(57)【要約】【課題】映像のムラや歪みが少なく、製造が容易で、軽量でありながら、超広視野の映像を提示することができる頭部搭載型映像提示装置を提供する。【解決手段】頭部搭載型映像提示装置は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面１１に沿った反射面を有するハーフミラー２０と、双曲面１１の外側焦点Ｐ２に配置されたプロジェクタ３０とを備える。頭部搭載型映像提示装置は、双曲面１１の内側焦点Ｐ１が眼球２Ｌと一致するように使用者の頭部１に搭載される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたプロジェクタとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする頭部搭載型映像提示装置。
【請求項２】
両眼に対応して前記ハーフミラー及び前記プロジェクタを２つずつ備える請求項１に記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項３】
更に、再帰反射スクリーンを備え、前記プロジェクタからの光束は、前記ハーフミラーで反射され、前記再帰反射スクリーンに入射し、前記再帰反射スクリーンからの反射光が前記ハーフミラーを介して観察される請求項１又は２に記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項４】
前記再帰反射スクリーンが頭部搭載型の再帰反射スクリーンである請求項３に記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項５】
更に、前記ハーフミラーと前記プロジェクタとを結ぶ光路上に配置された平板ミラーを備え、前記プロジェクタからの光束は前記平板ミラーで反射された後、前記ハーフミラーに入射する請求項１〜４のいずれかに記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項６】
前記ハーフミラーの外側焦点に少なくとも２つのプロジェクタが配置されている請求項１〜５のいずれかに記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項７】
前記少なくとも２つのプロジェクタのうちの１つは広視野映像を提示し、他の１つは狭視野映像を提示する請求項６に記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項８】
前記少なくとも２つのプロジェクタは互いに異なる視野に映像を提示する請求項６に記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項９】
更に、頭部の動きを検出する三次元センサを備え、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて前記プロジェクタが提示する映像が制御される請求項１〜８のいずれかに記載の頭部搭載型映像提示装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の頭部搭載型映像提示装置を複数備える協調作業映像提示システム。
【請求項１１】
前記複数の頭部搭載型映像提示装置の各々ごとに、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて前記プロジェクタが提示する映像が独立して制御される請求項１０に記載の協調作業映像提示システム。
【請求項１２】
二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたカメラとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする頭部搭載型撮影装置。
【請求項１３】
前記カメラは、前記ハーフミラーからの反射光に加えて、瞳孔位置を撮影する請求項１２に記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項１４】
前記カメラは、前記瞳孔位置を前記ハーフミラーを介さずに撮影する請求項１３に記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項１５】
前記瞳孔位置から眼球の視線方向を検出し、前記カメラが撮影した映像内において前記視線方向にある被写体像を特定する請求項１３又は１４に記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項１６】
両眼に対応して前記ハーフミラー及び前記カメラを２つずつ備える請求項１２〜１５のいずれかに記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項１７】
更に、前記カメラの入射側に設けられた第１偏光フィルタと、前記ハーフミラーの前記内側焦点側の面に設けられた第２偏光フィルタとを備え、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも直線偏光フィルタであり、且つそれぞれの透過軸の方向が互いに直交しており、または、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも円偏光フィルタであり、且つそれぞれの旋回の向きが互いに逆である請求項１２〜１６のいずれかに記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項１８】
更に、前記ハーフミラーと前記カメラとを結ぶ光路上に配置された平板ミラーを備え、前記ハーフミラーからの光束は前記平板ミラーで反射された後、前記カメラに入射する請求項１２〜１７のいずれかに記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項１９】
前記ハーフミラーの外側焦点に少なくとも２つのカメラが配置されている請求項１２〜１８のいずれかに記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項２０】
前記２つのカメラのうちの１つは広視野映像を撮影し、他の１つは狭視野映像を撮影する請求項１９に記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項２１】
前記少なくとも２つのカメラは互いに異なる視野の映像を撮影する請求項１９に記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項２２】
前記少なくとも２つのカメラの撮影波長域が互いに異なる請求項１９〜２１のいずれかに記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項２３】
更に、頭部の動きを検出する三次元センサを備え、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて前記カメラが撮影した映像が処理される請求項１２〜２２のいずれかに記載の頭部搭載型撮影装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の頭部搭載型撮影装置を複数備えた協調作業撮影システム。
【請求項２５】
請求項１２〜２３のいずれかに記載の頭部搭載型撮影装置、及び、
二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたプロジェクタとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載される頭部搭載型映像提示装置
を備え、
前記頭部搭載型撮影装置で撮影した映像を前記頭部搭載型映像提示装置で提示する協調作業システム。
【請求項２６】
二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたプロジェクタ及びカメラとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする頭部搭載型映像装置。
【請求項２７】
更に、再帰反射スクリーンを備え、前記プロジェクタからの光束は、前記ハーフミラーで反射され、前記再帰反射スクリーンに入射し、前記再帰反射スクリーンからの反射光が前記ハーフミラーを介して観察される請求項２６に記載の頭部搭載型映像装置。
【請求項２８】
前記再帰反射スクリーンが頭部搭載型の再帰反射スクリーンである請求項２７に記載の頭部搭載型映像装置。
【請求項２９】
前記カメラは、前記ハーフミラーからの反射光に加えて、瞳孔位置を撮影する請求項２６〜２８のいずれかに記載の頭部搭載型映像装置。
【請求項３０】
前記瞳孔位置から眼球の視線方向を検出し、前記カメラが撮影した映像内において前記視線方向にある被写体像を特定する請求項２９に記載の頭部搭載型映像装置。
【請求項３１】
両眼に対応して前記ハーフミラー、前記プロジェクタ、及び前記カメラを２つずつ備える請求項２６〜３０のいずれかに記載の頭部搭載型映像装置。
【請求項３２】
更に、前記カメラの入射側に設けられた第１偏光フィルタと、前記ハーフミラーの前記内側焦点側の面に設けられた第２偏光フィルタとを備え、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも直線偏光フィルタであり、且つそれぞれの透過軸の方向が互いに直交しており、または、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも円偏光フィルタであり、且つそれぞれの旋回の向きが互いに逆である請求項２６〜３１のいずれかに記載の頭部搭載型映像装置。
【請求項３３】
更に、頭部の動きを検出する三次元センサを備え、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて、前記プロジェクタが提示する映像が制御され、又は、前記カメラが撮影した映像が処理される請求項２６〜３２のいずれかに記載の頭部搭載型映像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部搭載型の映像提示装置及び撮影装置に関する。更に、これらを用いた協調作業システムに関する。また、本発明は、頭部搭載型の映像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
頭部搭載型ディスプレイは通常の据え置き型ディスプレイと異なり、１）個人用でありウェアラブルコンピュータなどのパーソナル用途に適する、２）常に身につけ手ぶらで映像を観察できる、３）頭部の位置姿勢を計測すれば人工現実感などの用途で三次元映像の提示が可能、といった利点がある。
【０００３】
本来、頭部搭載型ディスプレイは、人間の視覚能力に匹敵する情報提示能力を備えるのが理想である。例えば、人の視野角は水平約２００度、垂直約１２５度と広く、特に周辺視野は映像への没入感に大きく寄与するといわれる（非特許文献１）。しかし、従来の多くの頭部搭載型ディスプレイは水平視野角３０度〜６０度程度であり、人間の視覚に比して極めて貧弱であった。これは、１）視野角と角度分解能は反比例の関係にあり、角度分解能を確保するにはある程度視野角を犠牲にせざるを得ない、２）広視野角の接眼光学系を設計することが技術的に困難である、といった理由による。
【０００４】
この限界を打破する従来手法として、複数の映像素子を縦横に連結する方式が提案されている（非特許文献１）。
【０００５】
この方式は、広視野角と高い角度分解能を両立できるが、映像素子間で色や輝度のムラが発生しやすく、繋ぎ目のない接眼光学系の設計や製造が困難であるという問題がある。また頭部搭載ユニットの重量増加、システム全体のコスト増加といった問題もある。
【０００６】
また、双曲面ミラーの外側焦点位置にプロジェクタのレンズ中心を配置し、この双曲面ミラーの内側焦点位置に一方の焦点位置が一致するように楕円ミラーを配置し、楕円ミラーの他方の焦点位置に使用者の瞳孔を配置して広視野の映像を提示する方式が提案されている（非特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、この方式は、双曲面ミラーと楕円ミラーとを精密に配置する必要があるため製造が困難であるという問題がある。また、瞳孔から楕円ミラーまでの距離が小さい（数ｃｍ）ため、僅かな視線方向や眼球位置のずれにより映像をまったく観察できなくなるという問題もある。
【０００８】
また、人と機械の調和のためには相互の情報交換が不可欠であるが、従来の情報技術は機械から人への情報量に比べて人から機械への情報量が貧弱であった。例えば、利用者視点映像は、行動解析や作業支援など幅広い応用が考えられる。しかし、多くの場合、カメラ視点は肉眼の「近傍」であり肉眼自体ではない。この場合、肉眼とカメラ視点との間に位置ずれが生じ、特に近距離では利用者が実際に観察する情景とは大きく異なる映像が撮影される。利用者の視点と完全に同一の視点から見た映像（利用者視点映像）を撮影するためにはカメラ視点を肉眼と光学的に共役な位置に配置する必要がある。このような配置を平板ハーフミラーを用いて実現する手法が知られているが、この手法では広視野の映像を撮影できない。一方、魚眼レンズや全方位カメラを前頭部や頭頂部に搭載して広視野の映像を撮影する従来手法では、肉眼とカメラ視点との間の位置ずれの問題が発生する。
【０００９】
更に、複数人が同時に作業を行う場合に、複数人間で視覚情報の伝達を容易にすることで作業効率を向上させることができる頭部搭載型映像装置及び協調作業システムの実現が望まれる。
【非特許文献１】Arthur(2000). Effects of field of view on performance with head-mounted displays. UNC at Chapel Hill Doctoral Thesis.
