(57)【要約】【課題】明るい画像が得られ、観察者の瞳で観察できる位置の自由度が大きく、瞳を振っても画像の歪みが発生せず、楽な観察姿勢で立体観察することが可能であり、メガネなしタイプの立体観察装置を提供する。【解決手段】射出瞳１５８，１５９を通して同一平面上に互いに視差を有する２つの画像を略一致させて結像する画像投影手段１４７，１４８と、入射光束を拡散して透過する作用を有し、画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置されるホログラム型回折光学素子１５５と、ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光する作用を有するフレネル凹面鏡１６０で構成される。【選択図】        図２７
2004226958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出瞳を通して同一平面上に互いに視差を有する２つの画像を略一致させて結像する画像投影手段と、
入射光束を拡散して透過する作用を有し、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置されるホログラム型回折光学素子と、
前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光する作用を有するフレネル凹面鏡で構成される立体観察装置。
【請求項２】
前記ホログラム型回折光学素子は入射光束を0次光と±１次光の３つの光束に分離し、そのうち±１次光のみを拡散する作用を有することを特徴とする請求項１に記載の立体観察装置。
【請求項３】
前記ホログラム型回折光学素子によって分割透過された±１次光の光線屈曲に伴う可視域波長分散（ホログラム型回折光学素子を透過する波長４５０nmの光線の屈曲量と、波長６５０nmの光線の屈曲量の差）は、±１次光の光線拡散角の１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載の立体観察装置。
【請求項４】
観察者が直接画像表示面を目視して立体観察する立体観察装置であって、
前記立体観察装置は画像投影手段とホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡を備え、
前記画像投影手段が有する画像表示手段に表示された互いに視差を有する２つの画像は、前記画像投影手段の２つの射出瞳を通して同一平面上に略一致させて投影結像され、
前記画像投影手段の２つ射出瞳の像は、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置される前記ホログラム型回折光学素子とその後方に配置されるフレネル凹面鏡を組合わせて構成した画像表示パネルによって観察者の左右の目の位置近傍にそれぞれ拡大して投影結像され、
観察者は前記拡大して投影結像された２つの射出瞳の像を覗き込むことにより、前記画像表示パネルに投影結像された画像を立体的に観察するように構成された立体表示装置。
【請求項５】
前記画像表示パネルは前記射出瞳の像を0次光による像と±１次光による像の３つの射出瞳像に分離し、そのうち±１次光による像のみを拡大する作用を有し、
観察者の左右の目に対して略縦方向に前記３つの像を投影結像するように配置されることを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
【請求項６】
前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡は、前記画像投影手段の射出瞳を、立体観察装置を観察する観察者の近傍に、かつ、画像を観察する観察者に対して略縦方向に長い形状に投影することを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
【請求項７】
前記画像投影手段から白色光を照射したときに、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡により前記画像投影手段の射出瞳が投影されてできる縦長形状瞳内部の色度（ＸＹＺ表色系）を測定し、縦長形状瞳の中心部の色度を（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）とした場合、
（ｘ，ｙ）＝（Ｘ±０．０５，Ｙ±０．０５）
の範囲で測定される領域が前記縦長形状瞳中心部を含み直径φ５０mm以上あることを特徴とする請求項６に記載の立体観察装置。
【請求項８】
前記ホログラム型回折光学素子のレンズ作用としてのパワーは、前記フレネル凹面鏡のレンズ作用としてのパワーの１／１０以下であることを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
【請求項９】
前記画像投影手段の明るさは２００ＡＮＳＩルーメン以下であることを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
【請求項１０】
前記画像投影手段は２つの画像表示手段と、前記２つの画像表示手段に表示された画像を投影する２つの画像投影光学系を有し、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面の法線と、前記２つの画像投影光学系の光軸はそれぞれ略平行であり、かつ、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面と前記２つの画像表示手段の画像表示面はそれぞれ略平行であることを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
【請求項１１】
前記画像投影手段が片方の射出瞳のみから片眼分の画像を投影した場合、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値と、画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値は以下の条件を満たすことを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
Ｈ２／Ｈ１＜０．０５
ただし、Ｈ１は観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値、Ｈ２は観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値である。
【請求項１２】
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料に対して可干渉な複数の光源のうち、１つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面上近傍にその他の光源の発光面中心を配置して、それぞれの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム型回折光学素子と画像投影手段は、前記１つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面が、観察者の両眼のそれぞれ中心を結ぶ直線と、画像投影手段が有する２つの射出瞳のそれぞれ中心を結ぶ直線に対して略直交するように、立体観察装置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
【請求項１３】
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の記録面中心位置から、前記可干渉な複数の光源の各発光面中心までの距離は略一定であることを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
【請求項１４】
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の露光面のどの位置から見ても、前記２つの光源の各発光面中心を見込む角度は２０°以下であることを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
ここで、２つの光源の各発光面中心を見込む角度とは、ホログラム記録材料上の任意の1点とそれぞれの光源の発行面中心を結ぶ線分のなす角度である。
【請求項１５】
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、前記２つの光源の片方を第１光源、もう片方を第２光源とすると、前記第１光源の発光面中心と、前記第２光源の発光面中心は、以下の条件を満たす位置関係を有することを特徴とする請求項４に記載の立体観察装置。
０．９＜Ｌ１／Ｌ２＜１．１１
ただし、Ｌ１は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第１光源発光面中心までの距離、Ｌ２は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第２光源発光面中心までの距離である。
【請求項１６】
前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、
前記２つの光源の片方を第１光源、もう片方を第２光源とし、前記第２光源の縦長形状発光面の長手方向は、前記第１光源発光面中心と第２光源発光面中心とを結ぶ直線の方向と略一致し、前記第２光源は発光面形状が縦長形状であり、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の立体観察装置。
Ｌ／Ｓ＞１．３
ただし、Ｌは縦長形状光源発光面の長手方向の長さ、Ｓは縦長形状光源発光面の短手方向の長さである。
【請求項１７】
ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第１光源から単色光線をあてて発生する前記第２光源の１次像と、−１次像の少なくとも一方の像は、像の長手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を１００％とすると、像の長手方向周辺部の回折光強度が４０％以上あることを特徴とする請求項１６に記載の立体観察装置。
【請求項１８】
ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第１光源から単色光線をあてて発生する前記第２光源の１次像と、−１次像の少なくとも一方の像は、像の短手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を１００％とすると、像の短手方向周辺部の回折光強度が６０％以上あることを特徴とする請求項１６に記載の立体観察装置。
【請求項１９】
ホログラム型回折光学素子はさらに以下の特徴を有する請求項４に記載の立体観察装置。
・袋状のビニールバックと一体に構成され、
・さらに袋状のビニールバックとともに滅菌処理され、
・フレネル凹面鏡を覆うことができ、
・ディスポーザブルである。
【請求項２０】
前記画像投影手段の射出瞳が前記１次光により投影されてできた瞳の中心（瞳の形状の中心）と、同じく画像投影手段の射出瞳が前記−１次光により投影されてできた瞳の中心（瞳の形状の中心）は、いずれも画像投影手段の射出瞳が前記０次光により投影されてできた瞳の中心（瞳の形状の中心）に対して、瞳の結像投影位置で少なくとも５０mm以上離れていることを特徴とする請求項５に記載の立体観察装置。
【請求項２１】
前記画像投影手段の射出瞳が前記１次光により投影されてできた瞳と、画像投影手段の射出瞳が−１次光により投影されてできた瞳のうち、前記画像投影手段から遠い方の瞳からのみ観察者が画像を観察することを特徴とする請求項２０に記載の立体観察装置。
【請求項２２】
前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度の半値全幅で拡散角が８°以下であることを特徴とする請求項１乃至２１に記載の立体観察装置。
【請求項２３】
前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度が1/10になる全幅で拡散角が１２°以下であることを特徴とする請求項１乃至２１に記載の立体観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人がメガネを使用しないで３Ｄ観察するタイプの立体観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の立体観察装置としては、例えば特許文献１に記載の観察装置が提案されている。
【０００３】
この観察装置は、図６７に示すように、２つの表示装置５１Ｒ，５１Ｌと、２つの凹面鏡５２Ｒ，５２Ｌと、凹面鏡５２Ｒ，５２Ｌに対向して設けられた１枚の凹面鏡５３とで構成されている。凹面鏡５２Ｒ，５２Ｌは、共に、曲率半径及び曲率中心点を一致させて構成されている。なお、図中、５４Ｒ，５４Ｌは観察者の左右の瞳である。
【０００４】
図６８は図６７の装置を側方から見た図である。なお、図６８では説明の便宜上、上下を逆にして示してある。また、表示装置は図示を省略してある。また、図中、５４Ｒ'（５４Ｌ'），５４Ｒ"（５４Ｌ"）は、観察者の瞳と共役な位置を示している。
【０００５】
図６７に示した表示装置５１Ｒ（５１Ｌ）は、図６８に示す無限遠の位置ＰR（∞）（ＰL（∞））から焦点位置ＰR（ｆ）（ＰL（ｆ））までの範囲に配置されている。
【０００６】
表示装置５１Ｒ（５１Ｌ）を無限遠の位置ＰR（∞）（ＰL（∞））に配置した場合は、表示装置５１Ｒ（５１Ｌ）から出射した光が、凹面鏡５２Ｒ（５２Ｌ）で反射した後、凹面鏡５３の前側焦点位置Ａで結像し、凹面鏡５３で反射し、平行光となって観察者の瞳５４Ｒ（５４Ｌ）に導かれる。
【０００７】
表示装置５１Ｒ（５１Ｌ）を凹面鏡５２Ｒ（５２Ｌ）の前側焦点位置ＰR（ｆ）（ＰL（ｆ））に配置した場合は、表示装置５１Ｒ（５１Ｌ）から出射した光が、凹面鏡５２Ｒ（５２Ｌ）で反射した後、平行光となり、凹面鏡５３で反射した後、凹面鏡５３の後側焦点位置Ｂで結像し、その後、像が広がって観察者の瞳５４Ｒ（５４Ｌ）に導かれる。
【０００８】
そして、このような従来の観察装置によれば、ハーフミラーを用いないで構成されているので、明るい３Ｄ画像を得ることができる。
【特許文献１】特開昭５１−２４１１６号公報（第３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような立体観察装置では、像に歪みの発生する凹面鏡を２枚対面させているため、対面する２枚の凹面鏡の配置が、歪みを補い合うような配置に限定されるが、このような構成では、凹面鏡の取り付け誤差に対して像の歪みや焦点位置の変動が大きくなってしまう。このような問題を抑えるためには、凹面鏡の面精度を高精度に保つことが必要となるが、それでは凹面鏡の製作及び取り付けコストが高価なものになってしまう。
【００１０】
また、観察者が対面する面が凹面鏡であるため、観察位置のずれに対しても像の歪みが大きく観察の自由度が少なく、観察位置及び観察姿勢が限定させられてしまい、観察時の取扱いが不便であった。
【００１１】
また、観察の自由度を上げるためには、射出瞳を大きくする必要があるが、上記のような構成の観察装置において射出瞳を大きくするには、凹面鏡を大きくしなければならず、表示装置全体が大型化してしまう。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、明るい画像が得られ、観察者の瞳で観察できる位置の自由度が大きく、瞳を振っても画像の歪みが発生せず、楽な観察姿勢で立体観察することが可能なメガネなしタイプの立体観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の立体観察装置は以下の特徴を有する。
（１）  射出瞳を通して同一平面上に互いに視差を有する２つの画像を略一致させて結像する画像投影手段と、
入射光束を拡散して透過する作用を有し、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置されるホログラム型回折光学素子と、
前記ホログラム型回折光学素子を透過した拡散光束を反射して集光する作用を有するフレネル凹面鏡で構成される。
（２）  （１）において、前記ホログラム型回折光学素子は入射光束を0次光と±１次光の３つの光束に分離し、そのうち±１次光のみを拡散する作用を有する。
（３）  （２）において、前記ホログラム型回折光学素子によって分割透過された±１次光の光線屈曲に伴う可視域波長分散（ホログラム型回折光学素子を透過する波長４５０nmの光線の屈曲量と、波長６５０nmの光線の屈曲量の差）は、±１次光の光線拡散角の１／２以下である。
（４）  観察者が直接画像表示面を目視して立体観察する立体観察装置であって、
前記立体観察装置は画像投影手段とホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡を備え、
前記画像投影手段が有する画像表示手段に表示された互いに視差を有する２つの画像は、前記画像投影手段の２つの射出瞳を通して同一平面上に略一致させて投影結像され、
前記画像投影手段の２つ射出瞳の像は、前記画像投影手段の結像位置またはその近傍に配置される前記ホログラム型回折光学素子とその後方に配置されるフレネル凹面鏡を組合わせて構成した画像表示パネルによって観察者の左右の目の位置近傍にそれぞれ拡大して投影結像され、
