(57)【要約】【課題】使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を位置合わせのための画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることが可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１００は、視認用光入射領域４ａを含み表示用画像を表示する表示部４と、表示部４に表示する画像の位置合わせ処理のためのマーカ６を含む補正用画像を撮像する補正用画像撮像部３２と、補正用画像処理部３３と、マーカ６を含む外部画像に対して位置合わせ処理を行い表示用画像とする表示用画像処理部４１と、視認用光入射領域４ａを透過する光の進行方向において視認用光入射領域４ａと重なるように配置され補正用画像を生成するための光を取り込む画像取得用光入射領域２ａから取り込んだ光の一部を、補正用画像処理部３３に導く画像取得用導光部材２とを備える。【選択図】図１
2018060011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の眼球位置に到達するように入射する光を透過させる視認用光入射領域を含み、表示用画像を表示する表示部と、
前記表示部に表示する画像の位置合わせ処理のための特徴部分を含む補正用画像を撮像する補正用画像撮像部と、
前記補正用画像から特徴部分を抽出する補正用画像処理部と、
外部装置から取得した前記位置合わせ処理のための特徴部分を含む外部画像に対して、前記補正用画像処理部で抽出された前記補正用画像の前記特徴部分との前記位置合わせ処理を行い、前記表示用画像とする表示用画像処理部と、
前記視認用光入射領域を透過する光の進行方向において前記視認用光入射領域と重なるように配置され、前記補正用画像を生成するための光を取り込む画像取得用光入射領域を含み、前記画像取得用光入射領域から取り込んだ前記補正用画像を生成するための光の一部を前記補正用画像処理部に導く画像取得用導光部材とを備える、表示装置。
【請求項２】
前記画像取得用導光部材は、前記画像取得用光入射領域を透過する光の一部を反射し、一部を前記使用者の眼球位置に透過する第１画像取得用反射部と、前記第１画像取得用反射部で反射された前記補正用画像を生成するための光を前記補正用画像撮像部に向かって反射する第２画像取得用反射部とを含む、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示部は、前記視認用光入射領域を透過する光の進行方向において前記画像取得用導光部材と重なるように配置され、前記表示用画像処理部から送出される前記表示用画像を表示するための光を反射する第１表示用反射部と、前記表示用画像を表示するための前記光を前記使用者の眼球位置に向かって反射する第２表示用反射部とを有する表示用導光部材を含むように構成されている、請求項１または請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示用画像処理部は、前記外部装置で撮像した前記位置合わせ処理のための前記特徴部分を含み、前記特徴部分に加えて前記使用者に不可視である着目部位を含む前記外部画像に対して、前記補正用画像処理部で抽出された前記補正用画像の前記特徴部分との前記位置合わせ処理を行うように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記表示用画像処理部は、前記使用者の眼球位置または視線方向を視線情報として取得し、前記視線情報にも基づいて前記位置合わせ処理を行うように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記視線情報に基づいて前記外部装置の撮像方向を制御するように構成されている、請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記視認用光入射領域を透過する光の進行方向において前記視認用光入射領域と重なるように配置され、前記使用者の眼球位置に到達するように入射する光のうち所定の波長成分または偏向成分を選択的に通過させまたは遮断するフィルタをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記補正用画像撮像部は、特徴部分投影部により投影される前記位置合わせ処理のための前記特徴部分を含む前記補正用画像を撮像し、
前記補正用画像処理部は、投影される前記特徴部分を前記補正用画像から抽出し、
前記表示用画像処理部は、投影される前記特徴部分を含む前記外部画像に対して、前記補正用画像に含まれる投影される前記特徴部分との前記位置合わせ処理を行い、前記表示用画像とするように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関し、特に、画像を表示する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を表示する表示装置が知られている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、左右保持部によって使用者の頭部に保持されるとともに、外部装置から取得した画像を表示する表示部と、使用者の視野の方向の画像である補正用画像を撮像するカメラと、外部装置から取得した画像の輪郭や特徴的な部位と補正用画像の輪郭や特徴的な部位とが合うように外部装置から取得した画像に対して加工を行う重畳処理部と、を備えた表示装置が開示されている。この表示装置では、補正用画像を撮像するカメラは、使用者が表示部を装着した際の使用者の眉間に対応する位置に配置されている。
【０００４】
また、特許文献２には、認識用マーカと、術野をマーカとともに撮像するカメラと、カメラで撮像中の映像を表示するディスプレイとを備え、患者の立体的ＣＴ画像（外部画像）から特定された腫瘍などの着目部位を、撮像中のマーカの位置および姿勢に基づいて、カメラで撮像中の映像に重ねてディスプレイに表示する表示装置が開示されている。また、上記特許文献２の表示装置では、カメラとディスプレイとを一体のヘッドマウント型ディスプレイとする構成も開示されている。
【０００５】
また、上記特許文献３には、前方から到達する光の一部を使用者の眼球位置に透過するとともに、前方から到達する光の一部を第１導光部材に導き、第１導光部材に導かれる光を表示用画像生成部に導き、表示用画像生成部から送出される光を、第２導光部材を介して使用者に表示する表示装置が開示されている。また、表示用画像生成部は、輝度が低いため使用者にとって視認不可能な視野の光を取得し、使用者にとって視認可能な輝度まで増幅して送出するように構成されている。すなわち、上記特許文献３には、使用者の視線方向と一致した視野の画像を、使用者の視認できる明るさまで増幅して、使用者が暗視をすることができるように構成されている表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−９９１８４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３１５５２号公報
【特許文献３】米国特許８３５５６１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の表示装置では、補正用画像を撮像するカメラが使用者の眉間の位置に配置されるため、使用者が実際に視認する視野の方向と補正用画像の撮像方向とにずれが生じ、表示部に表示する画像の生成時に、使用者が実際に視認する視野と補正用画像とのずれを考慮した補正を行う必要があるという問題点がある。
【０００８】
また、上記特許文献２の表示装置では、カメラとディスプレイとを一体のヘッドマウント型ディスプレイとする構成も開示されているものの、カメラの取り付け位置については記載されていない。そのため、カメラの撮像位置と使用者の視野とが一致していない場合に、上記特許文献１と同様、表示部に表示する画像の生成時に、使用者が実際に視認する視野とカメラにより撮像された映像との撮像位置および撮像方向のずれを考慮した補正を行う必要があるという問題点があると考えられる。
【０００９】
また、上記特許文献３の表示装置では、使用者の視野と一致した画像を表示しているものの、使用者に表示される画像は、使用者に透過される視野の光と方向が一致し、導光部材に導かれる光を増幅して使用者に視認できるようにするものであり、使用者に透過される視野の光と方向が一致した光を表示用画像生成部により増幅して表示用画像として使用者に映し出している。しかしながら、外部装置により撮像された画像については、使用者の視線方向と一致させて表示することができないため、外部装置による外部画像に位置合わせ処理をして表示させることができないという問題点がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を位置合わせのための画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることが可能な表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における表示装置は、使用者の眼球位置に到達するように入射する光を透過させる視認用光入射領域を含み、表示用画像を表示する表示部と、表示部に表示する画像の位置合わせ処理のための特徴部分を含む補正用画像を撮像する補正用画像撮像部と、補正用画像から特徴部分を抽出する補正用画像処理部と、外部装置から取得した位置合わせ処理のための特徴部分を含む外部画像に対して、補正用画像処理部で抽出された補正用画像の特徴部分との位置合わせ処理を行い、表示用画像とする表示用画像処理部と、視認用光入射領域を透過する光の進行方向において視認用光入射領域と重なるように配置され、補正用画像を生成するための光を取り込む画像取得用光入射領域を含み、画像取得用光入射領域から取り込んだ補正用画像を生成するための光の一部を補正用画像処理部に導く画像取得用導光部材とを備える。
