JP2002365589A

JP2002365589A - 立体表示装置

Info

Publication number: JP2002365589A
Application number: JP2001171313A
Authority: JP
Inventors: Susumu Takahashi; 進高橋
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】画角が広く、アイレリーフが長くて覗きやす
く、眼鏡なしで観察することができ、加えて、左右画像
として視差のある画像を表示することで、立体視可能な
小型の立体表示装置を提供する。【解決手段】表示パネル１０と拡大光学系とを有し、表
示パネル１０が、左右の画像を互いに左右方向に偏心し
て表示するように構成され、前記拡大光学系が、左右の
観察光学系を有し、前記左右の観察光学系が、互いに偏
心した光軸を有するとともに、互いの光軸を含む有効径
を有し、右側の光学系１２Ｒが、右画像からの光束に対
し結像作用し、左側の光学系１２Ｌが、左画像からの光
束に対し結像作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子画像表示装置には、ＦＭＤ（フェイ
スマウントディスプレー）やＨＭＤ（ヘッドマウントデ
ィスプレー）等の小型観察装置や、モニター方式の画像
表示装置などがある。それらの電子画像表示装置うち、
最近開発されたＦＭＤ、ＨＭＤ等の小型観察装置は、左
右の眼用に別々に構成された観察光学系を、左右の眼の
極く近傍にそれぞれ配置して、観察者に画像を提示する
方式の画像表示装置であり、左右の画像として視差のあ
る立体像を表示することで、観察者が立体観察をするこ
とができるようになっている。

【０００３】しかし、この方式の画像表示装置は、使用
の際に眼鏡等の装着が必要であることが煩雑であること
に加えて、広画角な視野と長いアイレリーフとを同時に
確保することができないという欠点がある。なぜなら、
左右の光学系の物理的干渉、及び左右の表示素子の物理
的干渉の制約がある為、視野を広画角化すればするほど
左右の光束が重なりあう位置から眼までの距離が短くな
り、長いアイレリーフを確保することが出来なくなるか
らである。

【０００４】これらの物理的干渉の制約については、特
開2000‐338412号公報に記載の顕微鏡において、左右の
拡大光学系同士を貼り合わせることで光学系の有効径を
最大限に確保する提案がなされている。また、１つの表
示パネル上に左右の画像を分割して表示することで、左
右の表示素子の物理的干渉を回避している。しかしなが
ら、この方式の顕微鏡によっても、広画角と長いアイレ
リーフの確保を両立させるのは不十分であった。

【０００５】これに対し、従来のモニター方式の画像表
示装置は、一つのモニター上に左右の画像を順次表示
し、さらに、これとは別の手段を介して左右の眼に対応
した画像を選択提示することで、観察者が立体視観察を
することができるようになっている。例えば、観察者が
左右順次切り替えシャッター機能を有する眼鏡を装着
し、同時に、眼鏡におけるシャッター機能による左右切
り替えと、一つのモニター上における順次表示される左
右の画像との同期をとることで観察者による立体視観察
を実現させている。しかし、この方式も眼鏡の装着が必
要であるため煩雑であることに加えて、広画角を得る為
には装置が非常に大型化してしまうという欠点がある。
観察者から表示素子までの距難は、少なくとも観察者が
疲れにくい視度となる距離まで離すべきであり、この方
式の画像表示装置では、そのために装置が巨大化してし
まうので好ましくない。

【０００６】また、特開2000‐267045号公報には、左右
の眼の位置に左右の画像が独立して入射するための光学
系の工夫を表示素子側に施すことで、観察者からは眼鏡
を装着しなくて済むようにした表示装置が提案されてい
る。しかし、この表示装置も、レンズ面が投影像のスク
リーン位置になっており、スクリーンと両眼との間に光
学系を含まないで、少なくとも観察者から表示素子まで
の距離を観察者が疲れにくい視度が得られるようにする
ためには、スクリーンまでの距離を３００ｍｍ以上、好
ましくは１０００ｍｍ以上離すべきであるために、装置
が巨大化してしまうので好ましくない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、画
角が広く、アイレリーフが長くて覗きやすく、眼鏡なし
で観察することができ、加えて、左右画像として視差の
ある画像を表示することで、立体視可能な小型の立体表
示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本第１の発明
による立体表示装置は、表示パネルと拡大光学系とを有
し、前記表示パネルが、左右の画像を互いに左右方向に
偏心して表示するように構成され、前記拡大光学系が、
左右の観察光学系を有し、前記左右の観察光学系が、互
いに偏心した光軸を有するとともに、互いの光軸を含む
有効径を有し、右側の光学系が、右画像からの光束に対
し結像作用し、左側の光学系が、左画像からの光束に対
し結像作用することを特徴とするものである。

【０００９】また、本第２の発明による立体表示装置
は、左右の画像を時分割で表示する表示素子と、中間像
を形成する拡大光学系と、中間像位置に配置された光路
切り換えのための素子と、中間像と観察者との間に配置
された、左右の眼幅を含む有効径を有する観察光学系と
を有し、中間像位置では、左右の光路を切り換えて、左
右の眼に瞳を結像するようにしたことを特徴とするもの
である。

【００１０】本発明の立体表示装置を採用した装置の全
体構成を示す図１を用いて説明する。本発明が適用され
る画像入力装置としては、図１に示す手術用顕微鏡１
や、立体視内視鏡２、あるいは従来例の特開2000−3384
12に記載されているような３Ｄ画像形成装置などがあ
る。これらの装置において、視差を有する画像を表示す
る表示装置として、次のように構成することで、アイポ
イントを高く保ったまま、広角な視野の３Ｄ表示を可能
にすることができる。

【００１１】本第１の発明においては、光学系の干渉の
問題を回避する為に、左右の画像を独立に結像する左右
の光学系を同一空間に偏心した状態で重ね合わせるよう
にする。また、表示素子の干渉を回避する為に、左右の
画像は同一表示素子（表示パネル）上に表示するか、又
は、左右の光学系の２つの光軸を選択して、別々の表示
素子上に左右の画像を表示するようにする。

【００１２】また、本第２の発明においては、左右共通
の光軸を有する接眼レンズと、表示素子上の画像の中間
像を接眼レンズの手前で結像する為のリレー光学系を有
するようにする。左右の眼と左右の像との対応は、中間
結像位置での左右の画像の瞳が異なるように、次のよう
に構成する。中間像として、左右の画像を時系列で順次
表示するとともに、上記表示タイミングに合わせて、中
間像の結像位置において光路を左右光路に順次分離する
ようにする。又は、中間像として、左右の画像を時系列
で順次表示するとともに、上記タイミングに合わせて、
偏光特性を用いて、中間像の結像位置において光路を左
右光路に順次分離するようにする。又は、中間像を投影
する投影光学系に、瞳合成光学系と左右の像の表示素子
とからなる光学系を採用し、左右瞳の位置の違いによ
り、結像面において左右光路に分離するようにする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。

【実施例】図１は本発明による立体表示装置の全体構成
図である。本発明の立体表示装置は、手術用顕微鏡１の
表示装置３として構成されている。手術用顕微鏡１は、
光学像入力部を備えており、術部の、互いに視差を有す
る立体映像を撮像することができるようになっている。
また、同時に画像表示部として表示装置３を備えてお
り、光学像入力部で得られた画像を観察者に立体映像と
して表示するようになっている。画像表示部は、いわゆ
る、ゴーグル形状に形成されており、観察者は装着しな
いで眼を観察位置に置くだけで立体画像を観察すること
が出来るようになっている。また、光学像入力部と画像
表示部は、電気的に接続され、それぞれ独立して位置を
移動することができるように構成されている。よって、
観察者は、見やすい姿勢で観察できるように、ゴーグル
形状の表示装置３の位置を移動できる。

