(57)【要約】ＬＣＤモジュール１４２の画像の中間像は、ズーム・オートフォーカス制御系ｇを介して、反射ミラーＭ１、Ｍ２により偏向され、リレーレンズｂ、反射ミラーＭ３、Ｍ４を介して拡散ガラス１３１上に形成される。拡散ガラス１３１で±２０°程度に拡散された光束は接眼レンズ１３２を介して眼球の網膜上にＬＣＤ像を投影する。接眼レンズ１３２の一番水晶体２に近いレンズの１面は、コーニック面からなる非球面形状を有しており、当該コーニック面のコーニック係数が−１より小さくされている。これにより、視野角度を６０°以上とし、収差が少ない光学系が得られる。
2004029693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束放出方向に直交した表示面を具備する２次元発光型の光電素子と、前記光電素子から放出された光束を使用者の眼球内に投射し、６０度以上の視野角を有する魚眼型光学系とを有し、前記眼球の直前に装着される画像表示装置であって、前記魚眼型光学系は、中間像を形成し、前記中間像が形成される位置から前記眼球側に配置された光学素子のうち、前記眼球に最も近い光学素子は、単レンズからなる非球面光学素子であり、当該光学素子の前記眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するようなコーニック面からなる非球面形状を有し、かつ当該コーニック面のコーニック係数が−１より小さいことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
画像表示素子を構成する素子のうち、前記眼球側から数えて２番目の光学素子は、単レンズからなり、当該光学素子の眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するような形状を有するものであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記魚眼型光学系は、リレー光学系を含む第１のレンズ群と、前記第１のレンズ群で形成された前記中間像を前記眼球内に投射する接眼レンズ系とを有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１のレンズ群が、少なくとも一つ以上の非球面光学素子を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１のレンズ群が、テレセン性を補正する曲面ミラーを少なくとも１枚有することを特徴とする請求の範囲第３項又は第４項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
第１画像情報と、前記第１画像情報とは異なる第２画像情報とを合成し、前記光電素子に合成画像情報を出力する画像合成手段を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記画像合成手段は、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方を、前記光電素子から出射した光束が、前記魚眼型光学系により生ずるディストーションを受けた際に、前記使用者に良好な画像が投射できるように、予め前記ディストーションを補正する歪を与える画像処理を行う機能を有することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記画像合成手段は、少なくとも第１の画像情報又は第２の画像情報の少なくとも一方とその他の画像とが合成された部分の領域が所定以上の領域に重ならないように前記光電素子へ出力する合成画像情報を制御する画像合成手段制御部を備えたことを特徴とする請求の範囲第６項から第８項のうちいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、ビデオ画像、ＤＶＤ出力及びハイビジョン出力情報のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求の範囲第６項から第８項のうちいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、処理演算手段からの画像出力情報を含むことを特徴とする請求の範囲第６項から第８項のうちいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記処理演算手段には、前記処理演算手段へ所望の情報を入力するためのキーボードが接続され、前記画像出力情報は、前記キーボードへの入力情報を含むことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記キーボードは、手に取り付けられたポータブルキーボードであることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記ポータブルキーボードは、親指に設置された電磁素子と、その他の指に設置された電磁力検出センサーとを有し、さらに、前記電磁力検出センサーにより検知された電磁場の状態から、その親指とその他の指間の距離、方向情報を認知し、前記距離、方向情報に応じて、特定の符号を与える制御部を有することを特徴とする請求の範囲１２項に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記ポータブルキーボードは、各指に設置された圧力検出センサーと、前記圧力検出センサーにより検知された各指の指圧情報を基に、特定の符号を与える制御部と有することを特徴とする請求の範囲１２項に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記処理演算手段は、マイク又はヘッドホーンに入力された有声音又は無声音をそれらに対応する特定の符号に変換し、前記特定の符号に対応した画像を前記画像出力情報として出力するものであることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記魚眼型光学系が、複数の光電素子から出力された複数の画像を光学的に合成し、前記眼球内の網膜上に複数の画像を投影して結像させる光学的画像合成手段を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記光学的画像合成手段は、少なくとも一つの画像に対し可変倍率が２倍以上の光学的ズーム機構を有し、更に、前記一つの画像とその他の画像とが合成された部分の領域が所定以上の領域に重ならないように前記光学的ズーム機構を制御する光学的画像合成手段制御部を備えたことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
請求の範囲第１項に記載の画像表示装置が、それそれ左右眼球に対し別々に配置され、前記使用者の眼球の間隔に応じて各々の前記魚眼型光学系の間隔を調整可能とする調整機構が更に付加されたことを特徴とする両目対応画像表示装置。
【請求項１９】
請求の範囲第１項に記載の画像表示装置であって、一つの前記光電素子から放出された光束を複数に分割する分割光学系を有し、前記分割された光束毎に別々に設置された前記魚眼型光学系を備え、前記使用者の眼球の間隔に応じて各々の魚眼型光学系の間隔を調整可能とする調整機構か更に付加されていることを特徴とする両目対応画像表示装置。
【請求項２０】
請求の範囲第１項に記載の画像表示装置であって、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２１】
請求の範囲第１項に記載の画像表示装置であって、前記光電素子と前記魚眼型光学系をそれぞれ２個有し、当該２個の光電素子が発する各々の光束を左右眼球用に分割すると共に、前記分割された光束のうち異なる光電素子から発せられたものを、左右眼球用にそれぞれ合成する画像分割・合成光学系を有し、さらに、前記画像分割・合成光学系を作動状態と機能停止状態に切り換える切り換え機構を有することを特徴とする両目対応画像表示装置。