【００１２】
この発明の一の局面における表示装置では、視認用光入射領域を透過する光の進行方向において視認用光入射領域と重なるように配置され、補正用画像を生成するための光を取り込む画像取得用光入射領域を設ける。これにより、補正用画像を撮像するために、使用者の眼球位置に到達するように入射させる光と一致した方向の光を画像取得用導光部材によって補正用画像撮像部に導くことができるので、補正用画像から抽出する特徴部分と使用者が実際に視認している視野に含まれる特徴部分との視差の違いによるずれがほとんど生じることがない。これにより、外部画像に含まれる特徴部分が補正用画像に含まれる特徴部分に合うように、外部画像に対してのみ位置合わせ処理を行うことにより、使用者の視野と一致するように補正された表示用画像を得ることができる。その結果、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を、位置合わせのための画像である補正用画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることができる。また、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、使用者が実際に視認している視野の方向と補正用画像の撮像方向とが一致していない場合と比べて、補正用画像に対する画像処理の負担を軽減することができる。また、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、補正用画像処理部における画像処理にかかる時間を少なくすることができるため、使用者の頭部の動きと対応した表示用画像の表示に必要な時間が短縮され、表示の即時性（リアルタイム性）を向上させることができる。
【００１３】
上記一の局面における表示装置において、好ましくは、画像取得用導光部材は、画像取得用光入射領域を透過する光の一部を反射し、一部を使用者の眼球位置に透過する第１画像取得用反射部と、第１画像取得用反射部で反射された補正用画像を生成するための光を補正用画像撮像部に向かって反射する第２画像取得用反射部とを含む。このように構成すれば、第１画像取得用反射部および第２画像取得用反射部を用いて、使用者が実際に視認している視野と方向が一致した光を、容易に補正用画像撮像部に導くことができる。
【００１４】
上記一の局面における表示装置において、好ましくは、表示部は、視認用光入射領域を透過する光の進行方向において画像取得用導光部材と重なるように配置され、表示用画像処理部から送出される表示用画像を表示するための光を反射する第１表示用反射部と、第１表示用反射部で反射された表示用画像を表示するための光を使用者の眼球位置に向かって反射する第２表示用反射部とを有する表示用導光部材を含むように構成されている。このように構成すれば、第１表示用反射部および第２表示用反射部を用いて、使用者に表示用画像を表示するための光を、容易に使用者の眼球に導くことができる。
【００１５】
上記一の局面による表示装置において、好ましくは、表示用画像処理部は、外部装置で撮像した位置合わせ処理のための特徴部分と、特徴部分に加えて使用者に不可視である治療対象者の着目部位とを含む外部画像に対して、補正用画像処理部で抽出された補正用画像の特徴部分との位置合わせ処理を行うように構成されている。このように構成すれば、使用者が治療対象者に対して視線を逸らすことなく、使用者からは直接視認できない治療対象部位（患部）などの着目部位の位置を表示部による表示により確認することができる。
【００１６】
上記一の局面による表示装置において、好ましくは、表示用画像処理部は、使用者の眼球位置または視線方向を視線情報として取得し、視線情報にも基づいて位置合わせ処理を行うように構成されている。このように構成すれば、使用者の眼球位置の個人差や、使用者に対する表示装置の基準位置からのずれによって生じる使用者の視野と上記表示用画像との間のわずかなずれを補正することができる。また、使用者の視線方向の変化にあわせて外部画像を追従するように移動させて表示させることができる。
【００１７】
この場合、好ましくは、視線情報に基づいて外部装置の撮像方向を制御するように構成されている。このように構成すれば、外部装置による外部画像の撮像方向を使用者の視線情報に追従するように撮像させて、外部画像の取得範囲を使用者の視野の範囲に合わせることができる。
【００１８】
上記一の局面による表示装置において、好ましくは、視認用光入射領域を透過する光の進行方向において視認用光入射領域と重なるように配置され、使用者の眼球位置に到達するように入射する光のうち所定の波長成分または偏向成分を選択的に通過させまたは遮断するフィルタをさらに備える。このように構成すれば、観察対象を外部装置により撮像するための特定の波長または偏向成分の光を使用者の眼球位置に到達しないようにすることができるので、使用者の眼球を適切に保護することができる。
【００１９】
上記一の局面による表示装置において、好ましくは、補正用画像撮像部は、特徴部分投影部により投影される位置合わせ処理のための特徴部分を含む補正用画像を撮像し、補正用画像処理部は、投影される特徴部分を補正用画像から抽出し、表示用画像処理部は、投影される特徴部分を含む外部画像に対して、補正用画像に含まれる投影される特徴部分との位置合わせ処理を行い、表示用画像とするように構成されている。このように構成すれば、特徴部分を虚像として投影することができるため、着目部位の周辺に特徴部分を含む実体のある物体を置く必要がない。その結果、使用者が着目部位の周辺に物体を置く手間を省くことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上記のように、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を位置合わせのための画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による表示装置の全体構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による表示装置の全体構成を示した概略的な正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による表示装置の外部装置による撮像を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態による表示装置の位置合わせ処理を説明するための模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態による表示装置の全体構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態による視線情報の取得を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態による視線情報に基づいた位置合わせ処理を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態による表示装置の全体構成を示したブロック図である。
【図９】本発明の第３実施形態による表示装置の位置合わせ処理を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第４実施形態による表示装置の外部装置による撮像を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の第４実施形態による表示装置の位置合わせ処理を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の第４実施形態の変形例による表示装置の外部装置による撮像を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による表示装置１００の全体構成について説明する。第１実施形態では、特に、医療分野における治療対象者の外科手術に表示装置１００を用いる例について説明する。
【００２４】
図１に示すように、表示装置１００は、使用者１の頭部に装着して使用される（頭部）装着型の表示装置として構成されている。また、表示装置１００は、画像取得用導光部材２と、補正用画像撮像部３と、表示部４と、装着部５とを備える。
【００２５】
画像取得用導光部材２は、図１に示すように、第１画像取得用反射部２１と、画像取得用導光部２２と、第２画像取得用反射部２３とを含む。また、画像取得用導光部材２は、使用者１の視野の方向と一致した特徴部分を含む補正用画像を生成するための光Ｌ２ａを取り込む画像取得用光入射領域２ａを含む。
【００２６】
補正用画像撮像部３は、図１に示すように、撮像光学系３１と、撮像素子３２と、補正用画像処理部３３とを含む。補正用画像処理部３３は、撮像素子３２に接続されている。
【００２７】
表示部４は、図１に示すように、表示用導光部材４０と、表示用画像処理部４１と、表示素子４２と、表示光学系４３とを含む。表示用導光部材４０は、第１表示用反射部４４と、表示用導光部４５と、第２表示用反射部４６とを含む。また、表示用導光部材４０は、使用者１の視野の方向と一致した光Ｌ２ｂを取り込む視認用光入射領域４ａを含む。表示用画像処理部４１は、表示素子４２と接続されている。
【００２８】
装着部５は、図２に示すように、頭部装着部５１と、フレーム５２とを含む。
【００２９】