観察者は前記拡大して投影結像された２つの射出瞳の像を覗き込むことにより、前記画像表示パネルに投影結像された画像を立体的に観察するように構成される。
（５）  （４）において、前記画像表示パネルは前記射出瞳の像を0次光による像と±１次光による像の３つの射出瞳像に分離し、そのうち±１次光による像のみを拡大する作用を有し、
観察者の左右の目に対して略縦方向に前記３つの像を投影結像するように配置される。
（６）  （４）において、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡は、前記画像投影手段の射出瞳を、立体観察装置を観察する観察者の近傍に、かつ、画像を観察する観察者に対して略縦方向に長い形状に投影する。
（７）  （６）において、前記画像投影手段から白色光を照射したときに、前記ホログラム型回折光学素子と前記フレネル凹面鏡により前記画像投影手段の射出瞳が投影されてできる縦長形状瞳内部の色度（ＸＹＺ表色系）を測定し、縦長形状瞳の中心部の色度を（ｘ，ｙ）＝（Ｘ，Ｙ）とした場合、
（ｘ，ｙ）＝（Ｘ±０．０５，Ｙ±０．０５）
の範囲で測定される領域が前記縦長形状瞳中心部を含み直径φ５０mm以上ある。
（８）  （４）において、前記ホログラム型回折光学素子のレンズ作用としてのパワーは、前記フレネル凹面鏡のレンズ作用としてのパワーの１／１０以下である。
（９）  （４）において、前記画像投影手段の明るさは２００ＡＮＳＩルーメン以下である。
（１０）  （４）において、前記画像投影手段は２つの画像表示手段と、前記２つの画像表示手段に表示された画像を投影する２つの画像投影光学系を有し、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面の法線と、前記２つの画像投影光学系の光軸はそれぞれ略平行であり、かつ、前記ホログラム型回折光学素子の画像投影面と前記２つの画像表示手段の画像表示面はそれぞれ略平行である。
（１１）  （４）において、前記画像投影手段が片方の射出瞳のみから片眼分の画像を投影した場合、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値と、画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値は以下の条件を満たす。
【００１４】
Ｈ２／Ｈ１＜０．０５
ただし、Ｈ１は観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値、Ｈ２は観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値である。
（１２）  （４）において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料に対して可干渉な複数の光源のうち、１つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面上近傍にその他の光源の発光面中心を配置して、それぞれの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム型回折光学素子と画像投影手段は、前記１つの光源の発光面中心と前記ホログラム記録材料の露光面法線を含む平面が、観察者の両眼のそれぞれ中心を結ぶ直線と、画像投影手段が有する２つの射出瞳のそれぞれ中心を結ぶ直線に対して略直交するように、立体観察装置にそれぞれ配置される。
（１３）  （４）において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の記録面中心位置から、前記可干渉な複数の光源の各発光面中心までの距離は略一定である。
（１４）  （４）において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の露光面のどの位置から見ても、前記２つの光源の各発光面中心を見込む角度は２０°以下である。
（１４）  （４）において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、
前記ホログラム記録材料の露光面のどの位置から見ても、前記２つの光源の各発光面中心を見込む角度は２０°以下である。
【００１５】
ここで、２つの光源の各発光面中心を見込む角度とは、ホログラム記録材料上の任意の1点とそれぞれの光源の発行面中心を結ぶ線分のなす角度である。
（１５）  （４）において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、前記２つの光源の片方を第１光源、もう片方を第２光源とすると、前記第１光源の発光面中心と、前記第２光源の発光面中心は、以下の条件を満たす位置関係を有する。
【００１６】
０．９＜Ｌ１／Ｌ２＜１．１１
ただし、Ｌ１は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第１光源発光面中心までの距離、Ｌ２は前記ホログラム記録材料の露光面中心から前記第２光源発光面中心までの距離である。
（１６）  （５）において、前記ホログラム型回折光学素子は、ホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作される物であり、
前記２つの光源の片方を第１光源、もう片方を第２光源とし、前記第２光源の縦長形状発光面の長手方向は、前記第１光源発光面中心と第２光源発光面中心とを結ぶ直線の方向と略一致し、前記第２光源は発光面形状が縦長形状であり、以下の条件を満たす。
【００１７】
Ｌ／Ｓ＞１．３
ただし、Ｌは縦長形状光源発光面の長手方向の長さ、Ｓは縦長形状光源発光面の短手方向の長さである。
（１７）  （１６）において、ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第１光源から単色光線をあてて発生する前記第２光源の１次像と、−１次像の少なくとも一方の像は、像の長手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を１００％とすると、像の長手方向周辺部の回折光強度が４０％以上ある。
（１８）  （１６）において、ホログラム型回折光学素子単体に対して、前記第１光源から単色光線をあてて発生する前記第２光源の１次像と、−１次像の少なくとも一方の像は、像の短手方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定し、像中心部の回折光強度を１００％とすると、像の短手方向周辺部の回折光強度が６０％以上ある。
（１９）  （４）において、ホログラム型回折光学素子はさらに以下の特徴を有する。
・袋状のビニールバックと一体に構成され、
・さらに袋状のビニールバックとともに滅菌処理され、
・フレネル凹面鏡を覆うことができ、
・ディスポーザブルである。
（２０）  （５）において、前記画像投影手段の射出瞳が前記１次光により投影されてできた瞳の中心（瞳の形状の中心）と、同じく画像投影手段の射出瞳が前記−１次光により投影されてできた瞳の中心（瞳の形状の中心）は、いずれも画像投影手段の射出瞳が前記０次光により投影されてできた瞳の中心（瞳の形状の中心）に対して、瞳の結像投影位置で少なくとも５０mm以上離れている。
（２１）  （２０）において、前記画像投影手段の射出瞳が前記１次光により投影されてできた瞳と、画像投影手段の射出瞳が−１次光により投影されてできた瞳のうち、前記画像投影手段から遠い方の瞳からのみ観察者が画像を観察する。
（２２）  （１）〜（２１）において、前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度の半値全幅で拡散角が８°以下である。
（２３）  （１）〜（２１）において、前記ホログラム型回折光学素子は、透過光強度が1/10になる全幅で拡散角が１２°以下である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、明るい画像が得られ、観察者の瞳で観察できる位置の自由度が大きく、瞳を振っても画像の歪みが発生せず、楽な観察姿勢で立体観察することが可能なメガネなしタイプの立体観察装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施例の説明に先立ち、本発明の基本概念及び作用効果について説明する。
（請求項１、４）本請求項の構成によれば、画像投影手段が有する２つの射出瞳はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡の作用により観察者の近傍に投影される。
【００２０】
観察者はこの投影された２つの射出瞳から画像投影手段が投影する互いに視差を有する２つの画像のうち、右眼用の画像を右眼で、左眼用の画像を左眼で観察することができ、観察者はシャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく立体画像を観察することが出来る。
（請求項２、５）入射する光束を主に１次光、０次光、−１次光の３つの光束に分割し、特に１次光と−１次光を散乱光線として透過させるホログラム型回折光学素子について図５を用いて説明する。
【００２１】
図５中のホログラム型回折光学素子１９は、自身に入射した光線を０次光２０、１次光２１、−１次光２２として上下方向に分割透過させ、加えて１次光２１と−１次光２２は拡散光として透過させる。さらに光線分割方向が画像を観察する観察者に対して略縦方向となるように立体観察装置に配置される。
【００２２】
よって、図６に示すように画像投影手段２３'が有する射出瞳２４'に対して、ホログラム型回折光学素子２５'と、フレネル凹面鏡２６は、観察者２７'の近傍にホログラム型回折光学素子の１次光２８'を中心にした１次拡散光束２９'により拡大投影された１次光拡大瞳２８'と、光線３１'を中心にした−１次拡散光束３２'により拡大投影された−１次光拡大瞳３３'と、０次光３４'により投影された０次光瞳３５'の３つの瞳として分割投影する。
【００２３】
このため、図７に示すように画像投影手段３６が有する２つの射出瞳３７，３７'は計６つの瞳３８として観察者３９の近傍に縦に並んで投影されることとなる。
【００２４】
図７中の３６は画像投影手段、３７は画像投影手段のうち観察者が右眼で観察する画像を投影する光束が射出する右眼対応射出瞳、３７'は画像投影手段のうち観察者が左眼で観察する画像を投影する光束が射出する左眼対応射出瞳、４０はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡が一体となったパネル、４１は画像投影手段３６とパネル４０を保持する保持手段である。
【００２５】
又、４２は右眼対応射出瞳３７がパネル４０のホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された右眼用１次光拡大瞳、４２'は左眼対応射出瞳３７'が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された左眼用１次光拡大瞳、４３は右眼対応射出瞳３７が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された右眼用−１次光拡大瞳、４３'は左眼対応射出瞳３７'が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された左眼用−１次光拡大瞳、４４は右眼対応射出瞳３７同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された右眼用０次光瞳、４４'は左眼対応射出瞳３７'が同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡によって投影された左眼用０次光瞳をそれぞれ示している。
【００２６】
以上の構成によると、観察者は右眼用、左眼用の１次光拡大瞳４２、４２'と、右眼用、左眼用の−１次光拡大瞳４３、４３'の両方から画像を観察することができ、観察者が画像を観察する時の姿勢の自由度を高めることができる。よって観察時の疲労を軽減することができる。
（請求項３）ホログラム型回折光学素子の１次光と、−１次光の光線屈曲に伴う可視域波長分散は図２に示すホログラム型回折光学素子６を透過する波長４５０nmの光線の屈曲量と波長６５０nmの光線の屈曲量の差７を言い、その値は前記±１次光の、特に波長分散発生方向の拡散角の１／２以下である。
【００２７】
本請求項の構成によると、図３に示すように画像投影手段８が有する射出瞳９は、ホログラム型回折光学素子１０'と、フレネル凹面鏡１１の作用により、観察者１２の近傍に波長によるズレが少なく投影され、図４に示すように上記の投影された射出瞳を観察者側から見ると、波長４５０nmの投影射出瞳１３、波長５５０nmの投影射出瞳１４、波長６５０nmの投影射出瞳１５のうち、波長４５０nmの投影射出瞳１３と波長６５０nmの投影射出瞳１５のズレ量Ｑは、投影射出瞳の波長によるズレが発生する方向で測定した投影射出瞳の長さＰの１／２以下とすることができる。
【００２８】
よって、前記投影射出瞳の波長によるズレが発生する方向で測定した投影射出瞳の長さＰの１／２以上の範囲で波長４５０nmの投影射出瞳１３、波長５５０nmの投影射出瞳１４、波長６５０nmの投影射出瞳１５を重ねることができ、この重なった部分１６の内部の位置１７に眼を置いて観察した場合、画像を正しい色で観察することができる。ただし、各波長の投影射出瞳が重なった部分１６以外の位置１８に眼を置いて観察した場合は画像を正しい色で観察することができない。
【００２９】
よって本構成では各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することが出来るため、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせることができ、観察時の疲労を軽減することができる。
（請求項６）観察者の観察位置の自由度を増やすために投影瞳は共に大きいことが望ましいが、図１３に示すように単純に投影瞳７３を大きくすると、１つの投影瞳が観察者７４の両眼７５にかかってしまい本来右眼でしか見えてはいけない画像が左眼でも見えてしまうといったクロストークといわれる現象が発生してしまう。
【００３０】
よって本請求項の構成によると図１４に示すように投影瞳は７６のような観察者に対し略縦方向に長い形状がクロストークの発生を防ぎつつ最も観察者の観察位置の自由度を増やすことができる。
（請求項７）本請求項の構成によると、図４１に示すように観察者１００２は、縦長形状瞳１００３、１００３'の中心部を含むφ５０mm以上の範囲１００４、１００４'内に眼１００５、１００５'を置き、この範囲内で眼を動かして画像を観察する限りでは観察画像の色の変化を強く感じることが無い。
【００３１】
実験により、上記条件による立体観察装置であれば、観察画像の色の変化をあまり感じることなく眼を置く位置の自由度を十分に広く感じることができることが判明した。
【００３２】
よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。
【００３３】
また、（ｘ，ｙ）＝（Ｘ±０．０３，Ｙ±０．０３）の範囲で測定される領域が前記縦長形状の瞳中心部を含むφ６０mm以上ある条件では、観察者は眼の移動に伴う観察画像の色の変化を一層感じることなく、広く眼を動かすことが出来ることが判明した。よって、上記条件であればなお良い。
（請求項８）本請求項の条件を満たさない露光条件で製作されたホログラム型回折光学素子は、光線屈曲作用のほかに、集光作用もしくは発散作用を強く有してしまい、光線屈曲作用に伴う波長分散に加え、集光作用もしくは発散作用に伴う波長分散が発生してしまう。
【００３４】
よって、図２３に示すように、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡にて投影される画像投影手段の射出瞳は、波長ごとにずれて投影されるだけでなく、波長ごとに大きさが異なる状態で投影されることとなる。よって各波長の投影瞳が重なった部分１１８が狭くなってしまう。
【００３５】
ゆえに、本請求項の条件を満たすホログラム型回折光学素子を用いる立体観察装置は、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡にて投影する画像投影手段の射出瞳が波長ごとに大きさが大きく異なることなく投影されるため、各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することができ、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。
（請求項９）前記請求項１、４における立体観察装置は、図２４に示すように画像投影手段１１９から射出した光束を、ホログラム型回折光学素子１２０とフレネル凹面鏡１２１の作用により観察者１２２の眼の近傍に集光する。よって暗い画像投影手段でも十分明るい画像を観察することが出来る。むしろ一般のプロジェクターのような、明るさが８００ＡＮＳＩルーメン以上ある画像投影手段では明るすぎて画像を観察することが出来ない。
【００３６】
実験により、２００ＡＮＳＩルーメン以下の明るさの画像投影手段であれば、画像をまぶしく感じることなく観察できることがわかった。
【００３７】
よって、本請求項の条件による画像投影手段を用いれば、観察者は快適に画像を観察することができる。
【００３８】