【００１４】また、本発明の立体表示装置は、立体視内
視鏡２の表示装置４としても構成されている。立体視内
視鏡２は、光学像入力部を備えており、術部の、互いに
視差を有する立体映像を撮像することができるようにな
っている。表示装置４は立体視内視鏡２に接続された制
御装置に取り付けられており、観察者は観察位置に眼を
置くだけで立体画像を観察することができるようになっ
ている。

【００１５】図２は本発明に係る手術用顕微鏡の光学系
における立体画像形成に関連する部分の構成を示す概略
構成図である。手術用顕微鏡は、被写体側から、対物レ
ンズ５と、左右にそれぞれアフォーカルズーム光学系６
と、結像レンズ7と、撮像カメラ8とを備えて構成されて
いる。対物レンズ５は、物体からの光束をアフォーカル
光束に変え、アフォーカルズーム光学系６は拡大倍率を
変え、左右の結像レンズ７は、左右の対応する撮像カメ
ラ８の結像位置に画像を結像する。そして、アフォーカ
ルズーム光学系６と、結像レンズ7と、撮像カメラ8とが
左右にそれぞれ分かれて構成されていることによって、
互いに視差のある立体画像を撮像することができるよう
になっている。なお、この部分の構成は、一般的なもの
であり、以下に示す各実施例においても共通である。

【００１６】撮像カメラ８に撮像された画像は映像信号
としてカメラコントロールユニット９に出力され、カメ
ラコントロールユニット9で映像信号として出力された
画像は、以下の各実施例に示す方法をもって、表示パネ
ルに表示される。

【００１７】まず、本第１の発明の実施例として第１〜
第９実施例を説明する。第１実施例図３は第１実施例の立体表示装置に用いる光学素子の構
成図である。図４は第１実施例の立体表示装置の全体構
成図である。第１実施例の立体表示装置は、図４に示す
ように、１枚の表示パネル１０と、偏光方向制御素子１
１と、左光路用の光学系１２Ｌと、右光路用の光学系１
２Ｒとを備えて構成されている。

【００１８】表示パネル１０のパネル面の上には、左右
の画像が時系列でもって順に表示されるようになってい
る。その様子を、図５(a)，(b)に示す。本実施例では、
図４に示す表示パネル１０と偏光方向制御素子１１との
組み合わせにより、左右の画像を結像する光が、偏光状
態が互いに直交する成分として表示されるように構成さ
れている。表示パネル１０には、液晶表示パネルなどそ
れ自体に偏光特性を有するパネルが用いられている。偏
光方向制御素子１１には、液晶からなる偏光方向回転素
子が用いられている。なお、表示パネル１０はその他に
も様々な構成方法があり、例えば、表示パネル１０とし
て無偏光の発光パネルを用いる場合は、直交する偏光成
分を選択的に制御できるように構成する。

【００１９】また、本実施例では、図２に示すように、
左右の画像の映像信号が、スイッチング装置１３によっ
て交互に切り替えられて同一の表示パネル１０に表示さ
れようになっている。スイッチング装置１３と偏光方向
制御素子の駆動部１４とは同期がとられており、左右の
画像の切り替えに同期して、偏光方向が切り替わり、左
右の画像を互いに直交した直線偏光成分にして表示する
ことができるようになっている。

【００２０】図４に示すように、左光路用の光学系１２
Ｌと右光路用の光学系１２Ｒは、互いに光軸をずらして
構成されている。また、表示パネル１０は、左光路用の
光学系１２Ｌの光軸上の位置のパネル面に左画像を表示
し、右光路用の光学系の光軸上の位置のパネル面に右画
像を表示するようになっている。左光路用の光学系と右
光路用の光学系は、互いに直交する２つの偏光成分のう
ちの一方の偏光成分に対して夫々別個独立して結像作用
が働くように構成されている。これにより、左画像は、
左光路用の光学系のみによって結像作用を受け、右光路
用の光学系の作用を受けずに、左光路用の光学系の光軸
上で結像し、右画像も、同様に、右光路用光学系のみに
よって結像作用を受け、左光路用の光学系の作用を受け
ずに左光路用の光学系の光軸上に結像する。

【００２１】本実施例によれば、左光路用の光学系と、
右光路用の光学系は、互いに直交する偏光成分のうちの
一方の偏光成分に対して夫々別個に作用するため、互い
の素子を共通の光路Ｏを通るように重ねて配置しても独
立した光軸を設けることができる。また、同一の表示パ
ネルに左右の画像を時系列で表示する方式を採用してお
り、左右の画像の一部を重ね合わせて表示することがで
き、左右の画像表示素子の物理的干渉が生じない。

【００２２】よって、上述の光学系と表示パネルとを組
み合わせた第１実施例の立体表示装置によれば、左右の
光路を重ねることが可能となり、アイポイントの確保
と、広角な視野の両立が可能となる。また、本実施例に
よれば、左光路用の光学系と右光路用の光学系とにおい
て、それぞれ左右の瞳位置での収差を独立して補正すれ
ば良く、補正も容易となり高画質な光学系を実現するこ
とができる。

【００２３】表示装置用光学系は、図３に示すように、
右光路用の光学系１２Ｒと、左光路用の光学系１２Ｌと
の構成が互いに似ているが、偏光に対する作用が異なっ
ている。右光路用の光学系１２Ｒと、左光路用の光学系
１２Ｌは、それぞれ、配向基板の透明板１５と、偏心し
た光軸を有するフレネルレンズ面を有する透明レンズ板
１６と、両板の中に封じ込められた重合液晶１７とで構
成されている。重合液晶１７は、配向基板に応じて特定
の方向に液晶分子が配列されるが、重合反応が進んだ後
は液晶の配向は固定される。

【００２４】ここで、特開2000‐281628号公報の実施例
７に記載されているように、Ｎｏを常光の屈折率、Ｎｅ
を異常光の屈折率とするとき、Ｎｏ＝1.508、Ｎｅ＝1.7
11、複屈折率差0.203程度のもので構成してもよい。Ｎ
ｏと同一の屈折率の配向基板、フレネルレンズで封止
し、更に、液晶分子の結晶光軸をレンズの光軸に直交す
る方向に配向させる。すると、液晶の結晶光軸に平行な
偏光方向の光束は媒質の屈折率差があるため結像作用を
受けるが、これに直交する偏光方向の光束は屈折率差が
無い為、結像作用が生じない。そこで、本実施例では、
右光路用の光学系及び左光路用の光学系として、互いに
液晶の結晶軸が直交するように配置することによって、
右光路と左光路とで光束の偏光方向が独立したレンズ光
軸を有する光学系を実現している。

【００２５】例えば、アイレリーフを５０ｍｍ確保し、
画角を６０度、眼幅を５５ｍｍとると、左右の光束が５
mm程度重なりあう。また、表示パネル上でも、左右の画
像が重なりあう。更に画角を大きくしたり、アイレリー
フを大きく確保しようとすると、左右の画像の重なりが
益々大きくなる。しかし、本実施例によれば、左右の光
束が重なりあった状態でも、夫々別個独立して左右の像
を結像させることができるため、左右光学系の物理的干
渉、左右表示像の物理的干渉の問題を解消することがで
きる。

【００２６】第２実施例図６は第２実施例の立体表示装置の全体構成図である。
第２実施例の立体表示装置は、第１実施例の構成に加え
て、眼幅調整機構と、輻輳調整機構とを有している。そ
れ以外の構成は、第１実施例と同じである。