表示装置１００は、図３に示すように、マーカ６を含む補正用画像を撮像するように構成されている。外部装置７は、マーカ６と治療対象部位８とを含む外部画像を撮像するように構成されている。図４に示すように、治療対象部位８は、着目部位８０を含む。なお、マーカ６は、特許請求の範囲の「特徴部分」の一例である。
【００３０】
図１に示すように、画像取得用導光部材２は、使用者１の眼球位置Ｅに到達するように外部から視認用光入射領域４ａに向かって入射する光Ｌ１を、補正用画像を取得するための撮像素子３２に到達する補正用画像を生成するための光Ｌ２ａと、使用者１の眼球位置Ｅに到達する光Ｌ２ｂとに分割するために設けられている。まず、光Ｌ１は、外部から画像取得用導光部材２の画像取得用光入射領域２ａに入射する。そして、画像取得用導光部材２の内部にある第１画像取得用反射部２１は、画像取得用光入射領域２ａを透過する光Ｌ１の一部を光Ｌ２ａとして反射し、一部を使用者１の眼球位置Ｅにそのまま光Ｌ２ｂとして透過する。ここで、図１において、第１画像取得用反射部２１は、図の簡略化のために２枚の反射板によって表しているが、実際には使用者１の視野（画像取得範囲）の広がりに対応するように３枚以上の複数の反射板を有している。画像取得用導光部２２は、第１画像取得用反射部２１で反射された光Ｌ２ａを画像取得用導光部材２の境界面で全反射させながら第２画像取得用反射部２３に導く。第２画像取得用反射部２３は、画像取得用導光部材２により導かれた光Ｌ２ａを撮像光学系３１に向かって反射する。なお、第２画像取得用反射部２３は、構成の簡素化のために１枚で構成する。また、第２画像取得用反射部２３は、複数枚で構成することもできる。
【００３１】
なお、第１画像取得用反射部２１は、半透過鏡となっている。第１画像取得用反射部２１は、いわゆるビームスプリッターと呼ばれるもので、たとえば、誘電体積層膜を含んでいる。一方で、第２画像取得用反射部２３は全反射鏡となっている。第２画像取得用反射部２３は、たとえば、ガラスやプラスチックの板に金属を蒸着したものにより形成されている。画像取得用導光部材２は、たとえば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸、シクロオレフィンポリマー樹脂やガラス材料等により板状に形成される。
【００３２】
補正用画像撮像部３は、光Ｌ２ａによって得られる使用者１の視野とほぼ一致するように撮像される補正用画像から、表示部４に表示する画像の位置合わせ処理のための特徴部分であるマーカ６を撮像して抽出するために設けられている。撮像光学系３１は、第２画像取得用反射部２３で反射された光Ｌ２ａに光学的な処理等を施し、撮像素子３２での撮像に最適化するための調整を行う。撮像素子３２は、光Ｌ２ａを位置合わせ処理のための特徴部分を含む補正用画像として撮像し、信号に変換した上で、補正用画像を補正用画像処理部３３に送出する。補正用画像処理部３３は、撮像素子３２から送出される補正用画像から、位置合わせ処理のための特徴部分であるマーカ６を抽出するように構成されている。補正用画像処理部３３で抽出されたマーカ６の画像情報は、外部画像の位置合わせ処理のために、表示用画像処理部４１に送出される。また、補正用画像処理部３３は、使用者１の視野とほぼ一致した画像である補正用画像を、一致状況の確認用に表示素子によって表示することや、外部のモニタで表示するために、外部のモニタに送出することもできる。
【００３３】
なお、撮像光学系３１は、１つまたは複数のレンズの組み合わせにより構成されている。このレンズは、球面レンズの組み合わせでもよいし、自由曲面レンズを含んでいてもよい。一般に、適切な自由曲面レンズを使えば、必要となるレンズの枚数を少なくすることができる。レンズは、たとえば、ガラスやプラスチックにより形成されている。また、撮像光学系３１は、カートリッジに収められており、使用者１が用途に応じて最適なものに取り替えられるよう構成されている。撮像素子３２は、たとえば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などを含んでいる。補正用画像処理部３３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央演算処理装置）により構成されている。
【００３４】
表示部４は、マーカ６の画像情報に基づいて、外部画像に位置合わせ処理を行い表示用画像とした上で、使用者１に対して表示用画像を表示するために設けられている。表示用画像処理部４１は、外部装置７から取得した位置合わせ処理のための特徴部分であるマーカ６を含む外部画像に対して、補正用画像処理部３３で抽出された補正用画像の特徴部分であるマーカ６の画像情報との位置合わせ処理を行う。また、表示用画像処理部４１は、外部画像に対して、位置合わせ処理に加えて、外部画像に含まれる使用者１に不可視である治療対象者の着目部位８０または着目部位８０とマーカ６を抽出する処理を行い、表示用画像とする。表示用画像処理部４１で生成された表示用画像は、表示素子４２に送出される。表示素子４２は、表示用画像を、表示させるための光Ｌ４に変換し、表示光学系４３に送出する。表示光学系４３は、光Ｌ４に光学的な処理等を施し、視認用光入射領域４ａでの表示に最適化するための調整を行う。また、表示光学系４３は、目視対象である治療対象部位８と表示用画像の焦点距離が使用者１にとって同じになるように、表示素子４２から照射される光Ｌ４の制御もあわせて行う。また、表示用画像処理部４１は、表示画像に含まれるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃは非表示にすることもできる。また、着目部位８０は外部画像取得時と異なった着色をすることにより視認性を向上させることもできる。また、表示用画像処理部４１は、使用者１の目が有するピントを合わせる能力や色感度を考慮して、使用者１が必要に応じて表示用画像の焦点距離の調整や表示用画像の着色の選択をできるように構成することもできる。また、表示用画像処理部４１は、表示用画像を、モニタ画像として外部のモニタに表示するために、外部のモニタに送出することもできる。また、表示用画像処理部４１は、使用者１の視野から特徴部分であるマーカ６が完全に外れて、規定の時間を超えて補正用画像に特徴部分であるマーカ６が検出されない状態が続けば、一時的に、外部装置７による撮像を停止させるように構成することもできる。
【００３５】
なお、表示用画像処理部４１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央演算処理装置）により構成されている。また、表示用画像処理部４１は、補正用画像処理部３３と一体的に設けてもよい。なお、表示光学系４３は、１つまたは複数のレンズの組み合わせで構成されており、撮像光学系３１と同様の事情を考慮して構成する。また、表示光学系４３は、カートリッジに収められており、使用者１が用途に応じて最適なものに取り替えられるように構成されている。表示素子４２は、たとえば、液晶ディスプレイおよびバックライトで構成することができる。なお、表示素子４２は、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等で構成してもよい。
【００３６】
表示用画像処理部４１から送出される表示用画像を表示するための光Ｌ４は、表示光学系４３で調整され、表示光学系４３に向けられた表示用導光部材４０が有する光入射領域に入射する。そして、表示用導光部材４０の内部にある第１表示用反射部４４は、上記光入射領域を透過した光Ｌ４を反射する。表示用導光部４５は、第１表示用反射部４４で反射された光Ｌ４を表示用導光部材４０の境界面で全反射させながら第２表示用反射部４６に導く。第２表示用反射部４６は、表示用導光部材４０により導かれた光Ｌ４を使用者１の眼球位置Ｅに反射する。また、第２表示用反射部４６は、第１画像取得用反射部２１を透過した光Ｌ２ｂをそのまま使用者１の眼球位置Ｅに透過する。光Ｌ５は、第２表示用反射部４６で反射された光Ｌ４と、第２表示用反射部４６を透過した光Ｌ２ｂとを足し合わせた光を表している。また、表示用導光部材４０は、視認用光入射領域４ａを通過する光Ｌ２ｂの進行方向において画像取得用導光部材２と重なるように配置する。
【００３７】
なお、第１表示用反射部４４は全反射鏡となっており、第２画像取得用反射部２３と同様の事情を考慮して形成する。第２表示用反射部４６は半透過鏡となっており、第１画像取得用反射部２１と同様の事情を考慮して形成する。表示用導光部材４０は、たとえば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸、シクロオレフィンポリマー樹脂やガラス材料等により板状に形成される。
【００３８】
図２に示すように、装着部５は、画像取得用導光部材２と特に表示部４に含まれる表示用導光部材４０とを支持し、使用者１の頭部に装着するために設けられている。頭部装着部５１は、使用者１が頭部に被せることで表示装置１００を装着する機能を有する。フレーム５２は、画像取得用導光部材２と、表示用導光部材４０とを保持し、視認用光入射領域４ａと一致し画像取得用光入射領域２ａを含むように空けられた窓領域が設けられ、頭部装着部５１に支持されている。また、フレーム５２は、窓領域以外から画像取得用導光部材２および表示用導光部材４０の内部に外部の光が進入するのを防ぐために、外部の光を遮蔽するように構成されている。また、フレーム５２は、画像取得用導光部材２が外部に露出する窓領域の周辺部で、画像取得用導光部材２の露出面に対して垂直方向となる盛り上がりを有し、画像取得用導光部材２および表示用導光部材４０を衝突等から保護するように構成されている。また、フレーム５２は、使用者１が頭部装着部５１に支持されるフレーム５２の位置を調整し、使用者１の顔面に対する距離や角度を使用者１にとって最適な位置に合わせられるように構成されている。補正用画像処理部３３および表示用画像処理部４１は、頭部装着部５１の内部かつ使用者１の頭部上方に配置されている。また、フレーム５２には、使用者１の右目と左目とに対応して、一対の画像取得用導光部材２と、表示用導光部材４０と、撮像光学系３１および撮像素子３２と、表示光学系４３および表示素子４２が設けられている。