【請求項２２】
地震検知センサー、水平計測・調整装置、固定装置の内、少なくとも一つを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項２３】
タイマー装置、及び当該タイマー装置の出力に応じ、画像表示装置を移動する移動装置が付属されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項２４】
前記中間像から前記眼球へ伝搬する光束の、前記中間像からの発散角は、前記眼球の横シフトよって前記眼球の瞳位置が変化した場合に、前記眼球の瞳の中心を通る全ての主光線の前記中間像形成面への入射角度の変化範囲よりも、大きい角度を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項２５】
前記中間像が形成される位置又はその近傍に光を拡散する光拡散体を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項２６】
前記光拡散体は、ミクロングレードで粒径が管理された、金属酸化物又は金属炭化物の粒体を、透過板上にコーティングした透過型拡散板であることを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の画像表示装置。
【請求項２７】
前記粒体はシリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムの少なくとも一つであり、前記透過型光拡散板はポリエステルフィルムであることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の両像表示装置。
【請求項２８】
請求の範囲第１項に記載の画像表示装置であって、当該画像表示装置の一部が使用者の顔面に当接可能であり、更に、少なくとも前記光電素子と前記魚眼型光学系が使用者以外の支持機構により支持され、かつ前記支持機構は使用者顔面の動きに応じて前記光電素子と前記魚眼型光学系を含むユニットを移動可能に支持するものであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２９】
前記支持機構は、６軸方向に任意に変位可能であることを特徴とする請求の範囲第２８項に記載の画像表示装置。
【請求項３０】
請求の範囲第２８項に記載の画像表示装置であって、その重心位置又はその近傍を、前記支持機構により支持されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３１】
前記支持機構は、複数の関節部と、錘部と、前記魚眼型光学系と前記光電素子を含む前記ユニットと前記錘部とを結合する柔軟性に富む連結部材と、前記関節部に設けられ、前記連結部材を保持する保持部材とを有し、前記保持部材は前記連結部材の移動に対して発生する抵抗が少ないことを特徴とする請求の範囲第２８項に記載の画像表示装置。
【請求項３２】
風景が流れるように移動する画像を検出し、同画像が所定の時間静止して見えるように加工するＶＥ酔い低減手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
【請求項３３】
前記ＶＥ酔い低減手段の使用、不使用を選択するＶＥ酔い機能選択手段を有することを特徴とする請求の範囲第３２項に記載の画像表示装置。
【請求項３４】
前記ＶＥ酔い低減手段は、前記画像を周辺画像区画と中心面像区画に分け、各区画内にある像の所定時間内の横シフト量を算出し、前記周辺画像区画の像と前記中心画像区画の像が同じ方向にシフトしている場合は手ぶれ又は画面の横移動と判断して、所定の時間、画像が横に移動しないように、前記画像全体を像の動いている方向と反対方向に、動き量と同一量シフトさせ、画面全体が静止しているように見える画像に加工することを特徴とする請求の範囲第３２項又は第３３項に記載の面像表示装置。
【請求項３５】
使用者の眼前に配置され、像を使用者の眼球内に投影する投影光学系であって、６０度以上の画角を有するものにおいて、当該投影光学系を構成する光学素子のうち、前記眼球に最も近い光学素子は、単レンズからなる非球面光学素子であり、当該光学素子の前記眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するようなコーニック面からなる非球面形状を有し、かつ当該コーニック面のコーニック係数が−１より小さいことを特徴とする投影光学系。
【請求項３６】
投影光学系を構成する素子のうち、前記眼球側から数えて２番目の光学素子は、単レンズからなり、当該光学素子の眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するような形状を有するものであることを特徴とする請求の範囲第３５項に記載の投影光学系。
【請求項３７】
前記非球面光学素子は、最も前記眼球に近い位置に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３６項に記載の投影光学系。
【請求項３８】
前記像から前記眼球へ伝搬する光束の、前記像からの発散角は、前記眼球の横シフトよって前記眼球の瞳位置が変化した場合に、前記眼球の瞳の中心を通る全ての主光線の前記像面への入射角度の変化範囲よりも、大きい角度を有することを特徴とする請求の範囲第３５項から第第３７項のうちいずれか１項に記載の投影光学系。
【請求項３９】
光束放出方向に直交した表示面を具備する２次元発光型の光電素子と、前記光電素子から放出された光束を使用者の眼球内に投射し、６０度以上の視野角を有する魚眼型光学系とを有し、前記眼球の直前に装着される画像表示装置であって、前記魚眼型光学系は、中間像を形成するものであり、前記中間像の形成位置又はその近傍に光拡散体が設けられ、前記中間像が形成される位置から前記眼球側に配置された光学素子のうち、少なくとも１個が、少なくとも一方の面がコーニック面からなる非球面形状を有する非球面光学素子であり、かつ、少なくとも前記魚眼光学系と前記光電素子を、使用者の動きに追従するように、移動可能に支持する支持機構を有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は眼球に近接させて使用する画像表示装置、及び使用者の眼前に配置され、像を使用者の眼球内投影する投影光学系に関するものである。
【背景技術】  画像表示装置には、テレビ、パソコン、プロジェクター、ビデオカメラ、携帯電話等多くの種類が存在するが、これら従来の画像表示のディスプレイは大きさに制限があり、実際に人の眼で見るような広域の画像をディスプレイから得ることはできなかった。
更に、人が持ち運び可能なディスプレイとしてはウェアラブルディスプレイと呼ばれる眼鏡型ディスプレイや頭部支持型ディスプレイが知られている。
ウェアラブルディスプレイとしては図１６（ａ）に示すような視界の一部に小さいハーフミラー４０を配置し、プラズマディスプレイや液晶等の画像出力素子３９から出力された画像を、投影光学系３８を介して前記ハーフミラー４０により偏向し、眼球の網膜に投影する方法が知られている。この方法はハーフミラーを用いているので、視界の一部に画像出力素子３９から出力された画像が浮かんで見えるような方式（第１タイプ）である。しかし、視界角度としては数度程度しか得られないので、携帯電話の画面情報の提示等が使用候補としてある。
一方、もう少し大きい画像情報を得る手法としては、図１６（ｂ）に示すようなものがある。これは、眼球の手前に大きな光学素子４１を配置し、複数の反射面及び投影光学系４２を介して、画像出力素子３９から出力された画像を眼球の網膜に投影するものである。このようなタイプでは、比較的大きな視界角度（１５〜３０度程度）が得られるが、視界を完全に遮るタイプのものしか提案されていない。従って、使用方法として、片方の眼の前に脱着可能なように設置し、ウェアラブルパソコンとしてのディスプレイに用いる方式のもの（第２タイプ）か、両眼に独立に同画像表示装置を設置して、テレビやプロジェクターの代わりとして使用する方式のもの（第３タイプ）が提案されていた。