なお、ＡＮＳＩとはAmerican National Standards Instituteの略であり、ＡＮＳＩルーメンの測定方法は日本事務機械工業会が１９９９年６月に制定した「プロジェクタ測定方法・測定条件に関するガイドライン」による。
【００３９】
また、２００ＡＮＳＩルーメン以上の画像投影手段にＮＤフィルターなどの減光手段を用いて２００ＡＮＳＩルーメン以下の画像投影手段としても良い。
（請求項１０）本請求項の立体観察装置は異なった２つの開口（射出瞳）から１つのスクリーン（ホログラム型回折光学素子）に２つの画像を投影するものであるため、図２５で示すように２つの画像投影手段１２３、１２３'が有する画像投影光学系１２４、１２４'のそれぞれの光軸１２５、１２５'をホログラム型回折光学素子１２６上で交差させ、それぞれの光軸上に、画像表示手段１２７、１２７'が表示する画像１２８、１２８'の中心１２９、１２９'を配置し画像を投影する方式を採用してしまうと、それぞれの投影画像１３０、１３０'がホログラム型回折光学素子１２６に対して傾いて投影されてしまう。
【００４０】
この状態で両画像表示手段にそれぞれ１３１、１３１'のような画像を表示させた場合、ホログラム型回折光学素子１２６に投影された両画像は１３２、１３２'のようになり、画面全体で両画像が一致しないといった問題が発生する。
【００４１】
そこで、この問題を解決するために、本請求項で述べた構成によると、図２６で示すように２つの画像投影手段１３３、１３３'が有する画像投影光学系１３４、１３４'のそれぞれの光軸１３５、１３５'に対して、画像表示手段１３６、１３６'が表示する画像１３７、１３７'の中心１３８、１３８'をそれぞれ外側に配置すると、投影画像１３９、１３９'は、ホログラム型回折光学素子１４０に平行に投影される。
【００４２】
この状態で両画像表示手段にそれぞれ１４１、１４１'のような画像を表示させた場合、ホログラム型回折光学素子１４０に投影された両画像は１４２、１４２'のようになり、画面全体で両画像を一致させることができる。
【００４３】
よって観察者は両画像を融像する際に違和感や疲労感を感じることなく、画像を良好に観察することができる。
（請求項１１）観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値と、観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値について図４２を用いて説明する。
【００４４】
図中３６は画像投影手段であり、この画像投影手段の右眼用に画像を投影する方からのみ、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡からなるパネル４０に向けて画像を投影している。よって画像を投影している方の射出瞳３７がパネルにより投影されたものが１００６である。また、画像を投影していない方の射出瞳３７'が投影されたものが１００６'である。
【００４５】
観察者の画像を観察できる方の眼の位置から測定した投影画像中心の輝度測定値とは、画像を投影している方の射出瞳が投影された投影瞳１００６の内部から輝度計１００７によって投影画像１００８の中心１００９の輝度を測定した測定値を言う。
【００４６】
また、観察者の画像を観察できない方の眼の位置から測定した投影画像中心の輝度測定値とは、画像を投影していない方の射出瞳が投影された投影瞳１００６'の内部から輝度計１００７によって投影画像１００８の中心１００９の輝度を測定した測定値を言う。
【００４７】
これら各輝度測定値が本請求項で述べた条件を満たすと、クロストーク（例えば右眼用の画像が左眼で見えてしまう現象）を立体観察に支障のないレベルに留めることが出来る。
【００４８】
前記クロストークは、ホログラム型回折光学素子により発生する不要回折光が原因となって発生する。この不要回折光の発生を防ぐためにホログラム記録材料への干渉光露光回数は１０回以下が望ましい。
【００４９】
実験により本請求項の条件式の範囲においてはクロストークが目立たず立体観察に支障がないことを確認した。
【００５０】
また、同じ実験により、Ｈ２／Ｈ１＜０．０２の範囲であればクロストークをまったく感じないことが判明したため、上記条件を満足すればなお良い。
（請求項１２）本請求項の構成を図４３を用いて説明する。
【００５１】
ホログラム記録材料１０１０を露光する複数の光源のうち、１つの光源の発光面中心１０１１と、ホログラム記録材料の法線１０１２を含む平面１０１３上近傍にその他の光源の発光面中心１０１４を配置する。
【００５２】
また、平面１０１３は、観察者の両眼１０１５、１０１５'のそれぞれ中心１０１６、１０１６'を結ぶ直線１０１７と略直交し、かつ画像投影手段１０１８が有する２つの射出瞳中心１０１９、１０１９'を結ぶ直線１０２０とも略直交するように構成されている。
【００５３】
この構成によると、ホログラム型回折光学素子により光線が屈曲拡散される方向が、画像を観察する観察者に対して縦方向となるため、図４０に示すように、画像投影手段３６の右眼用画像を投影する射出瞳３７はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により、ホログラム型回折光学素子のほぼ正面に立ち画像を観察する観察者３９の右眼の周辺に拡大投影され１００１となり、また、画像投影手段３６の左眼用画像を投影する射出瞳３７'も同様に観察者３９の左眼の周辺に拡大投影され１００１'となる。
【００５４】
よって、観察者はシャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく立体画像を観察することが出来る。
（請求項１３）本請求項の構成により露光製作されたホログラム型回折光学素子は透過光束を集光もしくは発散するパワーをほとんど持たないため、前記請求項８と同様の作用・効果を得ることが出来る。
（請求項１４）ホログラム記録材料の干渉光記録面から見た２つの光源のそれぞれ中心を見込む角度について図１を用いて説明する。
【００５５】
図１中１はホログラム記録材料、２はホログラム記録材料の露光範囲、３は露光範囲内の干渉光記録面、４、４'は可干渉な２つの光源、５、５'は前記可干渉な２つの光源の各々中心をそれぞれ示し、本請求項中の、ホログラム記録材料の干渉光記録面から見た２つの光源のそれぞれ中心を見込む角度とは、ホログラム記録材料上の任意の1点とそれぞれの光源の発行面中心を結ぶ線分のなす角度であり、例えば図中のα、β、γを示している。
【００５６】
本請求項に示す構成によれば、図２に示すように、ホログラム型回折光学素子６による光線屈曲作用を弱くすることができるため、ホログラム型回折光学素子６を透過する光線の波長分散発生量７を少なく抑えることができる。
【００５７】
よって、前記請求項３と同様の作用・効果を得ることが出来る。
【００５８】
本請求項では、ホログラム型回折光学素子をホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作するとしたが、前記２つの光源はそれぞれ複数の光源からなり、それぞれの発光面を近接させたものでも良い。この時発光面中心とは複数の光源の発光面が近接してひとまとまりになった範囲の中心を言う。
（請求項１５）本請求項中のＬ１およびＬ２について図２２を用いて説明する。
【００５９】
図２２中１１４はホログラム記録材料、１１５はホログラム記録材料の露光範囲中心、１１６は第１光源、１１６'は第２光源、１１７は第１光源発光面中心、１１７'は第２光源発光面中心をそれぞれ示し、本請求項中のＬ１とは、ホログラム記録材料１１４の露光範囲中心１１５と第１光源発光面中心１１７とを結ぶ直線の距離を示す。
【００６０】
また、本請求項中のＬ２とは、ホログラム記録材料１１４の露光範囲中心１１５と第２光源発光面中心１１７'とを結ぶ直線の距離を示す。
【００６１】
本請求項に示す条件で露光されたホログラム型回折光学素子はレンズ作用としてのパワーをほとんど持たないため、透過光線を屈曲させる作用以外に集光もしくは発散作用をほとんど行わず、前記請求項８と同様の作用・効果を得ることが出来る。
【００６２】
本請求項では、ホログラム型回折光学素子をホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作するとしたが、前記２つの光源はそれぞれ複数の光源からなり、それぞれの発光面を近接させたものでも良い。この時発光面中心とは複数の光源の発光面が近接してひとまとまりになった範囲の中心を言う。
（請求項１６）本請求項の構成により露光されたホログラム型回折光学素子を用いると、図１２に示すように１次光拡大瞳７１、７１'と−１次光拡大瞳７２、７２'を縦長形状にすることができる。観察者の観察位置の自由度を増やすために１次光拡大瞳、−１次光拡大瞳は共に大きいことが望ましいが、図１３に示すように単純に１次光もしくは−１次光拡大瞳７３を大きくすると、１つの瞳が観察者７４の両眼７５にかかってしまい本来右眼でしか見えてはいけない画像が左眼でも見えてしまうといったクロストークといわれる現象が発生してしまう。
【００６３】
よって、図１４に示す本請求項による１次光もしくは−１次光拡大瞳７６のような形状がクロストークの発生を防ぎつつ最も観察者の観察位置の自由度を増やすことができる。
【００６４】
また、本請求項の構成によると、図１５に示すように、縦長形状の拡大瞳長手方向７７と、ホログラム型回折光学素子が有する波長分散により発生する波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向７８が一致するため、各波長の拡大投影瞳７９、８０、８１の重なりあった部分８２を広く取ることができる。よって、観察者が画像を正しい色で観察できる範囲を広く取ることができる。
【００６５】
なお、上記効果を得るためには、前記縦長形状の第２光源の発光面は５０００mm２以上の面積を有することが望ましい。さらに不要な回折光を生じさせないために第１光源の発光面は１００mm２以下の面積を有することが望ましい。
【００６６】
また、本請求項では、ホログラム型回折光学素子をホログラム記録材料への可干渉な２つの光源からの光束の干渉露光により製作するとしたが、前記２つの光源はそれぞれ複数の光源からなり、それぞれの発光面を近接させたものでも良い。この時光源発光面の長手方向とは複数の光源の発光面が近接してひとまとまりになった範囲の長手方向を言う。
（請求項１７）図１６を用いて本請求項の長方形形状の光源の１次像と−１次像について説明する。
【００６７】
図中８３はホログラム型回折光学素子を示す。このホログラム型回折光学素子に対して、ホログラム型回折光学素子を製作するときに用いた可干渉な２つの光源８４のうち、長方形形状光源８５ではない方の光源８６から光束を当てると、光束が透過した側に長方形形状光源８５の１次像８７と、−１次像８８が発生する。
【００６８】
この、１次像と、−１次像の少なくとも一方の像は、図１７に示すように、像８９の長辺方向に、像中心部９０を通過する直線９１上にて回折光強度測定器９２で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ９３にて、像中心部の回折光強度９４を１００％とすると、像の長辺方向周辺部の回折光強度９５は４０％以上となっている。
【００６９】
この構成によるホログラム型回折光学素子を図１８で示す構成に用いた場合、ホログラム型回折光学素子９６とフレネル凹面鏡９７により投影される画像投影手段の射出瞳３７、３７'の１次光拡大瞳７１、７１'もしくは−１次光拡大瞳７２、７２'は、長方形形状をした瞳の中心部９８の回折光強度に対する長手方向周辺部９９の回折光強度を４０％以上に抑えることができる。図中１００は回折光強度測定器を示している。
【００７０】
また、図１９に示すように、ホログラム型回折光学素子が有する波長分散により波長ごとに拡大瞳１０１、１０２、１０３の投影位置がズレるが、各波長による拡大瞳の回折光強度は長手方向最周辺部でも中心部に対して４０％以上有しているため、回折光強度分布グラフ１０６に示すように、拡大瞳の重なった部分１０７においてはどの位置でも、各波長の回折強度に６０％以上の差が発生しない。
【００７１】
実験により、上記条件を満たせば観察者の眼１０５が各波長の瞳が重なった部分１０４のどこにきても観察する画像の色の変化を気にすることなく観察できることがわかった。
【００７２】
よって、観察者は各波長の拡大瞳の重なった範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を最適な色で観察することができる。
（請求項１８）図１６を用いて本請求項の長方形形状の光源の１次像と−１次像について説明する。
【００７３】
図中８３はホログラム型回折光学素子を示す。このホログラム型回折光学素子に対して、ホログラム型回折光学素子を製作するときに用いた可干渉な２つの光源８４のうち、長方形形状光源８５ではない方の光源８６から光束を当てると、光束が透過した側に、長方形形状光源８５の１次像８７と、−１次像８８が発生する。
【００７４】
この１次像と−１次像の少なくとも一方の像は、図２０に示すように、像１０６の短辺方向に、像中心部１０７を通過する直線１０８上にて回折光強度測定器１０９で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ１１０にて、像中心部の回折光強度１１１を１００％とすると、像の短辺方向周辺部の回折光強度１１２は６０％以上となっている。
【００７５】
この構成によるホログラム型回折光学素子を図２１で示す構成に用いた場合、ホログラム型回折光学素子９６とフレネル凹面鏡９７により投影される画像投影手段の射出瞳３７、３７'の１次光拡大瞳７１、７１'もしくは−１次光拡大瞳７２、７２'は、長方形形状をした瞳の中心部９８の回折光強度に対する短辺方向周辺部１１３の回折光強度を６０％以上に抑えることができる。図中１００は回折光強度測定器を示している。
【００７６】
実験により、上記条件を満たせば観察者の眼が１次光拡大瞳もしくは−１次光拡大瞳のどこにきても観察する画像の明るさの変化を気にすることなく観察できることがわかった。
【００７７】
よって、観察者は前記１次光拡大瞳もしくは−１次光拡大瞳の範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を適切な明るさで観察することができる。
（請求項１９）本請求項の構成によれば、特に手術室でこの立体観察装置を用いる場合、術部に近いフレネル凹面鏡を滅菌状態に保つことができる。さらに、画像投影手段により画像が投影される前記ホログラム型回折光学素子を別途滅菌ドレープで覆う必要が無く、また、光線が滅菌ドレープを透過することで発生する観察画像の画質劣化を防ぐことが出来る。
（請求項２０）１次光により投影される瞳の中心（瞳の形状の中心）と、０次光により投影される瞳の中心（瞳の形状の中心）、−１次光により投影される瞳の中心（瞳の形状の中心）について図８を用いて説明する。
【００７８】
図中４５は画像投影手段、４６は前記画像投影手段が有する射出瞳、４７はホログラム型回折光学素子、４８はフレネル凹面鏡、４９はホログラム型回折光学素子を透過する光線５０を中心にした１次拡散光束により拡大投影された１次光拡大瞳、５１はホログラム型回折光学素子を透過する光線５２を中心にした−１次拡散光束により拡大投影された−１次光拡大瞳、５３"はホログラム型回折光学素子の０次光５３'により投影された０次光瞳をそれぞれ示している。ここで、１次拡散光により投影される瞳の中心とは図中５４、０次光により投影される瞳の中心とは図中５５、−１次拡散光により投影される瞳の中心とは図中５７を言う。
【００７９】
ここで、前記それぞれの瞳の中心位置が本請求項で述べている条件を満たしていないと、図９に示すように１次光拡散瞳５９と、−１次光拡散瞳６０'と、０次光瞳６１とがそれぞれ重なってしまい、観察者が眼を置く自由度が減ってしまう。
【００８０】
また、特に観察者の眼が０次光瞳６１に重なった場合、０次光瞳は光線拡散されていないため、急に明るい画像が眼に入ってきてまぶしさを感じてしまう。
【００８１】
よって、本請求項の構成によると、観察者が眼を置く自由度を広く保つことができ、かつ０次光に画像観察を邪魔されること無く観察することができる。
（請求項２１）図１０（a）の６２は画像投影手段、６３はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡が一体となったパネル、６４は画像投影手段とパネルを保持する保持手段、６５は、画像投影手段の射出瞳６８がパネルを構成するホログラム型回折光学素子と、フレネル凹面鏡により投影された−１次光拡大瞳、６６は同じくホログラム型回折光学素子と、フレネル凹面鏡により投影された０次光瞳、６７は同じくホログラム型回折光学素子と、フレネル凹面鏡により投影された１次光拡大瞳、６９はパネルに投影された画像を観察している観察者をそれぞれ示している。
【００８２】
さらに、観察者がパネルに投影された画像を見る際に画像投影手段から遠いほうの１次光拡大瞳６７から観察しやすいように１次光拡大瞳６７を投影画像の正面に配置している。
【００８３】
この構成によると、図１０（ｂ）で示すように、観察者６９がパネル６３に投影された画像からいったん眼を離して手元７０を見ようと視線を下げた場合に１次光拡大瞳６７、−１次光拡大瞳６５、０次光瞳６６が観察者の眼にかぶることが無いため手元７０を明瞭に確認することができる。
【００８４】