【００３９】
図３に示すように、外部装置７は、使用者１の眼球位置Ｅと異なる位置において、使用者１の視線方向と異なる方向の外部画像を撮像するために設けられている。外部装置７は、Ｘ線撮像装置であり、Ｘ線源７１とＸ線検出部７２とを含むように構成されている。Ｘ線源７１は、特徴部分であるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃならびにその周辺部と使用者１に不可視である治療対象者の着目部位８０およびその周辺部とを含む領域を透過するようにＸ線を照射する。Ｘ線検出部７２は、特徴部分であるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃならびにその周辺部と治療対象部位８およびその周辺部とを透過したＸ線を検出し、その検出されたＸ線の強度に応じて変換した信号を、外部画像として表示装置１００に含まれる表示用画像処理部４１に送出する。Ｘ線検出部は、たとえば、フラットパネルディテクター（ＦＰＤ）を含んでいる。
【００４０】
特徴部分であるマーカ６は、図３に示すマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃのように、治療対象部位８を取り囲むように３つ配置されている。原理的にはマーカ６が３つあれば、表示用画像と使用者１の視野との、それぞれＸ線および可視光の取得位置の差異により生じる中心位置のずれ、および、取得方向の差異により生じる着目部位８０およびその周辺部の傾きのずれを補正できる。そのため、マーカ６の数は任意ではあるが、第１実施形態では３つとした。位置合わせ処理の精度を上げるために、マーカ６の数をさらに増やしてもよい。マーカ６ａ、６ｂおよび６ｃは、Ｘ線透過率および色（色相、明度、濃淡など）が互いに異なるように形成されている。また、マーカ６ａ、６ｂおよび６ｃは、大きさもそれぞれ異なるように形成されている。また、マーカ６ａ、６ｂおよび６ｃは、治療対象者の体表面などに貼付するシールで構成されている。また、マーカ６ａ、６ｂおよび６ｃは、画像に含まれる他の部分との識別を可能とし、許容誤差内での位置合わせ処理を実現するため、画像情報の単位量であるピクセルサイズより十分に大きく写るように構成されている。なお、マーカ６は、たとえば、形状や成分の異なる数種の金属などにより形成されている。
【００４１】
以下、図４に沿って、位置合わせ処理について説明する。補正用画像処理部３３において、撮像素子３２によって取得した特徴部分であるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃを含む補正用画像から、マーカ６ａ、６ｂおよび６ｃを、色、大きさ、形状等の違いに基づいてそれぞれを識別した上で抽出する。同時に、表示用画像処理部４１において、外部装置７によって取得した特徴部分であるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃを含む外部画像から、補正用画像に含まれるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃを、大きさ、形状、Ｘ線透過率に基づく濃淡等の違いに基づいてそれぞれを識別した上で抽出し、加えて使用者１に不可視である治療対象者の着目部位８０をも抽出する。本実施形態においては、補正用画像における抽出処理と、表示用画像における抽出処理とは同時的に行う。さらに、これら抽出処理には、あらかじめ計測されすでにわかっている表示装置１００に含まれるレンズ等の特性によって生じる歪みを修正する変形を含むように構成することもできる。
【００４２】
位置合わせ処理では、平行移動、回転移動および拡大・縮小等の線形変換と、台形歪み変形と、非線形変換等とを外部画像に対して加えることで、外部画像に含まれるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃの位置と、補正用画像に含まれるマーカ６ａ、６ｂおよび６ｃの位置とをそれぞれ一致させる処理が行われる。さらに、位置合わせ処理では、使用者１に対して着目部位８０のみまたは着目部位８０およびマーカ６のみを表示し、他の部分は表示しないように抽出処理もあわせて行われる。表示用画像に含まれるマーカ６は、位置合わせ処理を行った表示用画像に含まれるマーカ６の位置と視野に含まれるマーカ６の位置との位置合わせ処理の精度を確認したい場合には表示し、手術の進行上差し障りがあれば表示しないように適宜切り替えができるように構成することもできる。Ｘ線源７１は、リアルタイムに外部画像を取得するために、手術の間は常に微弱なＸ線を照射するように構成されている。他に、Ｘ線源７１は、外部画像についてはリアルタイム取得ではなくなるが、マーカ６の実際の位置が変わらない間は、Ｘ線の照射を止めるように構成することもできる。この場合、表示用画像処理部４１は、所定の位置で撮像した外部画像の状態をあらかじめデータテーブルとして保持し、データテーブルに基づいて位置合わせ処理を行い、表示用画像を表示させる。
【００４３】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４４】
第１実施形態では、上記のように、視認用光入射領域４ａを透過する光Ｌ２ｂの進行方向において、視認用光入射領域４ａと重なるように画像取得用光入射領域２ａを配置する。これにより、光Ｌ１の内、第１画像取得用反射部２１を透過した光Ｌ２ｂは、使用者１の眼球位置Ｅに到達し、また、第１画像取得用反射部２１で反射された光Ｌ２ａは、撮像素子３２に導かれる。使用者１の眼球位置Ｅに到達する光Ｌ２ｂの方向と画像取得用光入射領域２ａへの入射時点および第１画像取得用反射部２１への到達時点において一致した方向の光Ｌ２ａを画像取得用導光部材２によって撮像光学系３１に導くことができるので、補正用画像から抽出する特徴部分であるマーカ６と使用者１が実際に視認している視野に含まれる特徴部分であるマーカ６との視差の違いによるずれが生じるのを効果的に抑制することができる。これにより、外部画像に含まれるマーカ６が補正用画像に含まれるマーカ６に合うように、外部画像に対してのみ位置合わせ処理を行うことにより、使用者１の視野と一致するように補正された表示用画像を得ることができる。その結果、使用者１が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を、位置合わせのための画像である補正用画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることができる。また、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、使用者１が実際に視認している視野の方向と補正用画像の撮像方向とが一致していない場合と比べて、補正用画像に対する画像処理の負担を軽減することができる。また、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、補正用画像処理部３３における画像処理にかかる時間を少なくすることができるため、使用者１の頭部の動きと対応した表示用画像の表示に必要な時間が短縮され、表示の即時性（リアルタイム性）を向上させることができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、画像取得用導光部材２を、画像取得用光入射領域２ａを透過する光Ｌ１の一部を補正用画像を生成するための光Ｌ２ａとして反射し、一部を使用者１の眼球位置Ｅに到達する光Ｌ２ｂとして透過する第１画像取得用反射部２１と、第１画像取得用反射部２１で反射された補正用画像を生成するための光Ｌ２ａを第２画像取得用反射部２３に導く画像取得用導光部２２と、補正用画像を生成するための光Ｌ２ａを撮像光学系３１に向かって反射する第２画像取得用反射部２３とを設ける。これにより、第１画像取得用反射部２１および第２画像取得用反射部２３を用いて、使用者１が実際に視認している視野と方向が一致した光Ｌ２ａを、容易に撮像素子３２に導くことができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、上記のように、表示部４を、視認用光入射領域４ａを透過し使用者１の眼球位置Ｅに到達する光Ｌ２ｂの進行方向において画像取得用導光部材２と重なるように配置し、表示用画像処理部４１から送出される表示用画像を表示するための光Ｌ４を反射する第１表示用反射部４４と、第１表示用反射部４４で反射された表示用画像を表示するための光Ｌ４を第２表示用反射部４６に導く表示用導光部４５と、表示用画像を表示するための光Ｌ４を使用者１の眼球位置Ｅに向かって反射する第２表示用反射部４６とを有する表示用導光部材４０を設ける。これにより、第１表示用反射部４４および第２表示用反射部４６を用いて、使用者１に表示用画像を表示するための光Ｌ４を、容易に使用者１の眼球位置Ｅに導くことができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、上記のように、表示用画像処理部４１を、外部装置７で撮像した位置合わせ処理のための特徴部分であるマーカ６と、特徴部分であるマーカ６に加えて使用者１に不可視である治療対象者の治療対象部位８に含まれる着目部位８０とを含む外部画像に対して、補正用画像処理部３３で抽出された補正用画像の特徴部分であるマーカ６との位置合わせ処理を行うように構成する。これにより、使用者１が治療対象者に対して視線を逸らすことなく、使用者１からは直接確認できない着目部位８０の位置を表示部４による表示により確認することができる。その結果、たとえば、外科手術において、治療対象者の問題部位を確実に把握し、切開領域を最小限にすることができる。また、マーカ６を治療対象者の体表面などに貼付するシールとすることにより、治療対象者の体に負担をかけることなく、治療中に治療対象部位８との相対的な位置関係の変化がほとんど生じないように特徴部分であるマーカ６を配置することができる。