上記従来技術による３タイプは、それぞれ携帯電話、ノートパソコン、テレビやプロジェクターに代わるウェアラブルディスプレイとして期待されていた。しかし、実際にはウェアラブルというメリットはあるものの、ディスプレイの視野の大きさでは従来のディスプレイとあまり差がなく、装備するときの面倒や視界を遮られることによる眼の疲れ、耳や頭に搭載する重量等を考えると、デメリットが目立つという欠点があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、人間が見る視界に近い、大きな視界角度を有するウェアラブルな、又は目に近接して使用可能な画像表示装置、及び使用者の眼前に配置され、像を使用者の眼球内投影する投影光学系を提供することを目的とする。
【発明の開示】
前記目的を達成するための第１の発明は、光束放出方向に直交した表示面を具備する２次元発光型の光電素子と、前記光電素子から放出された光束を使用者の眼球内に投射し、６０度以上の視野角を有する魚眼型光学系とを有し、前記眼球の直前に装着される画像表示装置であって、前記魚眼型光学系は、中間像を形成し、前記中間像が形成される位置から前記眼球側に配置された光学素子のうち、前記眼球に最も近い光学素子は、単レンズからなる非球面光学素子であり、当該光学素子の前記眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するようなコーニック面からなる非球面形状を有し、かつ当該コーニック面のコーニック係数が−１より小さいことを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、画像表示素子を構成する素子のうち、前記眼球側から数えて２番目の光学素子は、単レンズからなり、当該光学素子の眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するような形状を有するものであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明であって、前記魚眼型光学系が、リレー光学系を含む第１のレンズ群と、前記第１のレンズ群で形成された前記中間像を前記眼球内に投射する接眼レンズ系とを有していることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第４の発明は、前記第３の発明であって、前記第１のレンズ群が、少なくとも一つ以上の非球面光学素子を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５の発明は、前記第３の発明又は第４の発明であって、前記第１のレンズ群が、テレセン性を補正する曲面ミラーを少なくとも１枚有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６の発明は、前記第１の発明から第５の発明のいずれかであって、第１画像情報と、前記第１画像情報とは異なる第２画像情報とを合成し、前記光電素子に合成画像情報を出力する画像合成手段を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７の発明は、前記第６の発明であって、前記画像合成手段が、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方を、前記光電素子から出射した光束が、前記魚眼型光学系により生ずるディストーションを受けた際に、前記使用者に良好な画像が投射できるように、予め前記ディストーションを補正する歪を与える画像処理を行う機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８の発明は、前記第６の発明から第８の発明のいずれかであって、前記画像合成手段が、少なくとも第１の画像情報又は第２の画像情報の少なくとも一方とその他の画像とが合成された部分の領域が所定以上の領域に重ならないように前記光電素子へ出力する合成画像情報を制御する画像合成手段制御部を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９の発明は、前記第６の発明から第８の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、ビデオ画像、ＤＶＤ出力及びハイビジョン出力情報のうち少なくとも１つを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０の発明は、前記第６の発明から第９の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、処理演算手段からの画像出力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１の発明は、前記第１０の発明であって、前記処理演算手段には、前記処理演算手段へ所望の情報を入力するためのキーボードが接続され、前記画像出力情報は、前記キーボードへの入力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２の発明は、前記第１１の発明であって、前記キーボードは、手に取り付けられたポータブルキーボードであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３の発明は、前記第１２の発明であって、前記ポータブルキーボードは、親指に設置された電磁素子と、その他の指に設置された電磁力検出センサーとを有し、さらに、前記電磁力検出センサーにより検知された電磁場の状態から、その親指とその他の指間の距離、方向情報を認知し、前記距離、方向情報に応じて、特定の符号を与える制御部を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１４の発明は、前記第１２の発明であって、前記ポータブルキーボードは、各指に設置された圧力検出センサーと、前記圧力検出センサーにより検知された各指の指圧情報を基に、特定の符号を与える制御部と有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１５の発明は、前記第１０の発明であって、前記処理演算手段は、マイク又はヘッドホーンに入力された有声音又は無声音をそれらに対応する特定の符号に変換し、前記特定の符号に対応した画像を前記画像出力情報として出力するものであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１６の発明は、前記第１の発明から第１５の発明のいずれかであって、前記魚眼型光学系が、複数の光電素子から出力された複数の画像を光学的に合成し、前記眼球内の網膜上に複数の画像を投影して結像させる光学的画像合成手段を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１７の発明は、前記第１６の発明であって、前記光学的画像合成手段は、少なくとも一つの画像に対し可変倍率が２倍以上の光学的ズーム機構を有し、更に、前記一つの画像とその他の画像とが合成された部分の領域が所定以上の領域に重ならないように前記光学的ズーム機構を制御する光学的画像合成手段制御部を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１８の発明は、前記第１の発明から第１７の発明のいずれかの画像表示装置が、それそれ左右眼球に対し別々に配置され、前記使用者の眼球の間隔に応じて各々の前記魚眼型光学系の間隔を調整可能とする調整機構が更に付加されたことを特徴とする両目対応画像表示装置である。