ここで、図１１を用いて、観察者がパネルに投影された画像を見る際に画像投影手段から近いほうの−１次光拡大瞳６５から観察しやすいように−１次光拡大瞳６５を投影画像の正面に配置した場合について説明する。
【００８５】
図１１（ａ）では、観察者６９はパネルに投影された画像を画像投影手段６２に近いほうの−１次光拡大瞳６５から観察している。この構成によると、図１１（ｂ）で示すように、観察者６９がパネル６３に投影された画像からいったん眼を離して手元７０を見ようと視線を下げた場合に１次光拡大瞳６７、０次光瞳６６が観察者の眼にかぶり、手元７０を明瞭に確認することができない。
【００８６】
よって、本請求項の構成によると、観察者が視線をパネルに投影された画像から離して手元の作業空間に移した際にも良好に手元の作業空間を確認することができる。
【実施例１】
【００８７】
図２７は本実施例にかかる立体観察装置の図である。
【００８８】
図中１４３は観察者、１４４は互いに視差を有する２つの画像を撮像する手術用実体顕微鏡、１４５は手術用実体顕微鏡が内蔵するＣＣＤをコントロールし視差を有する２つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントロールユニット、１４６はカメラコントロールユニットより伝送された視差を有する２つの画像を右眼用画像投影機１４７と、左眼用画像投影機１４８に分離して伝送し左右眼用画像投影機１４７、１４８が内蔵する小型ＬＣＤをコントロールするＬＣＤコントローラー、１４９はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザー１５５とフレネル凹面鏡１６０とからなるパネル、１５０は手術用実体顕微鏡１４４と左右画像投影機１４７、１４８とパネル１４９とカメラコントロールユニット１４５とＬＣＤコントローラー１４６とを保持する保持ユニットをそれぞれ示している。
【００８９】
パネル１４９は、片面にフレネルレンズ面１５１が形成されたアクリルパネル１５２であり、フレネルレンズ面１５１はアルミミラーコート１５３が施されている。さらに、パネルのフレネルレンズ面が形成されていない方の面１５４は平面であり、この平面１５４を観察者１４３の方向に向けることで、アルミミラーコートが施されたフレネルレンズ面はフレネル凹面鏡の作用を持つ。さらに平面１５４上にホログラムデフューザー１５５を貼り付けている。
【００９０】
また、保持ユニット１５０は、観察者の右眼１５６がパネル１４９によって投影される位置に右眼用画像投影機１４７の射出瞳１５８をおよそ一致させ、かつ観察者の左眼１５７がパネル１４９によって投影される位置に左眼用画像投影機１４８の射出瞳１５９をおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持する。
【００９１】
さらに、保持ユニット１５０は、左右眼用画像投影機１４７、１４８が投影する２つの画像をパネル１４９の表面に互いにおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持している。
【００９２】
よって、左右眼用画像投影機のそれぞれの射出瞳１５８、１５９はパネル１４９のホログラムデフューザー１５５とフレネル凹面鏡１６０により観察者の左右の眼近傍に拡大投影される。
【００９３】
上記構成によれば、観察者は手術用実体顕微鏡が撮像した右眼用画像を右眼で、左眼用画像を左眼で観察することができ、シャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく、ＴＶを見るような感覚で立体画像を観察することができる。
【００９４】
また、図２８に光学系詳細レイアウトの斜視図を示す。
【００９５】
図中１６１は右眼用画像投影機の射出瞳位置、１６２はパネル中心位置、１６３はパネル有効範囲、１６４はフレネル凹面鏡面中心位置、１６５は観察者の右眼瞳位置をそれぞれ示している。
【００９６】
以下にレンズデータを記す。
面番号                    曲率半径                偏心      屈折率  アッベ数
（右眼画像投影機射出瞳面）  ∞
１                      （ホログラムデフューザ）  偏心（１）  1.49    57.4
２                      （画像投影面）            偏心（２）  1.49    57.4
３                        非球面［１］            偏心（３）  1.49    57.4
４                          ∞                    偏心（１）
（観察者瞳面）              ∞                    偏心（４）
非球面［１］
曲率半径  -407.451  （フレネル凹面鏡面）
ｋ  -58.103
a  -7.513×10-9    b  7.58×10-14    c  -3.148×10-19
偏心（１）
Ｘ  46.944    Ｙ  0.00    Ｚ  650
ANGLE  25°
偏心（２）
Ｘ  46.944    Ｙ  0.423    Ｚ  650.906
ANGLE  25°
偏心（３）
Ｘ  46.944    Ｙ  157.23    Ｚ  577.786
ANGLE  25°
偏心（４）
Ｘ  79.444    Ｙ  -190.178    Ｚ  242.161
ANGLE  25°
非球面は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｘ，ｙにとり、曲率をＣ、円錐係数をｋ、非球面係数をａ，ｂ，ｃとしたとき、次式で表される。
【００９７】
ｚ＝Ｃｒ2／［１＋｛１−（１＋ｋ）Ｃ2ｒ2｝1/2］
＋ａｒ4＋ｂｒ6＋ｃｒ8
ただし、ｒ＝（ｘ2＋ｙ2）1/2である。
【００９８】
又、上記偏心のデータは図２８中の１６１を原点とし、図中に示す方向を正とする。
【００９９】
図２９に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件を示す。
【０１００】
図中１６６はホログラム記録材料、１６７はホログラム記録材料の露光面中心、１６８は第１光源位置、１６９は第２光源、１７０は第１光源中心、１７１は第２光源中心をそれぞれ示している。
【０１０１】
ここで、ホログラム記録材料の露光面中心１６７を原点とすると、第１光源の中心位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１０２】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（0,297.11,-578.12）
また、第２光源の中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、拡散面光源とする。
【０１０３】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（0,435.317,-482.718）
さらに、ホログラム記録材料の露光面から見た第１光源中心１７０と、第２光源中心１７１を見込む角度（図中のα、β、γ）はいずれも１５°以下である。
【０１０４】
上記構成は、請求項２、５の条件を満たすため、ホログラムデフューザーの光線屈曲作用が弱く、ホログラムデフューザーを透過する光線の波長分散発生量を５°以内とすることができ、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネルにより投影される画像投影機の射出瞳は観察者の近傍に波長によるズレが少なく投影され、各波長の投影瞳の重なりを広く確保することができる。
【０１０５】
よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせることができ、観察時の疲労を軽減することができる。
【０１０６】
また、図２９において、ホログラム記録材料の露光面中心１６７と第１光源中心１７０を結ぶ直線の長さＡと、ホログラム記録材料の露光面中心１６７と第２光源中心１７１を結ぶ直線の長さＢはまったく同じ長さであるため、この条件で露光製作したホログラムデフューザーは光線屈曲作用以外の集光作用や発散作用などのレンズ作用としてのパワーは０であり、集光作用や発散作用などについてはパワー０．００２５のフレネル凹面鏡が担っている。
【０１０７】
上記構成は請求項９の条件を満たすため、本実施例の立体観察装置は、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡にて投影する画像投影手段の射出瞳が、図２３に示すように波長ごとに大きさが異なることなく投影されるため、各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することができ、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。
【実施例２】
【０１０８】
図３０は本実施例にかかる立体観察装置の図である。
【０１０９】
図中１４４は互いに視差を有する２つの画像を撮像する手術用実体顕微鏡、１７２は手術用実体顕微鏡１４４を保持する手術用実体顕微鏡保持ユニット、１４５は手術用実体顕微鏡が内蔵するＣＣＤをコントロールし視差を有する２つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントロールユニット、１４６はカメラコントロールユニットより伝送された視差を有する２つの画像を右眼用画像投影機１４７と左眼用画像投影機１４８に分離して伝送し左右眼用画像投影機１４７、１４８が内蔵する小型ＬＣＤをコントロールするＬＣＤコントローラー、１４９はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、１５０は、左右画像投影機１４７、１４８とパネル１４９とカメラコントロールユニット１４５とＬＣＤコントローラー１４６とを保持する保持ユニットをそれぞれ示している。
【０１１０】
パネル１４９は、片面にフレネルレンズ面１５１が形成されたアクリルパネル１５２であり、フレネルレンズ面１５１はアルミミラーコート１５３が施されている。さらに、パネルのフレネルレンズ面が形成されていない方の面１５４は平面であり、この平面１５４を観察者の方向に向けることで、アルミミラーコートが施されたフレネルレンズ面はフレネル凹面鏡の作用を持つ。
【０１１１】
さらに平面１５４上に入射する光束１７３を１次光１７４、０次光１７５、−１次光１７６の３つの光束に分割し、特に１次光と−１次光をそれぞれ散乱光束１７７、１７８とすることを特徴とするホログラムデフューザー１７９を貼り付けている。
【０１１２】
よって、左右眼用の画像投影機が有するそれぞれの射出瞳１５８、１５９は、パネル１４９により、１次光拡大瞳１８０と、−１次光拡大瞳１８１と、０次光瞳１８２として図示しない観察者の近傍に投影される。
【０１１３】
さらに、図３１に示すように、パネル１８３の一部を構成するホログラムデフューザー１８４は、法線１８７と露光製作されるときの２つの光源１８５、１８６とを含む平面１８８が、観察者の両眼１８９、１９０の瞳孔のそれぞれ中心１９１、１９２を結ぶ直線１９３と、画像投影機が有する左右の射出瞳のそれぞれ中心５００、５０１を結ぶ直線５０２に対してそれぞれ略直交するように配置されている。
【０１１４】
この構成によると、図３２に示すように、右眼用画像投影機１９４の射出瞳１９５は、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡により観察者１９６の右側１９７に、右眼用１次光拡大瞳１９８、右眼用−１次光拡大瞳１９９として投影される。
【０１１５】
また、左眼用画像投影機２００の射出瞳２０１は、同じくホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡により観察者１９６の左側２０２に、左眼用１次光拡大瞳２０３、左眼用−１次光拡大瞳２０４として投影される。
【０１１６】
よって観察者は、パネル上に投影された画像を、左右眼用１次光拡大瞳１９８、２０３の位置と、左右眼用−１次光拡大瞳１９９、２０４の位置の２箇所で観察することができる。ゆえに画像観察時の姿勢の自由度を高めることができ、観察時の疲労を軽減することができる。図中２０５はパネル、２０６、２０７は０次光瞳をそれぞれ示している。
【０１１７】
さらに、図中の０次光瞳中心２０６と１次光拡大瞳中心１９８の間の距離は１０５mmであり、０次光瞳中心２０６と−１次光拡大瞳中心１９９の間の距離も１０５mmである。
【０１１８】
この構成は前記請求項２０の条件を満たすため、図９に示すような１次光拡大瞳、０次光瞳、−１次光拡大瞳の重なりが無い。よって、観察者は１次光拡大瞳もしくは−１次光拡大瞳のいずれか一方の瞳内部を十分に活用することができ、画像を適切な明るさで観察することができる。
【実施例３】
【０１１９】
図１０は本実施例にかかる立体観察装置の図である。
【０１２０】
図１０（a）の６２は画像投影手段、６３はホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡が一体となったパネル、６４は画像投影手段とパネルを保持する保持手段、６５は、画像投影手段の射出瞳６８がパネル６３を構成するホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により投影された−１次光拡大瞳、６６は同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により投影された０次光瞳、６７は同じくホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡により投影された１次光拡大瞳、６９はパネルに投影された画像を観察している観察者をそれぞれ示しており、観察者がパネルに投影された画像を見る際に画像投影手段から遠い方の１次光拡大瞳６７から観察しやすいように前記の各瞳をレイアウトし、観察者は１次光拡大瞳６７から画像を観察している。
【０１２１】
この構成によると、図１０（ｂ）で示すように、観察者６９がパネル６３に投影された画像からいったん眼を離して手元７０を見ようと視線を下げた場合に、１次光拡大瞳６７、−１次光拡大瞳６５、０次光瞳６６が観察者の眼にかぶることが無いため手元７０を明瞭に確認することができる。
【実施例４】
【０１２２】
図３３は本実施例にかかる立体観察装置の図である。
【０１２３】
図中２０８は観察者、２０９は互いに視差を有する２つの画像を撮像する立体視内視鏡、２１０は立体視内視鏡が内蔵するＣＣＤをコントロールし視差を有する２つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントロールユニット、２１１はカメラコントロールユニットより伝送された視差を有する２つの画像を画像投影機２１２に伝送し前記画像投影機が内蔵するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）をコントロールするＤＭＤコントローラー、２１３はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、２１４は立体視内視鏡２０９とパネル２１３とカメラコントローラー２１０とＤＭＤコントローラー２１１を保持するフロアスタンド型保持ユニット、２１５は天井から無影灯２１６と画像投影機２１２を保持する天井懸架型保持ユニットをそれぞれ示している。
【０１２４】
また、図３４に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件を示す。
【０１２５】
図中２１７はホログラム記録材料、２１８はホログラム記録材料の露光面中心、２１９は第１光源位置、２２０は第２光源、２２１は第２光源中心をそれぞれ示している。
【０１２６】
ここで、ホログラム記録材料の露光面中心２１８を原点とすると、第１光源の中心位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１２７】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（0,297.11,-578.12）
また、第２光源の中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、第１光源位置２１９と第２光源中心位置２２１を結ぶ直線２２２の方向に長手方向を持つ２５０mm×９０mmの面積を有する長方形形状拡散面光源とする。
【０１２８】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（0,435.317,-482.718）
第２光源の長辺を短辺で割ると２．７８となり、請求項９の条件を満たす。
【０１２９】
よって、上記露光条件で製作されたホログラムデフューザーを用いる本実施例の立体観察装置は、観察者の近傍に投影される瞳が図１４で示すようになり、観察者の縦方向に眼を置く自由度を増やすことができる。
【０１３０】
また、図１５に示すように、長方形形状の拡大瞳長手方向７７と、ホログラムデフューザーが有する波長分散により発生する波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向７８が一致するため、各波長の拡大投影瞳７９、８０、８１の重なりあった部分８２を広く取ることができる。よって、観察者が画像を正しい色で観察できる範囲を広く取ることもできる。