【００４８】
(第２実施形態)
次に、図５〜７を参照して、本発明の第２実施形態による表示装置２００の全体構成について説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態の構成に加えて、表示用画像処理部４１を、使用者１の眼球位置Ｅまたは視線方向を視線情報として取得し、視線情報にも基づいて位置合わせ処理を行う構成について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。また、第２実施形態でも、第１実施形態と同じく、特に、医療分野における治療対象者の外科手術に表示装置２００を用いる例について説明する。
【００４９】
図５に示すように、第２実施形態による表示装置２００は、上記第１実施形態による表示装置１００の構成に加えて、視線情報検出部９をさらに備える。視線情報検出部９は、視線情報検出用反射部９１を有する視線情報検出用導光部材９０と、視線情報検出用光学系９２と、視線情報検出用撮像素子９３と、赤外線光源９４とを含む。
【００５０】
視線情報検出部９は、使用者１の眼球位置または視線方向を視線情報として取得し、その視線情報にも基づいて、表示用画像処理部４１に、外部画像に対する位置合わせ処理を行わせるために設けられている。赤外線光源９４は、使用者１の眼球位置Ｅに赤外線を照射する。使用者１の眼球で反射された赤外線Ｌ９は、使用者１に向けられた表示用導光部材４０が有する光入射領域に入射する。表示用導光部材４０の内部にある第２表示用反射部４６は、上記光入射領域を通過した赤外線Ｌ９を反射する。表示用導光部４５は、第２表示用反射部４６で反射された赤外線Ｌ９を第１表示用反射部４４に導く。第１表示用反射部４４は、赤外線Ｌ９を視線情報検出用反射部９１に向けて反射する。なお、第２表示用反射部４６は、第１実施形態の構成に加えて、赤外線に対しては全反射鏡として働き、可視光に対しては透過させるホットミラーを第２表示用反射部４６の反射面と一体的に設けてもよい。ホットミラーは、たとえば、誘電体積層膜を含んでいる。これにより、可視光に対しては半透過鏡として働き、赤外線に対しては全反射鏡として働くように構成することができ、ホットミラーを構成に含めない場合と比べて、視線情報検出用撮像素子９３に導かれる赤外線Ｌ９の強度を他の波長域の光の強度より相対的に上げることができる。また、視線情報検出部９は、画像取得用導光部材２、表示用導光部材４０、撮像光学系３１および撮像素子３２、表示光学系４３および表示素子４２と同様に、使用者１の右目と左目とに対応して、一対設けられている。
【００５１】
第１表示用反射部４４で反射された赤外線Ｌ９は、第１表示用反射部４４に向けられた視線情報検出用導光部材９０が有する光入射領域に入射する。視線情報検出用導光部材９０の内部にある視線情報検出用反射部９１は、上記光入射領域を通過した赤外線Ｌ９を視線情報検出用光学系９２に向けて反射する。視線情報検出用光学系９２は、視線情報検出用反射部９１で反射された赤外線Ｌ９を視線情報検出用撮像素子９３に結像させる。視線情報検出用撮像素子９３は、赤外線Ｌ９を視線情報画像として撮像し、信号に変換した上で、視線情報画像を表示用画像処理部４１に送出する。表示用画像処理部４１は、視線情報画像から使用者１の眼球位置Ｅや眼球の焦点距離、視線方向を視線情報として抽出する。具体的には、たとえば、使用者１の瞳による赤外線Ｌ９の反射から、使用者１の角膜で反射された赤外線Ｌ９が作る虚像や使用者１の瞳孔の輪郭の移動などに基づいて使用者１の眼球位置Ｅ、眼球の焦点距離や視線方向を算出し、視線情報として取得する。一方、表示素子４２により送出される表示用画像を表示させるための光Ｌ４は、表示光学系４３で光学的処理等を施され、表示光学系４３に向けられた視線情報検出用導光部材９０が有する入光領域に入射する。視線情報検出用導光部材９０の内部にある視線情報検出用反射部９１は、上記入光領域から入射した光Ｌ４をそのまま透過させ、表示用導光部材４０の内部にある第１表示用反射部４４に到達させる。
【００５２】
なお、視線情報検出用導光部材９０は、たとえば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸、シクロオレフィンポリマー樹脂やガラス材料等により板状に形成される。視線情報検出用反射部９１は、赤外線に対しては全反射鏡として働き、可視光に対しては透過させるホットミラーとなっており、たとえば、誘電体積層膜を含んでいる。また、視線情報検出用反射部９１は、上記画像取得用導光部材２および表示用導光部材４０に含まれた反射部の有する反射板とは異なり、複数枚のみでなく１枚でも構成することができるため、本実施例では１枚の反射板で構成する。視線情報検出用光学系９２は、１つまたは複数のレンズの組み合わせで構成されており、撮像光学系３１と同様の事情を考慮して構成する。視線情報検出用撮像素子９３は、撮像素子３２と同様に、たとえば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などを含んでいる。
【００５３】
以下、図６および図７に沿って、視線情報に基づいた位置合わせ処理について説明する。図６において、表示装置２００に対して、使用者１が正しく装着した場合の使用者１の正面方向を前方、頭上方向を上方とした場合に、Ｘ方向は左右方向を、Ｙ方向は前後方向を、Ｚ方向は上下方向をそれぞれ表している。また、ある点からＸ方向およびＺ方向のみに伸びる平面は、表示用導光部材４０の有する視認用光入射領域４ａの中心的な領域が作る面とほぼ平行になっている。位置Ｐは、使用者１の眼球位置Ｅと表示装置２００の設計上の基準位置とが一致した場合の使用者１の眼球位置Ｅを表す。位置Ｐ１は、位置Ｐからわずかにずれた位置である。このずれは、たとえば、複数の使用者１ごとの頭部の形や眼球位置Ｅの違いによって、使用者１の作業中における表示装置２００の装着位置のずれによって、または、フレーム５２の位置の調整によって生じる。位置Ｐおよび位置Ｐ１は、どちらも表示用導光部材４０の有する視認用光入射領域４ａの中心的な領域とほぼ平行である面内に含まれるものとする。ΔＰは、位置Ｐ１の位置Ｐからのずれを表し、Ｘ方向成分およびＺ方向成分のそれぞれのずれのみを含んだＸ−Ｚ平面内のずれである。表示用画像処理部４１は、図７に示すように、視線情報により算出されたΔＰに応じて、表示領域を、表示可能領域内でシフトさせるように構成されている。ここで、点線で表した一番外側の領域が表示可能領域であり、表示可能領域内の実線で囲んだ領域が実際の表示領域を表し、表示可能領域内の点線で囲んだ領域が基準位置である位置Ｐにおける表示領域を表す。
【００５４】
また、表示用画像処理部４１は、視線情報から使用者１の眼球位置ＥのＹ方向成分のずれを算出することも可能であり、Ｙ方向成分のずれに対しては、表示用画像の使用者１にとっての適切な焦点距離の変化を視線情報に基づいて算出し、表示用画像の焦点距離を補正するように構成されている。また、表示用画像処理部４１は、視線情報から使用者１の視線方向を算出し、視線方向の変化にあわせて表示用画像の表示位置を変化させるように構成されている。また、表示用画像処理部４１は、使用者１の要求に応じて、使用者１が視線情報に基づいて表示画像の表示領域または表示画像の使用者１に対する焦点距離を使用者１にとって最適となるものに設定した後は、使用者１が再び要求するまでの間、表示画像の表示領域または表示画像の使用者１に対する焦点距離を変更させないように構成されている。
【００５５】
さらに、表示用画像処理部４１は、視線情報から使用者１の視線方向を算出し、視線方向に基づいて外部装置７を制御する。たとえば、表示用画像処理部４１は、使用者１の視線の動きに応じた視野の中心位置の移動にあわせて、外部装置７の撮像方向を追従させるように構成されている。
【００５６】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００５７】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５８】
第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、視認用光入射領域４ａを透過する光Ｌ２ｂの進行方向において視認用光入射領域４ａと重なるように配置され、補正用画像を生成するための光Ｌ２ａを取り込む画像取得用光入射領域を設ける。その結果、使用者１が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を、位置合わせのための画像である補正用画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることができる。また、使用者１が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、使用者１が実際に視認している視野の方向と補正用画像の撮像方向とが一致していない場合と比べて、補正用画像に対する画像処理の負担を軽減することができる。また、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、補正用画像処理部３３における画像処理にかかる時間を少なくすることができるため、使用者１の頭部の動きと対応した表示用画像の表示に必要な時間が短縮され、表示の即時性（リアルタイム性）を向上させることができる。
【００５９】