前記目的を達成するための第１９の発明は、前記第１の発明から第１７の発明のいずれかの画像表示装置であって、一つの前記光電素子から放出された光束を複数に分割する分割光学系を有し、前記分割された光束毎に別々に設置された前記魚眼型光学系を備え、前記使用者の眼球の間隔に応じて各々の魚眼型光学系の間隔を調整可能とする調整機構が更に付加されていることを特徴とする両目対応画像表示装置である。
前記目的を達成するための第２０の発明は、前記第１の発明から第１７の発明のいずれかの画像表示装置であって、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置されることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２１の発明は、前記第１の発明から第１７の発明のいずれかの画像表示装置であって、前記光電素子と前記魚眼型光学系をそれぞれ２個有し、当該２個の光電素子が発する各々の光束を左右眼球用に分割すると共に、前記分割された光束のうち異なる光電素子から発せられたものを、左右眼球用にそれぞれ合成する画像分割・合成光学系を有し、さらに、前記画像分割・合成光学系を作動状態と機能停止状態に切り換える切り換え機構を有することを特徴とする両目対応画像表示装置である。
前記目的を達成するための第２２の発明は、前記第１の発明から第２１の発明のいずれかであって、地震検知センサー、水平計測・調整装置、固定装置の内、少なくとも一つを有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２３の発明は、前記第１の発明から第２２の発明のいずれかであって、タイマー装置、及び当該タイマー装置の出力に応じ、画像表示装置を移動する移動装置が付属されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２４の発明は、前記第１の発明から第２３の発明のいずれかであって、前記中間像から前記眼球へ伝搬する光束の、前記中間像からの発散角は、前記眼球の横シフトよって前記眼球の瞳位置が変化した場合に、前記眼球の瞳の中心を通る全ての主光線の前記中間像形成面への入射角度の変化範囲よりも、大きい角度を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２５の発明は、前記第１の発明から第２４の発明のいずれかであって、前記中間像が形成される位置又はその近傍に光を拡散する光拡散体を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２６の発明は、前記第２５の発明であって、前記光拡散体が、ミクロングレードで粒径が管理された、金属酸化物又は金属炭化物の粒体を、透過板上にコーティングした透過型拡散板であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２７の発明は、前記第２６の発明であって、前記粒体はシリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムの少なくとも一つであり、前記透過型光拡散板はポリエステルフィルムであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２８の発明は、前記第１の発明から第２７の発明のいずれかであって、当該画像表示装置の一部が使用者の顔面に当接可能であり、更に、少なくとも前記光電素子と前記魚眼型光学系が使用者以外の支持機構により支持され、かつ前記支持機構は使用者顔面の動きに応じて前記光電素子と前記魚眼型光学系を含むユニットを移動可能に支持するものであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２９の発明は、前記第２８の発明であって、前記支持機構が、６軸方向に任意に変位可能であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３０の発明は、前記第２８の発明又は第３０の発明であって、その重心位置又はその近傍を、前記支持機構により支持されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３１の発明は、前記第２８の発明から第３０の発明のいずれかであって、前記支持機構が、複数の関節部と、錘部と、前記魚眼型光学系と前記光電素子を含む前記ユニットと前記錘部とを結合する柔軟性に富む連結部材と、前記関節部に設けられ、前記連結部材を保持する保持部材とを有し、前記保持部材は前記連結部材の移動に対して発生する抵抗が少ないことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３２の発明は、前記第１の発明から第３１の発明のいずれかであって、風景が流れるように移動する画像を検出し、同画像が所定の時間静止して見えるように加工するＶＥ酔い低減手段を備えたことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３３の発明は、前記第３２の発明であって、前記ＶＥ酔い低減手段の使用、不使用を選択するＶＥ酔い機能選択手段を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３４の発明は、前記第３２の発明又は第３３の発明であって、前記ＶＥ酔い低減手段は、前記画像を周辺画像区画と中心面像区画に分け、各区画内にある像の所定時間内の横シフト量を算出し、周辺画像区画の像と中心画像区画の像が同じ方向にシフトしている場合は手ぶれ又は画面の横移動と判断して、所定の時間、画像が横に移動しないように、前記画像全体を像の動いている方向と反対方向に、動き量と同一量シフトさせ、画面全体が静止しているように見える画像に加工することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３５の発明は、使用者の眼前に配置され、像を使用者の眼球内に投影する投影光学系であって、６０度以上の画角を有するものにおいて、当該投影光学系を構成する光学素子のうち、前記眼球に最も近い光学素子は、単レンズからなる非球面光学素子であり、当該光学素子の前記眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するようなコーニック面からなる非球面形状を有し、かつ当該コーニック面のコーニック係数が−１より小さいことを特徴とする投影光学系である。
前記課題を解決するための第３６の発明は、前記第３５の発明であって、投影光学系を構成する素子のうち、前記眼球側から数えて２番目の光学素子は、単レンズからなり、当該光学素子の眼球から遠い面の面形状は、前記眼球の瞳に入射する前記光束が、当該光学素子の前記眼球から遠い面にほぼ垂直に入射するような形状を有するものであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３７の発明は、前記第３５の発明であって、前記非球面光学素子は、最も前記眼球に近い位置に配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３８の発明は、前記第３５の発明から第３７の発明のいずれかであって、前記像から前記眼球へ伝搬する光束の、前記像からの発散角は、前記眼球の横シフトよって前記眼球の瞳位置が変化した場合に、前記眼球の瞳の中心を通る全ての主光線の前記像面への入射角度の変化範囲よりも、大きい角度を有することを特徴とするものである。