【０１３１】
また、ホログラムデフューザーに対して、露光時の第１光源の位置から単色光線を当てると、光束が透過した側に、図１６で示すような第２光源の１次像と、−１次像が発生する。本実施例では図３５に示すように、第２光源の１次像２２３の長辺方向に、１次像中心部２２４を通過する直線２２５上にて回折光強度測定器２２６で各波長の回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ２２７にて、像中心部の回折光強度２２８を１００％とすると、像の長辺方向周辺部の回折光強度２２９は６０％以上となっている。
【０１３２】
この構成によるホログラムデフューザーを図１８で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザー９６とフレネル凹面鏡９７により投影される画像投影手段の射出瞳３７、３７'の１次光拡大瞳７１、７１'は、長方形形状をした瞳の中心部９８の回折光強度に対する長手方向周辺部９９の回折光強度を６０％以上に抑えることができる。
【０１３３】
よって、本実施例によるホログラムデフューザーを立体観察装置に用いると、ホログラムデフューザーが有する波長分散により波長ごとに投影される瞳の位置がズレるが、図１９に示すように各波長による拡大瞳の回折光強度は長手方向最周辺部でも中心部に対して６０％以上有しているため、投影された各波長の瞳の重なった部分においてはどの位置でも、各波長の回折強度に４０％以上の差が発生しない。
【０１３４】
よって、観察者は各波長の拡大瞳の重なった範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を最適な色で観察することができる。
【０１３５】
さらに、本実施例では図３６に示すように、第２光源の１次像２３０の短辺方向に、１次像中心部２３１を通過する直線２３２上にて回折光強度測定器２３３で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ２３４にて、像中心部の回折光強度２３５を１００％とすると、像の短辺方向周辺部の回折光強度２３６は８０％以上となっている。
【０１３６】
この構成によるホログラムデフューザーを図２１で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザー９６とフレネル凹面鏡９７により投影される画像投影手段の射出瞳３７、３７'の１次光拡大瞳７１、７１'は、長方形形状をした瞳の中心部９８の回折光強度に対する短辺方向周辺部１１３の回折光強度を８０％以上に抑えることができる。
【０１３７】
よって、観察者は１次光拡大瞳の範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を適切な明るさで観察することができる。
【実施例５】
【０１３８】
図３７は本実施例にかかる立体観察装置の図である。
【０１３９】
図中２３７は互いに視差を有する２つの画像を撮像する手術用実体顕微鏡、２３８は手術用実体顕微鏡２３７が内蔵するＣＣＤをコントロールし視差を有する２つの画像を表示装置へ伝送するカメラコントローラー、２３９はカメラコントローラーより伝送された視差を有する２つの画像を右眼用画像投影機２４０と左眼用画像投影機２４１に分離して伝送し左右眼用画像投影機２４０、２４１が内蔵するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）をコントロールするＤＭＤコントローラー、２４２はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、２４３は光源、２４４は光源２４３から左右眼用画像投影機２４０、２４１と手術用実体顕微鏡２３７に照明光を伝送するライトガイドケーブル、２４５は映像信号ケーブル、２４６は、手術用実体顕微鏡２３７と左右画像投影機２４０、２４１とパネル２４２とカメラコントローラー２３８とＤＭＤコントローラー２３９と光源２４３とを保持する保持ユニットをそれぞれ示している。
【０１４０】
本実施例による立体観察装置はさらに、図２４に示すように画像投影機１１９から射出した光束を、ホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザー１２０とフレネル凹面鏡１２１の作用により観察者１２２の眼の近傍に集光する。よって一般のプロジェクターのような明るさが８００ＡＮＳＩルーメン以上ある画像投影手段では明るすぎて画像を観察することが出来ない。
【０１４１】
ゆえに本実施例の立体表示装置に搭載する画像投影機は明るさを１００ＡＮＳＩルーメンとした。
【０１４２】
実験により、２００ＡＮＳＩルーメン以下の明るさの画像投影手段であれば、画像をまぶしく感じることなく観察できることがわかった。
【０１４３】
よって、上記条件による画像投影手段を用いれば、観察者は快適に画像を観察することができる。
【０１４４】
また、本実施例の立体観察装置は、右眼用画像投影機、左眼用画像投影機、手術用実体顕微鏡にぞれぞれ独自に光源を配置しないため、画像投影手段および手術用顕微鏡を小型化することができ、立体観察装置の観察者に近い部分をスリム化することができ、観察者に広い作業空間を提供することができる。
【０１４５】
なお本実施例では画像表示手段にＤＭＤを用いたが、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子を用いても良い。ただし、本実施例のような、光源を１つに集約して光源に負担をかける立体表示装置に採用するにはＤＭＤのように映像を作成するために偏光を用いない表示装置が望ましい。
【０１４６】
また、本実施例では画像投影機の明るさを１００ＡＮＳＩルーメンとしたが、２００ＡＮＳＩルーメン以上の画像投影機の開口部にニュートラルデンシティーフィルター（ＮＤフィルター）を配置し１００ＡＮＳＩルーメンとしたものでも良い。
【実施例６】
【０１４７】
図３８、図３９は本実施例にかかる立体観察装置の光学系の詳細図である。
【０１４８】
図３８は側面図、図３９は上面図を示す。図中２５２は右眼用透過型ＬＣＤ、２５３は左眼用透過型ＬＣＤ、２５４は右眼用画像投影光学系、２５５は左眼用画像投影光学系、２５０はホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル、２５６は右眼用画像投影光学系の光軸、２５７は左眼用画像投影光学系の光軸、２５８は右眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心、２５９は左眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心をそれぞれ示している。
【０１４９】
透過型ＬＣＤの画像表示面中心２５８（２５９）は画像投影光学系の光軸の上側に配置している。
【０１５０】
また、左右眼用の画像投影光学系の光軸２５６、２５７を、パネル２５０の法線に対し平行となるように配置し、かつ左右眼用の透過型液晶表示素子の画像表示面中心２５８、２５９は光軸２５６、２５７の外側に配置している。
【０１５１】
さらに、左右眼用の透過型ＬＣＤ２５２、２５３の画像表示面をパネル２５０の画像投影面に対し平行となるように配置している。
【０１５２】
上記に示した構成によると、パネル２５０に投影された左右の画像を画面全体で互いに一致させることができる。
【０１５３】
よって観察者は両画像を融像する際に違和感や疲労感を感じることなく、画像を良好に観察することができる。
【実施例７】
【０１５４】
図４４は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。
【０１５５】
図中６００、６０１は、画像投影機３６が有する射出瞳３７、３７'が、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡からなるパネル４０により投影されたものである。
【０１５６】
ここで、画像投影機３６より色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１、０．３１）の全面白色画像を投影した場合、本実施例の立体観察装置では、投影瞳６００、６０１の中心６０２、６０３からパネル４０に投影された画像の中心６０５の色度を色度計６０４にて測定すると（ｘ、ｙ）＝（０．３１、０．３１）であり、さらに、投影瞳６００、６０１の内部から同じくパネル４０に投影された画像の中心６０５の色度を測定し、色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１±０．２、０．３１±０．２）の範囲内で測定される領域を表したものが図中６０６、６０７である。この色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１±０．２、０．３１±０．２）の範囲内で測定される領域は投影瞳６００、６０１の中心６０２、６０３を含むφ６０mmの形状を有している。
【０１５７】
この結果を得るためにホログラムデフューザーは前記実施例４の構成をとっている。
【０１５８】
以上により、観察者は、投影瞳６００、６０１の内部の、色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１±０．２、０．３１±０．２）の範囲内で測定される領域６０６、６０７内に眼を置き、この範囲内で眼を動かして画像を観察する限りでは観察画像の色の変化を強く感じることが無い。よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。
【実施例８】
【０１５９】
図４２は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。
【０１６０】
図中３６は画像投影機であり、この画像投影機の右眼用に画像を投影する方からのみ、ホログラム型回折光学素子とフレネル凹面鏡からなるパネル４０に向けて画像を投影している。よって画像を投影している方の射出瞳３７がパネルにより投影されたものが１００６である。また、画像を投影していない方の射出瞳３７'が投影されたものが１００６'である。
【０１６１】
さらに、画像を投影している方の射出瞳が投影された投影瞳１００６の内部から輝度計１００７によって投影画像１００８の中心１００９の輝度を測定した測定値は１５８０ｃｄ／ｍ２であり、画像を投影していない方の射出瞳が投影された投影瞳１００６'の内部から輝度計１００７によって投影画像１００８の中心１００９の輝度を測定した測定値は５０ｃｄ／ｍ２である。
【０１６２】
ここで、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をＨ１、観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をＨ２とすると、本実施例においてはＨ２／Ｈ１の値は０．０３２となり、前記請求項１１の条件を満たしている。
【０１６３】
この結果を得るためにホログラムデフューザーは１回の露光回数で製作されている。ホログラムデフューザーはホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、また、多くの露光回数で製作されたホログラムデフューザーは不要回折光が増えるため、露光回数は１０回以下が望ましい。
【０１６４】
以上の構成により、クロストークを立体観察に支障のないレベルに留めることが出来る。
【実施例９】
【０１６５】
本実施例でのホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーは、フレネル凹面鏡に対して着脱自在であり、かつ図６９に示すように袋状のビニール（ビニールバック）と一体に構成されている。
【０１６６】
図６９中X２はビニールバック、X1はホログラムデフューザー、X３はボタンをそれぞれ示している。またビニールバックX2のホログラムデフューザーX１と重なる部分は切り取られ、切り取られた部分を塞ぐようにホログラムデフューザーが接着されている。
【０１６７】
以後ホログラムデフューザーと一体となったビニールバックを一体ドレープと呼ぶ。
【０１６８】
さらにこの一体ドレープは滅菌処理され、図７０に示すように、内蔵物を滅菌状態に保つ滅菌パックに内蔵されている。
【０１６９】
図７０中X4は滅菌パック、X5は前記滅菌パックに内蔵された滅菌処理済の一体ドレープを示している。
【０１７０】
さらに、図７１に示すように、手術室において前記滅菌パックX6は開封され、内蔵する滅菌処理済の一体ドレープX7は、立体観察装置X８のフレネル凹面鏡X９をすっぽり覆える構成となっている。この時フレネル凹面鏡X9はアクリル素材からなり、表面は鏡面としている。よって、一体ドレープX７のホログラムデフューザー部分X10を静電気により密着する。
【０１７１】
また、前記一体ドレープの落下を防ぐために、図７２に示すようにフレネル凹面鏡X11を覆った一体ドレープX１２は、フレネル凹面鏡X１１を覆った状態で、フレネル凹面鏡の上部でボタンX１３により開口部を閉じられる構成となっている。
【０１７２】
上記構成により、図７３に示すように、手術室において立体観察装置X１４の術部X１５に近いフレネル凹面鏡の部分X１６を滅菌状態に保つことができる。
【０１７３】
立体観察装置が本実施例で述べた構成をとらず、図７４に示すように、ホログラムデフューザーX17とフレネル凹面鏡X18が一体となったパネルX19であって、このパネルX19を別途滅菌済のドレープX20で覆い滅菌状態を保った場合、光線X２１が滅菌済ドレープX２０を透過する際に発生する反射光X２２により観察画像の画質劣化をもたらしてしまう。
【０１７４】
本実施例のホログラムデフューザーは前記一体ドレープとして１回のみの使用を想定しており、手術室で使用されたらその後棄てられるディスポーザブルの形態を取っている。手術室で前記立体観察装置を使用する場合は、そのたびに新しい滅菌済の一体ドレープを使用する。よって、常に滅菌状態を保つことができる。
【０１７５】
また、ディスポーザブルの部分はホログラムデフューザーとビニールバックのみなので、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡をディスポーザブルとするのに比べ低コスト化が図れる。
【実施例１０】
【０１７６】
図７５は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。
本実施例はフレネル凹面鏡の代わりにフレネル凸レンズを用いたものである。
【０１７７】
図中Ｘ２６は観察者、Ｘ２５はホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネル、Ｘ２７は左右画像投影機Ｘ２４、Ｘ２４’とパネルＸとを保持する保持ユニット、Ｘ２８は天井に対して前記保持ユニットＸ２７を保持する第２保持ユニットをそれぞれ示している。
【０１７８】
パネルＸ２５は、片面にフレネルレンズ面Ｘ２９が形成されたアクリルパネルＸ３０であり、透過する光線を集光するフレネル凸レンズの作用を持つ。
【０１７９】
さらに、パネルのフレネルレンズ面が形成されていない方の面Ｘ３１は平面であり、この平面上にホログラムデフューザーＸ３２を貼り付けている。
【０１８０】
また、保持ユニットＸ２７は、観察者の右眼がパネルＸ２５によって投影される位置に右眼用画像投影機Ｘ２４の射出瞳をおよそ一致させ、かつ観察者の左眼がパネルＸ２５によって投影される位置に左眼用画像投影機Ｘ２４’の射出瞳をおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持する。
【０１８１】
さらに、保持ユニットＸ２７は、左右眼用画像投影機Ｘ２４、Ｘ２４’が投影する２つの画像をパネルＸ２５上に互いにおよそ一致させるべくパネルと左右眼用画像投影機を保持している。
【０１８２】
よって、左右眼用画像投影機のそれぞれの射出瞳はパネルＸ２５のホログラムデフューザーとフレネル凸レンズにより観察者の左右の眼近傍に拡大投影される。
【０１８３】
上記構成によれば、観察者は手術用実体顕微鏡が撮像した右眼用画像を右眼で、左眼用画像を左眼で観察することができ、シャッター機能を有する眼鏡などを顔面に装着することなく、ＴＶを見るような感覚で立体画像を観察することができる。
【０１８４】
また、図２９に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件を示す。
【０１８５】
図中１６６はホログラム記録材料、１６７はホログラム記録材料の露光面中心、１６８は第１光源位置、１６９は第２光源、１７０は第１光源中心、１７１は第２光源中心をそれぞれ示している。
【０１８６】
ここで、ホログラム記録材料の露光面中心１６７を原点とすると、第１光源の中心位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１８７】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（0,297.11,-578.12）
また、第２光源の中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、拡散面光源とする。
【０１８８】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（0,435.317,-482.718）