【非特許文献２】Nagahara et al.(2005). Wide Field of View Catadioptrical Head Mounted Display. Trans. IEICE, Vol.J88-D-II, No.1, pp.95-104.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、映像のムラや歪みが少なく、製造が容易で、軽量でありながら、超広視野の映像を提示することができる頭部搭載型映像提示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、製造が容易で、軽量でありながら、超広視野の利用者視点映像を撮影できる頭部搭載型撮影装置を提供することを目的とする。
【００１２】
更に、本発明は、複数人による協調作業を実現させることができる頭部搭載型映像装置及び協調作業システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の頭部搭載型映像提示装置は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたプロジェクタとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の協調作業映像提示システムは、上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置を複数備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の頭部搭載型撮影装置は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたカメラとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の協調作業撮影システムは、上記の本発明の頭部搭載型撮影装置を複数の備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の協調作業システムは、上記の本発明の頭部搭載型撮影装置と上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置とを備え、前記頭部搭載型撮影装置で撮影した映像を前記頭部搭載型映像提示装置で提示することを特徴とする。
【００１８】
本発明の頭部搭載型映像装置は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたプロジェクタ及びカメラとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の頭部搭載型映像提示装置によれば、映像のムラや歪みが少なく、製造が容易で、軽量でありながら、超広視野の映像を提示することができる。
【００２０】
本発明の頭部搭載型撮影装置によれば、製造が容易で、軽量でありながら、超広視野の利用者視点映像を撮影することができる。
【００２１】
本発明の頭部搭載型映像装置によれば、製造が容易で、軽量でありながら、映像のムラや歪みが少ない超広視野の映像を提示することができ、且つ、超広視野の利用者視点映像を撮影することができる。更に、複数人による協調作業を実現させることができる。
【００２２】
本発明の協調作業映像提示システム、協調作業撮影システム、及び、協調作業システムによれば、複数人による協調作業を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の頭部搭載型映像提示装置は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたプロジェクタとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が使用者の眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする。
【００２４】
上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置において、両眼に対応して前記ハーフミラー及び前記プロジェクタを２つずつ備えることが好ましい。
【００２５】
上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置が、更に、再帰反射スクリーンを備えていても良い。この場合、前記プロジェクタからの光束は、前記ハーフミラーで反射され、前記再帰反射スクリーンに入射し、前記再帰反射スクリーンからの反射光が前記ハーフミラーを介して使用者に観察されることが好ましい。
【００２６】
上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置において、前記再帰反射スクリーンが頭部搭載型の再帰反射スクリーンであっても良い。
【００２７】
上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置が、更に、前記ハーフミラーと前記プロジェクタとを結ぶ光路上に配置された平板ミラーを備えていても良い。この場合、前記プロジェクタからの光束は前記平板ミラーで反射された後、前記ハーフミラーに入射することが好ましい。
【００２８】
上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置において、前記ハーフミラーの外側焦点に少なくとも２つのプロジェクタが配置されていても良い。
【００２９】
この場合、前記少なくとも２つのプロジェクタのうちの１つは広視野映像を提示し、他の１つは狭視野映像を提示することが好ましい。
【００３０】
あるいは、前記少なくとも２つのプロジェクタは互いに異なる視野に映像を提示することが好ましい。
【００３１】
上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置が、更に、頭部の動きを検出する三次元センサを備えていても良い。この場合、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて前記プロジェクタが提示する映像が制御されることが好ましい。
【００３２】
本発明の協調作業映像提示システムは、上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置を複数備えることを特徴とする。
【００３３】
上記の本発明の協調作業映像提示システムにおいて、前記複数の頭部搭載型映像提示装置の各々ごとに、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて前記プロジェクタが提示する映像が独立して制御されることが好ましい。
【００３４】
次に、本発明の頭部搭載型撮影装置は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたカメラとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が使用者の眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする。
【００３５】
上記の本発明の頭部搭載型撮影装置において、前記カメラは、前記ハーフミラーからの反射光に加えて、瞳孔位置を撮影することが好ましい。
【００３６】
この場合、前記カメラは、前記瞳孔位置を前記ハーフミラーを介さずに撮影することが好ましい。
【００３７】
更に、前記瞳孔位置から眼球の視線方向を検出し、前記カメラが撮影した映像内において前記視線方向にある被写体像を特定することが好ましい。
【００３８】
上記の本発明の頭部搭載型撮影装置において、両眼に対応して前記ハーフミラー及び前記カメラを２つずつ備えることが好ましい。
【００３９】
上記の本発明の頭部搭載型撮影装置が、更に、前記カメラの入射側に設けられた第１偏光フィルタと、前記ハーフミラーの前記内側焦点側の面に設けられた第２偏光フィルタとを備えていても良い。この場合、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも直線偏光フィルタであり、且つそれぞれの透過軸の方向が互いに直交しており、または、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも円偏光フィルタであり、且つそれぞれの旋回の向きが互いに逆であることが好ましい。
【００４０】
上記の本発明の頭部搭載型撮影装置が、更に、前記ハーフミラーと前記カメラとを結ぶ光路上に配置された平板ミラーを備えることが好ましい。この場合、前記ハーフミラーからの光束は前記平板ミラーで反射された後、前記カメラに入射することが好ましい。
【００４１】
上記の本発明の頭部搭載型撮影装置において、前記ハーフミラーの外側焦点に少なくとも２つのカメラが配置されていても良い。
【００４２】
この場合、前記２つのカメラのうちの１つは広視野映像を撮影し、他の１つは狭視野映像を撮影することが好ましい。
【００４３】
あるいは、前記少なくとも２つのカメラは互いに異なる視野の映像を撮影することが好ましい。
【００４４】
あるいは、前記少なくとも２つのカメラの撮影波長域が互いに異なっていることが好ましい。
【００４５】
上記の本発明の頭部搭載型撮影装置が、更に、頭部の動きを検出する三次元センサを備えていても良い。この場合、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて前記カメラが撮影した映像が処理されることが好ましい。
【００４６】
本発明の協調作業撮影システムは、上記の本発明の頭部搭載型撮影装置を複数備えることを特徴とする。
【００４７】
本発明の協調作業システムは、上記の本発明の頭部搭載型撮影装置と、上記の本発明の頭部搭載型映像提示装置とを備え、前記頭部搭載型撮影装置で撮影した映像を前記頭部搭載型映像提示装置で提示することを特徴とする。
【００４８】
次に、本発明の頭部搭載型映像装置は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面に沿った反射面を有するハーフミラーと、前記一方の双曲面の外側焦点に配置されたプロジェクタ及びカメラとを備え、前記一方の双曲面の内側焦点が眼球と一致するように頭部に搭載されることを特徴とする。
【００４９】
上記の本発明の頭部搭載型映像装置が、更に、再帰反射スクリーンを備えていても良い。この場合、前記プロジェクタからの光束は、前記ハーフミラーで反射され、前記再帰反射スクリーンに入射し、前記再帰反射スクリーンからの反射光が前記ハーフミラーを介して使用者に観察されることが好ましい。
【００５０】
この場合、前記再帰反射スクリーンが頭部搭載型の再帰反射スクリーンであっても良い。
【００５１】
上記の本発明の頭部搭載型映像装置において、前記カメラは、前記ハーフミラーからの反射光に加えて、瞳孔位置を撮影することが好ましい。
【００５２】
この場合、前記瞳孔位置から眼球の視線方向を検出し、前記カメラが撮影した映像内において前記視線方向にある被写体像を特定することが好ましい。
【００５３】
上記の本発明の頭部搭載型映像装置において、両眼に対応して前記ハーフミラー、前記プロジェクタ、及び前記カメラを２つずつ備えることが好ましい。
【００５４】
上記の本発明の頭部搭載型映像装置が、更に、前記カメラの入射側に設けられた第１偏光フィルタと、前記ハーフミラーの前記内側焦点側の面に設けられた第２偏光フィルタとを備えていても良い。この場合、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも直線偏光フィルタであり、且つそれぞれの透過軸の方向が互いに直交しており、または、前記第１偏光フィルタ及び前記第２偏光フィルタがいずれも円偏光フィルタであり、且つそれぞれの旋回の向きが互いに逆であることが好ましい。
【００５５】
上記の本発明の頭部搭載型映像装置が、更に、頭部の動きを検出する三次元センサを備えていても良い。この場合、前記三次元センサが検出した頭部の動きに応じて、前記プロジェクタが提示する映像が制御され、又は、前記カメラが撮影した映像が処理されることが好ましい。
【００５６】
以下、本発明を具体的な実施の形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されないことはいうまでもない。
【００５７】
［実施の形態Ａ］
実施の形態Ａでは、本発明の頭部搭載型映像提示装置及びこれを用いた協調作業映像提示システムについて説明する。
【００５８】
（実施の形態Ａ−１）
