JP2006053321A - 投影観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でコストを低減しながら、画像表示可能領域に表示画面を最大限にとり、観察者の観察位置が変化しても良好な画像を観察し、画像表示手段にドレーブを被せ易く、支持部材による画像表示手段の支持をし易くすることができる投影観察装置を提供する。
【解決手段】投影手段２と、投影像の表示位置近傍に配置された透過型ホログラム５と投影手段２の射出瞳の像を観察者側に投影する凹面鏡４とを備えたスクリーン３と、観察者側へ投影された光のうち、観察者の瞳６（及びその周辺）で反射され透過型ホログラム３で回折されずにスクリーン３から射出された０次回折光による観察者の瞳６の像を撮像する観察者瞳像撮像手段７と、撮像された観察者の瞳６の像から観察者の瞳位置を検出するとともに、検出した観察者の瞳位置の変動に追従してスクリーン３又は投影手段２を動作させる追従制御手段とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投影観察装置に関し、特に、例えば、内視鏡等を用いた手術において術者が手術を行いながら内視鏡で撮影した術部の拡大映像を観察することができるようにするための投影観察装置に関する。

この種の投影観察装置を用いて手術等を行う場合、観察者である術者の観察位置（術者の瞳位置）は変動し易い。しかし、この種の投影観察装置を用いて手術等を行う場合に観察位置（瞳位置）が所定の位置から外れると、画像が蹴られるため、観察者の観察位置が限定されてしまい、観察時の取り扱いが不便になる。
しかるに、従来、観察者の観察位置（観察者の瞳位置）が変化しても良好な画像を観察することができる投影観察装置として、例えば次の特許文献１に記載の投影観察装置が本件出願人により提案されている。
特開２００３−３２９９７２号公報

特許文献1に記載の投影観察装置は、同文献の図１０に示すように、フレネル平板ミラー８を画像表示手段５の下部に設けると共に、フレネル平板ミラー８を介して観察者の眼に赤外光を照射し観察者の眼からの反射光を検出する検出手段７を観察者の下方から見上げる位置に備え、さらに、駆動手段３を介して検出手段７で検出される眼の位置の変化に追従して画像表示手段５を動かすことができるように構成されている。
特許文献１に記載の投影観察装置によれば、観察者の観察位置が動いても常に良好な画像が得られる。また、検出手段７を画像表示手段５の近傍に配置しなくて済むため、画像表示手段５にドレーブ（滅菌カバー）を被せ易くなる。また、検出手段７を画像表示手段５を支持する投影光学装置の先端部に設けずに済む分、投影光学装置の先端部の重量が軽くなり、支持部材による画像表示手段５の支持がし易くなる。

ところで、この種の投影観察装置は、上述したように、手術における術部の観察に用いられる。ここで、画像表示手段は、背景等に邪魔されること無く術部の映像を観察しながら手術を行うことができるようにするために、術者の近傍に配置されている。また、画像表示手段は、手術に際し手術用具や手術スタッフと干渉しない大きさに制限せざるを得ない。一方では、血管等の微細な術部を観察するためには、術部の画像は極力拡大して観察できることが望まれる。このため、この種の投影観察装置においては、限られた大きさに制限される範囲内において画像表示手段の画像表示画面を極力大きくすることが重要となっている。

しかし、特許文献１に記載の投影観察装置のように画像表示手段の近傍にフレネル平板ミラー等を設けたのでは、画像表示可能領域がその分減ってしまう。
また、画像表示領域に画像表示手段とは別にフレネル反射ミラーを設けたのでは、その分、部品点数が増えてコスト高となってしまう。