さらに、ホログラム記録材料の露光面から見た第１光源中心１７０と、第２光源中心１７１を見込む角度（図中のα、β、γ）はいずれも１５°以下である。
【０１８９】
上記構成は、請求項２、５の条件を満たすため、ホログラムデフューザーの光線屈曲作用が弱く、ホログラムデフューザーを透過する光線の波長分散発生量を５°以内とすることができ、ホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネルにより投影される画像投影機の射出瞳は観察者の近傍に波長によるズレが少なく投影され、各波長の投影瞳の重なりを広く確保することができる。
【０１９０】
よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせることができ、観察時の疲労を軽減することができる。
【０１９１】
また、図２９において、ホログラム記録材料の露光面中心１６７と第１光源中心１７０を結ぶ直線の長さＡと、ホログラム記録材料の露光面中心１６７と第２光源中心１７１を結ぶ直線の長さＢはまったく同じ長さであるため、この条件で露光製作したホログラムデフューザーは光線屈曲作用以外の集光作用や発散作用などのレンズ作用としてのパワーは０であり、集光作用や発散作用などについてはフレネル凸レンズが担っている。
【０１９２】
上記構成は請求項９の条件を満たすため、本実施例の立体観察装置は、ホログラム型回折光学素子とフレネル凸レンズにて投影する画像投影手段の射出瞳が、図２３に示すように波長ごとに大きさが異なることなく投影されるため、各波長の投影瞳が重なった部分を広く確保することができ、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。
【０１９３】
さらに前記ホログラムデフューザーは入射する光束を１次光、０次光、−１次光の３つの光束に分割し、特に１次光と−１次光をそれぞれ散乱光束とすることを特徴としている
よって、左右眼用の画像投影機が有するそれぞれの射出瞳は、パネルＸ２５により、１次光拡大瞳と、−１次光拡大瞳と、０次光瞳として観察者の近傍にそれぞれ投影される。
【０１９４】
さらに、図７６に示すように、パネルの一部を構成するホログラムデフューザーＸ３３は、法線Ｘ３４と露光製作されるときの２つの光源Ｘ３５、Ｘ３６とを含む平面Ｘ３７が、観察者の両眼の瞳孔のそれぞれ中心Ｘ３８、Ｘ３９を結ぶ直線Ｘ４０と、画像投影機が有する左右の射出瞳のそれぞれ中心Ｘ４１，Ｘ４２を結ぶ直線Ｘ４３に対してそれぞれ略直交するように配置されている。
【０１９５】
この構成によると、図７７に示すように、右眼用画像投影機Ｘ４４の射出瞳Ｘ４５は、ホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネルＸ４６により観察者の右側に、右眼用１次光拡大瞳Ｘ４７、右眼用−１次光拡大瞳Ｘ４８として投影される。
【０１９６】
また、左眼用画像投影機Ｘ４９の射出瞳Ｘ５０は、同じくホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネルＸ４６により観察者の左側に、左眼用１次光拡大瞳Ｘ４９、左眼用−１次光拡大瞳Ｘ５０として投影される。
【０１９７】
よって観察者は、パネル上に投影された画像を、左右眼用１次光拡大瞳の位置と、左右眼用−１次光拡大瞳の位置の２箇所で観察することができる。ゆえに画像観察時の姿勢の自由度を高めることができ、観察時の疲労を軽減することができる。
【０１９８】
さらに、図中の０次光瞳中心Ｘ５１と１次光拡大瞳中心Ｘ５２の間の距離は１０５mmであり、０次光瞳中心Ｘ５１と−１次光拡大瞳中心Ｘ５３の間の距離も１０５mmである。
【０１９９】
この構成は前記請求項２０の条件を満たすため、図９に示すような１次光拡大瞳、０次光瞳、−１次光拡大瞳の重なりが無い。よって、観察者は１次光拡大瞳もしくは−１次光拡大瞳のいずれか一方の瞳内部を十分に活用することができ、画像を適切な明るさで観察することができる。
【０２００】
さらに、図３４に本実施例のホログラムデフューザーの露光条件をより詳細に示す。
【０２０１】
図中２１７はホログラム記録材料、２１８はホログラム記録材料の露光面中心、２１９は第１光源位置、２２０は第２光源、２２１は第２光源中心をそれぞれ示している。
【０２０２】
ここで、ホログラム記録材料の露光面中心２１８を原点とすると、第１光源の中心位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０２０３】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（0,297.11,-578.12）
また、第２光源の中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、第１光源位置２１９と第２光源中心位置２２１を結ぶ直線２２２の方向に長手方向を持つ２５０mm×９０mmの面積を有する長方形形状拡散面光源とする。
【０２０４】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（0,435.317,-482.718）
第２光源の長辺を短辺で割ると２．７８となり、請求項９の条件を満たす。
【０２０５】
よって、上記露光条件で製作されたホログラムデフューザーを用いる本実施例の立体観察装置は、観察者の近傍に投影される瞳が図１４で示すようになり、観察者の縦方向に眼を置く自由度を増やすことができる。
【０２０６】
また、図１５に示すように、長方形形状の拡大瞳長手方向７７と、ホログラムデフューザーが有する波長分散により発生する波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向７８が一致するため、各波長の拡大投影瞳７９、８０、８１の重なりあった部分８２を広く取ることができる。よって、観察者が画像を正しい色で観察できる範囲を広く取ることもできる。
【０２０７】
また、ホログラムデフューザーに対して、露光時の第１光源の位置から単色光線を当てると、光束が透過した側に、図１６で示すような第２光源の１次像と、−１次像が発生する。本実施例では図３５に示すように、第２光源の１次像２２３の長辺方向に、１次像中心部２２４を通過する直線２２５上にて回折光強度測定器２２６で各波長の回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ２２７にて、像中心部の回折光強度２２８を１００％とすると、像の長辺方向周辺部の回折光強度２２９は６０％以上となっている。
【０２０８】
この構成によるホログラムデフューザーを図７５で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザーとフレネル凸レンズにより投影される画像投影手段の射出瞳の１次光拡大瞳は、長方形形状をした瞳の中心部の回折光強度に対する長手方向周辺部の回折光強度を６０％以上に抑えることができる。
【０２０９】
よって、本実施例によるホログラムデフューザーを立体観察装置に用いると、ホログラムデフューザーが有する波長分散により波長ごとに投影される瞳の位置がズレるが、図１９に示すように各波長による拡大瞳の回折光強度は長手方向最周辺部でも中心部に対して６０％以上有しているため、投影された各波長の瞳の重なった部分においてはどの位置でも、各波長の回折強度に４０％以上の差が発生しない。
【０２１０】
よって、観察者は各波長の拡大瞳の重なった範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を最適な色で観察することができる。
【０２１１】
さらに、本実施例では図３６に示すように、第２光源の１次像２３０の短辺方向に、１次像中心部２３１を通過する直線２３２上にて回折光強度測定器２３３で回折光強度分布を測定した場合、回折光強度分布グラフ２３４にて、像中心部の回折光強度２３５を１００％とすると、像の短辺方向周辺部の回折光強度２３６は８０％以上となっている。
【０２１２】
この構成によるホログラムデフューザーを図７５で示す構成に用いた場合、ホログラムデフューザーとフレネル凹面鏡により投影される画像投影手段の射出瞳の１次光拡大瞳は、長方形形状をした瞳の中心部の回折光強度に対する短辺方向周辺部の回折光強度を８０％以上に抑えることができる。
【０２１３】
よって、観察者は１次光拡大瞳の範囲内すべてに眼を置くことができ、自由度を失うことなく画像を適切な明るさで観察することができる。
【０２１４】
本実施例による立体観察装置はさらに、画像投影機から射出した光束を、ホログラム型回折光学素子であるホログラムデフューザーとフレネル凸レンズの作用により観察者の眼の近傍に集光する。よって一般のプロジェクターのような明るさが８００ＡＮＳＩルーメン以上ある画像投影手段では明るすぎて画像を観察することが出来ない。
【０２１５】
ゆえに本実施例の立体表示装置に搭載する画像投影機は明るさを１００ＡＮＳＩルーメンとした。
【０２１６】
実験により、２００ＡＮＳＩルーメン以下の明るさの画像投影手段であれば、画像をまぶしく感じることなく観察できることがわかった。
【０２１７】
よって、上記条件による画像投影手段を用いれば、観察者は快適に画像を観察することができる。
【０２１８】
また、本実施例では画像投影機の明るさを１００ＡＮＳＩルーメンとしたが、２００ＡＮＳＩルーメン以上の画像投影機の開口部にニュートラルデンシティーフィルター（ＮＤフィルター）を配置し１００ＡＮＳＩルーメンとしたものでも良い。
【０２１９】
図３８、図３９は本実施例にかかる立体観察装置の光学系の詳細図である。
【０２２０】
図３８は側面図、図３９は上面図を示す。図中２５２は右眼用透過型ＬＣＤ、２５３は左眼用透過型ＬＣＤ、２５４は右眼用画像投影光学系、２５５は左眼用画像投影光学系、２５０はホログラムデフューザーとフレネル凸レンズからなるパネル、２５６は右眼用画像投影光学系の光軸、２５７は左眼用画像投影光学系の光軸、２５８は右眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心、２５９は左眼用透過型液晶表示素子の画像表示面中心をそれぞれ示している。
【０２２１】
透過型ＬＣＤの画像表示面中心２５８（２５９）は画像投影光学系の光軸の上側に配置している。
【０２２２】
また、左右眼用の画像投影光学系の光軸２５６、２５７を、パネル２５０の法線に対し平行となるように配置し、かつ左右眼用の透過型液晶表示素子の画像表示面中心２５８、２５９は光軸２５６、２５７の外側に配置している。
【０２２３】
さらに、左右眼用の透過型ＬＣＤ２５２、２５３の画像表示面をパネル２５０の画像投影面に対し平行となるように配置している。
【０２２４】
上記に示した構成によると、パネル２５０に投影された左右の画像を画面全体で互いに一致させることができる。
【０２２５】
よって観察者は両画像を融像する際に違和感や疲労感を感じることなく、画像を良好に観察することができる。
【０２２６】
ここで、図７５の画像投影機Ｘ２４、Ｘ２４’より色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１、０．３１）の全面白色画像を投影した場合、本実施例の立体観察装置では、投影された瞳Ｘ５４の中心Ｘ５５からパネルＸ２５に投影された画像の中心Ｘ５６の色度を色度計にて測定すると（ｘ、ｙ）＝（０．３１、０．３１）であり、さらに、投影瞳の内部から同じくパネルＸ２５に投影された画像の中心Ｘ５６の色度を測定し、色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１±０．２、０．３１±０．２）の範囲内で測定される領域を表したものが図中６０６、６０７である。この色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１±０．２、０．３１±０．２）の範囲内で測定される領域は投影瞳６００、６０１の中心６０２、６０３を含むφ６０mmの形状を有している。
【０２２７】
この結果を得るためにホログラムデフューザーは前記実施例４の構成をとっている。
【０２２８】
以上により、観察者は、投影瞳６００、６０１の内部の、色度（ｘ、ｙ）＝（０．３１±０．２、０．３１±０．２）の範囲内で測定される領域６０６、６０７内に眼を置き、この範囲内で眼を動かして画像を観察する限りでは観察画像の色の変化を強く感じることが無い。よって、観察者が眼を置く位置に自由度を持たせて観察時の疲労を軽減することが出来る。
【０２２９】
さらに、図７８は本実施例にかかる立体観察装置を示した図である。
【０２３０】
図中５７は画投影機であり、この画像投影機の右眼用に画像を投影する方からのみ、ホログラム型回折光学素子とフレネル凸レンズからなるパネルＸ５８に向けて画像を投影している。よって画像を投影している方の射出瞳Ｘ５９がパネルにより投影されたものがＸ６０である。また、画像を投影していない方の射出瞳Ｘ６１が投影されたものがＸ６２である。
【０２３１】
さらに、画像を投影している方の射出瞳が投影された投影瞳Ｘ６０の内部から輝度計Ｘ６３によって投影画像Ｘ６４の中心Ｘ６５の輝度を測定した測定値は１５８０ｃｄ／ｍ２であり、画像を投影していない方の射出瞳が投影された投影瞳Ｘ６２の内部から輝度計Ｘ６３によって投影画像Ｘ６４の中心Ｘ６５の輝度を測定した測定値は５０ｃｄ／ｍ２である。
【０２３２】
ここで、観察者が画像を観察できる方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をＨ１、観察者が画像を観察できない方の投影瞳中心位置から投影画像中心の輝度を測定した測定値をＨ２とすると、本実施例においてはＨ２／Ｈ１の値は０．０３２となり、前記請求項１１の条件を満たしている。
【０２３３】
この結果を得るためにホログラムデフューザーは１回の露光回数で製作されている。ホログラムデフューザーはホログラム記録材料への可干渉な複数の光源からの光束の干渉露光により製作されるものであり、また、多くの露光回数で製作されたホログラムデフューザーは不要回折光が増えるため、露光回数は１０回以下が望ましい。
【０２３４】
以上の構成により、クロストークを立体観察に支障のないレベルに留めることが出来る。
次に、本発明の立体観察装置の別の構成例について説明する。
【０２３５】
図４５は本発明の立体観察装置の原理説明図で、(a)は透過型立体観察装置の一実施形態を示す概略構成図、(b)は反射型立体観察装置の一実施形態を示す概略構成図である。なお、図４５(b)では便宜上右眼用の構成についてのみ示してあり、左眼用の構成は省略してある。
【０２３６】
図４５(a)，(b)に示す立体観察装置は、投影装置の投影光学系２１Ｒ，２１Ｌと、結像光学系２３と、拡散光学系（図４５においては図示を省略）とを備えて構成されている。
【０２３７】
投影光学系２１Ｒ，２１Ｌは、２つの開口２２Ｒ，２２Ｌから画像を同一の表示面に投影するように設けられている。
【０２３８】
結像光学系２３は、投影光学系の開口２２Ｒ，２２Ｌの像を観察者の瞳２４Ｒ，２４Ｌに結像するように設けられている。
【０２３９】
拡散光学系は、観察用の瞳を拡大する作用を有している。
【０２４０】
また、結像光学系２３と拡散光学系は表示面位置に配置されている。
【０２４１】
表示面位置は投影装置から投影される画像の結像位置となっている。そして、この結像位置に配置された結像光学系２３として、透過型立体観察装置では、フレネルレンズが、反射型立体観察装置ではフレネルミラーが設けられている。
【０２４２】
フレネルミラー、フレネルレンズは、それぞれ２つの開口２２Ｒ，２２Ｌの像を観察者の瞳に結像するようになっている。
【０２４３】
これらのフレネル面は、結像面に配置するため、画質が劣化しない。また、従来の凹面鏡とは異なり、平板状に配置されている。
【０２４４】
図４６は本発明の立体観察装置による観察用の瞳が拡大する原理を示す説明図である。なお、図４６では、透過型の立体観察装置の構成を用いている。
【０２４５】
平面状の表示位置又はその近傍には、結像光学系２３と共に拡散光学系２５が設けられている。
【０２４６】
図４６において、結像光学系２３は、左右の投影装置からの観察用の瞳（射出瞳）の径φ２０をφ２０'の大きさで観察位置に結像する作用を有している。
【０２４７】
ここで、拡散光学系２５は、拡散作用により、φ２０'の大きさで結像されるべき左右の投影装置からの観察用の瞳の径をφ２１の大きさに拡大するようになっている。
【０２４８】
なお、拡散光学系２５により拡大される左右の観察用の瞳は、クロストークの発生を防ぐため距離Ｌの観察位置では重なり合わないように設定されている。
【０２４９】
この拡散光学系２５による拡散作用は、透過型立体観察装置では表示面位置に設けられた拡散光学系２５を１回だけ透過するので１回だけ作用し、反射型立体観察装置（図４６では不図示）では表示面位置に設けられた拡散光学系を２回透過するため２回作用する。
【０２５０】
図４７は本発明による立体観察装置の実施例を示す図で、(a)は、上方から見た概略構成図、（b）は(a)の側面図である。
【０２５１】
本実施例の立体観察装置は、透過型に構成されている。表示面位置には、投影装置の開口２２Ｒ，２２Ｌを観察者の瞳２４Ｒ，２４Ｌに結像する結像光学系２３として観察側にフレネル面２３ａを向けたフレネルレンズが配置され、フレネルレンズ２３の近傍には、瞳拡大のための拡散光学系２５として拡散板が配置されており、これらで透過型表示パネルを構成している。
【０２５２】
拡散板２５の拡散面２５ａは、フレネルレンズ２３のフレネルレンズ面２３ａ側に設けられている。