【００２７】眼幅調整機構は、左右の光軸の間隔を調整
可能な観察用光学系と、表示パネル１０上に表示された
左右の表示像の間隔を調整可能な表示手段とで構成され
ている。本実施例では、眼幅調整に応じて自動的に、表
示パネル１０上の表示位置を変更することができるよう
に、左右の光軸間隔を測るセンサー１８が左右光路用光
学系１２Ｌ，１２Ｒに夫々取り付けられており、センサ
ー１８は、左右の光軸間隔の測定で得られた信号に応じ
て、表示パネル１０上の左右像の表示間隔を変更するべ
く表示タイミングを変える信号をカメラコントロール部
９に入力するように構成されている。

【００２８】従って、本実施例によれば、観察者が眼幅
調整作業を左右の光軸間隔を変えて見やすい位置に移動
するのと同期して、表示パネル１０上で左右の表示像が
移動するので、観察者は違和感なく眼幅調整をすること
ができる。また、本実施例の方式によれば、眼幅調整が
眼に対して光学系の光軸が一致した状態で行われるた
め、収差補正の観点からみて容易に高画質な光学系を提
供することが出来る。

【００２９】また、本実施例において輻輳調整機構は、
上記機能の一部を用いることで実現できるようになって
いる（図示省略）。図６に示す右光路用の光学系１２Ｒ
と左光路用の光学系１２Ｌを所定の眼幅間隔をあけて固
定した状態において、さらに、表示パネル１０上の左右
の表示像の表示間隔を独立的に変化させることができる
機構を備えており、左右の表示像の間隔を近付けて観察
者の視野の内側に表示し、見やすい輻輳角で観察できる
ようになっている。

【００３０】第３実施例図７は本発明の第３実施例に係る立体表示装置の全体構
成図である。本実施例の立体表示装置は、独立な光軸を
有する素子を同一光軸上に複数配置して構成されてい
る。以下に、第１実施例の立体表示装置と異なる点につ
いてのみ説明する。例えば、アイレリーフを５０ｍｍ確
保して、画角を６０度、眼幅を５５ｍｍとると、左右の
光束が５ｍｍ程度重なりあう。アイレリーフを５０ｍｍ
確保するためには、光学系の焦点距離が５０ｍｍ程度以
上必要となるが、焦点距離をなるべく短くして小型化を
図る為に、光学系のパワーを大きく確保する手段とし
て、上記光学系を複数個、左右夫々の光軸上に配置して
いる。

【００３１】第１の右光路用の光学系１２Ｒと第２の右
光路用の光学系１２Ｒ’は同じ右眼用の光軸上に配置さ
れている。第１の左光路用の光学系１２Ｌと第２の左光
路用の光学系１２Ｌ’は同じ左眼用の光軸上に配置され
ている。一方、第１の右光路用の光学系１２Ｒと第1の
左光路用の光学系１２Ｌとは異なる光軸を有しており、
それぞれ、左右の表示像と一致している。右表示像Ｒは
第１の右光路用の光学系１２Ｒと第２の右光路用の光学
系１２Ｒ’のみの作用を受け、第１の左光路用の光学系
１２Ｌと第２の左光路用の光学系１２Ｌ’の作用は受け
ずに観察者の右眼に右画像として結像される。左表示像
Ｌは、第１の左光路用の光学系１２Ｌと第２の左光路用
の光学系１２Ｌ’のみの作用を受け、第１の右光路用の
光学系１２Ｒと第２の右光路用の光学系１２Ｒ’の作用
は受けずに観察者の左眼に左画像として結像される。

【００３２】また、本実施例では、左右の夫々の光学系
１２Ｒ，１２Ｒ’，１２Ｌ，１２Ｌ’に用いる液晶とし
ては、重合液晶の代わりに、表示パネル１０に応用され
ている液晶素子が用いられている。屈折率は、Ｎｏ＝1.
524、Ｎｅ＝1.760である。本実施例では、液晶は一定方
向に配向が固定されていてよいので、液晶の駆動回路等
は不要である。もちろん、本実施例においても重合液晶
を適用することも可能である。また、表示パネル１０
は、横長の四角形状に形成されており、また、光学系１
２Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌ’，１２Ｒ’に用いる各フレネル
レンズ１６も四角形状の有効径を有している。

【００３３】第４実施例図８は本発明の第４実施例に係る立体表示装置の全体構
成図である。本実施例においても、基本構成は第１実施
例と同様である。第４実施例の立体表示装置は、１枚の
表示パネル１０と、偏光方向制御素子１１と、第１の左
光路用の光学系１２Ｌと、第１の右光路用の光学系１２
Ｒと、第２の左光路用の光学系１２Ｌ’と、第２の右光
路用の光学系１２Ｒ’とを備えて構成されている。表示
パネル１０上には、左右の画像が時系列に順に表示され
るようになっている。そして表示パネル１０と偏光方向
制御素子１１との組み合わせにより、左右の画像の偏光
状態が互いに直交する成分として表示されるように構成
されている。

【００３４】表示パネル１０には、有機ＥＬ素子の無偏
光の発光パネルが用いられている。偏光方向制御素子１
１は、偏光板１９と、偏光方向回転素子１９’とを組み
合わせて構成されており、光束を、偏光板１９で直線偏
光に制限し、さらに偏光方向回転素子１９’（ツイスト
ネマチック液晶素子）が、左右の画像の表示タイミング
と同期して、偏光方向を９０度回転する／しないを制御
するようになっている。これにより、左右の画像の切り
換えに同期して偏光方向が切り換わる為、左右の画像で
互いに直交した直線偏光成分にして表示することが可能
である。なお、偏光方向制御素子としては、偏光板１９
と、偏光方向回転素子１９’とを組み合わせた構成の他
に、直交する偏光成分を選択的に透過／遮断制御できる
構成の素子を用いても良い。

【００３５】図８は本実施例に用いる表示用光学系の概
略構成図である。右光路用の光学系１２Ｒ、１２Ｒ’
と、左光路用の光学系１２Ｌ，１２Ｌ’とは互いに構成
が似ているが、偏光に対する作用が異なっている。右光
路用の光学系１２Ｒ，１２Ｒ’と、左光路用の光学系１
２Ｌ，１２Ｌ’は、それぞれ、複屈折材料からなる結晶
レンズ２０と等方性ガラス２１との接合レンズで構成さ
れている。等方性ガラス２１は、偏心した光軸を有する
レンズ面を有している。結晶レンズ２０は、光軸に対し
て直交し、且つ左右の光路において、互いに直交する向
きに結晶軸を有している。結晶レンズ２０の結晶軸に平
行な偏光方向の光束は、媒質の屈折率差があるため結像
作用を受けるが、これに直交する偏光方向の光来は、媒
質の屈折率差が無い為、結像作用が生じない。そこで、
本実施例では、右光路用の光学系及び左光路用の光学系
として、互いに結晶レンズの結晶軸が直交するように配
置とすることによって、右光路と左光路とで光束の偏光
方向が独立したレンズ光軸を有する光学系を実現してい
る。

【００３６】例えば、結晶レンズとしては、ＹＶＯ
₄（イットリウム・バナデート）を使用する。Ｎｏ＝1.9
92、Ｎｅ＝2.215である。等方性ガラスとしては、屈折
率Ｎ＝1.99のものを組み合わせることで実現できる。ま
た、屈折率差を０．２程度として、光学系の焦点距離を
短くして小型化を図りたい場合は、結晶レンズを複数配
置することで実現できる。

【００３７】そして、本実施例において、例えば、アイ
レリーフを５０ｍｍ確保して、画角を６０度、眼幅を５
５ｍｍとすると、左右の光束が５ｍｍ程度重なりあう。
また、表示パネル１０上でも、左右の画像が重なりあ
う。更に画角を大きくしたり、アイレリーフを大きく確
保しようとすると、左右の画像の重なりが益々大きくな
る。しかし、本実施例によれば、左右の光束が重なり合
った状態でも、夫々別個独立して左右の像を結像させる
ことができるため、左右の光学系の物理的干渉や、左右
の表示像の物理的干渉といった問題を解決することがで
きる。なお、結晶レンズとしては、上記の他に、方解
石、ルチル結晶を用い、これと屈折率の等しい材料とを
組み合わせて構成することも可能である。