前記課題を解決するための第３９の発明は、光束放出方向に直交した表示面を具備する２次元発光型の光電素子と、前記光電素子から放出された光束を使用者の眼球内に投射し、６０度以上の視野角を有する魚眼型光学系とを有し、前記眼球の直前に装着される画像表示装置であって、前記魚眼型光学系は、中間像を形成するものであり、前記中間像の形成位置又はその近傍に光拡散体が設けられ、前記中間像が形成される位置から前記眼球側に配置された光学素子のうち、少なくとも１個が、少なくとも一方の面がコーニック面からなる非球面形状を有する非球面光学素子であり、かつ、少なくとも前記魚眼光学系と前記光電素子を、使用者の動きに追従するように、移動可能に支持する支持機構を有することを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第４０の発明は、画像データを出力する光電素子を有し、当該光電素子の出力像を少なくとも２つの曲面形状の反射面を介して眼球内の網膜上に投影する画像表示装置であって、眼球に入射する前に光束を偏向する第１の曲面形状の反射面は第１楕円ミラーであり、当該第１楕円ミラーの第１焦点は、眼球の水晶体近傍に位置し、第２焦点は、前記第１楕円ミラーと第２の曲面形状の反射面の間に位置し、且つ、前記第１焦点と前記第２焦点を結ぶ線の中心を通りこの線に直交する平面と前記第１楕円ミラーの反射面が交差するようにされていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第４１の発明は、前記第４０の発明であって、前記第２曲面形状の反射面が第２の楕円ミラーであり、当該記第２の楕円ミラーを含む補正光学系により、前記光電素子上の像が眼球内の網膜上に投影されるようにされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第４２の発明は、前記第４０の発明又は第３９の発明であって、前記第２曲面形状の反射面が第２の楕円ミラーであり、前記第１楕円ミラーの第２焦点と前記第２楕円ミラーの第１焦点位置がほぼ一致するように配置され、且つ、前記第２楕円ミラーの第１焦点と第２焦点を結ぶ線の中心を通りこの線に直交する平面と前記第２楕円ミラーの反射面が交差するようにされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第４３の発明は、前記第４２の発明であって、前記第１楕円ミラーの第１焦点及び第２焦点、並びに前記第２楕円ミラーの第１焦点及び第２焦点が、ほぼ一直線上に並ぶように配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第４４の発明は前記第４２の発明であって、前記第２楕円ミラーと前記光電素子の間の光路中に魚眼型光学系を配置したことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第４５の発明は、前記第４４の発明であって、前記魚眼型光学系が、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲に、画像データを含む光束を供給する機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第４６の発明は、前記第４２の発明から第４５の発明のいずれかであって、前記第１楕円ミラーの第２焦点と前記第２楕円ミラーの第１焦点をほぼ一致させた部分に光軸方向の結像位置を補正する補正光学系を配置したことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第４７の発明は、前記第４０の発明から第４６の発明のいずれかであって、前記第１楕円ミラーと前記第２楕円ミラーの曲率が、ほぼ同じであることを特徴するものである。
前記目的を達成するための第４８の発明は、前記第４０の発明から第４７の発明のいずれかの画像表示装置が、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置されるように構成されていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第４９の発明は、前記第４０の発明から第４７の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、眼球の間隔に応じて位置が調整可能とされていることを特徴とする画像表示装置。
前記目的を達成するための第５０の発明は、前記第４０の発明から第４９の発明のいずれかであって、前記光電素子が、光束放出方向に直交した２次元発光型の液晶画面であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５１の発明は、所定の広域像を光束受光方向に直交した２次元受光型の第１光電素子上に投影する第１の魚眼型光学系を有し、前記第１光電素子で受光した画像データを、光束放出方向に直交した２次元発光型の第２光電素子から出力し、当該第２光電素子の出力像を、第２の魚眼型光学系と、曲面形状の反射面を介して眼球内の網膜上に投影する光学系を有することを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第５２の発明は、前記第５１の発明であって、前記第２の魚眼型光学系が、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲に、画像データを含む光束を供給する機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５３の発明は、前記第５１の発明又は第５２の発明であって、前記曲面形状の反射面は、眼球内の網膜上とほぼ共役な位置に配置され、かつ、前記第２の魚眼型光学系により発生するテレセン性の悪化を補正する曲面とされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５４の発明は、前記第５１の発明又は第５２の発明であって、前記曲面形状の反射面は、眼球内の網膜上とほぼ共役な位置に配置され、かつ、前記第２の魚眼型光学系により発生するテレセン性の悪化を補正する曲面とされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５５の発明は、前記第５１の発明から第５４の発明のいずれかであって、前記曲面形状の反射面は、少なくとも２面のｆθ型ミラーで形成されており、かつ、両ｆθミラーの光軸は互いに平行とされており、一方のｆθ型ミラーの焦点が、眼球の水晶体近傍に配置され、他方のｆθ型ミラーの焦点が、第２の魚眼型光学系の近傍に配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５６の発明は、前記第５１の発明から第５４の発明のいずれかであって、前記曲面形状の反射面は少なくとも２面のｆθ型ミラーで形成されており、かつ、両ｆθミラーの光軸は互いに平行とされており、一方のｆθ型ミラーの焦点を、第３の魚眼型光学系を用いて眼球の水晶体近傍にリレーし、他方のｆθ型ミラーの焦点を、前記第２の魚眼型光学系を用いて前記第２光電素子近傍にリレーする機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５７の発明は、前記第５１の発明から第５３の発明のいずれかであって、前記曲面形状の反射面は少なくとも２面の楕円型ミラーで形成されており、これら２面の楕円型ミラーのそれぞれの２焦点の内、一方がほぼ同じ位置に配置され、全焦点がほぼ一直線上に配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５８の発明は、前記第５１の発明から第５７の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、これら２個の画像表示装置の前記第１の魚眼型光学系同士の間隔と眼球の間隔が等しくなるように、左右の眼の間隔に合わせてこれら２個の両画像表示装置の間隔が調整可能とされていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第５９の発明は、前記第５１の発明から第５７の発明のいずれかであって、画像表示装置が、