【０２５３】
本実施例では、フレネルレンズ面２３ａは、投影装置からの投影像の結像位置に配置されている。このため、フレネルレンズ面２３ａによる画質の劣化はない。
【０２５４】
拡散面２５ａは、フレネルレンズ面２３ａに近づけて配置されており、ボケを少なくして画質劣化を少なく抑えている。
【０２５５】
また、本実施例では、透過型表示パネルは偏芯光学系で構成されている。すなわち、フレネルレンズ面２３ａが偏芯フレネルレンズ面となっており、図４７(b)に示すように、フレネルレンズ面２３ａの光軸が中心より下側に位置している。なお、フレネルレンズ面２３ａは凸作用を持っている。
【０２５６】
本実施例のように、偏芯光学系で構成すると表示パネル面自体が厚くならずに済み、邪魔にならない配置が可能となる。
【０２５７】
なお、本実施例のように、結像面位置に拡散面２５ａ及びフレネル面２３ａを極力近づけて配置した方が画質劣化が少ないので好ましい。
【０２５８】
図４８は本発明による立体観察装置の他の実施例を示す説明図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。
【０２５９】
本実施例の立体観察装置は反射型に構成されており、表示パネルは、投影装置の開口２２Ｒ，２２Ｌを観察者の瞳２４Ｒ，２４Ｌに結像する結像光学系であるフレネルミラー２３と瞳拡大のための拡散手段２５を備えている。
【０２６０】
ところで反射型立体観察装置の場合、投影装置と観察者の顔とが干渉しないように各光学部材を配置する必要がある。また、観察者は表示パネルを正面から見た方が観察しやすい。
【０２６１】
そこで、本実施例では、表示パネルの中心へ入射する投影光の入射光軸と表示パネルの中心から出射する光線の出射光軸との間に角度θを持たせている。また、表示パネルの中心に対し、フレネルミラー２３の光軸を上下方向（図４８においては上方向）に偏芯させている。
【０２６２】
図４９は図４８の実施例をより具体化した例を示す側面図である。
【０２６３】
図４９の実施例では、投影装置の投影光学系２１Ｒ（２１Ｌ）に球面レンズ系を用いると共に、表示素子面２１Ｒａ，（２１Ｌａ）をレンズの光軸から偏芯させた位置に配置させることで、投影装置と観察者の顔とが干渉しないようにしている。
【０２６４】
表示パネルは、観察者の眼及び投影装置に対して垂直に配置され、表示パネル面には非球面のフレネルミラーが用いられている。
【０２６５】
なお、上述のように、観察者が表示パネルを正面視する構成とした方が好ましいが、本実施例では、表示パネルは±３０°傾けた位置からでも使用可能であり、±１５°程度の傾斜であれば、良好な画像が得られるようになっている。
【０２６６】
図５０は図４９の実施例の変形例を示す側方から見た概略構成図である。図５０において観察者の視線は水平方向に固定して示してある。
【０２６７】
本実施例では、表示パネルと観察者の瞳２４Ｒ（２４Ｌ）の位置が、表示パネル面の傾斜角度と表示パネル面の結像作用を有する偏芯フレネルレンズ面の光軸の偏芯量とを組み合せて調整されており、最適な状態で観察できるようになっている。なお、投影光学系２１Ｒ（２１Ｌ）は、表示パネル面に対して垂直に配置されている。なお、図５０中、２７は支持アームであり、支持アーム２７は２つの投影装置と表示パネルとを支持している。
【０２６８】
表示パネル面の傾斜角度αは、表示パネルの中心と観察者の瞳とを結ぶ線と表示パネルの中心からの垂線とのなす角度であり、±３０°以下にするのが見やすさの点から好ましい。
【０２６９】
図５０(a)の立体観察装置は、表示パネル面の傾斜角度αが０°になっている。図５０(b)，(c)の立体観察装置は、表示パネル面の傾斜角度αが３０°以下になっている。
【０２７０】
なお、図５０の実施例においては、(c)の構成に比べて(a)又は(b)の構成の方が、見やすさの自然な点と結像作用の偏芯量が少ない点でより有利である。
【０２７１】
図５１は本発明の立体観察装置の他の実施例を示す側方から見た概略構成図である。
【０２７２】
本実施例の立体観察装置は、反射型に構成されている。
【０２７３】
図５１(a)の立体観察装置は、投影装置を２つ搭載するとともに、表示パネルにフレネルミラー２３及び拡散手段２５を備えて構成されており、観察用の瞳を左右に分離しかつ拡大して観察者の眼の位置に結像するようになっている。
【０２７４】
図５１(b)の立体観察装置は、図５１(a)の投影光学系２１Ｒ（２１Ｌ）がリレー系を加えて構成されている。すなわち、投影装置と、表示パネルを支持する支持アーム２７の内部にリレー系２６Ｒ（２６Ｌ）を備えている。図５１(b)の例では、リレー系２６Ｒ（２６Ｌ）は、レンズ２６Ｒａ〜２６Ｒｃ（２６Ｌａ〜２６Ｌｃ）と、ミラー２６Ｒｄ，２６Ｒｅ（２６Ｌｄ，２６Ｌｅ）と、レンズ２６Ｒｆ（２６Ｌｆ）と、ミラー２６Ｒｇ（２６Ｌｇ）と、レンズ２６Ｒｈ（２６Ｌｈ）とで構成されている。このように構成すると、投影装置と観察者との距離を十分に取ることができ、投影装置と観察者との干渉を避けることができる。
【０２７５】
次に、本発明の立体観察装置に用いる表示パネルの具体的な構成例を説明する。
【０２７６】
図５２は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの実施例を示す図で、(a)は斜視図、(b)は側方から見た概略構成図である。
【０２７７】
本実施例の表示パネルは、フレネル面２３ａと、ランダムに凹面が配置された拡散面２５ａとを一体形成して構成されている。
【０２７８】
具体的には、例えば、ポリカーボネイトやアクリルなどのプラスチック樹脂を、フレネル面用の金型と散乱面用のランダム配置された凹面の金型を両側からプレスして一体成形し、その後、フレネル面２３ａに反射膜としてアルミをコートし、さらにその上に防護膜として黒色塗料を付けて作られている。
【０２７９】
そして、表示パネルのフレネル面２３ａが観察用の瞳位置に２つの投影装置の開口の像を結像する作用を有し、拡散面２５ａが観察用の瞳を拡大する作用を有している。
【０２８０】
なお、図５２に示す本実施例の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡として構成されている。
【０２８１】
ここで、表面鏡と裏面鏡とのフレネル面２３ａの曲率半径Ｒについて考える。
【０２８２】
裏面鏡として構成した場合の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝２ｎ・ｆ
表面鏡として構成した場合の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝２ｆ
（但し、ｎは屈折率，ｆは焦点距離）
となる。
【０２８３】
このため、本実施例の表示パネルのように、裏面鏡で構成した方がフレネル面の曲率半径Ｒを大きくとることができるので、瞳結像時の収差の発生が少なく有利である。
【０２８４】
さらに、本実施例の表示パネルでは、フレネル面２３ａが周辺ほど曲率半径が大きくなるような非球面フレネル面に構成されている。このように構成すると、観察用の瞳が結像時に発生する収差を非球面でさらに少なく抑えることができ有利となる。
【０２８５】
図５３は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方から見た概略構成図、(b)は拡散手段の拡大図である。
【０２８６】
本実施例の表示パネルは、拡散手段として、図５２に示すようなランダムに凹面が配置された散乱面２５ａを備える代わりに、図５３(b)に示すようにフレネル面２３ａに微小な凹面２５ｂを一体形成して構成されている。なお、フレネル面２３ａには、反射膜がコートされており、裏面フレネル反射鏡として構成されている。
【０２８７】
また、本実施例では、表示パネルの表面は平面であり、反射防止膜が容易にコーティングできるようになっている。
【０２８８】
図５２に示すような反射型表示パネルでは、通常２回拡散面を通るのに対し、本実施例の反射型表示パネルによれば、結像作用をなすフレネル面２３ａと拡散作用をなす微小な凹面２５ｂとが同一の裏面に形成されており、投影光が１回だけ拡散面を通り、拡散作用は１回しか受けないので、その分ボケが生じにくく画質劣化を少なく抑えることができる。
【０２８９】
図５４は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方から見た概略構成図である。
【０２９０】
本実施例の表示パネルは、結像光学系２３をフレネル表面鏡で構成するとともに、拡散手段２５を拡散板で構成し、フレネル面２３ａと拡散板の表面に形成された拡散性を有する凹凸面２５ｂ'とが対面し、近接配置されている。
【０２９１】
本実施例の表示パネルによれば、フレネルミラー面２３ａが表面に形成されており拡散性を有する凹凸面２５ｂ'と極力密着させることができるので、拡散面を２回通過することにより生じるボケを極力少なく抑えることができる。
【０２９２】
なお、本実施例の表示パネルは、表面フレネルミラーと拡散板とを密着させる構成の他に、拡散板の代わりに拡散性フィルムを表面フレネルミラーに張り合わせて構成してもよい。
【０２９３】
図５５は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方から見た概略構成図である。
【０２９４】
本実施例の表示パネルは、図５２の実施例で示した偏芯フレネル裏面鏡の表面に、微小な凹凸面を形成する代わりに拡散性フィルム２５ｃを貼り合わせて構成されている。
【０２９５】
なお、拡散性フィルム２５ｃは、内部散乱式のもの、表面に形成された凹凸で散乱させる方式のもののいずれのものを用いてもよい。
【０２９６】
図５６は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方から見た概略構成図、(b)は(a)の変形例を示す概略構成図、(c)は表示パネル内部の拡散構造を示す図である。
【０２９７】
本実施例の表示パネルは、拡散手段２５に内部拡散型の拡散部材を用いた内部拡散型表示パネルとして構成されている。
【０２９８】
内部拡散型の拡散部材は、図５６(c)に示すように、屈折率が異なる透明な微小粒子２５ｄa，２５ｄb…をプラスチック材に混合して形成されており、この微小粒子２５ｄa，２５ｄbを光が通過することによって光を散乱させるようになっている。
【０２９９】
図５６(a)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡を構成するフレネル面２３ａを備える光学部材をプラスチック材と微小な粒子を混合させて構成されおり、偏芯フレネル裏面鏡と内部拡散型の拡散部材とが一体形成されている。
【０３００】
図５６(b)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡と、微小粒子をプラスチック材に混合させて形成した内部散乱式の拡散板とを接合又は近接配置して構成されている。
【０３０１】
なお、図５６(b)の構成においては、内部散乱式の拡散板の代わりに、偏芯フレネル裏面鏡の表面に内部散乱式の拡散性フィルムを偏芯フレネル裏面鏡の表面に張り合わせて構成してもよい。
【０３０２】
図５７は本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、(a)は側方から見た概略構成図、(b)は(a)の変形例を示す概略構成図、(c)は内部拡散構造を示す図である。
【０３０３】
本実施例の表示パネルは、拡散手段２５に高分子重合液晶を用いた内部拡散型表示パネルとして構成されている。
【０３０４】
高分子重合液晶を用いると、液晶を固定化できる。本実施例ではこれを応用したものである。
【０３０５】
高分子重合液晶２５ｅは、複屈折性を有しており、液晶のように配光方向が内部で揺らいでおり、これを光重合させることで、図５７(c)に示すように、内部でランダムに配向されたままの状態で固定化されている。
【０３０６】
図５７(a)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡のフレネル面２３ａを備える光学部材が高分子重合液晶で一体的に構成されている。
【０３０７】
図５７(b)の表示パネルは、偏芯フレネル裏面鏡と、高分子重合液晶で構成された拡散板とを接合又は近接配置して構成されている。なお、高分子重合液晶で構成された拡散板の代わりに、高分子重合液晶で構成された拡散性フィルムを偏芯フレネル裏面鏡の表面に貼り付けて構成してもよい。
【０３０８】
このように構成された本実施例の表示パネルによれば、複屈折性を持った高分子重合液晶２５ｅがランダムに配向された状態で固定化されているので、光は偏光方向に応じて屈折作用をわずかに受ける。そして、高分子重合液晶層全体としては、内部散乱により拡散作用を生じる。
【０３０９】
そして、本実施例の表示パネルによれば、内部散乱での拡散作用を利用するため表面は平板状に形成できる。このため、汚れがついたときにふき取りやすくなり、また、外光の写り込みを防止するための反射防止膜を付けやすくなる。
【０３１０】
また別の実施例として、拡散手段２５にホログラムからなる拡散板を用いることができる。上記ホログラムからなる拡散板には、透過型ホログラムと反射型ホログラムがある。一般に、体積型感光材料中に記録されたホログラムは透過型ホログラムは波長選択性が低く、反射型ホログラムは波長選択性が高いことが知られている。カラー像を表示する本発明の投影表示装置に用いる場合には、R（赤色）、G(緑色)、B（青色）のそれぞれ３波長の光を拡散させるために３つのホログラム干渉縞を多重記録する必要があるため、ホログラムとしては波長選択性が比較的低い透過型ホログラムを用いるほうが望ましい。
【０３１１】
以下、このような透過型ホログラムからなる拡散板２５とフレネル凹面鏡２３からなる表示パネルを用いて構成される投影表示装置について説明するが、以後のこの構成の投影表示装置において、左右の光学系のうちの一方だけを示し他は省略して説明する。
【０３１２】
図５８(a)に、本発明に基づき構成されたこのような投影表示装置の概念図を、また、図５８(b)に、その投影表示装置の配置例を示す。
【０３１３】
図５８(b)では、表示素子面２１La（２１Ra）に表示された映像は投影光学系２１L（２１R）で拡大投影される。そして、その投影像近傍には透過型ホログラムからなる拡散板２５と表示パネルとが配置されている。表示パネルはフレネル凹面鏡２３からなり、投影光学系の射出瞳を所定の位置に形成する。この所定の位置は、観察者Mの眼球と略一致している。表示パネル２３により形成された射出瞳φ20は拡散板２５によって観察しやすい大きさの射出瞳像φ２１に拡大される。これにより、観察者Mの目２４L（２４R）の位置が射出瞳の像φ２１の位置から多少ずれても、投影像を観察象として観察することが可能になる。
【０３１４】
ここで、本発明における特徴は、図５８(a)に示すように、透過型ホログラムからなる拡散板２５は表示パネルのフレネル凹面鏡２３の入射側に配置されるため、投影光学系２１L（２１R）から射出瞳の像φ２１の位置に至る光線は、透過型ホログラムからなる拡散板２５を往復で計２回透過する点にある。このような特徴を有するため、光は透過型ホログラムからなる拡散板２５で２度回折されることになる。このことを踏まえて、本発明では１回目（フレネル凹面鏡２３に入射する前）の透過型ホログラム２５を透過する角度と、２回目（フレネル凹面鏡２３に入射した後）の透過型ホログラム２５を透過する角度とを積極的に異ならせて、そのホログラムの角度選択性により何れか一方での回折を避けるようにしている。
【０３１５】
また、３D表示装置のように左右の投影像として両眼視差のある映像を観察する場合には、左右の目で観察する映像が異なるために、拡散角が大きいとクロストークを起こす。この場合、立体像とは認識できず二重像として観察されてしまう。そのために、透過型ホログラムからなる拡散板２５の拡散角は半値全幅で８°以下であることが好ましい。また、透過型ホログラムからなる拡散板２５は、光強度が1/10になる全幅において、拡散角が１２°以下であることが好ましい。少なくとも１２°以上に拡散する光線は観察者に届かないようにする。
【０３１６】
以上のことから、透過型ホログラムからなる拡散板２５としては、半値全幅から急に拡散光強度が低下する特性であることが好ましい。
【０３１７】
次に、透過型ホログラムからなる拡散板２５の屈曲作用と波長分散の関係、及び表示パネルのフレネル凹面鏡２３と透過型ホログラムからなる拡散板２５の配置関係について説明する。透過型ホログラムからなる拡散板２５は、参照光と拡散光源（２次光源）からの物体光との干渉記録によって作製される。
【０３１８】
この時、参照光と物体光が同軸（インライン）配置での記録であると、図５９(a)に示したように、投影光学系２１L（２１R）からの軸上主光線６０は、拡散板２５に１回目の入射をして拡散板２５で屈曲されずに直通する。そして、拡散板２５を直通した主光線はフレネル凹面鏡２３で反射されて方向を変え、拡散板２５の裏面側から入射して拡散板２５を直通する。このとき、１回目の入射の際の入射角度が、透過型ホログラム（拡散板２５）の再生光入射角度（回折効率がピーク近傍になる角度）を満足していれば、１回目の透過の際に直通する主光線の周りに回折による拡散光が分布し、２回目の透過の際にはその拡散光はほとんど直通する。一方、２回目の透過の際に入射光の入射角度が再生光入射角度を満足していれば、１回目の透過の際には軸上主光線６０は回折されずにほとんど直通し、２回目の透過の際に直通する主光線の周りに回折による拡散光が分布する。