【００３８】第５実施例図９は第５実施例の立体表示装置に用いる光学系の概略
構成図である。第５実施例の立体表示装置の基本構成
は、第４実施例と同様であり、異なる部分についてのみ
説明する。本実施例では、右光路用の光学系、左光路用
の光学系は互いに構成が似ているが、偏光に対する作用
が異なっている。

【００３９】左右の光路用光学系は、複屈折結晶材料の
みの接合レンズで構成されている。互いに偏心した位置
にレンズ面を有し、光軸方向に結晶軸を有する結晶レン
ズ２０’と、結晶軸を光軸に対して直交した左右用の結
晶レンズ２０Ｌ，２０Ｒとが偏心したレンズ面に接合さ
れている。また、左右の結晶レンズ２０Ｌ，２０Ｒは、
互いに結晶軸方向が直交している。結晶軸に平行な偏光
方向の光束は、媒質の屈折率差があるため結像作用を受
けるが、これに直交する偏光方向の光束は、媒質の屈折
率差が無い為、結像作用が生じない。そこで、本実施例
では、右光路用の光学系と左光路用の光学系として互い
に結晶軸が直交する配置とすることによって、右光路と
左光路とで光束の偏光方向が独立したレンズ光軸を有す
る光学系を実現している。

【００４０】例えば、結晶レンズとしては、ＹＶＯ
₄（イットリウム・バナデート）を使用する。Ｎｏ＝1.9
92、Ｎｅ＝2.215である。屈折率差が０．２程度であ
り、光学系の焦点距離を矩くして小型化を図りたい場合
は、レンズを複数配置することで実現できる。

【００４１】そして、本実施例において、例えば、アイ
レリーフを５０ｍｍ確保して、画角を６０度、眼幅を５
５ｍｍとすると、左右の光束が５ｍｍ程度重なりあう。
また、表示パネル上でも、左右画像が重なりあう。更に
画角を大きくしたり、アイレリーフを大きく確保しよう
とすると、左右の画像の重なりが益々大きくなる。しか
し、本実施例によれば、左右の光束が重なり合った状態
でも、夫々別個独立して左右の像を結像させることがで
きるため、左右の光学系の物理的干渉や、左右の表示像
の物理的干渉といった問題を解決することができる。な
お、結晶レンズとしては、上記の他に、方解石、ルチル
結晶を用い、これと屈折率の等しい材料とを組み合わせ
て構成することも可能である。

【００４２】第６実施例図１０は本発明の第６実施例に係る立体表示装置の全体
構成図である。図１１は本実施例の表示光学系に使用し
た、表示素子の構成図である。第６実施例の立体表示装
置は、２枚の表示パネル１０Ｒ，１０Ｌと、偏光板１９
Ｒ，１９Ｌと、第１の左光路用の光学系１２Ｌ，第１の
右光路用の光学系１２Ｒと、第２の左光路用の光学系１
２Ｌ’と、第２の右光路用の光学系１２Ｒ’とを備えて
構成されている。左光路用の光学系１２Ｌ，１２Ｌ’、
右光路用の光学系１２Ｒ，１２Ｒ’の基本構成は、第１
実施例，第３実施例と同様であるので説明は省略する。

【００４３】第６実施例の表示パネルは、第１実施例〜
第５実施例とは異なり、図１１に示すように、表示パネ
ル１０Ｒ，１０Ｌごとに対応する左右の画像が常時表示
されるようになっている。このように本実施例では、左
右の画像を常時表示するようにしたので、左右の像の切
り換えによるチラツキはまったく生じない。また、表示
パネル１０Ｒ，１０Ｌは、左右画像の偏光状態が互いに
直交する成分として表示されるように構成されている。
この方法には、様々な方法があるが、図１１において
は、表示パネル１０Ｒ，１０Ｌに有機ＥＬ素子２２など
の無偏光の発光パネルを用いるとともに、偏光板１９を
左右の表示パネル１０Ｌ，１０Ｒに対し互いに直交する
方向に取り付けることによって、左右画像で互いに直交
した直線偏光成分にして表示することが可能になってい
る。

【００４４】また、本実施例では、左光路用の光学系１
２Ｌ，１２Ｌ’と、右光路用の光学系１２Ｒ，１２Ｒ’
とは互いに光軸をずらして構成されており、左光路用の
光学系１２Ｌ．１２Ｌ’の光軸上の表示パネル１０Ｌに
左画像を表示し、右光路用の光学系の光軸上の表示パネ
ル１０Ｒに右画像を表示するようになっている。そし
て、左光路用の光学系と右光路用の光学系は、互いに直
交する偏光成分に対して独立して結像作用が働くように
構成されている。即ち、左画像は、左光路用の光学系の
みによって結像作用を受け、右光路用の光学系からの結
像作用を受けない。同様に、右画像は、右光路用の光学
系のみによって結像作用を受け、左光路用の光学系の結
像作用を受けない。

【００４５】左光路用の光学系と、右光路用の光学系
は、互いに直交する偏光成分に対して独立して作用する
ため、左右光路用の光学系を構成する互いの光学素子を
同一の光路に重ねて配置しても夫々独立した光軸を設け
ることができる。本実施例では、さらに左右光路用の光
学系の光学素子の光軸を２段階で偏心させることで、右
と左のパネル面上での表示位置を分離できる構成として
いる。即ち、観察者側の光学系１２Ｒ’，１２Ｌ’の光
学素子は略観察者の眼幅と一致するように偏心し、表示
パネル側の光学系１２Ｒ，１２Ｌの光学素子は更に偏心
量が大きく左右の画像が分離する方向に離れながら結像
作用を及ぼすように構成されている。このため、本実施
例によれば、左右の表示パネルの物理的干渉は生じな
い。また、左右の画像はそれぞれの表示パネル上に表示
されるため、第１実施例において必要であった偏光方向
制御素子や同期回路などを不要にすることができる。

【００４６】このように上述の光学系と、左右の表示パ
ネルとを組み合わせた第６実施例によれば、左右の光路
を重ねることが可能となり、アイポイントの確保と、広
角な視野の確保との両立が可能となる。また、左光路用
の光学系と右光路用の光学系のそれぞれ左右の瞳位置で
の収差は独立して補正できるため、補正も容易となり高
画質な光学系を実現することができる。

【００４７】また、本実施例の立体表示装置は、眼幅調
整機能を有している。図１０に示すように、表示パネル
１０Ｒと右光路用の光学系１２Ｒ、表示パネル１０Ｌと
左光路用の光学系１２Ｌは、夫々枠３１Ｒ，３１Ｌに一
体的に固定されている。枠３１Ｒ，３１Ｌは、互いに眼
幅方向に相対的に移動可能に設けられており、この枠３
１Ｒ，３１Ｌの相対的な間隔を変えることにより観察者
の眼幅に合わせた観察が可能になっている。さらに、観
察者側の光学素子１２Ｌ’，１２Ｒ’の相対的な間隔、
表示パネル側の光学素子１２Ｌ，１２Ｒの相対的な間
隔、表示パネル１０Ｌ，１０Ｒの相対的な間隔を、それ
ぞれ独立に変える機構を更に加えれば、見やすい輻輳角
での観察も可能となる。

【００４８】第７実施例図１２は本発明の第７実施例に係る表示光学系の概略構
成図である。図１３は第７実施例の変形例に係る表示光
学系の概略構成図である。図１４は第７実施例の立体表
示装置の全体構成図である。第７実施例は、第１実施例
の立体表示装置の変形例である。第１実施例と異なる部
分の構成についてのみ説明する。その他の構成は、第１
実施例と同様である。