また、本件出願人は、特許文献１において、例えば、同文献の図１に示すように、画像表示手段５の近傍（図１では下部）に検出手段７を配置する構成も提案しているが、画像表示手段５の近傍に検出手段７を設けると、画像表示手段５にドレーブ（滅菌カバー）を被せることが難しくなる上、画像表示装置５を支持する投影光学装置の支持部材の先端部に重量が偏ってしまい、支持部材で画像表示手段５をバランスよく支持することが難しくなる。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でコストを低減しながら、画像表示可能領域において表示画面を最大限にとることができ、かつ、観察者の観察位置が変化しても良好な画像を観察することができ、しかも画像表示手段にドレーブ（滅菌カバー）を被せ易く、支持部材による画像表示手段の支持をし易くすることができる投影観察装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による投影観察装置は、映像を拡大投影する投影手段と、前記投影手段で投影された像の表示位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と前記投影手段の射出瞳の像を観察者側に投影する凹面鏡とを備えたスクリーンと、前記スクリーンから前記観察者側へ投影された光のうち、該観察者の瞳およびその周辺で反射されて該スクリーンへ入射し、前記透過型ホログラムで回折されずに該スクリーンから射出された０次回折光による該観察者の瞳およびその周辺の像を撮像する観察者瞳像撮像手段と、前記観察者瞳像撮像手段で撮像された観察者の瞳およびその周辺の像から該観察者の瞳位置を検出するとともに、検出した該観察者の瞳位置の変動に追従して、前記投影手段の射出瞳の像が該観察者の瞳に投影されるように前記スクリーンまたは投影手段を動作させる追従制御手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明の投影観察装置においては、左眼用の前記投影手段と右眼用の前記投影手段を備えるのが好ましい。

また、本発明の投影観察装置においては、左眼用の前記観察者像撮像手段と、右眼用の前記観察者像撮像手段を備えるのが好ましい。

また、本発明の投影観察装置においては、前記観察者の少なくとも一方の瞳に対して複数方向から撮像する複数個の前記観察者瞳像撮像手段を備えるのが好ましい。

また、本発明の投影観察装置においては、前記観察者瞳像撮像手段が、集光光学系と、結像光学系と、撮像素子を有してなるのが好ましい。

また、本発明の投影観察装置においては、前記観察者瞳像撮像手段が、結像光学系と、撮像素子を有してなるのが好ましい。

また、本発明の投影観察装置においては、前記投影手段で投影しない状態における、前記透過型ホログラムで回折されずに前記スクリーンから射出された初期０次回折光の像を、前記観察者瞳像撮像手段で撮像しておき、前記投影手段で投影され、前記観察者の瞳およびその周辺で反射されて前記スクリーンへ入射し、前記透過型ホログラムで回折されずに該スクリーンから射出された０次回折光による該観察者の瞳およびその周辺の像を前記観察者瞳像撮像手段で撮像したときに、該０次回折光による観察者の瞳およびその周辺の像の撮像情報から前記初期０次回折光の像の撮像情報を除去するようにするのが好ましい。

本発明の投影観察装置によれば、簡単な構成でコストを低減しながら、画像表示可能領域において表示画面を最大限にとることができ、かつ、観察者の観察位置が変化しても良好な画像を観察することができ、しかも画像表示手段にドレーブ（滅菌カバー）を被せ易く、支持部材による画像表示手段の支持をし易くすることができる投影観察装置が得られる。

実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
図１(a)は本発明の投影観察装置の原理説明図であり、透過型ホログラムからなる拡散板を用いた投影観察装置における投影手段からの投影光と観察者の瞳からの光の経路をそれぞれ示す説明図、図１(b)は本発明の一実施形態にかかる投影観察装置の概略構成を示す説明図、図２(a)は本発明の他の実施形態にかかる投影観察装置の光学配置を示す説明図、図２(b)は図２(a)の投影観察装置の投影手段による投影光束の観察者に対する投影範囲を示す説明図である。