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−１に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図１（Ｂ）はその上面図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）において、二点鎖線１１，１２は二葉双曲面、一点鎖線１３は二葉双曲面１１，１２の対称面である。点Ｐ１は双曲面１１の焦点（即ち、双曲面１１の内側焦点）、点Ｐ２は双曲面１２の焦点（即ち、双曲面１１の外側焦点）である。本実施の形態Ａ−１に係る頭部搭載型映像提示装置は、双曲面１１に沿った反射面を有するハーフミラー２０と、小型のプロジェクタ３０（図１（Ｂ）では図示を省略）とを備える。プロジェクタ３０の投射レンズの中心は双曲面１１の外側焦点Ｐ２に配置されている。双曲面１１の内側焦点Ｐ１は使用者の頭部１の左眼球２Ｌの位置と一致する。ハーフミラー２０及びプロジェクタ３０は、眼球２Ｌに対して上記の位置関係を維持するように図示していない治具を用いて使用者の頭部１に搭載され固定される。
【００５９】
このように構成された本実施の形態Ａ−１の映像提示装置の動作を説明する。
【００６０】
プロジェクタ３０はハーフミラー２０の反射面上に所定の映像を投射する。プロジェクタ３０から投射された光束はハーフミラー２０で反射され、使用者の周囲に存在する物体（以下、「実環境」という）９０上に投射される。使用者は、ハーフミラー２０を介して実環境９０とこの上に投射された光束により形成された映像とを観察する。
【００６１】
図１（Ａ）に示されているように、側方から見ると、プロジェクタ３０は、使用者の左眼球２Ｌよりも高い位置に配置されている。ハーフミラー２０の反射面は、双曲面１１のうち、内側焦点Ｐ１と外側焦点Ｐ２とを結ぶ直線よりも低い領域内に形成されている。従って、プロジェクタ３０は使用者の正面方向の視界を妨げない。
【００６２】
図１（Ｂ）に示されているように、上方から見ると、プロジェクタ３０は、使用者の左眼球２Ｌのほぼ正面方向に配置されている。ハーフミラー２０の反射面は、双曲面１１のうち、使用者の左側には左眼球２Ｌのほぼ側方にまで、右側には使用者の頭部１と衝突しない程度にまでの相対的に広い領域にわたって形成されている。
【００６３】
従って、使用者の左眼球２Ｌのほぼ正面方向を含む実環境９０上に映像が投射される。ハーフミラー２０の垂直方向及び水平方向の形成範囲を適切に設定することにより、人間の一般的な視野角である垂直方向約１２５度、水平方向約２００度を超える範囲に映像を投射することができる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態Ａ−１によれば、人間の視野角を超える超広視野映像を提示することができる。しかも、これをプロジェクタ３０以外にはハーフミラー２０というただ１つの光学部品のみで実現できるので、構成が簡単で、小型且つ軽量である。更に、ハーフミラー２０とプロジェクタ３０という２つの光学部品の相対的位置関係を管理するだけでよいので、製造が容易である。
【００６５】
双曲面１１に沿った反射面を有するハーフミラー２０は、例えば透明アクリル材の表裏をＮＣ研削し、更に加工面を研磨して所定の双曲面を形成した後、この双曲面に誘電体を蒸着して半透過の鏡面を形成することで作成できる。このような方法によれば、複数の光学部品を組み合わせることなく一体的にハーフミラー２０を得ることができるので、映像のムラや歪みが少なく、繋ぎ目のない鮮明な映像を表示させることができる。また、ハーフミラー２０の製造が容易である。
【００６６】
上記の実施の形態Ａ−１では、左眼球２Ｌで観察する映像提示装置を例に説明したが、使用者の鼻位置に対して左右対称に構成することにより、右眼球２Ｒで観察する映像提示装置も実現可能である。
【００６７】
（実施の形態Ａ−２）
図２（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−２に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図２（Ｂ）はその上面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において図１（Ａ）及び図１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【００６８】
上述した実施の形態Ａ−１に係る映像提示装置（図１（Ａ）及び図１（Ｂ））では、使用者の左右の眼球２Ｌ，２Ｒのうちのいずれか一方に対して、ハーフミラー２０及びプロジェクタ３０が所定の位置関係で配置されていた。これに対して、本実施の形態Ａ−２の映像提示装置では、使用者の左右の眼球２Ｌ，２Ｒのそれぞれに対して、ハーフミラー２０及びプロジェクタ３０が実施の形態Ａ−１に示した位置関係で左右対称に配置されている。但し、図２（Ｂ）では、図面を簡略化するために、右眼球２Ｒに対応するプロジェクタ３０及びこれから投射された光束の図示を省略している。
【００６９】
図２（Ｂ）に示すように、左眼球２Ｌに対応するハーフミラー２０と右眼球２Ｒに対応するハーフミラー２０とは、使用者の鼻近傍位置にて接続されている。従って、本実施の形態Ａ−２では、左眼球２Ｌ及び右眼球２Ｒの鼻側の視野は、実施の形態Ａ−１に比べて僅かに狭くなる。一対のハーフミラー２０は、実施の形態Ａ−１で説明したのと同様の方法により一体的に作成できる。
【００７０】
左右の眼球２Ｌ，２Ｒのそれぞれに対して個別にプロジェクタ３０が設けられているので、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに別々の映像を提示することができる。例えば、ステレオ撮影された２つの映像を２つのプロジェクタ３０からそれぞれ投射すれば、使用者は立体映像を観察できる。
【００７１】
本実施の形態Ａ−２によれば、両眼に対して、映像のムラや歪みが少ない鮮明な超広視野映像を提示する頭部搭載型映像提示装置を実現できる。しかも、本実施の形態Ａ−２の映像提示装置は、これを一対のハーフミラー２０と一対のプロジェクタ３０という簡単な構成で実現するので、小型且つ軽量である。
【００７２】
（実施の形態Ａ−３）
図３（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−３に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図３（Ｂ）はその上面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において図２（Ａ）及び図２（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【００７３】
本実施の形態Ａ−３に係る映像提示装置では、実施の形態Ａ−２に係る映像提示装置（図２（Ａ）及び図２（Ｂ））に更に再帰反射スクリーン８０が付加されている。再帰反射スクリーン８０は、使用者の周囲の実環境内に固定されている。図３（Ｂ）では、図面を簡略化するために、右眼球２Ｒに対応するプロジェクタ３０及びこれから投射された光束の図示を省略している。
【００７４】
プロジェクタ３０から投射された光束は、ハーフミラー２０で反射され再帰反射スクリーン８０に入射する。再帰反射スクリーン８０は、入射した光をその入射方向へ反射する特性を有している。再帰反射スクリーン８０からの反射光は、ハーフミラー２０に対して小さな入射角度で入射するのでこれを透過する。使用者の両眼球２Ｌ，２Ｒのそれぞれに対して、ハーフミラー２０及びプロジェクタ３０が実施の形態Ａ−１に示した位置関係で配置されているので、再帰反射スクリーン８０からの反射光は使用者の両眼球２Ｌ，２Ｒに入射する。このようにして、使用者は再帰反射スクリーン８０からの反射光をハーフミラー２０を介して観察する。
【００７５】
再帰反射スクリーン８０の指向性を高めることにより、左の眼球２Ｌに対応したプロジェクタ３０が投射した光束が右の眼球２Ｒに入射するのを防止でき、また、右の眼球２Ｒに対応したプロジェクタ３０が投射した光束が左の眼球２Ｌに入射するのを防止できる。従って、ステレオ撮影された２つの映像を２つのプロジェクタ３０からそれぞれ投射すれば、使用者は立体映像を観察できる。
【００７６】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では、実施の形態Ａ−２（図２（Ａ）及び図２）に示した映像提示装置に再帰反射スクリーン８０を追加して両目で再帰反射スクリーン８０からの反射光を観察する映像提示装置を示したが、実施の形態Ａ−１（図１（Ａ）及び図１）に示した映像提示装置に再帰反射スクリーン８０を追加して片目で再帰反射スクリーン８０からの反射光を観察する映像提示装置を実現することも可能である。
【００７７】
本実施の形態Ａ−３では再帰反射スクリーン８０からの反射光を観察するので、実環境９０上に投射された光束により形成された映像を観察する実施の形態Ａ−１，Ａ−２の映像提示装置に比べて、明るく鮮明な映像を提示することができる。また、再帰反射スクリーン８０を適切に設置することにより、繋ぎ目のない広視野映像を提示できる。
【００７８】
また、使用者の眼球から再帰反射スクリーン８０までの距離は長い（例えば数ｍ）ので、視線方向や眼球位置の僅かな変化により映像がまったく観察できなくなるという非特許文献２の映像提示装置の問題は実質的に生じない。
【００７９】
スクリーン上に超広視野映像を提示して人工現実感を得る映像提示装置としては、従来、周囲壁面に設置されたスクリーン上にプロジェクタから映像を投射する方式が用いられていた。このような従来の映像提示装置では、高精度に校正された多数のスクリーンを用意する必要があり、高価であり設置にも時間を要する。また、スクリーンへの映像の投射方式が前面投射型であれば利用者自身の影が映像を遮蔽する自己遮蔽という問題があり、背面投射型であれば広大な設置スペースを要するという問題がある。更に、投射した映像は特定の視点位置からのみ正しく観察でき、視点位置が変わると歪んで観察されるため、多人数で同時に歪みのない映像を観察することができないという問題がある。また、多人数が共通するスクリーン上で異なる映像を同時に観察することはできない。
【００８０】
これに対して本実施の形態Ａ−３の映像提示装置では、再帰反射スクリーンの特性により高精度に再帰反射スクリーン８０を設置する必要がなく、遥かに安価である。また、省スペースという前面投射型の特徴を有しながら自己遮蔽の問題は生じない。更に、複数の使用者が、それぞれに搭載されたプロジェクタ３０から投射された同一又は異なる映像を共通する再帰反射スクリーン８０上に歪みなく観察することができる。従って、多人数対応が容易であり、協調作業用途に適用することができる。
【００８１】
また、本実施の形態Ａ−３によれば、使用者は、再帰反射スクリーン８０に投射された映像に加えて、再帰反射スクリーン８０が設置されていない領域では実環境を常に観察することができる。従って、仮想環境と実環境とを融合する複合現実感用途に適用することができる。例えば、実際のモデルルームにＣＧ（コンピュータグラフィックス）による家具を重畳表示する、実際の手術室に設置された人体模型にＣＧによる人体内部を重畳表示する、実際の本店のオフィス環境の一部に別途撮影された遠隔地の支店の情景を重畳表示するといった数々の応用が考えられる。こうした応用では、超広視野映像を提示できるために、臨場感が向上する、周辺視を利用することで迅速に情報を発見・探索できる、などの重要な利点が得られる。
【００８２】
再帰反射スクリーン８０としては、用途に応じて光線非透過型及び半透過型のいずれかを選択することができる。半透過型の再帰反射スクリーン８０を用いると、投射された映像と、再帰反射スクリーン８０の背後に存在する実環境とを重畳して観察することができる。
【００８３】
（実施の形態Ａ−４）
図４（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−４に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図４（Ｂ）はその上面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【００８４】
本実施の形態Ａ−４に係る映像提示装置では再帰反射スクリーン８１がハーフミラー２０及びプロジェクタ３０とともに使用者の頭部１に搭載されている点で、再帰反射スクリーン８０が使用者の周囲の実環境内に固定されている実施の形態Ａ−３に示した映像提示装置（図３（Ａ）及び図３（Ｂ））と異なる。再帰反射スクリーンの特性により高精度に再帰反射スクリーン８１を設置する必要がないのは実施の形態Ａ−３と同じである。図４（Ｂ）では、図面を簡略化するために、右眼球２Ｒに対応するプロジェクタ３０及びこれから投射された光束の図示を省略している。