【００４９】本実施例の立体表示装置は、図１４に示す
ように、光学系内に複屈折ＤＯＥ２３Ｌ，２３Ｒを配置
することで、色収差を更に補正することができるように
構成されている。

【００５０】複屈折ＤＯＥを用いた光学系の構成例を以
下に示す。図１２は、一軸結晶２５を用いた複屈折ＤＯ
Ｅの概略構成図である。光軸方向に対し直交する方向に
結晶軸を有する一軸結晶２５の表面を削ることによっ
て、ＤＯＥが構成されている。左右用の２枚のＤＯＥ２
３Ｌ，２３Ｒの光軸は互いに偏心している。一軸結晶２
５は、接合剤２６を介して等方性材料２７と接合されて
いる。左右の一軸結晶２５の結晶軸を互いに直交する方
向に配置することで、夫々偏光方向に応じて独立して作
用する左右のＤＯＥ２３Ｌ，２３Ｒが実現できる。さら
に、ＤＯＥの負分散の特性を利用して色収差を収差補正
することも可能となる。

【００５１】図１３は液晶（又は高分子液晶）２８を用
いた複屈折ＤＯＥ２３Ｌ，２３Ｒの概略構成図である。
複屈折ＤＯＥ２３Ｌ，２３Ｒは、偏心した光軸を有し、
レンズ作用を有している。均質ガラス２９を削ってＤＯ
Ｅを作り、そこに、液晶又は高分子液晶２８を用いて構
成されている。そして、ＤＯＥの負分散の特性を利用し
て色収差補正を行うようになっている。本実施例では、
図１４に示すように、複屈折材料を用いた複屈折フレネ
ルレンズ２４に、図１２又は図１３に示す複屈折ＤＯＥ
２３Ｌ，２３Ｒを組み合わせており、色収差の補正の為
に、負分散のＤＯＥを導入した構成となっている。

【００５２】第８実施例図１５は本発明の第８実施例に係る立体表示装置の全体
構成図である。ＵＳＰ６，０８２，８６２には、可変型
ホログラム素子（Electrically Switchable Hologram
s）が開示されている。この素子は、通電する／しない
ことで、ボリュームホログラムとして作用／作用しない
を瞬時に切り換え可能であり、さらに、これを多層化す
ることが可能でこれにより複数の色の光線を順次選択的
に作用させる／作用させないことで、カラー画像とし
て、結像作用、プリズム作用のＯＮ／ＯＦＦが制御可能
になっている。第８実施例は、このような可変型ホログ
ラム素子を本発明に適用した実施例である。

【００５３】第８実施例の立体表示装置は、図１５に示
すように、１枚の表示パネル１０と、可変型ホログラム
からなる第１の左光路用の光学系１２Ｌ，右光路用の光
学系１２Ｒと、可変型ホログラムからなる第２の左光路
用の光学系１２Ｌ’，右光路用の光学系１２Ｒ’とを備
えて構成されている。表示パネル１０上には、図５
(a)，(b)に示したように、左右の画像が時系列に順に表
示されるようになっている。表示パネル１０の特性とし
ては、ホログラムの作用を利用するために波長幅の狭い
光を表示するパネルが望ましい。この点で、表示パネル
１０は、有機ＥＬ素子、プラズマディスプレー、或い
は、ＬＥＤ発光素子と反射型表示パネルとを組み合わせ
たディスプレー、などで構成するとホログラムと相性が
よい。

【００５４】ところで、本発明の立体表示装置は、図２
に示したように、左右の画像の映像信号をスイッチング
装置１３を介して交互に切り替えて同一の表示パネルに
表示するように構成されているが、本実施例において
は、さらに、スイッチング装置１３と可変光学素子（可
変型ホログラム素子）の駆動部との同期をとり、左右画
像の切り替えに同期して、可変型ホログラム素子１２
Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌ‘，１２Ｒ’が駆動されるようにな
っている。

【００５５】そして、図１５に示すように、左光路用の
光学系１２Ｌ，１２L’と右光路用の光学系１２Ｒ，１
２Ｒ’は、互いに光軸をずらして構成されている。ま
た、表示パネル１０は、左光路用の光学系の光軸上の位
置のパネル面に左画像を表示し、右光路用の光学系の光
軸上の位置のパネル面に右画像を表示するようになって
いる。ここで、本実施例では、左光路用の光学系と右光
路用の光学系は時分割で結像作用が働くように構成され
ている。これにより、左画像は、左光路用の光学系のみ
に結像作用を受け、右光路用の光学系の作用を受けず
に、左光路用の光学系の光軸上に結像し、右画像も、同
様に、右光路用の光学系のみに結像作用を受け、左光路
用の光学系の作用を受けずに、右光路用の光学系の光軸
上に結像する。

【００５６】本実施例によれば、左光路用の光学系と、
右光路用の光学系は、時間分割で交互に作用するため、
互いの素子を同一の光路Ｏに重ねて配置しても独立した
光軸を設けることができる。また、同一の表示パネルに
左右画像を時系列で表示する方式を採用しており、左右
の画像の一部を重ね合わせて表示するように構成するこ
とも可能であり、左右画像表示素子の物理的干渉も生じ
ない。

【００５７】よって、上述の光学系と、表示パネルとを
組み合わせた第８実施例の立体表示装置によれば、左右
の光路を重ねることが可能となり、アイポイントの確保
と、広角な視野の両立が可能となる。また、本実施例に
よれば、左光路用の光学系と右光路用の光学系とにおい
て、それぞれ左右の瞳位置での収差を独立して補正すれ
ば良く、補正も容易となり高画質な光学系を実現するこ
とができる。

【００５８】例えば、アイレリーフを５０ｍｍ確保し、
画角を６０度、眼幅を５５ｍｍとすると、左右の光束が
重なりあう。また、表示パネル上でも、左右画像が重な
りあう。更に画角を大きくしたり、アイレリーフを大き
く確保しようとすると、左右の画像の重なりが益々大き
くなる。しかし、本実施例によれば、左右の光束が重な
りあった状態でも、夫々別個独立して左右の像を結像さ
せることができるため、左右光学系の物理的干渉、左右
表示像の物理的干渉の問題を解決できる。なお、本実施
例の立体表示装置は、図６の第２実施例と同様に、眼幅
調整、輻輳調整機能を実現することが可能である。ま
た、図１０の第６実施例と同様に、表示パネルを２枚の
表示パネルに分けて構成してもよい。

【００５９】第９実施例第９実施例は、体積型ホログラム素子の強い波長依存性
を本発明に適用した実施例である。図１６は第９実施例
の立体表示装置の全体構成図であり、(a)は照明手段か
ら表示パネルまでの構成を示し、(b)は表示パネルから
左右の光路用光学系までの構成を示している。

【００６０】第９実施例の立体表示装置は、図１６(b)
に示すように、１枚の表示パネル１０と、体積型ホログ
ラムからなる第１の左光路用の光学系１２Ｌ，右光路用
の光学系１２Ｒと、体積型ホログラムからなる第２の左
光路用の光学系１２Ｌ’、右光路用の光学系１２Ｒ’と
を備えて構成されている。表示パネル１０上には、図５
(a)，(b)に示したように、左右の画像が時系列に順に表
示されるようになっている。表示パネルの特性として
は、偏光特性には依存しないが、ホログラムの強い波長
依存作用を利用する為、波長幅の狭い光を表示するパネ
ルが望ましい。

【００６１】上述のように、左右画像の映像信号は、図
２に示したスイッチング装置１３を介して交互に切り替
えられて同一の表示パネル１０に表示される。本実施例
においては、スイッチング装置と図１６(a)に示す照明
用のＬＥＤ３０との同期をとり、左右画像の切り替えに
同期して、ＬＥＤ３０が発光するようになっている。発
光したＬＥＤ３０は表示パネル１０の照明として作動す
る。なお、ＬＥＤ３０は、右側の光路で発光する波長と
左側の光路で発光する波長とが重なり合わないような波
長に選択されている。