本発明の投影観察装置は、図１(a)に示すように、投影手段２（右眼用投影手段２Ｒ又は左眼用投影手段２Ｌ、あるいはその両方）と、スクリーン３を有している。
投影手段２は、図示省略した内視鏡撮像装置等を介して撮像された映像を表示する表示素子（図示省略）と、表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系２ａを有して構成されている。
スクリーン３は、投影手段２で投影される像の表示位置近傍に配置された透過型ホログラム５からなる拡散板と、投影手段２の射出瞳の像２０（右眼用投影手段の射出瞳の像２０Ｒ又は左眼用投影手段の射出瞳の像２０Ｌ、あるいはその両方）を観察者側（図１(a)では観察者の瞳６（右眼の瞳６Ｒ又は左眼の瞳６Ｌ、あるいはその両方）側に投影する凹面鏡４とを備えている。
また、本発明の投影観察装置では、観察者の顔と干渉せず、且つ観察者がスクリーン３の正面を見て観察することを可能にするため、投影手段２が、スクリーン３の中心へ入射する投影光の入射光軸とスクリーン３の中心から出射する出射光軸との間に所定の角度θを持つように配置され、且つ、凹面鏡４が、光軸をスクリーン３の中心に対して上方向に偏心して構成されている。

このように構成された投影観察装置では、投影手段２から出射された投影光が、透過型ホログラム５に入射した後、透過型ホログラム５で回折された１次回折光が、凹面鏡４で反射され、透過型ホログラム５を透過して、観察者の瞳６の位置に投影手段２の射出瞳の像２０を投影する。これにより、観察者は、スクリーン３に表示された投影手段２の投影像を観察できる。
このとき、観察者の瞳６で観察される投影手段２からの像は、透過型ホログラム５で回折された１次回折光の像である。一般的に、この種の回折素子をスクリーン３に用いた投影観察装置では、回折素子で回折されない０次回折光は、光の強度が強すぎて観察対象に含めると却って観察し難くなるため、利用に適さない不要光として扱われる。

観察者の瞳６に投影する光路を逆に辿ると、スクリーン３から観察者側へ投影された光のうち、観察者の瞳６で反射された反射光は、スクリーン３に入射し、透過型ホログラム５、凹面鏡４、透過型ホログラム５を経て投影手段２の方向に出射される。ここで、透過型ホログラム５で回折される１次回折光は、投影手段２から出射された投影光の光路と同じ経路を逆方向に辿る。一方、透過型ホログラム５で回折されない０次回折光は、図１(a)中、破線で示すように、投影手段２から出射された投影光の光路（実線で示してある）から外れた方向（図１(a)ではＡ方向）に進む。
しかるに、従来の投影観察装置においては、０次回折光は、上述したように、観察において不要な光として扱われていたため、上記破線で示すような０次回折光を観察者の瞳位置の検出に利用することは全く着想されていなかった。

しかるに、本件出願人は、従来の投影観察装置において、不要光とされていた０次回折光に着目した。即ち、図１(b)に示すように、観察者の瞳６からの反射光のうち透過型ホログラム５で回折されない０次回折光は、投影手段２の投影光路から外れる。このため、観察者の瞳６の位置を検出するための観察者瞳像撮像手段７を、投影手段２と干渉することなく、この投影光路から外れた光路上に配置することができる。そして、観察者瞳像撮像手段７を介して、観察者の瞳６の位置を検出することができるようにすれば、従来の特許文献１に記載の投影観察装置のように、画像表示領域内に画像表示装置とは別に観察者の瞳検出用の反射面を設けることなく、画像表示領域を最大限に有効活用できる、ということに想到した。