【００８５】
実施の形態Ａ−３の場合と同様に、プロジェクタ３０から投射された光束は、ハーフミラー２０で反射され再帰反射スクリーン８１に入射する。使用者は、再帰反射スクリーン８１からの反射光をハーフミラー２０を介して観察する。
【００８６】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、実施の形態Ａ−２（図２（Ａ）及び図２）に示した映像提示装置に頭部搭載型の再帰反射スクリーン８１を追加して両目で再帰反射スクリーン８１からの反射光を観察する映像提示装置を示したが、実施の形態Ａ−１（図１（Ａ）及び図１）に示した映像提示装置に頭部搭載型の再帰反射スクリーン８１を追加して片目で再帰反射スクリーン８１からの反射光を観察する映像提示装置を実現することも可能である。
【００８７】
本実施の形態Ａ−４によれば、実施の形態Ａ−３と比較して、使用者の頭部１に搭載する部品が増えるので、映像提示装置の体積及び重量が増加するという欠点を有するものの、実環境に映像を投射しないので、実環境に再帰反射スクリーン８０を設置する必要がなく、また、使用者と再帰反射スクリーン８０との間の物体による映像の遮蔽という問題が生じないという利点を有する。
【００８８】
本実施の形態Ａ−４では、使用者の眼球から再帰反射スクリーン８１までの距離は相対的に短いので、視線方向や眼球位置の変化により映像が観察できなくなるという非特許文献２の映像提示装置と同様の問題が生じる可能性がある。しかしながら、この問題は、再帰反射スクリーン８１の指向性を低下させることで解消できる。しかも、再帰反射スクリーン８１の指向性を低下させても、眼球２Ｌ，２Ｒから再帰反射スクリーンまでの距離に対する左右の眼球２Ｌ，２Ｒ間距離の比は、本実施の形態Ａ−４は実施の形態Ａ−３に比べて大きいので、２つのプロジェクタ３０がそれぞれ投射した光束が対応しない眼球に入射するのを防止することが出来、立体映像の観察が可能である。
【００８９】
再帰反射スクリーン８１としては、用途に応じて光線非透過型及び半透過型のいずれかを選択することができる。半透過型の再帰反射スクリーン８１を用いると、投射された映像と、再帰反射スクリーン８１の背後に存在する実環境とを重畳して観察することができる。
【００９０】
（実施の形態Ａ−５）
図５は、本発明の実施の形態Ａ−５に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図である。図５において図３（Ａ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【００９１】
本実施の形態Ａ−５に係る映像提示装置は、実施の形態Ａ−３に係る映像提示装置（図３（Ａ）及び図３（Ｂ））に更に平板ミラー５０が付加されている。平板ミラー５０はプロジェクタ３０とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２（図３（Ａ）参照）に対して平板ミラー５０によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’にプロジェクタ３０の投射レンズの中心が設置される。両眼で観察する立体映像提示装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ミラー５０及び２つのプロジェクタ３０が左右対称に設置される。
【００９２】
プロジェクタ３０から投射された光束は、平板ミラー５０で反射され、ハーフミラー２０で反射されて、再帰反射スクリーン８０に入射する。再帰反射スクリーン８０からの反射光は、ハーフミラー２０を透過して使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に入射する。
【００９３】
本実施の形態Ａ−５によれば、実施の形態Ａ−３と光学的に等価な光学系を形成しながら、プロジェクタ３０を使用者の頭部１の重心位置に接近させることができる。これにより使用者の首振りに伴う映像提示装置の回転モーメントが減少するので、装着感が向上し、また疲労を軽減することができる。
【００９４】
図５では、実施の形態Ａ−３の映像提示装置に平板ミラー５０を設置する場合を示したが、実施の形態Ａ−１，Ａ−２，Ａ−４のそれぞれの映像提示装置に同様に平板ミラー５０を設置することができ、その場合も上記と同様の効果が得られる。
【００９５】
（実施の形態Ａ−６）
図６（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−６に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図６（Ｂ）はその上面図である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、再帰反射スクリーン８０の図示を省略している。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【００９６】
本実施の形態Ａ−６に係る映像提示装置では、プロジェクタとして広視野用プロジェクタ３１と狭視野用プロジェクタ３２とが設けられている。広視野用プロジェクタ３１の投射レンズの中心は双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に配置されている。広視野用プロジェクタ３１とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に平板ハーフミラー５１が設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に対して平板ハーフミラー５１によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’に狭視野用プロジェクタ３２の投射レンズの中心が設置される。両眼で観察する立体映像提示装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ハーフミラー５１，２つの広視野用プロジェクタ３１，及び２つの狭視野用プロジェクタ３２がそれぞれ左右対称に設置される。但し、図６（Ｂ）では、図面を簡略化するために、２つの広視野用プロジェクタ３１，２つの狭視野用プロジェクタ３２，２つの平板ハーフミラー５１、２つの外側焦点Ｐ２’、及び右眼球２Ｒに対応する光束の図示を省略している。
【００９７】
広視野用プロジェクタ３１から投射された光束は、平板ハーフミラー５１を透過し、ハーフミラー２０で反射されて、再帰反射スクリーン８０（図示せず）に入射する。狭視野用プロジェクタ３２から投射された光束は、平板ハーフミラー５１で反射され、ハーフミラー２０で反射されて、再帰反射スクリーン８０に入射する。再帰反射スクリーン８０からの反射光は、ハーフミラー２０を透過して使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に入射する。使用者は、広視野用プロジェクタ３１が提示する映像と狭視野用プロジェクタ３２が提示する映像とが重畳された（又は繋ぎ合わされた）映像を観察する。
【００９８】
狭視野用プロジェクタ３２は、使用者の正面に位置する中心視野Ａ３２に相対的に狭い視野角（例えば水平視野角が１７度）の映像を提示する。一方、広視野用プロジェクタ３１は中心視野Ａ３２の周囲の周辺視野Ａ３１に相対的に広い視野角（例えば水平視野角が１８０度）の映像を提示する。例えば、プロジェクタ３１，３２が提示する映像の画素数が同じである場合、狭視野用プロジェクタ３２は相対的に高解像度の映像を提示し、広視野用プロジェクタ３１は相対的に低解像度の映像を提示する。
【００９９】
一般に、人間の視力は、正面方向において高く、周辺方向では著しく低下することが知られている。本実施の形態Ａ−６によれば、プロジェクタ３１，３２として汎用の安価なプロジェクタを用いながら、高い視力で観察される正面方向に高解像度の映像が提示されるので、使用者に解像度の不満を抱かせることなく、超広視野映像を提示することができる。即ち、高解像度と超広視野角とを容易に実現することができる。
【０１００】
上記において、広視野用プロジェクタ３１と狭視野用プロジェクタ３２との配置を入れ替えてもよい。広視野用プロジェクタ３１及び狭視野用プロジェクタ３２のうち重い方を使用者の頭部１の重心位置に接近して配置すると、使用者の首振りに伴う映像提示装置の回転モーメントが減少することにより、装着感が向上し、また疲労を軽減することができるので好ましい。
【０１０１】
平板ハーフミラー５１に代えてこれと同等の機能を有するプリズムなどの他の光束合成手段を用いても良い。片方の眼球に対して設置されるプロジェクタの数は、２つに限られず、３以上であっても良い。また、複数のプロジェクタの画素数は同一でも異なっていても良い。
【０１０２】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、実施の形態Ａ−３の映像提示装置の変形例であるが、実施の形態Ａ−１，Ａ−２，Ａ−４，Ａ−５のそれぞれの映像提示装置に同様に本実施の形態を適用することができ、その場合も上記と同様の効果が得られる。
【０１０３】
（実施の形態Ａ−７）
図７（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−７に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図７（Ｂ）はその上面図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、再帰反射スクリーン８０の図示を省略している。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１０４】
本実施の形態Ａ−７に係る映像提示装置では、プロジェクタとして内側視野用プロジェクタ３３と外側視野用プロジェクタ３４とが設けられている。内側視野用プロジェクタ３３の投射レンズの中心は双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に配置されている。内側視野用プロジェクタ３３とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に平板ハーフミラー５２が設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に対して平板ハーフミラー５２によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’に外側視野用プロジェクタ３４の投射レンズの中心が設置される。両眼で観察する立体映像提示装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ハーフミラー５２，２つの内側視野用プロジェクタ３３，及び２つの外側視野用プロジェクタ３４がそれぞれ左右対称に設置される。但し、図７（Ｂ）では、図面を簡略化するために、右眼球２Ｒに対応する内側視野用プロジェクタ３３，外側視野用プロジェクタ３４，平板ハーフミラー５２、及び光束の図示を省略している。
【０１０５】
内側視野用プロジェクタ３３から投射された光束は、平板ハーフミラー５２を透過し、ハーフミラー２０で反射されて、再帰反射スクリーン８０（図示せず）に入射する。外側視野用プロジェクタ３４から投射された光束は、平板ハーフミラー５２で反射され、ハーフミラー２０で反射されて、再帰反射スクリーン８０に入射する。再帰反射スクリーン８０からの反射光は、ハーフミラー２０を透過して使用者の眼球２Ｌ，２Ｒに入射する。使用者は、内側視野用プロジェクタ３３が提示する映像と外側視野用プロジェクタ３４が提示する映像とが重畳された（又は繋ぎ合わされた）映像を観察する。
【０１０６】
内側視野用プロジェクタ３３は、水平方向において、使用者の各眼球２Ｌ，２Ｒに対して鼻側の視野Ａ３３に映像を提示する。一方、外側視野用プロジェクタ３４は、水平方向において、使用者の各眼球２Ｌ，２Ｒに対して耳側（鼻とは反対側）の視野Ａ３４に映像を提示する。垂直方向においては、２つのプロジェクタ３３，３４が映像を提示する範囲はほぼ同じである。
【０１０７】
本実施の形態Ａ−７では、複数のプロジェクタが異なる視野にそれぞれ提示する映像を組み合わせることにより、全体として超広視野映像を提示させる。これにより、画素数が比較的少ない汎用の安価なプロジェクタを用いながら、高解像度の超広視野映像を提示することができる。
【０１０８】