【００６２】そして、左光路用の光学系１２Ｌ，１２
Ｌ’と右光路用の光学系１２Ｒ，１２Ｒ’は、互いに光
軸をずらして構成されている。また、表示パネル１０
は、左光路用の光学系の光軸上の位置のパネル面に左画
像を表示し、右光路用の光学系の光軸上の位置のパネル
面に右画像を表示するようになっている。ここで、本実
施例では、左光路用の光学系１２Ｌ，１２Ｌ’と右光路
用の光学系１２Ｒ，１２Ｒ’は、互いに光束の異なる波
長によって結像作用が働くように構成されている。これ
により、左画像は、左光路用の光学系のみに結像作用を
受け、右光路用の光学系の作用を受けずに、左光路用の
光学系の光軸上に結像し、右画像も、同様に、右光路用
の光学系のみに結像作用を受け、左光路用の光学系の作
用を受けずに、右光路用の光学系の光軸上に結像する。

【００６３】さらに、本実施例では、左光路用の光学系
にλ１，λ２，λ３、右光路用の光学系にλ１’，λ
２’，λ３’というように異なる３色の波長を対応させ
るために、ボリュームホログラムを各波長に合わせて多
層化することで、カラー画像化することも可能である。

【００６４】本実施例によれば、左光路用の光学系と、
右光路用の光学系は、異なる波長に対して結像作用を働
かせるため、左右光路用の光学系を構成する互いの光学
素子を同一の光路Ｏに重ねて配置しても独立した光軸を
設けることができる。また、同一の表示パネルに左右画
像を時系列で表示する方式を採用しており、左右の画像
の一部を重ね合わせて表示することも可能であり、左右
画像表示素子の物理的干渉も生じない。

【００６５】よって、上述の光学系と、表示パネルとを
組み合わせた第９実施例の立体表示装置によれば、左右
の光路を重ねることが可能となり、アイポイントの確保
と、広角な視野の両立が可能である。また、本実施例に
よれば、左光路用の光学系と右光路用の光学系とにおい
て、それぞれ左右の瞳位置での収差を独立して補正すれ
ば良く、補正も容易となり高画質な光学系を実現するこ
とができる。

【００６６】例えば、アイレリーフを５０ｍｍ確保し、
画角を６０度、眼幅を５５ｍｍとると、左右の光束が５
ｍｍ程度重なりあう。また、表示パネル上でも、左右画
像が重なりあう。更に画角を大きくしたり、アイレリー
フを大きく確保しようとすると、左右の画像の重なりが
益々大きくなる。しかし、本実施例によれば左右の光束
が重なりあった状態でも、夫々別個独立して左右の像を
結像させることができるため、左右光学系の物理的干
渉、左右表示像の物理的干渉の問題を解決できる。な
お、本実施例の立体表示装置は、図６の第２実施例と同
様に、眼幅調整、輻輳調整機能を実現することが可能で
ある。

【００６７】さらに、図１０の第６実施例と同様に、表
示パネルを２枚の表示パネルに分けて，それぞれ異なる
波長で発光する有機ＥＬ素子、プラズマディスプレーと
して構成してもよい。

【００６８】次に、本第２の発明の実施例として第１０
〜第１２実施例を説明する。本第２の発明は、表示像と
観察者との間に左右光路共通の光軸を有する光学系を配
置することで、表示像と観察者の距離を近づけるととも
に、表示装置を小型化するようにしたものである。上述
のように、従来例（特開2000‐267045号）の表示装置で
は、スクリーン面から観察者までの間には光学系が設け
られていない。また、投影光学系内に偏心した瞳を配置
しており光学性能の確保が難しく、さらに、瞳切り換え
用に液晶シャッターを複数用いており構成が複雑であ
る。そこで、本第２の発明では、基本的に、表示素子に
表示された画像の中間像を拡大光学系にて形成し、ま
た、左右の眼幅を含む有効径を有する観察光学系が、中
間像と観察者の間に配置されるようにし、さらに、中間
像位置では左右光路を切り換えて、左右眼に瞳を結像す
る程度に構成する。ここで、左右光路を切り換える方法
について、以下の実施例を用いて説明する。

【００６９】第１０実施例図１７は第１０実施例の立体表示装置の全体構成図であ
る。本実施例の立体表示装置は、表示素子（表示パネ
ル）１０に表示された画像の中間像を形成する拡大光学
系３１を設けると共に、観察者の左右の眼幅を含む有効
径を有する観察光学系３２を中間像位置と観察者との間
に配置し、さらに、中間像から左右眼に瞳を結像させる
手段として、偏光方向によって異なる偏角作用を有する
複屈折ＤＯＥ３３を設けて構成されている。

【００７０】表示素子１０としてはどのようなものも用
いてもよい。なお、ホログラムの強い波長依存作用を利
用するために、発光波長幅の狭い光を表示する表示素子
が好ましい。この点で、表示素子１０は、有機ＥＬ素
子、プラズマディスプレー、或いは、ＬＥＤ発光素子と
反射型表示パネルとを組み合わせたディスプレー、など
で構成するとホログラムと相性がよい。また、表示装置
として、左右画像で偏光方向が直交する特性を与えるよ
うに構成されている。例えば、表示素子として表示パネ
ル１０と、図８で示した偏光板１９と偏光方向回転素子
１９’とを組み合わせたものが用いられている。複屈折
ＤＯＥ３３は、中間像の結像面に配置されている。複屈
折ＤＯＥ３３は、鋸歯状断面を有する面に複屈折素材が
配向して配置されていて、偏光方向の違いによって分離
するように構成されている。本実施例によれば、中間像
の結像面に複屈折ＤＯＥ３３を配置したので、画像の偏
光状態に応じて左右に光路が分かれる。観察光学系３２
は、フレネルレンズで構成されている。また、観察光学
系３２は、有効径が観察者の両眼を含み、しかもアイレ
リーフを確保するために、焦点距離が４０ｍｍ〜２００
ｍｍ程度のものが望ましい。

【００７１】本実施例では、観察光学系３２の焦点距離
を１００mmとし、観察光学系３２の前方の画像からの分
離角度を＋１７度〜−１７度と設定した。この場合、左
右の光軸の分離量は、観察光学系３２の焦点距離と、分
離角度とから、略６０ｍｍ程度となる。眼幅範囲は通常
５５〜６５ｍｍ程度であるから、本実施例によれば、瞳
の大きさを５φ程度以上にすることで、眼幅調整機構を
備える必要のない表示装置を実現することが出来る。

【００７２】第１１実施例図１８は第１１実施例の立体表示装置の全体構成図であ
る。本実施例の立体表示装置は、表示素子（表示パネ
ル）１０に表示された画像の中間像を形成する拡大光学
系３１を設けると共に、観察者の左右の眼幅を含む有効
径を有する観察光学系３２を中間像位置と観察者との間
に配置し、さらに、中間像から左右眼に瞳を結像させる
手段として、可変ホログラム素子３４を設けて構成され
ている。

【００７３】表示素子１０としては液晶表示、プラスマ
ディスプレー等どのようなものを用いてもよい。可変ホ
ログラム素子３４は、中間像の結像面に配置されてい
る。可変ホログラム素子３４は、画像表示タイミングに
合わせて、通電のＯＮ／ＯＦＦで、偏角作用の有無を切
り替えるように構成されている。詳細は、ＵＳＰ６，１
２４，６５４に記載されている。また、可変ホログラム
素子３４は、偏角作用を有する構成として、ＵＳＰ６，
１０１，００８に記載のように、左右逆方向に２層化す
ることで、左右に光路を分難することができるようにな
っている。本実施例によれば、中間像の結像面に可変ホ
ログラム素子３４を配置したので、画像からの光は駆動
タイミングに合わせて左右に光路が分かれる。観察光学
系３２は、フレネルレンズで構成されている。また、観
察光学系３２は、有効径が観察者の両眼を含み、しか
も、アイレリーフを確保するために、焦点距離は４０ｍ
ｍ〜２００ｍｍ程度のものが望ましい。