図１(b)に一実施形態として示す本発明の投影観察装置のように、スクリーン３から観察者側へ投影された光のうち、観察者Ｍの瞳で反射されてスクリーン３へ入射し、透過型ホログラム５で回折されずにスクリーン３から射出された０次回折光を観察者瞳像撮像７で撮像するようにすれば、スクリーン３が、透過型ホログラム５を介して回折する１次回折光で投影手段２からの投影像を表示する機能と、透過型ホログラム５を介して回折されない０次回折光で観察者Ｍの瞳からの光を観察者瞳像撮像手段７に向けて反射する機能とを兼ね備えることができ、従来の特許文献１に記載の投影観察装置のように、画像表示可能領域において画像表示面とは別に観察者の瞳からの光を反射するフレネル平板等を設ける必要がなくなる。このため、本発明の投影観察装置によれば、画像表示可能領域において、表示画面を最大に有効活用することができる。なお、実際は、観察者の瞳およびその周辺を含む前眼部からの反射光により瞳およびその周辺の像が形成されるので、それを撮像手段７で撮像して瞳の位置や動きを検出する。本願における実施の形態の説明では、便宜上、「瞳およびその周辺（を含む前眼部）からの反射光」を「瞳からの反射光」と、「瞳およびその周辺（を含む前眼部）の像」を「瞳からの像」としてある。また、図２(a)中、Ｅ（ＥＲ，ＥＬ）は図１(a)の観察者の瞳６の位置に位置する観察者Ｍの眼球（右目の眼球，左目の眼球）である。また、７ａ（７Ｒａ，７Ｌａ）はスクリーン３を経て拡大された観察者Ｍの瞳からの光の拡散を抑えるための集光光学系（右眼用集光光学系，左眼用集光光学系）、７ｂ（７Ｒｂ，７Ｌｂ）は図示省略したＣＣＤなどの撮像素子の撮像面に観察者Ｍの瞳の像を結像するための結像光学系（右眼用結像光学系，左眼用結像光学系）、８は先端部支持部材である。

また、図１(b)に一実施形態として示す本発明の投影観察装置によれば、観察者瞳像撮像手段７をスクリーン３近傍の先端部に配置しなくて済む。このため、ドレープ（滅菌カバー）を被せるのが容易となる。また、先端部の重量が軽くなり、支持部材８でスクリーン３を支持し易くなる。しかも、従来の特許文献１に記載の投影光学装置のようなフレネル平板ミラーが不要となる分、装置の構成を簡素化することができ、簡単な構成でコストを低減することができる。

また、本発明の投影観察装置のように、観察位置（即ち、図１(a)における観察者の瞳６の位置、図１(b)における観察者Ｍの眼球Ｅの位置）近傍を照明した投影光が観察者の瞳６（或いは観察者Ｍの眼球Ｅ）で反射した光を撮像するようにすれば、観察者瞳像撮像手段７が、ノイズ成分となる観察者の瞳６以外の像を拾いにくくなるため、観察者の瞳６の位置を高精度に検出することができる。

また、本発明の投影観察装置のように、観察者瞳像撮像手段７を介して検出される観察者の瞳６の位置の変動に追従して、投影手段の射出瞳の像２０が観察者の瞳に投影されるようにスクリーンまたは投影手段を動作させる追従手段を備えれば、観察者の観察位置が変化しても良好な画像を観察することができる。

なお、投影手段は、図２(a)に示すように、左右の眼用にそれぞれ別箇に設けてもよい（左眼用投影手段２Ｌと右眼用投影手段２Ｒ）。このようにすれば、左右の眼で視差を感じて立体画像を観察できる。なお、図２の実施形態の投影観察装置では、観察者瞳像撮像手段７の集光光学系７ａは、フレネルレンズで構成されている。
また、図２の実施形態の投影観察装置では、1つの観察者瞳像撮像手段７で、観察者の左右の瞳の像を撮像するように構成されている。

また、本発明の投影観察装置において、左眼用の観察者瞳像撮像手段７Ｌと、右眼用の観察者瞳像撮像手段７Ｒを備えて構成する、あるいは、観察者瞳像撮像手段７を、観察者の一方の眼に対して少なくとも２つ備えるようにすれば、観察者の瞳６の観察光軸に垂直な平面内での２次元方向（ＸＹ方向）の位置ずれに加えて、観察光軸に沿う方向（Ｚ方向）の位置ずれも検出することができ、その位置ずれに画像表示手段を追従させることができるので好ましい。