画像表示装置が、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置されるように構成されていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第６０の発明は、前記第４０の発明から第５７の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、眼球の間隔に応じて位置が調整可能とされていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第６１の発明は、前記第５１の発明から第６０の発明のいずれかであって、前記第２光電素子が、２次元発光型の液晶装置であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６２の発明は、前記第５１の発明から第６１の発明のいずれかであって、前記第１光電素子が、２次元受光型のイメージセンサであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６３の発明は、所定の広域像を光束受光方向に直交した２次元球面受光型の第１光電素子上に投影し、前記第１光電素子で受光した画像データを、光束放出方向に直交した２次元球面発光型の第２光電素子から出力し、曲面形状の反射面を介して眼球内の網膜上に投影する機能を有することを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第６４の発明は、前記第６３の発明であって、前記第１光電素子が、球面上に設けられた凸レンズと、前記球面上に設けられたイメージセンサを有し、前記第２光電素子が、球面上に設けられた凸レンズと、前記球面上に設けられた表示装置を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６５の発明は、所定の広域像を光束受光方向に直交した２次元受光型の第１光電素子上に投影する第１の魚眼型光学系を有し、前記第１光電素子で受光した画像データを、光束放出方向に直交した２次元発光型の第２光電素子から出力し、当該第２光電素子の出力像を第２の魚眼型光学系を介して眼球内の網膜上に投影する際に所望の制御を行う制御機構を有することを特徴する画像表示装置である。
前記目的を達成するための第６６の発明は、前記第６５の発明であって、前記第２の魚眼型光学系が、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲に、画像データを含む光束を供給する機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６７の発明は、前記第６５の発明又は第６６の発明であって、前記第２の魚眼型光学系の中に、さらに、曲面形状の反射面を有し、当該曲面形状の反射面は、眼球内の網膜上とほぼ共役な位置に配置され、かつ、前記第２の魚眼型光学系により発生する像面湾曲を補正する曲面とされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６８の発明は、前記第６５の発明又は第６６の発明であって、前記第２の魚眼型光学系中の、眼球内の網膜上とほぼ共役な位置に配置され、かつ、前記第２の魚眼型光学系により発生するテレセン性の悪化を補正する曲面形状の反射面を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第６９の発明は、前記第６５の発明から第６８の発明のいずれかであって、少なくとも２面のｆθ型ミラーを更に有し、かつ、両ｆθミラーの光軸は互いに平行とされており、一方のｆθ型ミラーの焦点が眼球の水晶体近傍に配置され、他方のｆθ型ミラーの焦点が第２の魚眼型光学系の近傍に配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７０の発明は、前記第６５の発明から第６８の発明のいずれかであって、前記第２光学系と眼球内の網膜の間に、さらに偏向ミラーを有し、前記偏向ミラーは少なくとも２面のｆθ型ミラーで形成されており、かつ、両ｆθミラーの光軸は互いに平行とされており、一方のｆθ型ミラーの焦点を、第３の魚眼型光学系を用いて眼球の水晶体近傍にリレーし、他方のｆθ型ミラーの焦点を、前記第２の魚眼型光学系を用いて前記第２光電素子近傍にリレーする機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７１の発明は、前記第６５発明から第６８の発明のいずれかであって、前記偏向ミラーは少なくとも２面の楕円型ミラーで形成されており、これら２面の楕円型ミラーのそれぞれの２焦点の内、一方がほぼ同じ位置に配置され、全焦点がほぼ一直線上に配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７２の発明は、前記第６５の発明から第７１の発明のいずれかであって、前記制御機構が、前記所定の広域像を合焦するためのフォーカス調整機構、広域像の出力範囲を任意に制御する機構の少なくとも一方を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７３の発明は、前記第６５の発明から第７２の発明のいずれかであって、前記制御機構が、画像表示装置以外の外部から入力された第１画像情報を、前記第１光電素子から入力された第２画像情報と合成し、前記第２光電素子から出力する画像合成装置を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７４の発明は、前記第７３の発明であって、前記画像合成装置が、前記第１画像情報を、前記第１の魚眼型光学系により発生したディストーション情報に基づき補正し、前記第２画像情報と合成する機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７５の発明は、前記第７３の発明又は第７４の発明であって、前記第１画像情報がビデオ画像出力情報を含むことを特徴するものである。
前記目的を達成するための第７６の発明は、前記第７５の発明であって、前記ビデオ画像出力情報を供給するビデオ画像入力装置が、前記画像表示装置に着脱可能に固定されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７７の発明は、前記第７３の発明から第７６の発明のいずれかであって、前記第１画像情報が、コンピュータの画像出力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７８の発明は、前記第７３の発明から第７７の発明のいずれかであって、前記第１画像情報が、コンピュータのキーボード入力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第７９の発明は、前記第７３の発明から第７８の発明のいずれかであって、前記第１画像情報が、手に取り付けられたポータブルキーボード入力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８０の発明は、前記第７９の発明であって、前記ポータブルキーボード入力情報が、親指に設置された電磁素子情報を、その他の指に設置された電磁力検出センサーにより検知し、その親指とその他の指間の距離・方向情報に変換することにより得られた画像情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８１の発明は、前記第７９の発明又は第８０の発明であって、前記ポータブルキーボード入力情報が、物体への各指圧情報を各指に設置された圧力検出センサーにより検知し、各指の指圧情報を画像として認識可能な情報に変換することにより得られた画像情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