【００７４】本実施例では、観察光学系３２の焦点距離
を１００ｍｍとし、観察光学系の前の画像からの分離角
度は、＋１７度〜−１７度と設定した。この場合、左右
の光軸の分離量は、観察レンズの焦点距離を掛け合わせ
ることで、略６０ｍｍ程度にする。眼幅範囲は通常５５
〜６５ｍｍ程度であるから、本実施例によれば、瞳の大
きさを５φ程度以上にすることで、眼幅調整機構を備え
る必要のない表示装置を実現することが出来る。

【００７５】第１２実施例図１９は第１２実施例の立体表示装置の全体構成図であ
る。本実施例の立体表示装置は、表示素子（表示パネ
ル）１０に表示された画像の中間像を形成する拡大光学
系３１を設けている。このとき、次の式(3)を満たして
いる。Ｈ＝Ｃ／Ｄ ……(3) 但し、Ｈは表示素子１０の中間結像位置への投影倍率、
Ｃは瞳結合レンズ３６の焦点距離、Ｄは各画像投影レン
ズ３１’の焦点距離である。また、本実施例では、アイ
レリーフを確保するために、中間像を大きくして観察光
学系３２の焦点距離を長くとっている。観察光学系３２
は、観察者の左右の眼幅を含む有効径を有し、中間像位
置と観察者との間に配置されている。そして、本実施例
の立体表示装置は、表示素子１０の、観察光学系３２の
光軸からの偏心量に応じて、中間像から左右の眼に瞳を
結像させるように構成されている。このとき、次の式
(2)を満たしている。Ｂ／Ｆ＝Ｅ／Ｃ ……(2) 但し、Ｂは眼幅、Ｆは観察光学系３２の焦点距離、Ｅは
左右の画像投影レンズ３１’の光軸間隔、Ｃは瞳結合レ
ンズ３６の焦点距離である。

【００７６】表示素子１０としては、どのようなものを
用いてもよい。左右の画像を常時表示するようにしても
よい。そのようにすれば、左右の像の切り換えによるチ
ラツキはまったく生じない。拡大光学系３１は、画像投
影レンズ３１’と瞳結合レンズ３６とでアフォーカル光
学系を構成してなり、左右の画像を表示する表示素子１
０の前方に配置されている。拡大光学系３１による左右
のアフォーカル光束部分には、左右用の開口が絞り３５
として配置されている。瞳結合レンズ３６は、左右の光
束を同一の箇所に中間像として結像するように構成され
ている。

【００７７】観察光学系３２は、フレネルレンズで構成
されている。また、観察光学系３２は、有効径が観察者
の両眼を含み、しかも、アイレリーフを確保するため
に、アイレリーフと同等かそれ以上の長さの焦点距離が
とられている。このとき、次の式(1)を満たしている。Ａ ≦ Ｆ ……(1) 但し、Ａはアイレリーフ、Ｆは観察光学系３２の焦点距
離である。なお、アイレリーフは１０ｍｍ〜２００ｍｍ
程度に設定すると、見易さと装置の大きさのバランスが
良いので好ましい。なお、中間像位置の近傍には、フィ
ールドレンズ３７が設けられており、フィールドレンズ
３７は、左右の眼球に観察光学系３２を通って入射する
左右の光束を略平行にして、観察者にとって見やすい輻
輳角になるようにしている。アイレリーフＡを焦点距離
と同じかそれよりも長くするということは、輻輳角を０
度（平行）または内向する方向に設定することになる
が、本実施例では、この輻湊角に適合するように、フィ
ールドレンズ３７を介して入射側と射出側を調整してい
る。

【００７８】本実施例では、観察レンズ３２の焦点距
難、アイレリーフともに４０ｍｍに設定した。左右の光
軸の分離量は、観察レンズ３２の焦点距離と左右の光路
がなす角度とできまる。左右の光軸の間隔は、一般的な
眼幅量５５mm〜６５mmの幅の中間値６０mmに設定した。
本実施例によれば、瞳の大きさをφ5以上にすること
で、眼幅調整機構を備える必要のない表示装置を実現す
ることが出来る。

【００７９】次に、本実施例の数値データを示す。アイレリーフ（A）：４０mm 眼幅（B）：６０mm 瞳結合レンズの焦点距離（C）：４０mm 画像投影レンズの焦点臣難（D）：１０mm 左右画像投影レンズの光軸間隔（E）：６０mm 観察レンズの焦点距離（F）：４０mm 表示素子の中間結合位置への投影倍率（H）：4倍さらに、視野の画角を６０度とした。中間像の大きさ
は、約φ５０mm、撮像素子上の画像の大きさは約φ１
２．５mmとなる。

【００８０】さらに、本実施例では、左右画像のアフォ
ーカルレンズでの投影画像の左右の光軸の間隔を可変に
構成されており、眼幅調整機能を持たせている。具体的
には、撮像素子１０と画像投影レンズ３１’と絞り３５
とが左右の鏡筒ごとに一体的に設けられており、左右の
鏡筒の間隔を調整することで左右の光軸の間隔を調整可
能にすることができるようになっている。

【００８１】以上説明したように、本発明の立体表示装
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。

【００８２】（１）前記左右の画像からの光束が、互い
に直交する偏光特性を有し、前記拡大光学系の前記左右
の観察光学系が、互いに直交する偏光特性を有し、該左
右の画像からの光束の偏光特性と左右の観察光学系の偏
光特性とが一致していることを特徴とする請求項１に記
載の立体表示装置。

【００８３】（２）前記表示パネルが、前記左右の画像
を時間分割で順次表示するように構成され、前記拡大光
学系の前記左右の光学系が、時間分割で順次結像作用を
行う光学素子で構成され、前記左右の画像の表示と前記
左右の光学系の動作とが同期するようにしたことを特徴
とする請求項１に記載の立体表示装置。

【００８４】（３）前記表示パネルが、前記左右画像を
互いに異なる波長特性で表示するように構成され、前記
拡大光学系の前記左右の観察光学系が、互いに異なる波
長特性で作用する光学素子で構成され、前記表示パネル
上の表示画像からの光束と前記拡大光学系は、互いに同
じ波長特性を有することを特徴とする請求項１に記載の
立体表示装置。

【００８５】（４）前記左右の表示画像の間隔と、前記
左右の観察光学系の光軸の間隔とを連動して変化させる
ことによって眼幅調整可能になされていることを特徴と
する請求項１に記載の立体表示装置。

【００８６】（５）前記左右の表示画像の間隔と、前記
左右の観察光学系の光軸間隔のいずれかを単独で変化さ
せることによって輻輳調節可能になされていることを特
徴とする請求項１に記載の立体表示装置。

【００８７】（６）前記左右の表示画像が、同一の前記
表示パネル上に時間分割で順次表示され、前記左右の画
像からの光束が、互いに直交する偏光成分を有し、前記
左右の光学系が、前記互いに直交する偏光成分の光束ご
とに独立した光軸を有することを特徴とする請求項１に
記載の立体表示装置。

【００８８】（７）前記表示パネルが、左側の画像を表
示する表示パネルと、前記左側の画像を表示する表示パ
ネルとは別体の右側の画像を表示する表示パネルとで構
成され、前記左右の画像からの光束が、互いに直交する
偏光成分を有し、前記左右の光学系が、前記互いに直交
する偏光成分の光束ごとに独立した光軸を有することを
特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。