さらに、好ましくは、本発明の投影観察装置において、投影手段２で投影しない状態における、透過型ホログラム５で回折されずにスクリーン３から射出された初期０次回折光の像を、観察者瞳像撮像手段７で撮像しておき、投影手段２で投影され、観察者の瞳で反射されてスクリーン３へ入射し、透過型ホログラム５で回折されずにスクリーン３から射出された０次回折光の像を観察者瞳像撮像手段７で撮像したときに、該０次回折光による観察者の瞳の像の撮像情報から初期０次回折光の像の撮像情報を除去するようにすれば、天井の照明や、背景の光など瞳位置の検出においてノイズとなる光の影響を排除して観察者の瞳の位置を高精度に検出することができる。

以下、本発明の投影観察装置の実施例を図面を用いて説明する。

図３は本発明の実施例１にかかる投影観察装置の光学配置を示す説明図である。なお、図３では、便宜上、投影手段は図示を省略し、投影手段を構成する投影光学系の射出瞳の位置を示してある。また、スクリーン３を構成する透過型ホログラム及びフレネル凹面鏡も、便宜上、図示を省略してある。また、便宜上、投影光学系の射出瞳位置、観察者の瞳位置、及び観察者瞳像撮像手段７は、観察者の一方の瞳を対象として示してある。さらに、便宜上、１次回折光は、回折時の折れ曲がりを表現しないで示してある。
実施例１の投影観察装置は、映像を拡大投影する投影手段（図示省略）と、前記投影手段で投影された像の表示位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と前記投影手段の射出瞳の像を観察者側に投影するフレネル凹面鏡とを備えたスクリーン３と、スクリーン３から観察者側へ投影された光のうち、該観察者の瞳で反射されてスクリーン３へ入射し、前記透過型ホログラムで回折されずにスクリーン３から射出された０次回折光による該観察者の瞳の像を撮像する観察者瞳像撮像手段７を有している。
観察者瞳像撮像手段７は、集光光学系７ａとしての集光レンズと、結像光学系７ｂとしての瞳像リレー光学系と、図示省略したＣＣＤ等の固体撮像素子を有して構成されている。

そして、実施例１の投影観察装置では、観察者瞳像撮像手段７は、スクリーン３から比較的離れた位置に配置されている。このような配置の場合、スクリーン３を経て拡大される観察者の瞳からの光束の径は、スクリーン３から離れるほど大きくなるため、図３の実施例のような構成において、径が大きくなった光束をそのまま結像光学系を介して撮像素子面に観察者の瞳の像を結像するように構成すると、結像光学系や、撮像素子が大型化してしまう。そこで、実施例１の投影観察装置では、観察者瞳像撮像手段７に、集光光学系７ａを備えて、スクリーン３を経て拡大される観察者の瞳からの光束の径の大型化を抑えている。

また、実施例１の投影観察装置は、観察者瞳像撮像手段７で撮像された観察者の瞳の像から該観察者の瞳位置を検出するとともに、検出した該観察者の瞳位置の変動に追従して、前記投影手段の射出瞳の像が該観察者の瞳に投影されるようにスクリーン３を動作させる追従制御手段として、コンピュータ等の制御装置（図示省略）と、制御装置からの制御信号によりスクリーン３を駆動するモータ等を備えた駆動装置（図示省略）を有している。駆動装置は、スクリーン３を支持する図示省略した支持部材に接続されている。
制御装置は、観察者瞳像撮像手段７とスクリーン３に接続されている（図示省略）。そして、観察者瞳像撮像手段７の撮像領域内における観察者の瞳の像の相対的な位置から観察者の瞳位置（観察位置）を算出するとともに、観察者瞳像撮像手段７の撮像領域において観察者の瞳の像が所定の位置（例えば、固体撮像素子における中心位置）に位置するようにするためのスクリーン３の移動量及び移動方向（即ち、傾斜角度、及び傾斜方向等）を算出し、算出した情報に基づいて、図示省略したモータに動作信号を送信するように構成されている。モータは、上記制御装置とスクリーン３に接続されていて、制御装置より送信された動作信号に基づいてスクリーン３を支持する支持部材を動作することができるように構成されている。