上記において、内側視野用プロジェクタ３３と外側視野用プロジェクタ３４との配置を入れ替えてもよい。内側視野用プロジェクタ３３及び外側視野用プロジェクタ３４のうち重い方を使用者の頭部１の重心位置に接近して配置すると、使用者の首振りに伴う映像提示装置の回転モーメントが減少することにより、装着感が向上し、また疲労を軽減することができるので好ましい。
【０１０９】
平板ハーフミラー５２に代えてこれと同等の機能を有するプリズムなどの他の光束合成手段を用いても良い。片方の眼球に対して設置されるプロジェクタの数は、２つに限られず、３以上であっても良い。また、複数のプロジェクタの画素数や投射レンズの画角は同一でも異なっていても良い。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、複数のプロジェクタが水平方向に異なる複数の視野に映像を提示する例を示したが、垂直方向に異なる複数の視野に映像を提示しても良い。
【０１１０】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、実施の形態Ａ−３の映像提示装置の変形例であるが、実施の形態Ａ−１，Ａ−２，Ａ−４，Ａ−５のそれぞれの映像提示装置に同様に本実施の形態を適用することができ、その場合も上記と同様の効果が得られる。
【０１１１】
（実施の形態Ａ−８）
図８（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−８に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図８（Ｂ）はその上面図である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において図２（Ａ）及び図２（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１１２】
本実施の形態Ａ−８に係る映像提示装置では、実施の形態Ａ−２に係る映像提示装置（図２（Ａ）及び図２（Ｂ））に更に三次元センサ６０が付加されている。三次元センサ６０は使用者の頭部１の動き（例えば位置、向き、加速度等）を検出する。そして、三次元センサ６０が検出した頭部１の動きに応じてプロジェクタ３０が提示する映像が制御される。これにより、例えば実環境９０上の所望する位置に所望する映像を重畳させることができる。従って、例えばバーチャルリアリティ用途に適用できる。従来より、バーチャルリアリティを実現する各種の映像提示装置は提案されているが、本実施の形態によれば、映像のムラや歪みが少ない鮮明な超広視野映像を提示することができる。
【０１１３】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）では、実施の形態Ａ−２の映像提示装置に三次元センサ６０を設置する場合を示したが、実施の形態Ａ−１，Ａ−３〜Ａ−７のそれぞれの映像提示装置に同様に三次元センサ６０を設置することができる。
【０１１４】
（実施の形態Ａ−９）
図９は、本発明の実施の形態Ａ−９に係る協調作業映像提示システムの概略構成図である。図９において図８（Ａ）及び図８（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１１５】
本実施の形態Ａ−９に係る協調作業映像提示システムは、実施の形態Ａ−８に係る複数の頭部搭載型映像提示装置を備える。即ち、同一環境内にいる複数の使用者の頭部１ａ，１ｂに実施の形態Ａ−８に示した映像提示装置がそれぞれ搭載される。各使用者の頭部１ａ，１ｂの動きは、三次元センサ６０で検出され、頭部１ａ，１ｂの動きに応じてプロジェクタ３０が提示する映像が独立して制御される。従って、各使用者は、それぞれの頭部の位置や向きなどに応じた映像を観察する。例えば、実物体９１上の所定位置に重畳された仮想映像を、複数人が同時に観察することができる。これにより、提示されたバーチャルな視覚情報を複数の使用者間で共有することができ、この視覚情報を介して複数の使用者による協調作業を行うことができる。
【０１１６】
図９では実物体上９１上に映像が重畳されるが、実施の形態Ａ−３で説明したように実環境内に再帰反射スクリーンを設置して、各使用者に再帰反射スクリーンからの反射光を観察させても良い。この場合、各使用者に、共通する再帰反射スクリーン上に、各使用者の頭部位置に応じた互いに異なる映像を観察させることができる。
【０１１７】
［実施の形態Ｂ］
実施の形態Ｂでは、本発明の頭部搭載型撮影装置及びこれを用いた協調作業映像提示システムについて説明する。
【０１１８】
（実施の形態Ｂ−１）
図１０（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−１に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１０（Ｂ）はその上面図である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）において、二点鎖線１１，１２は二葉双曲面、一点鎖線１３は二葉双曲面１１，１２の対称面である。点Ｐ１は双曲面１１の焦点（即ち、双曲面１１の内側焦点）、点Ｐ２は双曲面１２の焦点（即ち、双曲面１１の外側焦点）である。本実施の形態Ｂ−１に係る頭部搭載型撮影装置は、双曲面１１に沿った反射面を有するハーフミラー２０と、小型のカメラ４０（図１０（Ｂ）では図示を省略）とを備える。カメラ４０の撮影レンズの中心は双曲面１１の外側焦点Ｐ２に配置されている。双曲面１１の内側焦点Ｐ１は使用者の頭部１の左眼球２Ｌの位置と一致する。ハーフミラー２０及びカメラ４０は、眼球２Ｌに対して上記の位置関係を維持するように図示していない治具を用いて使用者の頭部１に搭載され固定される。
【０１１９】
このように構成された本実施の形態Ｂ−１の撮影装置の動作を説明する。
【０１２０】
双曲面１１に沿った反射面を有するハーフミラー２０は、その内側焦点Ｐ１に向かってハーフミラー２０に入射する光線の一部を通過させ、別の一部を反射して外側焦点Ｐ２に集光させる性質を有している。本実施の形態Ｂ−１では、双曲面１１の内側焦点Ｐ１に左眼球２Ｌが配置され、外側焦点Ｐ２にカメラ４０の撮影レンズの中心が配置されている。従って、使用者の左眼球２Ｌがハーフミラー２０を介して外界の実環境９０を視認するとき、実環境９０から左眼球２Ｌに向かう光線のうちの一部はハーフミラー２０を通過して使用者の左眼球２Ｌに入射し、別の一部はハーフミラー２０で反射され、カメラ４０の撮影レンズに入射する。かくして、カメラ４０は、双曲面１１の内側焦点Ｐ１に位置する使用者の左眼球２Ｌを視点とする映像を撮影できる。このように、本実施の形態Ｂ−１によれば、使用者の左眼球２Ｌとカメラ４０の視点とが完全に一致し、使用者が左眼球２Ｌで観察する映像とまったく同一の映像を撮影することができる。
【０１２１】
図１０（Ａ）に示されているように、側方から見ると、カメラ４０は、使用者の左眼球２Ｌよりも高い位置に配置されている。ハーフミラー２０の反射面は、双曲面１１のうち、内側焦点Ｐ１と外側焦点Ｐ２とを結ぶ直線よりも低い領域内に形成されている。従って、カメラ４０は使用者の正面方向の視界を妨げない。
【０１２２】
図１０（Ｂ）に示されているように、上方から見ると、カメラ４０は、使用者の左眼球２Ｌのほぼ正面方向に配置されている。ハーフミラー２０の反射面は、双曲面１１のうち、使用者の左側には左眼球２Ｌのほぼ側方にまで、右側には使用者の頭部１と衝突しない程度にまでの相対的に広い領域にわたって形成されている。
【０１２３】
従って、ハーフミラー２０の垂直方向及び水平方向の形成範囲及びその姿勢（傾き）を適切に設定することにより、使用者の左眼球２Ｌの正面方向を含み、人間の一般的な視野角である垂直方向約１２５度、水平方向約２００度を超える超広視野の利用者視点映像を撮影することができる。
【０１２４】
以上のように、本実施の形態Ｂ−１によれば、人間の視野角を超える超広視野映像を、利用者視点で撮影することができる。しかも、これをカメラ４０以外にはハーフミラー２０というただ１つの光学部品のみで実現できるので、構成が簡単で、小型且つ軽量である。更に、ハーフミラー２０とカメラ４０という２つの光学部品の相対的位置関係を管理するだけでよいので、製造が容易である。
【０１２５】
ハーフミラー２０は、実施の形態Ａ−１で説明したのと同様の方法で一体的に作成できる。従って、映像のムラや歪みが少なく、繋ぎ目のない鮮明な映像を撮影することができる。
【０１２６】
撮影された映像は、例えば撮影装置の使用者とは別環境にいる別の人物に提示して、協調作業などに利用することができる。この別の人物は撮影装置の使用者の視点映像を見ながら、使用者に対して必要な指示を行うことが出来る。
【０１２７】
上記の構成において、カメラ４０が、ハーフミラー２０からの反射光に加えて、使用者の眼球の瞳孔位置を撮影しても良い。瞳孔位置から眼球の視線方向を検出することにより、利用者視点映像を撮影しながら、同時に、この視点映像の中で視線方向にある被写体像、即ち利用者が見ている被写体を特定することができる。このような撮影装置は、例えばいわゆる視線入力インターフェースとして利用することができる。瞳孔位置から視線方向を検出する方法は特に限定はなく、公知の方法を適宜選択して用いることができる。
【０１２８】
この場合、カメラ４０は、ハーフミラー２０を介さずに瞳孔位置を撮影することが好ましい。これにより瞳孔位置を明るく且つ鮮明に撮影することができるので、視線方向の検出精度が向上する。瞳孔位置をハーフミラー２０を介さずに撮影するためには、図１０（Ａ）に示すように、カメラ４０の撮影レンズと利用者の眼球２Ｌとを結ぶ直線が交差する双曲面１１上の領域にハーフミラー２０を形成しなければよい。
【０１２９】
上記の実施の形態Ｂ−１では、左眼球２Ｌの視点で撮影する撮影装置を例に説明したが、使用者の鼻位置に対して左右対称に構成することにより、右眼球２Ｒの視点で撮影する撮影装置も実現可能である。
【０１３０】
（実施の形態Ｂ−２）
図１１（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−２に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１１（Ｂ）はその上面図である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）において図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１３１】
上述した実施の形態Ｂ−１に係る撮影装置（図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ））では、使用者の左右の眼球２Ｌ，２Ｒのうちのいずれか一方に対して、ハーフミラー２０及びカメラ４０が所定の位置関係で配置されていた。これに対して、本実施の形態Ｂ−２の撮影装置では、使用者の左右の眼球２Ｌ，２Ｒのそれぞれに対して、ハーフミラー２０及びカメラ４０が実施の形態Ｂ−２に示した位置関係で左右対称に配置されている。但し、図１１（Ｂ）では、図面を簡略化するために、右眼球２Ｒに対応するカメラ４０及び光束の図示を省略している。
【０１３２】
図１１（Ｂ）に示すように、左眼球２Ｌに対応するハーフミラー２０と右眼球２Ｒに対応するハーフミラー２０とは、使用者の鼻近傍位置にて接続されている。従って、本実施の形態Ｂ−２では、左眼球２Ｌに対応したカメラ４０が撮影する映像及び右眼球２Ｒに対応したカメラ４０が撮影する映像の鼻側の視野は、実施の形態Ｂ−１に比べて僅かに狭くなる。一対のハーフミラー２０は、実施の形態Ａ−２で説明したのと同様の方法により一体的に作成できる。
【０１３３】
本実施の形態Ｂ−２によれば、左右の眼球２Ｌ，２Ｒのそれぞれの視点位置での超広視野のステレオ映像を撮影することができる。しかも、本実施の形態Ｂ−２の撮影装置は、これを一対のハーフミラー２０と一対のカメラ４０という簡単な構成で実現するので、小型且つ軽量である。
【０１３４】
（実施の形態Ｂ−３）
図１２（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−３に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１２（Ｂ）はその上面図である。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）において図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１３５】