【０３１９】
いずれの場合も、０次光６１０と主光線６１１は同じ方向に進む。図５９(a)はこの様子を示したものであり、拡散光は図示していない。この図では、拡散板２５で回折されない０次光６１０と回折された拡散光中の主光線（中心光線）６１１のみを図示してあり、０次光６１０と主光線６１１は同じ方向に進み、投影表示装置の射出瞳φ２１の中心に達する。したがって、図５９(a)に示すように、透過型ホログラムからなる拡散板２５が拡散作用のみで、光路の屈曲作用を持たない場合は、拡散光だけでなく回折により拡散されない０次光６１０が射出瞳φ２１に達する。その結果、観察される映像中心に０次光６１０のスポットが見えることになり望ましくない。
【０３２０】
そこで、透過型ホログラムからなる拡散板２５として、参照光と物体光が相互に同軸でないオフライン配置の関係で記録したものを用いる。このようなオフライン配置で記録した拡散板２５は再生光入射角度を満足して回折する場合に光線の屈曲とともに波長分散が生じる。その屈曲方向によって図５９(b)、(c)のような光路と、図６０(a)、(b)のような光路をとる。ただし、図５９(b)、(c)は拡散板２５の再生光入射角度条件が１回目の入射の際に満足する場合であり、図６０(a)、(b)は２回目の入射の際に満足する場合である。図５９（ｂ）、図６０(a)は、拡散板２５の屈折方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合であり、図５９(c)、図６０(b)は、入射角に対して回折角が大きくなる方向の場合である。
【０３２１】
各図中、拡散光の図示は省き、拡散板２５で回折して屈折されたR、G、Bの波長の主光線（中心光線）をそれぞれ６１R、６１G、６１Bで示してある。各図から明らかなように、拡散板２５として光線の屈折作用を持つ透過型ホログラムを用いると、ホログラムで回折されない０次光６１０を回折光６１R、６１G、６１Bから分離できる。その結果、投影表示装置の射出瞳φ２１に入射しないように構成可能になる。具体的には、投影表示装置の射出瞳φ２１の位置で、上記射出瞳φ２１の中心からその瞳径の２分の１以上離れて０次光６１０が入射するように構成することが望ましい。
【０３２２】
ところで、透過型ホログラムを用いた拡散板２５を用いる場合には、表示素子面２１La（２１Ra）を照明する光源は単色性の高いLEDやLDをRGB３色組合わせてなる光源を用いることが望ましい。
【０３２３】
図６１は上述の各実施例で示した構成を備えた反射型立体観察装置の配置例を示す図で、(a)は斜視図、(b)は上方から見た概略構成図である。
【０３２４】
本実施例の立体観察装置は、表示パネルの左右方向かつ手前側から投影した像を観察するように投影装置及び表示パネルを配置して構成されている。
【０３２５】
表示パネルは、反射型に構成されている。
【０３２６】
表示パネル及び２つの投影装置は、保持部材２８に一体的に取り付けられており、２つの投影装置は、表示パネルの左右いずれかの側方（図６１では右側）に配置されている。
【０３２７】
また、結像作用を有する表示パネルのフレネル反射面は、光軸がパネルの左右方向（図６１(b)では右方向）に偏芯している。
【０３２８】
なお、表示パネルの中心に左右の投影装置からの入射する光線の光軸と表示パネルから観察者の左右の眼２４Ｒ（２４Ｌ）へ出射する光線の光軸との間には角度がつけられており、投影装置と観察者の瞳２４Ｒ（２４Ｌ）とが干渉しないようになっている。
【０３２９】
図６２は本発明の立体観察装置を用いた立体観察システムの実施例を示す概略構成図である。なお、本実施例では、反射型立体観察装置を用いたシステムとして示したが、本実施例の立体観察システムは本発明の全ての立体観察装置に応用可能である。
【０３３０】
本実施例では、左右の投影装置は、投影装置制御装置２９に接続されている。
【０３３１】
投影装置制御装置２８は、３Ｄ内視鏡や、３Ｄ顕微鏡などの３Ｄ画像入力装置に設けられている左右のカメラで撮像された画像を選択入力して、左右の投影装置にその選択した画像を送って表示させるように構成されている。
【０３３２】
また、本実施例では、投影装置制御装置２９は、その他の選択入力可能な画像として、パソコンを介して作成された視差を有する３Ｄ画像も本実施例の表示パネルの入力画像として入力して投影装置に表示させることができるように構成されている。
【０３３３】
次に、このように構成された本発明の立体観察装置を応用した製品の実施例について説明する。
【０３３４】
図６３は本発明の立体観察装置を応用した製品の実施例を示す説明図である。
【０３３５】
本実施例の製品は、表示パネルと左右の投影装置とを保持部材２８に一体的に取り付けた反射型立体観察装置と、保持部材２８を支持する支持アーム３０と、支持アーム３０を支持するキャスター付き支持部本体３１とで構成されている。
【０３３６】
立体観察装置は、左右の投影装置から互いに視差のある映像を表示パネルに投影し、表示パネルで反射して観察者の左右の眼にそれぞれ観察用の瞳を拡大させて映像を結像するように構成されている。
【０３３７】
保持部材２８は支持アーム３０との連結部３０ａを介して矢印方向に回動可能に連結され、支持アーム３０は支持部本体３１に連結部３０ｂを介して矢印方向に回動可能に連結されており、保持部材２８、支持アーム３０を所望方向に回動させることで、観察者の観察姿勢を変えることができるようになっている。また、保持部材２８には操作部２８ａが設けられており、所望方向への回動がしやすくなっている。
【０３３８】
また、支持部本体３１はキャスター３１ａが付いており、支持部本体３１を移動させることで観察位置を変えることができようになっている。
【０３３９】
図６４は本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【０３４０】
本実施例の製品は、図６３と同様の保持部材に取り付けられた立体観察装置を支持する支持アーム３０を支持する支持部本体３１を天井３２に取り付けて構成されている。
【０３４１】
本実施例のように構成すれば、立体観察装置を置くスペースを省略することができる。
【０３４２】
図６５は本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【０３４３】
本実施例の製品は、支持アーム３０を手術用の椅子３３に取り付けて構成されている。
【０３４４】
表示パネルは保持部材２８ｂに取り付けられ、投影装置は保持部材２８ｃに取り付けられている。そして、保持部材２８ｂは、保持部材２８ｃに回動可能に取り付けらており、表示パネルの投影装置に対する向きを所定の方向に変えることが出来るようになっている。
【０３４５】
投影装置を取り付けた保持部材２８ｃは、支持アーム３０に連結部１０ｃを介して３６０°回動可能に取り付けられており、表示パネル及び投影装置の向きを所定方向に変えることが出来るようになっている。
【０３４６】
さらに、表示パネルの左右側方には、取っ手３４が設けられており、表示パネルに直接手を触れずに向きの調整操作がし易くなっている。
【０３４７】
また、手術用の椅子３３にはキャスター３３ａが設けられており、手術用椅子を移動させることで観察位置を変えることができようになっている。
【０３４８】
図６６は本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【０３４９】
本実施例の製品は、キャスター３１ａ付きの支持部本体３１及び連結部３０ｃを介して回動可能な支持アーム３０を備えた手術用顕微鏡の画像入力部３５に、投影装置と表示パネルとが保持部材２８に取り付けられた２台の立体観察装置を保持部材２８を介して取り付けて構成されている。
【０３５０】
手術用顕微鏡の画像入力部には２台のカメラが内蔵され、入力画像は夫々の立体観察装置の投影装置に送られるように構成されており、手術用顕微鏡での立体画像が複数の観察者に同時に観察できるようになっている。
【０３５１】
そして、図６３〜図６６に示した実施例の製品の立体観察装置は、手術用顕微鏡の表示装置、内視鏡の表示装置、医療関連の立体情報画像の表示装置、コンピュータを用いたゲーム機など娯楽製品の表示装置、各種３ＤのＣＡＤ画像など業務関連の３Ｄ画像の表示装置などに適用可能である。
【０３５２】
また、上記各実施例の反射型立体観察装置として示した構成は、表示パネルを透過型フレネルレンズで構成すれば、透過型立体観察装置に適用可能である。
【０３５３】
その他、投影光学系内に配置する映像表示素子としては、ＤＭＤ液晶や反射型液晶を用いて構成してもよい。その他、拡散作用を持たない表示パネルであっても本発明の課題は達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０３５４】
【図１】ホログラム記録材料の干渉光記録面から見た２つの光源のそれぞれ中心を見込む角度を説明する図である。
【図２】ホログラム型回折光学素子の光線屈曲に伴う波長分散を説明する図である。
【図３】画像投影手段の射出瞳が、観察者の近傍に投影される状態を示す図である。
【図４】投影された射出瞳を観察者側から見た状態を示す図である。
【図５】特に１次光と−１次光を散乱光線として透過させるホログラム型回折光学素子を説明する図である。
【図６】画像投影手段の射出瞳が、観察者の近傍に、１次光拡大瞳と−１次光拡大瞳と０次光瞳の３つの瞳として分割投影される状態を示す図である。
【図７】画像投影手段の２つの射出瞳が６つの瞳として観察者の近傍に縦に並んで投影される状態を示す図である。
【図８】１次光、０次光、−１次光のそれぞれによって投影される瞳の中心について説明する図である。
【図９】１次光瞳と−１次光瞳と０次光瞳が重なる状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３の構成を示す図である。
【図１１】−１次光拡大瞳を投影画像の正面に配置した場合を示す図である。
【図１２】１次光拡大瞳と−１次光拡大瞳を縦長形状にした場合を示す図である。
【図１３】１つの瞳が観察者の両眼にかかる状態を示す図である。
【図１４】投影瞳が観察者に対し略縦方向に長い形状とした場合を示す図である。
【図１５】縦長形状の拡大瞳長手方向と、波長ごとの拡大瞳投影位置のズレ方向とが一致する状態を示す図である。
【図１６】長方形形状の光源の１次像と−１次像について説明する図である。
【図１７】像の長辺方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。
【図１８】本発明の実施例４の構成を示す図である。
【図１９】各波長による拡大瞳の回折光強度を示す図である。
【図２０】像の短辺方向に、像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。
【図２１】本発明の実施例４の構成を示す図である。
【図２２】Ｌ１およびＬ２の定義について説明する図である。
【図２３】画像投影手段の射出瞳が、波長ごとにずれて大きさが異なる状態で投影される状態を示す図である。
【図２４】本発明の実施例５の構成を示す図である。
【図２５】投影画像が、ホログラム型回折光学素子に対して傾いて投影される状態を示す図である。
【図２６】投影画像が、ホログラム型回折光学素子に平行に投影される状態を示す図である。
【図２７】本発明の実施例１の構成を示す図である。
【図２８】本発明の実施例１の光学系レイアウトの斜視図である。
【図２９】本発明の実施例１のホログラムデフューザーの露光条件を説明する図である。
【図３０】本発明の実施例２の構成を示す図である。
【図３１】本発明の実施例２のホログラムデフューザーの配置を示す図である。
【図３２】本発明の実施例２の瞳投影作用を示す図である。
【図３３】本発明の実施例４の構成を示す図である。
【図３４】本発明の実施例４のホログラムデフューザーの露光条件を説明する図である。
【図３５】第２光源の１次像の長辺方向に、１次像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。
【図３６】第２光源の１次像の短辺方向に、１次像中心部を通過する直線上にて回折光強度分布を測定する状況を示す図である。
【図３７】本発明の実施例５の構成を示す図である。
【図３８】本発明の実施例６の光学系の詳細図である。
【図３９】本発明の実施例６の光学系の詳細図である。
【図４０】ホログラム型回折光学素子により光線が屈曲拡散される方向が、観察者に対して縦方向となる様子を示す図である。
【図４１】縦長形状瞳の中心部を含む円形の範囲内に観察者の眼を置いた様子を示す図である。
【図４２】観察者が画像を観察できる方とできない方のそれぞれの投影瞳中心位置から、投影画像中心の輝度を測定する状況を示す図である。
【図４３】ホログラム記録材料と複数の光源の配置関係を示す図である。
【図４４】本発明の実施例７の光学系の詳細図である。
【図４５】本発明の立体観察装置の原理説明図である。
【図４６】本発明の立体観察装置により観察用の瞳が拡大する原理を示す説明図である。
【図４７】本発明による立体観察装置の実施例を示す図である。
【図４８】本発明による立体観察装置の他の実施例を示す図である。
【図４９】図４８の実施例をより具体化した例を示す側面図である。
【図５０】図４９の実施例の変形例を側方から見た概略構成図である。
【図５１】本発明の立体観察装置の他の実施例を側方から見た概略構成図である。
【図５２】本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの実施例を示す図である。
【図５３】本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。
【図５４】本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を側方から見た概略構成図である。
【図５５】本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を側方から見た概略構成図である。
【図５６】本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。
【図５７】本発明の立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。
【図５８】２回目の通過で屈曲される透過型ホログラムからなる拡散板と接眼光学系の凹面鏡との組み合わせの光路図である。
【図５９】１回目の通過で屈曲される透過型ホログラムからなる拡散板と接眼光学系の凹面鏡との組み合わせの光路図である。
【図６０】本発明に基づき構成された投影観察装置の光学系の概念図と投影観察装置の配置例を示す図である。
【図６１】各実施例で示した構成を備えた反射型立体観察装置の配置例を示す図である。
【図６２】本発明の立体観察装置を用いた立体観察システムの実施例を示す概略構成図である。
【図６３】本発明の立体観察装置を応用した製品の実施例を示す説明図である。
【図６４】本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【図６５】本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【図６６】本発明の立体観察装置を応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【図６７】従来の立体観察装置の概略構成図である。
【図６８】図６７の装置を側方から見た図である。
【図６９】本発明の実施例９の一体ドレープを示す図である。
【図７０】本発明の実施例９の一体ドレープを内蔵した滅菌パックを示す図である。
【図７１】本発明の実施例９の一体ドレープの使用方法を示す図である。
【図７２】本発明の実施例９の一体ドレープをフレネル凹面鏡に取り付けた状態を示す図である。
【図７３】本発明の実施例９の立体観察装置の使用状態を示す図である。
【図７４】本発明の実施例９の比較例を示す図である。
【図７５】本発明の実施例１０の構成を示す図である。
【図７６】本発明の実施例１０のホログラムデフューザーの配置を示す図である。
【図７７】本発明の実施例１０の画像投影手段の２つの射出瞳が観察者の近傍に投影される状態を示す図である。
【図７８】本発明の実施例１０において、それぞれの投影瞳中心位置から、投影画像中心の輝度を測定する状況を示す図である。
【符号の説明】
【０３５５】
１４３    観察者
１４４    手術用実体顕微鏡
１４５    カメラコントロールユニット
１４６    ＬＣＤコントローラー
１４７    右眼用画像投影機
１４８    左眼用画像投影機
１４９    パネル
１５０    保持ユニット
１５１    フレネルレンズ面
１５２    アクリルパネル
１５３    アルミミラーコート
１５４    面
１５５    ホログラムデフューザー
１５６    観察者の右眼
１５７    観察者の左眼
１５８    右眼用画像投影機の射出瞳
１５９    左眼用画像投影機の射出瞳
１６０    フレネル凹面鏡
【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】
2004226958.tif 000016
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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