なお、追従制御手段は、観察者瞳像撮像手段で撮像された観察者の瞳の像から該観察者の瞳位置を検出するとともに、検出した観察者の瞳位置の変動に追従して、前記投影手段の射出瞳の像が観察者の瞳に投影されるようにスクリーン３を動作させることができる構成であれば、例えば、特許文献に記載の駆動手段等、どのような構成でも適用可能である。
また、追従制御手段としての上記制御装置及び駆動装置は、スクリーン３を動作させる構成に限定されるものではなく、前記投影手段を動作させるように構成してもよい。

次に実施例１の投影観察装置を構成する光学部材の数値データを示す。なお、数値データ中、“ＨＯＥ”は透過型ホログラム、“ＰＩＭ”は画像投影面、“ＡＳＳ”は非球面、“ＲＥ”は反射面、“ＦＬ”はフレネル面を示している。
また、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
Ｚ＝（Ｙ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）Ｙ²／Ｒ²｝^1/2］＋ＡＹ⁴＋ＢＹ⁶＋ＣＹ⁸＋ＤＹ¹⁰＋・・・・・
但し、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、Ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

また、実施例１においては、順光線追跡において、投影光学系の射出瞳の中心２１を原点とし、瞳面をＸ−Ｙ面とし、瞳に垂直な軸上主光線１０の進行方向をＺ軸正方向としている。
また、偏心面については、光学系の原点からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（非球面については、上記式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれ、α，β，γ（°））とが与えられている。
その場合、αとβの正の値は、それぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正の値は、Ｚ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の周りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の周りで反時計方向にβ回転させると共に１回回転した座標系もＹ軸の周りで反時計方向にβ回転させ、次いで、その２回回転した面の中心軸を新たな座標系のＺ軸の周りで時計回りにγ回転させる。

数値データ１
０次光の結像位置（スクリーン基準）：Ｚ方向496.73、Ｙ方向271.07
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞
１ ＨＯＥ 偏心(1) 1.49 57.4
２ ∞（ＰＩＭ） 偏心(2) 1.49 57.4
３ ＡＳＳ(1)（ＲＥ，ＦＬ） 偏心(3) 1.49 57.4
４ ∞ 偏心(1)
像 面 ∞ 偏心(4)
ＡＳＳ(1)
Ｒ＝ -816.43
Ｋ＝ -2.000×10^-6
Ａ＝ 1.4845×10^-11
Ｂ＝ -5.8165×10^-15
Ｃ＝ 2.3649×10^-19
Ｄ＝ -1.5631×10^-24
偏心(1)
Ｘ＝0.00 Ｙ＝0.00 Ｚ＝650.00
α＝27.2 β＝0.00 γ＝0.00
偏心(2)
Ｘ＝0.00 Ｙ＝0.46 Ｚ＝650.89
α＝27.2 β＝0.00 γ＝0.00
偏心(3)
Ｘ＝0.00 Ｙ＝ＭＹ Ｚ＝584.08
α＝27.2 β＝0.00 γ＝0.00
偏心(4)
Ｘ＝0.00 Ｙ＝-205.69 Ｚ＝249.76
α＝27.2 β＝0.00 γ＝0.00

図４は本発明の実施例２にかかる投影観察装置の光学配置を示す説明図である。なお、図４においても図３と同様に、便宜上、図面を簡略化して示してある。
実施例２の投影観察装置では、観察者瞳像撮像手段７は、観察者の瞳位置よりも前方に配置されており、スクリーン３に比較的近い位置に配置されている。このような配置の場合、スクリーン３を経て拡大される観察者の瞳からの光束の径は、それほど大きくならず、そのまま結像光学系を介して図示省略した撮像素子面に観察者の瞳の像を結像するように構成しても、結像光学系や撮像素子は大型化しない。そこで、実施例２の投影観察装置では、観察者瞳像撮像手段７は、瞳像リレー光学系７ｂと、図示省略した撮像素子とで構成されている。
実施例２の投影観察装置によれば、実施例１で示した集光レンズ７ａを用いずに済み、その分、構成部材を簡素化することができる。
その他の構成及び作用効果は、実施例１の投影観察装置とほぼ同じである。