本実施の形態Ｂ−３に係る撮影装置では、実施の形態Ｂ−２に係る映像提示装置（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ））に更に第１及び第２偏光フィルタ７１，７２が付加されている。第１偏光フィルタ７１はカメラ４０の撮影レンズの入射側開口に設けられており、第２偏光フィルタ７２はハーフミラー２０の内側焦点Ｐ１側の面に設けられている。第１偏光フィルタ７１及び第２偏光フィルタ７２はいずれも直線偏光フィルタであっても良く、この場合、それぞれの透過軸の方向が互いに直交するように第１及び第２偏光フィルタ７１，７２が設置される。あるいは、第１偏光フィルタ７１及び第２偏光フィルタ７２がいずれも円偏光フィルタであっても良く、この場合、それぞれの旋回の向きが互いに逆となるように第１及び第２偏光フィルタ７１，７２が設置される。図１１（Ｂ）では、図面を簡略化するために、右眼球２Ｒに対応するカメラ４０、第１偏光フィルタ７１及び光束の図示を省略している。
【０１３６】
以上のように第１及び第２偏光フィルタ７１，７２が設けられていることにより、カメラ４０が、実環境９０に加えてハーフミラー２０を介して使用者の顔や頭部を撮影するのを防止できる。これにより、実環境９０の鮮明な映像を撮影できる。
【０１３７】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）では、実施の形態Ｂ−２（図１１（Ａ）及び図１１）に示した撮影装置に第１及び第２偏光フィルタ７１，７２を追加する例を示したが、実施の形態Ｂ−１（図１０（Ａ）及び図１０）に示した撮影装置に第１及び第２偏光フィルタ７１，７２を追加することも可能である。
【０１３８】
（実施の形態Ｂ−４）
図１３は、本発明の実施の形態Ｂ−４に係る頭部搭載型撮影装置の側面図である。図１３において図１１（Ａ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１３９】
本実施の形態Ｂ−４に係る撮影装置は、実施の形態Ｂ−２に係る映像提示装置（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ））に更に平板ミラー５０が付加されている。平板ミラー５０はカメラ４０とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２（図１１（Ａ）参照）に対して平板ミラー５０によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’にカメラ４０の撮影レンズの中心が設置される。左右のカメラを用いたステレオ撮影装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ミラー５０が左右対称に設置される。
【０１４０】
使用者の眼球２Ｌ（２Ｒ）がハーフミラー２０を介して外界の実環境９０を視認するとき、実環境９０から使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に向かう光線のうちの一部はハーフミラー２０を通過して使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に入射し、別の一部はハーフミラー２０で反射され、平板ミラー５０で反射され、カメラ４０の撮影レンズに入射する。従って、実施の形態Ｂ−２と同様に、使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）とカメラ４０の視点とが完全に一致し、使用者が眼球２Ｌ（又は２Ｒ）で観察する映像とまったく同一の映像を撮影することができる。
【０１４１】
本実施の形態Ｂ−４によれば、実施の形態Ｂ−２と光学的に等価な光学系を形成しながら、カメラ４０を使用者の頭部１の重心位置に接近させることができる。これにより使用者の首振りに伴う撮影装置の回転モーメントが減少するので、装着感が向上し、また疲労を軽減することができる。
【０１４２】
図１３では、実施の形態Ｂ−２の撮影装置に平板ミラー５０を設置する場合を示したが、実施の形態Ｂ−１，Ｂ−３のそれぞれの撮影装置に同様に平板ミラー５０を設置することができ、その場合も上記と同様の効果が得られる。
【０１４３】
（実施の形態Ｂ−５）
図１４（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−５に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１４（Ｂ）はその上面図である。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）において図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）では、実環境９０の図示を省略している。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１４４】
本実施の形態Ｂ−５に係る撮影装置では、カメラとして広視野用カメラ４１と狭視野用カメラ４２とが設けられている。広視野用カメラ４１の撮影レンズの中心は双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に配置されている。広視野用カメラ４１とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に平板ハーフミラー５１が設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に対して平板ハーフミラー５１によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’に狭視野用カメラ４２の撮影レンズの中心が設置される。左右のカメラを用いたステレオ撮影装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ハーフミラー５１，２つの広視野用カメラ４１，及び２つの狭視野用カメラ４２がそれぞれ左右対称に設置される。但し、図１４（Ｂ）では、図面を簡略化するために、２つの広視野用カメラ４１，２つの狭視野用カメラ４２，２つの平板ハーフミラー５１、２つの外側焦点Ｐ２’、及び右眼球２Ｒに対応する光束の図示を省略している。
【０１４５】
実環境９０から使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に向かう光線のうちハーフミラー２０で反射された光線は、平板ハーフミラー５１に入射し、その一部は平板ハーフミラー５１を通過して広視野用カメラ４１の撮影レンズに入射し、別の一部は平板ハーフミラー５１で反射されて狭視野用カメラ４２の撮影レンズに入射する。
【０１４６】
広視野用カメラ４１の撮影レンズの画角は相対的に大きく、狭視野用カメラ４２の撮影レンズの画角は相対的に小さい。従って、狭視野用カメラ４２は、使用者の正面に位置する中心視野Ａ４２内の相対的に狭視野の映像を撮影する。一方、広視野用カメラ４１は中心視野Ａ４２を含む周辺視野Ａ４１内の相対的に広視野の映像を撮影する。例えば、カメラ４１，４２に内蔵される撮像素子の画素数が同じである場合、狭視野用カメラ４２は相対的に高解像度の映像を撮影し、広視野用カメラ４１は相対的に低解像度の映像を撮影する。狭視野用カメラ４２が撮影した映像と狭視野用カメラ４２が撮影した映像とを合成して、超広視野の利用者視点映像を得る。
【０１４７】
一般に、人間の視力は、正面方向において高く、周辺方向では著しく低下することが知られている。本実施の形態Ｂ−５によれば、カメラ４１，４２として汎用の安価なカメラを用いながら、高い視力で観察される正面方向の映像を高解像度で撮影できるので、使用者が実際に視認している状態に近い解像度で超広視野映像を撮影できる。
【０１４８】
上記において、広視野用カメラ４１と狭視野用カメラ４２との配置を入れ替えてもよい。広視野用カメラ４１及び狭視野用カメラ４２のうち重い方を使用者の頭部１の重心位置に接近して配置すると、使用者の首振りに伴う撮影装置の回転モーメントが減少することにより、装着感が向上し、また疲労を軽減することができるので好ましい。
【０１４９】
平板ハーフミラー５１に代えてこれと同等の機能を有するプリズムなどの他の光束分岐手段を用いても良い。片方の眼球に対して設置されるカメラの数は、２つに限られず、３以上であっても良い。また、複数のカメラに内蔵される撮像素子の画素数は同一でも異なっていても良い。
【０１５０】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、実施の形態Ｂ−２の撮影装置の変形例であるが、実施の形態Ｂ−１，Ｂ−３，Ｂ−４のそれぞれの撮影装置に同様に本実施の形態を適用することができ、その場合も上記と同様の効果が得られる。
【０１５１】
（実施の形態Ｂ−６）
図１５（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−６に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１５（Ｂ）はその上面図である。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）において図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）では、実環境９０の図示を省略している。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１５２】
本実施の形態Ｂ−６に係る撮影装置では、カメラとして内側視野用カメラ４３と外側視野用カメラ４４とが設けられている。内側視野用カメラ４３の撮影レンズの中心は双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に配置されている。内側視野用カメラ４３とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に平板ハーフミラー５２が設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に対して平板ハーフミラー５２によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’に外側視野用カメラ４４の撮影レンズの中心が設置される。左右のカメラを用いたステレオ撮影装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ハーフミラー５２，２つの内側視野用カメラ４３，及び２つの外側視野用カメラ４４がそれぞれ左右対称に設置される。但し、図１５（Ｂ）では、図面を簡略化するために、２つの内側視野用カメラ４３，２つの外側視野用カメラ４４，２つの平板ハーフミラー５２、２つの外側焦点Ｐ２’、及び右眼球２Ｒに対応する光束の図示を省略している。
【０１５３】
実環境９０から使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に向かう光線のうちハーフミラー２０で反射された光線は、平板ハーフミラー５１に入射し、その一部は平板ハーフミラー５１を通過して内側視野用カメラ４３の撮影レンズに入射し、別の一部は平板ハーフミラー５１で反射されて外側視野用カメラ４４の撮影レンズに入射する。
【０１５４】
内側視野用カメラ４３は、水平方向において、使用者の各眼球２Ｌ，２Ｒに対して鼻側の視野Ａ３３内を撮影する。一方、外側視野用カメラ４４は、水平方向において、使用者の各眼球２Ｌ，２Ｒに対して耳側（鼻とは反対側）の視野Ａ４４内を撮影する。垂直方向においては、２つのカメラ４３，４４が撮影する視野範囲はほぼ同じである。内側視野用カメラ４３が撮影した映像と外側視野用カメラ４４が撮影した映像とを合成して、超広視野の利用者視点映像を得る。
【０１５５】
本実施の形態Ｂ−６では、複数のカメラが異なる視野の映像をそれぞれ撮影することにより、全体として超広視野映像を撮影する。これにより、画素数が比較的少ない汎用の安価なカメラを用いながら、高解像度の超広視野映像を撮影することができる。
【０１５６】
上記において、内側視野用カメラ４３と外側視野用カメラ４４との配置を入れ替えてもよい。内側視野用カメラ４３及び外側視野用カメラ４４のうち重い方を使用者の頭部１の重心位置に接近して配置すると、使用者の首振りに伴う撮影装置の回転モーメントが減少することにより、装着感が向上し、また疲労を軽減することができるので好ましい。
【０１５７】
平板ハーフミラー５２に代えてこれと同等の機能を有するプリズムなどの他の光束分岐手段を用いても良い。片方の眼球に対して設置されるカメラの数は、２つに限られず、３以上であっても良い。また、複数のカメラに内蔵される撮像素子の画素数や撮影レンズの画角は同一でも異なっていても良い。
