映像が高精細であるという特長が損なわれる恐れが
ない。

【０１１２】請求項６の映像観察装置では、広視野の映
像のうち観察者が注視する領域を常に高精細にすること
が可能である。したがって、観察者とっては広視野の映
像の全体が常に高精細であることに等しく、きわめて高
い現実感を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の映像表示システムの概略構
成を示す図。

【図２】 上記映像表示システムのカメラの光学系の構
成を示す図。

【図３】 上記カメラの光路および撮影対象範囲と像の
大きさの関係を示す図。

【図４】 上記映像表示システムのＨＭＤの光学系の構
成を示す図。

【図５】 上記ＨＭＤの光路を示す図。

【図６】 上記ＨＭＤで観察者の眼に与えられる映像の
関係を示す図。

【図７】 第２の実施形態の映像表示システムの概略構
成を示す図。

【図８】 第３の実施形態の映像表示システムのＨＭＤ
の光学系の構成を示す図。

【図９】 第４の実施形態の映像表示システムのＨＭＤ
の光学系の構成を示す図。

【図１０】 第５の実施形態の映像表示システムのＨＭ
Ｄの光学系の構成を示す図。

【図１１】 第５の実施形態におけるＨＭＤの第１の走
査光源部の構成を示す図。

【図１２】 第５の実施形態におけるＨＭＤの第２の走
査光源部の構成を示す図。

【図１３】 上記第２の走査光源部の駆動機構の構成を
示す図。

【符号の説明】

１ 映像表示システム １０ カメラ １１ ＣＣＤ １２ ＣＣＤ １３ 制御部 １６ 撮影レンズ １７ プリズム １８ リレー光学系 １９ リレー光学系 ２０ ＨＭＤ （映像観察装置） ２１ ＬＣＤ （第１の表示素子） ２２ ＬＣＤ （第２の表示素子） ２３ 制御部 （制御手段） ２４ ヘッドトラッカー ２５ アイトラッカー （検出手段） ２６ 観察光学系 ２７ ハーフミラー （合成用光学素子） ２８ リレー光学系 （第１のリレー光学系） ２９ リレー光学系 （第２のリレー光学系） ３０ プリズム ３１ スクリーン ３２ スクリーン ４０ 駆動機構 ５０ 駆動機構 （移動手段） ４１、５１ 固定枠部 ４２、５２ 水平可動部 ４３、５３ 垂直可動部 ４４、５４ モータ ４５、５５ 圧電アクチュエータ ４６、５６ 回転軸 ４７、５７ 振動軸 ６０ 映像生成装置 ６１ コンピュータ ６２ 記憶装置 ７０、８０ ＨＭＤ ７１、８１ 走査光源部 ９０ ＨＭＤ ９１、９２ 走査光源部 １０２ 走査装置 １１０ 駆動機構 １１１ 回動部 １１２、１１３ モータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像を表示し該映像の光を観察者の眼に
   導く映像観察装置において、 第１の映像を表示する第１の表示素子と、 前記第１の表示素子よりも小さく、前記第１の映像の範
   囲内の第２の映像を表示する第２の表示素子と、 前記第１の映像の光と前記第２の映像の光を合成する光
   学素子と、 前記光学素子によって合成された光を観察者の眼に導く
   観察光学系とを備えることを特徴とする映像観察装置。
2. 【請求項２】 前記第２の表示素子の解像度は前記第１
   の表示素子の解像度よりも高いことを特徴とする請求項
   １に記載の映像観察装置。
3. 【請求項３】 映像を表示し該映像の光を観察者の眼に
   導く映像観察装置において、 第１の映像を表示する第１の表示素子と、 前記第１の映像の範囲内の第２の映像を表示する第２の
   表示素子と、 前記第１の映像の光と前記第２の映像の光を合成する光
   学素子と、 前記第１の映像の光を第１の倍率で前記光学素子に導く
   第１のリレー光学系と、 前記第２の映像の光を前記第
   １の倍率よりも小さい第２の倍率で前記光学素子に導く
   第２のリレー光学系と、 前記光学素子によって合成された光を観察者の眼に導く
   観察光学系とを備えることを特徴とする映像観察装置。
4. 【請求項４】 前記第１の表示素子および第２の表示素
   子として、同一性能の素子を備えることを特徴とする請
   求項３に記載の映像観察装置。
5. 【請求項５】 前記第２の表示素子を前記第２の映像を
   表示する面に略沿う方向に移動させる移動手段を備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の映像
   観察装置。
6. 【請求項６】 観察者の眼球の向きを検出する検出手段
   と、 検出された観察者の眼球の向きに応じた位置に前記第２
   の光学素子を移動させるように前記移動手段を制御する
   とともに、検出された観察者の眼球の向きに応じた範囲
   の映像を前記第２の映像として前記第２の表示素子に表
   示させる制御手段とを備えることを特徴とする請求項５
   に記載の映像観察装置。