図５は本発明の実施例３にかかる投影観察装置の説明図であり、(a)は観察者の瞳からの光の経路を示した要部概略構成図、(b)，(c)は、(a)に示した２つの観察者瞳像撮像手段の撮像領域上における観察者の瞳の像の撮像位置を示す説明図である。
実施例３の投影観察装置は、観察者の一方の眼に対して破線で示す観察光軸から外れた位置に２つの観察者瞳像撮像手段７₁，７₂を備え、異なる２方向から観察者の瞳の像を撮像するように構成されている。なお、図５(a)中、Ｅ，Ｅ₁は観察者の眼球、Ｅ’，Ｅ₁’は観察者の眼球の像（中間結像）を示している。また、７ｂ₁，７ｂ₂は結像光学系、７ｃ₁，７ｃ₂は撮像素子の撮像面を示している。

このように構成された実施例３の投影観察装置では、図５(a)の観察位置が眼球Ｅの位置にあるときの撮像素子上の像が、図５(b)，(c)の実線で示す位置で撮像されるとき、図５(a)の観察位置が眼球Ｅ₁の位置（即ち、観察位置が観察光軸方向に沿ってスクリーン３に近づいた位置）にあるときの撮像素子上の像は、図５(b)，(c)の破線で示すＥ₁’の位置に撮像される。
この観察者の瞳の像Ｅ₁’の撮像素子の撮像面７ｃ₁，７ｃ₂上での変位の量及び方向と、観察者の瞳Ｅの観察光軸に垂直な平面内での２次元方向（ＸＹ方向）の位置ずれ、及び観察光軸に沿う方向（Ｚ方向）の位置ずれとの相関情報を予め図示省略した制御装置に記憶させておけば、２つの観察者瞳像撮像手段７₁，７₂で撮像した観察者の瞳の像Ｅ’の撮像素子の撮像面７ｃ₁，７ｃ₂上での変位方向及び変位量から、観察者の瞳の観察光軸に垂直な平面内での位置ずれに加えて観察光軸に沿う方向の位置ずれを検出することができる。

なお、実施例３の投影観察装置では、観察者の一方の眼に対して２つの観察者瞳像撮像手段７₁，７₂を備えて構成したが、左眼用の観察者瞳像撮像手段と、右眼用の観察者瞳像撮像手段を備えて構成してもよい。このように構成しても、左右の観察者瞳像撮像手段でそれぞれ撮像された観察者の瞳の像の撮像素子の撮像面上での変位方向及び変位量から、観察者の瞳の観察光軸に垂直な平面内での位置ずれに加えて観察光軸に沿う方向の位置ずれを検出することができる。

その他、上記各実施例の投影観察装置においては、投影手段で投影しない状態における、透過型ホログラムで回折されずにスクリーンから射出された初期０次回折光の像を、観察者瞳像撮像手段で撮像しておき、投影手段で投影し、観察者の瞳で反射されてスクリーンへ入射し、透過型ホログラムで回折されずにスクリーンから射出された０次回折光の像を観察者瞳像撮像手段で撮像したときに、この０次回折光の像の撮像情報から初期０次回折光の像の撮像情報を除去するように、例えば、図示省略した制御装置を構成するのが好ましい。
このように構成すれば、観察者瞳像撮像手段による撮像情報を介して、瞳の像の位置の精度をより高精度に検出することができる。