また、第２実施形態では、上記のように、表示用画像処理部４１を、使用者１の眼球位置Ｅまたは視線方向を視線情報として取得し、視線情報にも基づいて位置合わせ処理を行うように構成する。これにより、使用者１の眼球位置Ｅの個人差や、使用中に生じる表示装置２００の装着位置のずれ、フレーム５２の位置の調整によって生じる、使用者１の視野と外部画像に基づいて生成される表示用画像の表示との間のわずかなずれを補正することができる。その結果、表示用画像処理部４１は、表示装置２００に設定された基準位置と使用者１の眼球位置Ｅとの間にわずかなずれが生じても、補正によって、使用者１の視野内に外部画像に基づいて生成される表示用画像に含まれる着目部位８０を正しく表示することができる。また、表示用画像処理部４１は、使用者１の視線方向の変化にあわせて表示用画像の表示領域が追従するように移動させて表示させることができる。また、視線情報の取得のために使用者１に照射する光を赤外線とすることで、使用者１の眼球位置Ｅに不必要な可視光が入射することがなく、使用者の視野に影響を及ぼすことはない。
【００６０】
また、第２実施形態では、上記のように、視線情報に基づいて外部装置７の撮像方向を制御するように構成する。これにより、外部装置７による外部画像の撮像方向を使用者１の視線情報に追従するように撮像させて、外部画像の取得範囲を使用者１の視野の範囲に合わせることができる。また、使用者１が治療対象部位８から規定時間を超えて視線を外した場合に、外部装置７のＸ線の照射および撮像を一時的に停止させるように構成することもできる。
【００６１】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６２】
（第３実施形態）
次に、図８および図９を参照して、本発明の第３実施形態による表示装置３００の全体構成について説明する。第３実施形態では、上記第１実施形態の構成に加えて、表示装置１００に、使用者１の眼球位置Ｅに到達するように視認用光入射領域４ａに向かって入射する光Ｌ２ｂに対して、光Ｌ２ｂのうち特定の波長成分または偏向成分を選択的に通過させまたは遮断するフィルタ４７をさらに設けた構成について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。また、第３実施形態では、特に、科学捜査に表示装置３００を用いる例について説明する。
【００６３】
図８に示すように、第３実施形態による表示装置３００は、上記第１実施形態による表示装置１００の構成に加えて、フィルタ４７をさらに備える。フィルタ４７は、画像取得用導光部材２と表示用導光部材４０の間に挟みこまれるように配置され、さらに、使用者１の眼球位置Ｅに到達するように視認用光入射領域４ａに向かって入射する光Ｌ２ｂの全てがフィルタ４７に入射するように構成されている。また、外部装置３１０は、図９に示すように、紫外線を照射する紫外線照射部３１１と、紫外線を照射された物体により発光される光を撮像する発光撮像部３１２を備える。また、外部装置３１０は、表示装置３００と有線または無線で接続され、使用者１が手に持って使用できるように構成されている。特徴部分であるマーカ６は、捜査対象に含まれる捜査したい領域を取り囲むように配置され、本実施形態では３つで構成されている。また、マーカ６は、紫外線照射部３１１から照射される紫外線を吸収し、ある可視の波長域で発光するように構成する。マーカ６の数は、４つ以上で構成することもできる。マーカ６ｄ、６ｅおよび６ｆは、識別のために互いに異なったパターンの発光部分を含むシールで構成されている。上記パターンは、図９に示すように、たとえば、マーカ６ｄ、６ｅおよび６ｆに対して格子状のパターンを刻み、格子のそれぞれの区画に、紫外線よる発光をする部分と紫外線による発光をしない部分とを、マーカ６ｄ、６ｅおよび６ｆで互いに異なる配置にして設けることにより構成することができる。なお、図９に示されたマーカ６のパターンは、模式的なものである。他に、捜査範囲の広さに応じて、適宜、マーカ６の数を増やす構成にすることもできる。この場合、外部装置３１０が有する発光撮像部３１２で撮像される外部画像に含まれるマーカ６と表示装置３００が有する撮像素子３２で撮像される補正用画像に含まれるマーカ６との間に共通するものが３つ以上あれば、上記第１実施形態と同様のプロセスで表示用画像の位置合わせ処理を行うことができる。
【００６４】
以下、図８および図９を元に、表示装置３００の使用方法を説明する。捜査対象に残された人体の分泌する脂肪分等の有機物で構成される指紋８１は、使用者１が手に持った外部装置３１０の有する紫外線照射部３１１から捜査対象に対して照射される所定の波長の紫外線を吸収し、構成される有機物に固有である特定の波長で発光する。ここで、有機物の発光する光の波長は、紫外線照射部３１１から照射する紫外線とは異なる紫外線波長であるとする。発光撮像部３１２は、指紋８１の紫外線波長域での発光と、その周囲に配置されたマーカ６ｄ、６ｅおよび６ｆの可視波長域での発光とを撮像し、外部画像として表示装置３００に送出する。一方、表示装置３００の有する画像取得用光入射領域２ａには、指紋８１の紫外線発光と、マーカ６の発光と、紫外線照射部３１１から照射される紫外線が物体に反射した紫外線反射光と、その他の外界光とが光Ｌ１として入射する。
【００６５】
光Ｌ１は、第１画像取得用反射部２１で反射される光Ｌ２ａと、第１画像取得用反射部２１を透過する光Ｌ２ｂにわけられる。そして、撮像素子３２は、第１実施形態と同様に、光Ｌ２ａを撮像し、補正用画像を生成する。一方、フィルタ４７は、使用者１の眼球位置Ｅに、使用者１の視野の光として到達するように入射する光Ｌ２ｂの所定の波長成分または偏向成分を選択的に通過させまたは遮断する。本実施形態の場合は、紫外線領域の波長成分である光を遮断する。その結果、使用者１の眼球位置Ｅには、紫外線領域の波長成分を含まない光のみが到達する。補正用画像に基づいて外部画像に対して位置合わせ処理を行い表示用画像とするプロセスは、第１実施形態と同様であるので省略する。
【００６６】
なお、フィルタ４７は、短波長域にある紫外線のみを遮断し、かつ、紫外線より長波長域にある可視光では透過させるロングパスフィルタ（ＬＰＦ）であるダイクロイックフィルタであり、たとえば、誘電体積層膜を含んでいる。また、フィルタ４７は、使用者１が用途に応じて違う特性を有するものに差し替えられるように構成されている。また、本実施形態では、例示のために、指紋８１を撮像し表示用画像として表示する構成としたが、血液痕など他の観察対象にあわせて構成することもできる。
【００６７】
なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００６８】
（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６９】
第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、視認用光入射領域４ａを透過する光Ｌ２ｂの進行方向において視認用光入射領域４ａと重なるように配置され、補正用画像を生成するための光Ｌ２ｂを取り込む画像取得用光入射領域２ａを設ける。その結果、使用者１が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を、位置合わせのための画像である補正用画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることができる。また、使用者１が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、使用者１が実際に視認している視野の方向と補正用画像の撮像方向とが一致していない場合と比べて、補正用画像に対する画像処理の負担を軽減することができる。また、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、補正用画像処理部３３における画像処理にかかる時間を少なくすることができるため、使用者１の頭部の動きと対応した表示用画像の表示に必要な時間が短縮され、表示の即時性（リアルタイム性）を向上させることができる。
【００７０】
また、第３実施形態では、上記のように、視認用光入射領域４ａを透過する光Ｌ２ｂの進行方向において視認用光入射領域４ａと重なるように配置され、使用者１の眼球位置Ｅに到達するように入射する光Ｌ２ｂのうち所定の波長成分または偏向成分を選択的に通過させまたは遮断するフィルタ４７を設ける。これにより、表示装置３００は、使用者１には不可視である指紋８１に紫外線を照射してその発光を外部装置３１０で撮像し、可視の表示用画像として視野と一致した位置に表示できると同時に、外部装置３１０により撮像される指紋８１の紫外線発光および紫外線照射部３１１から照射された紫外線の反射光を、使用者１の眼球位置Ｅに到達しないようにすることで、使用者１の眼球を適切に保護することができる。また、使用者１は、手に持った外部装置３１０の紫外線照射部３１１を観察対象にかざしながら、リアルタイムに捜査することができる。また、使用者１は、捜査対象との間の距離を保ちつつ発光撮像部３１２を捜査対象に近づけることができるため、紫外線の照射強度を小さくし、または、照射範囲を狭くすることができる。
【００７１】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７２】
（第４実施形態）
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第４実施形態による表示装置４００の全体構成について説明する。第４実施形態では、上記第３実施形態の構成に加えて、特徴部分であるマーカ６を投影するためのマーカ投影部６０をさらに設ける構成について説明する。なお、上記第１および第３実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。また、第４実施形態では、たとえば、科学捜査に表示装置４００を用いる例について説明する。