８２の発明は、前記第７３の発明から第８１の発明のいずれかであって、前記第１画像情報が、マイク又はヘッドホーンから入力された有声音又は無声音を文字に変換し、画像情報としたものを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８３の発明は、前記第６３の発明から第８２の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、これら２個の画像表示装置の前記第１の魚眼型光学系同士の間隔と眼球の間隔が等しくなるように、左右の眼の間隔に合わせてこれら２個の両画像表示装置の間隔が調整可能とされていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第８４の発明は、前記第６３の発明から第８２の発明のいずれかの画像表示装置が、画像表示装置が、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置されるように構成されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８５の発明は、前記第６３の発明から第８３の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、眼球の間隔に応じて位置が調整可能とされていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第８６の発明は、前記第６３の発明から第８５の発明のいずれかであって、少なくとも前記第２光電素子が、左右眼球に対し別々に配置され、前記第１光電素子及び前記第１の魚眼型光学系は、左右眼球用に共有されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８７の発明は、前記第８６の発明であって、前記第１光電素子への入力情報は両眼の幅に応じて位置変換され、前記左右の眼の第２光学素子に、それぞれに対応した別々の情報として出力されることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第８８の発明は、光束放出方向に直交した２次元発光型の第１光電素子から放出された光を、前記第１の魚眼型光学系と曲面形状の反射面を介して、眼球内の網膜上に投影して結像させることにより形成される、前記第１光電光学素子の出力像を制御する制御機構を有することを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第８９の発明は、前記第８８の発明であって、前記第１の魚眼型光学系が、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲に、画像データを含む光束を供給する機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９０の発明は、前記第８８の発明又は第８９の発明であって、前記曲面形状の反射面は、眼球内の網膜上とほぼ共役な位置に配置され、かつ、前記第１の魚眼型光学系により発生する像面湾曲を補正する曲面であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９１の発明は、前記第８８の発明又は第８９の発明であって、前記曲面形状の反射面は、眼球内の網膜上とほぼ共役な位置に配置され、かつ、前記第１の魚眼型光学系により発生するテレセン性の悪化を補正する曲面であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９２の発明は、前記第９０の発明又は第９１の発明であって、少なくとも２面のｆθ型ミラーを更に有し、かつ、両ｆθミラーの光軸は互いに平行とされており、一方のｆθ型ミラーの焦点が眼球の水晶体近傍に配置され、他方のｆθ型ミラーの焦点が第１の魚眼型光学系の近傍に配置されている偏向ミラーを有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９３の発明は、前記第８８の発明から第９１の発明のいずれかであって、前記第１の魚眼型光学系と眼球内の網膜の間に、さらに偏向ミラーを有し、前記偏向ミラーは少なくとも２面のｆθ型ミラーで形成されており、かつ、両ｆθミラーの光軸は互いに平行とされており、一方のｆθ型ミラーの焦点を、第３の魚眼型光学系を用いて眼球の水晶体近傍にリレーし、他方のｆθ型ミラーの焦点を、前記第２の魚眼型光学系を用いて前記第１光電素子近傍にリレーする機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９４の発明は、前記第８８の発明から第９１の発明のいずれかであって、前記第１の魚眼型光学系と眼球内の網膜の間に、さらに偏向ミラーを有し、前記偏向ミラーは少なくとも２面の楕円型ミラーで形成されており、これら２面の楕円型ミラーのそれぞれの２焦点の内、一方がほぼ同じ位置に配置され、全焦点がほぼ一直線上に配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９５の発明は、前記第８８の発明から第９４の発明のいずれかであって、前記制御機構が、前記所定の広域像を合焦するためのフォーカス調整機構、広域像の出力範囲を任意に制御する機構の少なくとも一方を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９６の発明は、前記第８８の発明から第９５の発明のいずれかであって、前記制御機構が、第１画像情報と、前記第１画像情報とは異なる第２画像情報とを合成し、前記第１光電素子から出力する画像合成機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９７の発明は、前記第８８の発明から第９５の発明のいずれかであって、前記制御機構が、前記第１光電素子から出力された第１画像情報と、前記第２光電素子から出力された第２画像情報とを光学的に合成し、前記眼球内の網膜上に投影して結像させる機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９８の発明は、前記第９６の発明又は第９７の発明であって、前前記制御機構が、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方を、前記第１の魚眼型光学系により発生したディストーション情報に基づき補正し、その後、これらの画像情報を合成することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９９の発明は、前記第９５の発明から第９８の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、ビデオ画像、ＤＶＤ及びハイビジョン出力情報情報のうち少なくとも１つを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１００の発明は、前記第９５の発明から第９９の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、コンピュータの画像出力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０１の発明は、前記第９５の発明から第１００の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、コンピュータのキーボード入力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０２の発明は、前記第９５の発明から第１０１の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、手に取り付けられたポータブルキーボード入力