【０１５８】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、実施の形態Ｂ−２の撮影装置の変形例であるが、実施の形態Ｂ−１，Ｂ−３，Ｂ−４のそれぞれの撮影装置に同様に本実施の形態を適用することができ、その場合も上記と同様の効果が得られる。
【０１５９】
（実施の形態Ｂ−７）
図１６（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−７に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１６（Ｂ）はその上面図である。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）において図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）では、実環境９０の図示を省略している。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１６０】
本実施の形態Ｂ−７に係る撮影装置では、カメラとして赤外線用カメラ４５と可視光線用カメラ４６とが設けられている。赤外線用カメラ４５の撮影レンズの中心は双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に配置されている。赤外線用カメラ４５とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に平板ハーフミラー５１が設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に対して平板ハーフミラー５１によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’に可視光線用カメラ４６の撮影レンズの中心が設置される。左右のカメラを用いたステレオ撮影装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ハーフミラー５１，２つの赤外線用カメラ４５，及び２つの可視光線用カメラ４６がそれぞれ左右対称に設置される。但し、図１６（Ｂ）では、図面を簡略化するために、２つの赤外線用カメラ４５，２つの可視光線用カメラ４６，２つの平板ハーフミラー５１、２つの外側焦点Ｐ２’、及び右眼球２Ｒに対応する光束の図示を省略している。
【０１６１】
実環境９０から使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に向かう光線のうちハーフミラー２０で反射された光線は、平板ハーフミラー５１に入射し、その一部は平板ハーフミラー５１を通過して赤外線用カメラ４５の撮影レンズに入射し、別の一部は平板ハーフミラー５１で反射されて可視光線用カメラ４６の撮影レンズに入射する。
【０１６２】
赤外線用カメラ４５及び可視光線用カメラ４６の撮影レンズの画角及び撮影視野は同じであるが、赤外線用カメラ４５は赤外線の波長帯域の光を撮影し、可視光線用カメラ４６は可視光線の波長帯域の光を撮影する。
【０１６３】
例えば、実環境内に赤外光を発する赤外線光源（例えばＬＥＤ）を所定位置に配置しておく。そして、可視光線用カメラ４６で実環境９０を撮影しながら、赤外線用カメラ４５で赤外線光源を撮影することにより、赤外線用カメラ４５を利用者の頭部の位置及び向きを検出するためのセンサとして利用したり、可視光線用カメラ４６で撮影されている被写体の位置を特定したりすることができる。
【０１６４】
あるいは、赤外線光源を点滅させることにより信号を発信し、この信号を赤外線用カメラ４５で受信することで、可視光線用カメラ４６で実環境９０を撮影しながら撮影装置に対して信号伝達を行うことができる。
【０１６５】
更に、明るい環境では可視光線用カメラ４６で撮影し、暗い環境では赤外線用カメラ４５で撮影することで、昼夜を問わず撮影できる撮影装置を実現できる。
【０１６６】
このように、本実施の形態Ｂ−７によれば、撮影波長帯域が互いに異なる複数のカメラを用いることにより、それぞれを異なる目的に用いて各種用途に応用することができる。
【０１６７】
上記において、赤外線用カメラ４５と可視光線用カメラ４６との配置を入れ替えてもよい。赤外線用カメラ４５及び可視光線用カメラ４６のうち重い方を使用者の頭部１の重心位置に接近して配置すると、使用者の首振りに伴う撮影装置の回転モーメントが減少することにより、装着感が向上し、また疲労を軽減することができるので好ましい。
【０１６８】
平板ハーフミラー５１に代えてこれと同等の機能を有するプリズムなどの他の光束分岐手段を用いても良い。片方の眼球に対して設置されるカメラの数は、２つに限られず、３以上であっても良い。また、複数のカメラに内蔵される撮像素子の画素数は同一でも異なっていても良い。
【０１６９】
上記の例では、赤外線と可視光線とをそれぞれ撮影する２つのカメラを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、可視光域において互いに異なる波長帯域の光を複数のカメラでそれぞれ撮影するなど、各カメラの撮影波長帯域は用途に応じて適宜変更することができる。
【０１７０】
また、撮影レンズの画角及び撮影視野は、複数のカメラ間において同一である必要はなく、異なっていても良い。
【０１７１】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、実施の形態Ｂ−２の撮影装置の変形例であるが、実施の形態Ｂ−１，Ｂ−３，Ｂ−４のそれぞれの撮影装置に同様に本実施の形態を適用することができ、その場合も上記と同様の効果が得られる。
【０１７２】
（実施の形態Ｂ−８）
図１７（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−８に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１７（Ｂ）はその上面図である。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）において図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１７３】
本実施の形態Ｂ−８に係る撮影装置では、実施の形態Ｂ−２に係る撮影装置（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ））に更に三次元センサ６０が付加されている。三次元センサ６０は使用者の頭部１の動き（例えば位置、向き、加速度等）を検出する。これにより、例えば三次元センサ６０が検出した頭部１の動き情報をもとにカメラ４０が撮影した被写体の三次元空間内での位置を特定することができる。あるいは、三次元センサ６０で頭部１の振れを検出し、これを元にカメラ４０が撮影した映像の振れを補正することができる。
【０１７４】
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）では、実施の形態Ｂ−２の撮影装置に三次元センサ６０を設置する場合を示したが、実施の形態Ｂ−１，Ｂ−３〜Ｂ−８のそれぞれの撮影装置に同様に三次元センサ６０を設置することができる。
【０１７５】
（実施の形態Ｂ−９）
図１８は、本発明の実施の形態Ｂ−９に係る協調作業撮影システムの概略構成図である。図１８において図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１７６】
本実施の形態Ｂ−９に係る協調作業撮影システムは、実施の形態Ｂ−８に係る複数の頭部搭載型撮影装置を備える。即ち、同一環境内にいる複数の使用者の頭部１ａ，１ｂに実施の形態Ｂ−８に示した撮影装置がそれぞれ搭載される。各使用者の頭部１ａ，１ｂに搭載された撮影装置からは、カメラ４０が撮影した映像と、三次元センサ６０で検出された頭部の動きに関する情報とが出力される。これにより、実施の形態Ｂ−８で説明したように、使用者ごとに、カメラ４０が撮影した被写体の三次元空間内での位置を特定することができる。従って、例えば第１使用者が実物体９１上の特定箇所を見ていることが分かる。第１使用者が見ている位置を、例えば天井に設置したプロジェクタを用いて照明すれば、第２使用者は第１使用者が見ている実物体９１上の特定箇所を認識することができる。このように、複数の使用者間で互いに他人の注視箇所を可視化することにより複数の使用者による協調作業を行うことができる。この場合、実施の形態Ｂ−１で説明したように、カメラ４０で使用者の眼球の瞳孔位置を撮影することで、使用者が見ている位置の判別精度を向上させても良い。
【０１７７】
（実施の形態Ｃ）
実施の形態Ｃでは、本発明の頭部搭載型映像提示装置と本発明の頭部搭載型撮影装置とを備えた協調作業システムについて説明する。
【０１７８】
図１９は、本発明の実施の形態Ｃに係る協調作業システムの概略構成図である。図１９において図２（Ａ）及び図２（Ｂ）、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１７９】
第１環境１０１内にいる第１使用者の頭部１ａには実施の形態Ｂ−２に示した撮影装置が搭載され、第２環境１０２内にいる第２使用者の頭部１ｂには実施の形態Ａ−２に示した映像提示装置が搭載されている。第１環境１０１内の撮影装置で撮影された映像情報を第２環境１０２内の映像提示装置に送信して提示することにより、第２環境１０２内の第２使用者は、第１環境１０１内の第１使用者の視点映像を見ることができる。従って、例えば第１環境１０１内にいる作業実施者（第１使用者）の立体視点映像を第１環境１０１から遠く離れた第２環境１０２内にいる作業支援者（第２使用者）に提示して、作業実施者は作業支援者から必要な作業指示を受けるという協調作業システムとして応用することができる。
【０１８０】
図１９では、撮影装置として実施の形態Ｂ−２に示した撮影装置を用い、映像提示装置として実施の形態Ａ−２に示した映像提示装置を用いた協調作業システムの例を示したが、実施の形態Ｂ−１〜Ｂ−９のいずれかの撮影装置と実施の形態Ａ−１〜Ａ−９のいずれかの映像提示装置とを適宜組み合わせて協調作業システムを構成することができる。
【０１８１】
例えば、撮影装置として実施の形態Ｂ−８（図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ））に示した三次元センサ６０を備える撮影装置を用いることができる。三次元センサ６０が検出した頭部１ａの振れに関する信号でカメラ４０が撮影した映像を補正することで、頭部１ａの振れによる映像の振れがない安定した映像を第２環境１０２内の第２使用者に提示することができる。これにより、第２使用者の「映像酔い」を防止できる。
【０１８２】
あるいは、映像提示装置として実施の形態Ａ−８（図８（Ａ）及び図８（Ｂ））に示した三次元センサ６０を備える映像提示装置を用いることができる。これにより、例えば、第１環境１０１内の第１使用者の超広視野視点映像のうち、第２環境１０２内の第２使用者の正面に提示する映像を、三次元センサ６０が検出した頭部１ｂの向きに応じて変化させることができる。従って、第２使用者は自身の頭部１ｂを動かすことで、第１使用者の視線方向とは異なる、所望する方向の映像を見ることができる。
【０１８３】
（実施の形態Ｄ）
実施の形態Ｄでは、映像の提示と撮影とを行うことが出来る本発明の頭部搭載型映像装置について説明する。
【０１８４】
図２０（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｄに係る頭部搭載型映像装置の側面図、図２０（Ｂ）はその上面図である。図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）において図２（Ａ）及び図２（Ｂ）、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）と同じ機能を有する部材には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態に特有の構成及び効果を説明する。
【０１８５】