【００７３】
図１０に示すように、第４実施形態による表示装置４００は、上記第３実施形態による表示装置３００の構成に加えて、マーカ投影部６０をさらに備える。また、外部装置４１０は、図１０に示すように、紫外線を照射する紫外線照射部４１１と、紫外線照射された物体により発光される光およびマーカ投影部６０により投影されるマーカ６を撮像する発光撮像部４１２を備える。また、外部装置４１０は、表示装置４００と有線または無線で接続され、使用者１が手に持って使用できるようになっている。なお、マーカ投影部６０は、特許請求の範囲の「特徴部分投影部」の一例である。
【００７４】
マーカ投影部６０は、捜査したい領域にマーカ６を投影する。具体的には、マーカ投影部６０は、色、大きさ、形状等が互いに異なり、互いに識別することができる３つの投影マーカ６ｇ、６ｈ、６ｉを投影する。投影マーカ６ｇ〜６ｉは、外部画像および補正用画像に映りこむように（検出されるように）投影される。このため、マーカ投影部６０は、外部装置４１０に、発光撮像部４１２の撮像方向（撮像の光軸方向）と略一致するように取り付けられている。また、投影マーカ６ｇ〜６ｉは、可視光で投影される。なお、マーカ６（投影マーカ６ｇ〜６ｉ）は、特許請求の範囲の「特徴部分」の一例である。
【００７５】
指紋８１は、紫外線照射部４１１により照射される紫外線光を吸収し、照射した紫外線とは異なる波長域において紫外線発光する。このため、使用者１は、指紋８１の紫外線発光を直接視認することができない。また、補正用画像を撮像するための撮像素子３２は、可視光に感度を持ち、指紋８１の紫外線発光を撮像（検出）することができない。このため、図１１に示すように、補正用画像内には指紋８１は含まれない（撮像素子３２に検出されない）。一方、外部画像を撮像するための発光撮像部４１２は、投影マーカ６ｇ〜６ｉおよび指紋８１の紫外線発光を撮像することができるように構成されている。
【００７６】
図１１に示すように、発光撮像部４１２により撮像された外部画像は、外部画像に含まれる投影マーカ６ｇ〜６ｉと補正用画像に含まれる投影マーカ６ｇ〜６ｉとが合うように変形し、可視の表示用画像として使用者１に表示させる。すなわち、補正用画像処理部３３は、補正用画像撮像部３に含まれる撮像素子３２によって撮像された補正用画像から投影マーカ６ｇ〜６ｉを抽出する。また、表示用画像処理部４１は、投影マーカ６ｇ〜６ｈおよび指紋８１を含む外部画像に対して、補正用画像処理部３３により抽出された投影マーカ６ｇ〜６ｉとの位置合わせ処理を行い、表示用画像とする。その結果、外部画像に含まれる指紋８１は、使用者１の視野と方向が一致した画像に変換されるとともに、適当な可視光に変換されて、表示用画像として使用者１に表示される。なお、指紋８１は、特許請求の範囲の「着目部位」の一例である。なお、投影マーカ６ｇ〜６ｈは、図１０および図１１に示すように、指紋８１を取り囲むように投影されるのが表示精度の上では望ましいが、必ずしも指紋８１を取り囲むように投影されなくてもよい。外部画像に含まれる指紋８１（着目部位）は、投影マーカ６ｇ〜６ｈの囲む領域よりも外側にきた場合でも、図１０に示す発光撮像部４１２の撮像領域（一点鎖線の長方形で囲まれた領域）に含まれれば、表示用画像として変換され、使用者１に表示される。
【００７７】
なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１および第３実施形態と同様である。
【００７８】
（第４実施形態の効果）
第４実施形態は、以下のような効果を得ることができる。
【００７９】
第４実施形態では、上記第３実施形態と同様に、視認用光入射領域４ａを透過する光Ｌ２ｂの進行方向において視認用光入射領域４ａと重なるように配置され、補正用画像を生成するための光Ｌ２ｂを取り込む画像取得用光入射領域２ａを設ける。その結果、使用者１が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を、位置合わせのための画像である補正用画像に行うことなく、外部画像に位置合わせ処理をして表示させることができる。また、使用者１が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、使用者１が実際に視認している視野の方向と補正用画像の撮像方向とが一致していない場合と比べて、補正用画像に対する画像処理の負担を軽減することができる。また、使用者が実際に視認している視野とのずれを考慮した補正を行う必要がない分、補正用画像処理部３３における画像処理にかかる時間を少なくすることができるため、使用者１の頭部の動きと対応した表示用画像の表示に必要な時間が短縮され、表示の即時性（リアルタイム性）を向上させることができる。
【００８０】
また、第４実施形態では、上記のように、補正用画像撮像部３を、マーカ投影部６０により投影される前記位置合わせ処理のためのマーカ６（特徴部分）を含む補正用画像を撮像するように構成する。また、補正用画像処理部３３を、投影される特徴部分を補正用画像から抽出するように構成する。また、表示用画像処理部４１を、投影されるマーカ６（特徴部分）を含む外部画像に対して、補正用画像に含まれる投影されるマーカ６（特徴部分）との位置合わせ処理を行い、表示用画像とするように構成する。これにより、特徴部分であるマーカ６（投影マーカ６ｇ〜６ｉ）を虚像として投影することができるため、指紋８１（着目部位）の周辺に特徴部分を含む実体のある物体を置く必要がない。その結果、使用者が着目部位の周辺に物体を置く手間を省くことができる。
【００８１】
なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１および第３実施形態と同様である。
【００８２】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００８３】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、使用者１の右目と左目とに対応して、画像取得用導光部材２と、表示用導光部材４０と、撮像光学系３１および撮像素子３２と、表示光学系４３および表示素子４２とを一対設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、使用者１の右目または左目のいずれか一方に対応して、画像取得用導光部材２と、表示用導光部材４０と、撮像光学系３１および撮像素子３２と、表示光学系４３および表示素子４２とをそれぞれ１つずつ設けてもよい。また、上記第２実施形態では、視線情報検出部９を、使用者１の右目と左目とに対応して、一対設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、視線情報検出部９を、使用者１の右目または左目のいずれか一方に対応して、１つ設けてもよい。
【００８４】
また、上記第１〜第４実施形態では、補正用画像処理部３３および表示用画像処理部４１を、便宜的に、頭部装着部５１の内部かつ使用者１の頭部上方に配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、必要な機能を保てば、補正用画像処理部３３および表示用画像処理部４１を、頭部装着部５１の外に配置し、有線または無線により撮像素子３２や表示素子４２などと繋いで、たとえば、使用者１の服のポケットに入るように構成してもよい。
【００８５】
また、上記第１〜４実施形態では、表示装置１００、２００、３００および４００を頭部に装着する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、表示装置１００、２００、３００および４００は、たとえば、使用者１が肩掛けや背負い等により装着するように構成してもよい。また、表示装置１００、２００、３００および４００は、使用者１に装着されず、床面に設置された移動可能なアームなどに取り付けられ、背面からの光の一部を画像表示領域側に透過し、背面からの光の一部を補正用画像生成のために導光部材によって取得するモニタとして構成してもよい。
【００８６】
また、上記第１および第２実施形態では、外部装置７としてＸ線画像撮像装置を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、外部装置７として、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、コンピュータ断層撮影）画像撮像装置、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ、核磁気共鳴画像法）画像撮像装置、超音波診断画像撮像装置、サーモグラフィー画像撮像装置、赤外線画像撮像装置などを用いてもよい。
【００８７】
また、上記第１および第２実施形態では、外部装置７であるＸ線画像撮像装置により外部画像として２次元画像を撮像する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、撮像素子３２において、外部画像として３次元画像情報を撮像し、表示用画像処理部４１において、その３次元画像情報に対して位置合わせ処理等を行った上で、着目部位８０のみまたは着目部位８０とマーカ６のみを抽出し、使用者１の視野に合わせた表示用画像を生成するように構成してもよい。
【００８８】