【００８９】（８）前記左右の表示画像が、同一の前記
表示パネル上に時間分割で順次表示され、前記左右の光
学系が、互いに偏心した光軸を有し時間分割で作動有無
を切り替えるホログラフイックレンズで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。

【００９０】（９）前記表示パネルが、発光波長特性が
異なる前記左右の画像を表示するように構成され、前記
左右の光学系が、互いに偏心した光軸を有し波長特性に
より結像作用の有無を切り替えるホログラフィックレン
ズで構成され、前記発光波長特性と、前記ホログラフィ
ックレンズの波長特性とが一致するようにしたことを特
徴とする請求項１に記載の立体表示装置。

【００９１】（１０）表示パネルと、拡大観察光学系と
を有し、前記表示パネルが、互いに位置ずれした位置に
左右の画像を表示するように構成され、前記拡大観察光
学系が、左右の光学系を有し、前記左右の光学系が、互
いに異なる２つの光軸を有し、かつ、偏光特性、波長特
性、時間特性のいずれかが互いに異なるように構成さ
れ、前記左右の画像からの光束が、偏光特性、波長特
性、時間特性のいずれかが互いに異なり、前記左右の画
像からの光束と前記左右の光学系の異なる特性が同じ
で、この特性の違いにより、前記左右の画像からの光束
がそれぞれ独立して結像するようにしたことを特徴とす
る立体表示装置。

【００９２】（１１）２枚の表示パネルの画像を提示す
るための光学系を有し、前記光学系内には光軸の異なる
少なくとも２枚のHOEが配置されていることを特徴とす
る画像観察装置。

【００９３】（１２）表示パネルが、左右の画像を交互
に表示し、前記左右の画像を対応する左右の眼に提示す
るための拡大光学系を有し、光軸の異なるＨＯＥが少な
くとも２枚配置されていて、互いに光軸を含む有効径を
有することを特徴とする立体画像観察装置。

【００９４】（１３）時分割で左右の画像を表示する表
示素子と、中間像を形成する拡大光学系と、中間像位置
に配置された時間分割偏角作用ホログラム素子（デジタ
ルレンズ）と、中間像と観察者との間に配置された、左
右の眼幅を含む有効径を有する観察光学系とを有し、左
右の画像の表示タイミングに応じて、時間分割偏角作用
ホログラム素子を切り替え、中間像位置では時分割での
切り替えに応じて、左右の眼に瞳を結像するようにした
ことを特徴とする立体表示装置。

【００９５】（１４）左右の画像を表示する表示素子
と、前記左右の画像の前に配置されたアフォーカル光学
系と、前記アフォーカル光学系のアフォーカル部に左右
用の開口が配置され、左右の光束を同一箇所に結像する
結像レンズとを有するとともに、左右の眼幅を含む有効
径を有する観察光学系を、中間像と観察者の間に配置
し、前記アフオーカル光学系と前記結合レンズとからな
る拡大光学系を介して中間像を形成し、前記表示素子
の、該観察光学系の光軸からの偏心量に応じて、中間像
から左右の眼に瞳が結像されるようにしたことを特徴と
する立体観察装置。

【００９６】（１５）中間像からの偏心量に応じて、左
右の眼に瞳を結像させるように、瞳を異ならせることが
でき、アフォーカル光学系の左右光軸間隔を調整可能と
することによって眼幅調整機能を有するようになされた
上記（１４）に記載の立体表示装置。

【００９７】（１６）表示パネルと拡大光学系とを有
し、前記表示パネルが、左右の画像を互いに左右方向に
偏心して表示するように構成され、前記拡大光学系が、
左右の観察光学系を有し、前記左右の観察光学系が、互
いに偏心した光軸を有するとともに、前記光軸の方向か
ら見たときに前記左右の観察光学系の有効径が重なり合
い、右側の光学系が、右画像からの光束に対し結像作用
し、左側の光学系が、左画像からの光束に対し結像作用
することを特徴とする立体観察装置。

【００９８】

【発明の効果】本発明によれば、画角が広く、アイレリ
ーフが長くて覗きやすく、眼鏡なしで観察することがで
き、加えて、左右画像として視差のある画像を表示する
ことで、立体視可能な小型の立体表示装置を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による立体表示装置の全体構成図であ
る。

【図２】本発明に係る手術用顕微鏡の光学系における立
体画像形成に関連する部分の構成を示す概略構成図であ
る。

【図３】第１実施例の立体表示装置に用いる光学素子の
構成図である。

【図４】第１実施例の立体表示装置の全体構成図であ
る。

【図５】表示パネル１０のパネル面上において画像が表
示される様子を示す説明図であり、(a)は左画像が表示
される状態、(b)は右画像が表示される状態を夫々示し
ている。

【図６】第２実施例の立体表示装置の全体構成図であ
る。

【図７】本発明の第３実施例に係る立体表示装置の全体
構成図である。

【図８】本発明の第４実施例に係る立体表示装置の全体
構成図である。

【図９】本発明の第５実施例の立体表示装置に用いる光
学系の概略構成図である。

【図１０】本発明の第６実施例に係る立体表示装置の全
体構成図である。

【図１１】第６実施例の表示光学系に使用する表示素子
の構成図である。

【図１２】本発明の第７実施例に係る表示光学系の概略
構成図である。

【図１３】第７実施例の変形例に係る表示光学系の概略
構成図である。

【図１４】第７実施例の立体表示装置の全体構成図であ
る。

【図１５】本発明の第８実施例に係る立体表示装置の全
体構成図である。

【図１６】第９実施例の立体表示装置の全体構成図であ
り、(a)は照明手段から表示パネルまでの構成を示し、
(b)は表示パネルから左右の光路用光学系までの構成を
示している。

【図１７】第１０実施例の立体表示装置の全体構成図で
ある。

【図１８】第１１実施例の立体表示装置の全体構成図で
ある。

【図１９】第１２実施例の立体表示装置の全体構成図で
ある。

【符号の説明】

１手術用顕微鏡２立体視内視鏡３，４表示装置５対物レンズ６アフォーカルズーム光学系７結像レンズ８撮像カメラ９カメラコントロールユニット１０表示パネル１１偏光方向制御素子１２Ｌ，１２Ｌ’ 左光路用光学系１２Ｒ，１２Ｒ’ 右光路用光学系１３スイッチング装置１４偏光方向制御素子の駆動部１５配向基板の透明板１６透明レンズ板１７重合液晶１８センサー１９偏光板２０結晶レンズ２１等方性ガラス２２有機ＥＬ素子２３複屈折ＤＯＥ２４複屈折フレネルレンズ２５一軸結晶２６接合剤２７等方性材料２８液晶（又は高分子液晶）２９均質ガラス３０ＬＥＤ３１拡大光学系３１’ 画像投影レンズ３２観察光学系３３複屈折ＤＯＥ３４可変ホログラム素子３６瞳結像レンズ３７フィールドレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示パネルと拡大光学系とを有し、前記表示パネルが、左右の画像を互いに左右方向に偏心
して表示するように構成され、前記拡大光学系が、左右の観察光学系を有し、前記左右の観察光学系が、互いに偏心した光軸を有する
とともに、互いの光軸を含む有効径を有し、右側の光学系が、右画像からの光束に対し結像作用し、
左側の光学系が、左画像からの光束に対し結像作用する
ことを特徴とする立体観察装置。
【請求項２】左右の画像を時分割で表示する表示素子
と、中間像を形成する拡大光学系と、中間像位置に配置された光路切り換えのための素子と、中間像と観察者との間に配置された、左右の眼幅を含む
有効径を有する観察光学系とを有し、中間像位置では、左右の光路を切り換えて、左右の眼に
瞳を結像するようにしたことを特徴とする立体表示装
置。