本実施の形態Ｄに係る映像装置では、プロジェクタ３０とカメラ４０とが設けられている。カメラ４０の撮影レンズの中心は双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に配置されている。カメラ４０とハーフミラー２０とを結ぶ光路上に平板ハーフミラー５１が設置されている。双曲面１１の幾何学的な外側焦点Ｐ２に対して平板ハーフミラー５１によって設定される光学的に等価な外側焦点Ｐ２’にプロジェクタ３０の投射レンズの中心が設置される。両眼で観察する立体映像を提示し、且つ２つのカメラを用いたステレオ撮影を行う映像装置の場合には、左右の眼球２Ｌ，２Ｒに対応して２つの平板ハーフミラー５１，２つのプロジェクタ３０，及び２つのカメラ４０がそれぞれ左右対称に設置される。但し、図２０（Ｂ）では、図面を簡略化するために、２つのプロジェクタ３０，２つのカメラ４０，２つの平板ハーフミラー５１、２つの外側焦点Ｐ２’、及び右眼球２Ｒに対応する光束の図示を省略している。
【０１８６】
プロジェクタ３０から投射された光束は、平板ハーフミラー５１で反射され、ハーフミラー２０で反射されて、使用者の周囲の実環境上に投射される。使用者は、ハーフミラー２０を介して実環境とこの上に投射された光束により形成された映像とを観察する。
【０１８７】
一方、実環境から使用者の眼球２Ｌ（又は２Ｒ）に向かう光線のうちハーフミラー２０で反射された光線は、平板ハーフミラー５１に入射し、その一部は平板ハーフミラー５１を通過してカメラ４０の撮影レンズに入射する。これにより、カメラ４０は超広視野の利用者視点映像を撮影することができる。
【０１８８】
平板ハーフミラー５１に代えてこれと同等の機能を有するプリズムなどの他の光束合成／分岐手段を用いても良い。片方の眼球に対して設置されるプロジェクタ及びカメラの数は、２つに限られず、３以上であっても良い。
【０１８９】
図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）の映像装置では、実施の形態Ａ−２と実質的に同一に配置されたプロジェクタ３０と、実施の形態Ｂ−２と実質的に同一に配置されたカメラ４０とを備えている。従って、映像提示装置として実施の形態Ａ−２と同様の効果を奏し、撮影装置として実施の形態Ｂ−２と同様の効果を奏する。
【０１９０】
本実施の形態Ｄの映像装置の用途は特に限定されない。例えば、カメラ４０で使用者の眼球を撮影することで実環境内において使用者が注視している被写体を特定し、この被写体に関する情報をプロジェクタ３０を介して使用者に提示することができる。
【０１９１】
あるいは、本実施の形態Ｄの映像装置を複数人の頭部にそれぞれ搭載して複数人による作業を支援する協調作業システムとして利用することができる。例えば、図１８に示したような同一環境内にいる複数の使用者の頭部１ａ，１ｂに本実施の形態Ｄの映像装置をそれぞれ搭載する。カメラ４０で第１使用者の視点映像を撮影し、これを別の第２使用者にプロジェクタ３０を通じて提示する。これにより、図１８の構成では必要であった天井に設置したプロジェクタ等を用いることなく、第２使用者は第１使用者が見ている被写体を認識することができる。このように、複数の使用者間で互いに他人の注視箇所を可視化することにより複数の使用者による協調作業を行うことができる。
【０１９２】
本発明の映像装置は、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示した構成に限定されず、その用途等に応じて、実施の形態Ａ，Ｂに示した各種構成を適宜組み合わせることができ、その場合には、それぞれの構成による効果を得ることができる。
【０１９３】
例えば、実施の形態Ａ−３で説明したように実環境内に再帰反射スクリーンを設置しても良い。これにより、例えば再帰反射スクリーン上に使用者が注視している被写体に関する情報を提示することができる。あるいは、複数人による協調作業において、再帰反射スクリーン上に提示された仮想環境を通じて他人が注視している箇所を使用者に認識させることができる。
【０１９４】
ここで、上記の再帰反射スクリーンを、実環境内に設置するのではなく、実施の形態Ａ−４で説明したように、使用者の頭部に搭載しても良い。これにより、実環境に再帰反射スクリーンを設置することなく、頭部に搭載された再帰反射スクリーン上に被写体に関する情報や他人の注視箇所を提示することができる。この構成では、自分と再帰反射スクリーンとの間に他の使用者や物体が存在することにより映像が遮蔽されることがない。
【０１９５】
また、実施の形態Ｂ−１で説明したように、カメラ４０が、使用者の視点映像を撮影しながら、同時に使用者の眼球の瞳孔位置を撮影しても良い。瞳孔位置から眼球の視線方向を検出することにより、撮影した利用者視点映像の中で視線方向にある被写体像、即ち使用者が見ている被写体を特定することができる。これにより、注視箇所の特定精度が向上する。
【０１９６】
また、実施の形態Ａ−２、Ｂ−２で説明したように、映像装置が両目に対応して、ハーフミラー２０、プロジェクタ３０、及びカメラ４０を２つずつ備えていても良い。これにより、例えば他人の注視箇所を立体的に提示することができる。また、利用者視点のステレオ映像を撮影することができる。
【０１９７】
また、実施の形態Ｂ−３で説明したように、カメラ４０の撮影レンズの入射側開口に第１偏光フィルタを設け、ハーフミラー２０の内側焦点Ｐ１側の面に第２偏光フィルタを設けても良い。ここで、第１偏光フィルタ及び第２偏光フィルタはいずれも直線偏光フィルタであっても良く、この場合、それぞれの透過軸の方向が互いに直交するように第１及び第２偏光フィルタが設置される。あるいは、第１偏光フィルタ及び第２偏光フィルタがいずれも円偏光フィルタであっても良く、この場合、それぞれの旋回の向きが互いに逆となるように第１及び第２偏光フィルタが設置される。これにより、カメラ４０が、実環境に加えてハーフミラー２０を介した使用者の顔や頭部を撮影するのを防止でき、実環境の鮮明な映像を撮影できる。
【０１９８】
また、実施の形態Ａ−８、Ｂ−８で説明したように、映像装置が更に使用者の頭部１の動きを検出する三次元センサを備えていても良い。例えば、三次元センサが検出した頭部１の動きに応じてプロジェクタ３０が提示する映像を制御することで、使用者に自分の頭部の位置や向きなどに応じた映像を観察させることができる。あるいは、三次元センサが検出した頭部１の動き情報をもとにカメラ４０が撮影した被写体の三次元空間内での位置を特定することができる。若しくは、三次元センサで頭部１の振れを検出し、これを元にカメラ４０が撮影した映像の振れを補正することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本発明の頭部搭載型映像提示装置及び頭部搭載型映像装置は、例えば人工現実感、拡張現実感、ウエアラブルコンピュータなど、広視野映像の恩恵を享受するあらゆる用途に利用することができる。
【０２００】
本発明の頭部搭載型撮影装置及び頭部搭載型映像装置は、例えば人間の行動理解、視線入力インターフェース、協調作業支援システムなどの用途に広範囲に利用することができる。
【０２０１】
本発明の協調作業映像提示システム、協調作業撮影システム、及び協調作業システムは、例えば複数人が協調して各種作業を行う際の支援システムとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−１に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図１（Ｂ）はその上面図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−２に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図２（Ｂ）はその上面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−３に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図３（Ｂ）はその上面図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−４に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図４（Ｂ）はその上面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態Ａ−５に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図である。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−６に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図６（Ｂ）はその上面図である。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−７に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図７（Ｂ）はその上面図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明の実施の形態Ａ−８に係る頭部搭載型映像提示装置の側面図、図８（Ｂ）はその上面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態Ａ−９に係る協調作業映像提示システムの概略構成図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−１に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１０（Ｂ）はその上面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−２に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１１（Ｂ）はその上面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−３に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１２（Ｂ）はその上面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態Ｂ−４に係る頭部搭載型撮影装置の側面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−５に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１４（Ｂ）はその上面図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−６に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１５（Ｂ）はその上面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−７に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１６（Ｂ）はその上面図である。
【図１７】図１７（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｂ−８に係る頭部搭載型撮影装置の側面図、図１７（Ｂ）はその上面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態Ｂ−９に係る協調作業撮影システムの概略構成図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態Ｃに係る協調作業システムの概略構成図である。
【図２０】図２０（Ａ）は、本発明の実施の形態Ｄに係る頭部搭載型映像装置の側面図、図２０（Ｂ）はその上面図である。
【符号の説明】
【０２０３】
１，１ａ，１ｂ  使用者の頭部
２Ｌ  使用者の左眼球
２Ｒ  使用者の右眼球
１１，１２  二葉双曲面
１３  二葉双曲面の対称面
２０  ハーフミラー
３０  プロジェクタ
３１  広視野用プロジェクタ
３２  狭視野用プロジェクタ
３３  内側視野用プロジェクタ
３４  外側視野用プロジェクタ
４０  カメラ
４１  広視野用カメラ
４２  狭視野用カメラ
４３  内側視野用カメラ
４４  外側視野用カメラ
４５  赤外線用カメラ
４６  可視光線用カメラ
５０  平板ミラー
５１，５２  平板ハーフミラー
６０  三次元センサ
７１  第１偏光フィルタ
７２  第２偏光フィルタ
８０，８１  再帰反射スクリーン
９０  実環境
９１  実物体
１０１  第１環境
１０２  第２環境
Ｐ１  内側焦点
Ｐ２，Ｐ２’  外側焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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