また、上記第１および第２実施形態では、特徴部分であるマーカ６を識別するための情報を、色およびＸ線透過率の違いとして構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、使用者１の移動や外部装置７と使用者１との位置関係によってマーカ６の大小関係が相互に入れ替わることによる問題が生じなければ、マーカ６を識別するための情報を、それぞれのマーカ６のサイズの違いとして構成してもよい。また、マーカ６の温度を制御し、それぞれのマーカ６から輻射される赤外線の波長分布の違いとして構成してもよい。また、それぞれのマーカ６の形状または輪郭の違いとして構成してもよい。また、マーカ６を治療対象者の体表面などに貼付するシールとして構成したが、たとえば、手術台などに固定された目印や、血管の網目構造、骨や耳などの治療対象者自身の体にある特徴的な部分として構成してもよい。また、マーカ６を、マーカ６が視認または撮像される部分の３次元的な位置の違いが識別できるような特徴を持つ立体、たとえば、模様を各面において変えた三角錐型立体形状とし、さらに、１つまたは互いに識別可能な複数の組み合わせとして構成することができる。その場合、これらマーカ６のそれぞれが有する立体的構成の特徴である情報を、表示用画像処理部４１に接続されたメモリにあらかじめ記憶させておくことにより、使用者１の視認するマーカ６のいくつかの面と外部装置７の撮像するマーカ６のいくつかの面との比較から、互いに一致する面が存在しない場合でも、外部画像に対する位置合わせ処理を行うことができるように構成してもよい。また、上記第３実施形態では、特徴部分であるマーカ６を識別するための情報を、マーカ６に刻まれたパターンとして構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マーカ６を識別するための情報を、マーカ６に刻まれたパターン以外により構成してもよい。
【００８９】
また、上記第２実施形態では、表示用画像処理部４１を、使用者１の要求に応じて、使用者１が視線情報に基づいて表示画像の表示領域または表示画像の使用者１に対する焦点距離を使用者１にとって最適となるものに設定した後は、使用者１が再び要求するまでの間、表示画像の表示領域または表示画像の使用者１に対する焦点距離を変更させないように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、表示用画像処理部４１を、リアルタイムまたは使用者１が入力設定可能な所定の時間間隔において、視線情報に基づいて表示画像の表示領域または表示画像の使用者１に対する焦点距離を使用者１にとって最適となるものに変更し続ける構成にしてもよい。
【００９０】
また、上記第１および第２実施形態では、医療分野における治療対象者の外科手術に表示装置１００および２００を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、不動産販売や家具販売、内装等建築設計の分野において、ショールームの展示や家具の購入、リフォームなどにおける家具や壁紙などの配置のシミュレーションに用いてもよい。その場合、部屋に家具や壁紙を配置した場合の仮想的なシミュレーション画像を使用者１に表示するように構成してもよい。たとえば、補正用画像に含まれる特徴部分であるマーカ６を撮像素子３２によって撮像される部屋に置かれた標識とし、外部画像を、外部装置７の有するメモリに記憶された家具や壁紙などの画像とし、外部画像に含まれる特徴部分であるマーカ６を、外部画像に埋め込まれた標識として構成してもよい。この標識は、たとえば、補正画像を生成するために部屋に置かれたものについては、部屋の壁面、床面や天井面に打たれた複数の記号とし、外部画像に埋め込まれたものについては、部屋の大きさと規格を合わせて外部画像に埋め込まれた部屋に打たれた上記記号と対応する複数の記号として構成してもよい。その場合、外部装置７を、家具や壁紙などの配置が使用者１の欲しいシミュレーション結果と合うように、使用者１の入力に応じて計算処理し、メモリに記憶された家具や壁紙などの画像に部屋に打たれた上記記号と対応する複数の記号を埋め込むことにより生成した外部画像を、表示用画像処理部４１に送出するように構成してもよい。また、第３および第４実施形態では、科学捜査に表示装置３００および４００を用いる例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、表示装置３００および４００を検査や鑑定などに用いてもよい。
【００９１】
また、上記第３実施形態では、フィルタ４７を、画像取得用導光部材２と表示用導光部材４０との間に挟みこまれるように配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、使用者の眼に入射する光の波長成分や偏向成分を目的に応じて選択的に通過させまたは遮断することができれば、他の配置としてもよい。ただし、フィルタ４７の配置は、補正用画像を生成するために取り込まれる光Ｌ２ａや視線情報を取得するために取り込まれる赤外線Ｌ９の取り込みに支障がないように考慮される必要がある。
【００９２】
また、上記第４実施形態では、マーカ投影部６０は外部装置４１０に取り付けられ、外部装置４１０に含まれる発光撮像部４１２の撮像方向（撮像の光軸方向）と一致した方向に投影マーカ６ｇ〜６ｉを投影する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マーカ投影部６０は、外部装置４１０と別個に構成してもよい。この場合、たとえば、マーカ投影部６０は、使用者１が外部装置４１０を持っている手とは反対の手に所持されるように構成してもよい。また、マーカ投影部６０によるマーカ６の投影方向と、発光撮像部４１２の撮像方向とは、一致していなくてもよい。また、マーカ投影部６０は、マーカ投影部６０に三脚などを設けて、地面に設置するように構成してもよい。
【００９３】
また、上記第４実施形態では、表示装置４００を科学捜査に本発明を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、表示装置４００を医療分野に用いてもよい。表示装置４００を医療分野に用いる場合、特許請求の範囲の「着目部位」は、指紋８１の代わりに、第１実施形態と同様に、治療対象部位８に含まれる着目部位８０とすることもできる。この場合、マーカ投影部６０により投影される投影マーカ６ｇ〜６ｉは、治療対象部位８を取り囲むように投影してもよい。
【００９４】
また、上記第４実施形態では、マーカ投影部６０によって投影されるマーカ６（特徴部分）を可視光による互いに識別可能な３つの投影マーカ６ｇ、６ｈ、６ｉとして構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マーカ投影部６０によって投影されるマーカ６を３つ以外の数により構成してもよい。たとえば、図１２に示すように、マーカ投影部６０によって投影されるマーカ６を、上下左右の位置関係がわかる台形の連続線マーカ６ｊによって構成してもよい。また、マーカ投影部６０によって投影される上記台形の連続線を、部分的に色（投影光の波長）を変えることにより上下左右の位置関係を識別するように構成してもよい。また、マーカ投影部６０によって投影されるマーカ６は、可視光以外の紫外線波長や赤外線波長によって構成してもよい。なお、外部装置４１０の位置および撮像方向と、マーカ投影部６０の位置および投影方向との関係を固定し、あらかじめマーカ６（特徴部分）と外部画像との関係を取得しておくことにより、外部画像にマーカ６（特徴部分）が検出されない場合でも、外部画像に位置合わせ処理をすることができる。具体的には、マーカ６（特徴部分）と外部画像との関係が既知であれば、補正用画像に含まれるマーカ６（特徴部分）に基づいて外部画像をどのように変換すれば外部画像を使用者１の視野と一致させることができるかも既知である。これにより、外部画像に直接マーカ６が含まれていない場合でも、マーカ６（特徴部分）と外部画像との関係をあらかじめ定めておくことにより、外部画像に位置合わせ処理をすることができる。その結果、たとえば、外部装置４１０（発光撮像部４１２）が紫外線のみに感度を持ち可視光を検出できない構成において、投影されるマーカ６が可視光であっても、補正用画像中のマーカ６（特徴部分）に基づいて位置合わせ処理をすることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１  使用者
２  画像取得用導光部材
２ａ  画像取得用光入射領域
３  補正用画像撮像部
４  表示部
４ａ  視認用光入射領域
５  装着部
６  マーカ（特徴部分）
７、３１０、４１０  外部装置
８  治療対象部位
９  視線情報検出部
２１  第１画像取得用反射部
２２  画像取得用導光部
２３  第２画像取得用反射部
３１  撮像光学系
３２  撮像素子
３３  補正用画像処理部
４０  表示用導光部材
４１  表示用画像処理部
４２  表示素子
４３  表示光学系
４４  第１表示用反射部
４６  第２表示用反射部
４７  フィルタ
５１  頭部装着部
５２  フレーム
６０  マーカ投影部（特徴部分投影部）
８０  着目部位
８１  指紋（着目部位）
９４  赤外線光源
１００、２００、３００、４００  表示装置
Ｅ  眼球位置
【図１】
2018060011.tif 000003
【図２】
2018060011.tif 000004
【図３】
2018060011.tif 000005
【図４】
2018060011.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018060011.tif 000008
【図７】
2018060011.tif 000009
【図８】
2018060011.tif 000010
【図９】
2018060011.tif 000011
【図１０】
2018060011.tif 000012
【図１１】
2018060011.tif 000013
【図１２】
2018060011.tif 000014