(a)は本発明の投影観察装置の原理説明図であり、透過型ホログラムからなる拡散板を用いた投影観察装置における投影手段からの投影光と観察者の瞳からの光の経路をそれぞれ示す説明図、(b)は本発明の一実施形態にかかる投影観察装置の概略構成を示す説明図である。 (a)は本発明の他の実施形態にかかる投影観察装置の光学配置を示す説明図、(b)は(a)の投影観察装置の投影手段による投影光束の観察者に対する投影範囲を示す説明図である。 本発明の実施例１にかかる投影観察装置の光学配置を示す説明図である。 本発明の実施例２にかかる投影観察装置の光学配置を示す説明図である。 本発明の実施例３にかかる投影観察装置の説明図であり、(a)は観察者の瞳からの光の経路を示した要部概略構成図、(b)，(c)は、(a)に示した２つの観察者瞳像撮像手段の撮像領域上における観察者の瞳の像の撮像位置を示す説明図である。

符号の説明

２ 投影手段
２Ｒ 右眼用投影手段
２Ｌ 左眼用投影手段
２ａ 投影光学系
２Ｒａ 右眼用投影光学系
２Ｌａ 左眼用投影光学系
３ スクリーン
４ 凹面鏡
５ 透過型ホログラム（拡散板）
６ 観察者の瞳
７，７₁，７₂ 観察者瞳像撮像手段
７Ｒ 右眼用観察者瞳像撮像手段
７Ｌ 左眼用観察者瞳像撮像手段
７ａ 集光光学系
７Ｒａ 右眼用集光光学系
７Ｌａ 左眼用集光光学系
７ｂ，７ｂ₁，７ｂ₂ 結像光学系
７ｃ₁，７ｃ₂ 撮像素子の撮像面
７Ｒｂ 右眼用結像光学系
７Ｌｂ 左眼用結像光学系
８ 先端部支持部材
２０ 投影手段２の射出瞳の像
２０Ｒ 右眼用投影手段の射出瞳の像
２０Ｌ 左眼用投影手段の射出瞳の像
Ｅ，Ｅ₁ 観察者の眼球
ＥＲ 右目の眼球
ＥＬ 左目の眼球
Ｅ’，Ｅ₁’ 観察者の眼球の像（中間結像）
Ｍ 観察者

Claims (7)

1. 映像を拡大投影する投影手段と、
   前記投影手段で投影された像の表示位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と前記投影手段の射出瞳の像を観察者側に投影する凹面鏡とを備えたスクリーンと、
   前記スクリーンから前記観察者側へ投影された光のうち、該観察者の瞳およびその周辺で反射されて該スクリーンへ入射し、前記透過型ホログラムで回折されずに該スクリーンから射出された０次回折光による該観察者の瞳およびその周辺の像を撮像する観察者瞳像撮像手段と、
   前記観察者瞳像撮像手段で撮像された観察者の瞳およびその周辺の像から該観察者の瞳位置を検出するとともに、検出した該観察者の瞳位置の変動に追従して、前記投影手段の射出瞳の像が該観察者の瞳に投影されるように前記スクリーンまたは投影手段を動作させる追従制御手段と、
   を備えたことを特徴とする投影観察装置。
2. 左眼用の前記投影手段と右眼用の前記投影手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の投影観察装置。
3. 左眼用の前記観察者像撮像手段と、右眼用の前記観察者像撮像手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の投影観察装置。
4. 前記観察者の少なくとも一方の瞳に対して複数方向から撮像する複数個の前記観察者瞳像撮像手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の投影観察装置。
5. 前記観察者瞳像撮像手段が、集光光学系と、結像光学系と、撮像素子を有してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投影観察装置。
6. 前記観察者瞳像撮像手段が、結像光学系と、撮像素子を有してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投影光学装置。
7. 前記投影手段で投影しない状態における、前記透過型ホログラムで回折されずに前記スクリーンから射出された初期０次回折光の像を、前記観察者瞳像撮像手段で撮像しておき、
   前記投影手段で投影され、前記観察者の瞳およびその周辺で反射されて前記スクリーンへ入射し、前記透過型ホログラムで回折されずに該スクリーンから射出された０次回折光による該観察者の瞳およびその周辺の像を前記観察者瞳像撮像手段で撮像したときに、該０次回折光による観察者の瞳およびその周辺の像の撮像情報から前記初期０次回折光の像の撮像情報を除去するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の投影観察装置。