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０３の発明は、前記第１０２の発明であって、前記ポータブルキーボード入力情報は、親指に設置された電磁素子情報を、その他の指に設置された電磁力検出センサーにより検知し、その親指とその他の指間の距離・方向情報に変換することにより得られた画像情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０４の発明は、前記第１０２の発明又は第１０３の発明であって、前記ポータブルキーボード入力情報が、物体への各指圧情報を各指に設置された圧力検出センサーにより検知し、各指の指圧情報を画像として認識可能な情報に変換することにより得られた画像情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０５の発明は、前記第９５の発明から第１０４の発明のいずれかであって、前記第１画像情報及び、前記第２画像情報の内少なくとも一方は、マイク又はヘッドホーンから入力された有声音又は無声音を文字に変換し、画像情報としたものを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０６の発明は、前記第８８の発明から第１０５の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、これら２個の画像表示装置の前記第１の魚眼型光学系同士の間隔と眼球の間隔が等しくなるように、左右の眼の間隔に合わせてこれら２個の両画像表示装置の間隔が調整可能とされていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第１０７の発明は、前記第８８の発明から第１０５の発明のいずれかの画像表示装置が、画像表示装置が、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置されるように構成されていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第１０８の発明は、光束放出方向に直交した２次元発光型の第１光電素子から放出された光を、リレー光学系を含んだ第１の魚眼型光学系を介して眼球内の網膜上に投影して結像させることにより形成される前記第１光電光学素子の出力像を制御する制御機構を有し、当該制御機構は所定の広域像を合焦するためのフォーカス調整機構、当該広域像の出力範囲を任意に制御する機構の少なくとも一方を含み、前記広域像の視野角は６０°以上であることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第１０９の発明は、前記第１０８の発明であって、前記第１の魚眼型光学系が、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲に、画像データを含む光束を供給する機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１０の発明は、前記第１０８の発明又は第１０９の発明であって、前記第１の魚眼型光学系が、双曲面レンズ又は回転対称２次曲面レンズを少なくとも１枚有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１１の発明は、前記第１０８の発明から第１１０の発明のいずれかであって、前記リレー光学系が、双曲面レンズ又は回転対称２次曲面レンズを少なくとも１枚有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１２の発明は、前記第１１１の発明であって、前記リレー光学系の双曲面レンズ又は回転対称２次曲面レンズが、瞳位置近傍に配置されていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１３の発明は、前記第１０８の発明から第１１２の発明のいずれかであって、前記リレー光学系が、テレセン性を補正する曲面ミラーを少なくとも１枚有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１４の発明は、前記第１０８の発明から第１１３の発明のいずれかの画像表示装置が、画像表示装置が、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置されるように構成されていることを特徴とする画像表示装置である。
前記目的を達成するための第１１５の発明は、前記第１０８の発明から第１１４の発明のいずれかであって、前記制御機構が、第１画像情報と、前記第１画像情報とは異なる第２画像情報とを合成し、前記第１光電素子から出力する画像合成機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１６の発明は、前記第１０７の発明から第１１５の発明のいずれかであって、前記制御機構が、前記第１光電素子から出力された第１画像情報と、前記第２光電素子から出力された第２画像情報とを光学的に合成し、前記眼球内の網膜上に投影して結像させる機能を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１７の発明は、前記第１１５の発明又は第１１６の発明であって、前記制御機構が、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方を、前記第１の魚眼型光学系により発生したディストーション情報に基づき補正し、その後、これらの画像情報を合成することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１８の発明は、前記第１１５の発明から第１１７の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、ビデオ画像、ＤＶＤ出力及びハイビジョン出力情報のうち少なくとも１つを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１１９の発明は、前記第１１５の発明から第１１８の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、コンピュータの画像出力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２０の発明は、前記第１１５の発明から第１１９の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、コンピュータのキーボード入力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２１の発明は、前記第１１５の発明から第１２０の発明のいずれかであって、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、手に取り付けられたポータブルキーボード入力情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２２の発明は、前記第１２１の発明であって、前記ポータブルキーボード入力情報は、親指に設置された電磁素子情報を、その他の指に設置された電磁力検出センサーにより検知し、その親指とその他の指間の距離・方向情報に変換することにより得られた画像情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２３の発明は、前記第１２１の発明又は第１２０の発明であって、前記ポータブルキーボード入力情報が、物体への各指圧情報を各指に設置された圧力検出センサーにより検知し、各指の指圧情報を画像として認識可能な情報に変換することにより得られた画像情報を含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２４の発明は、前記第１１５の発明から第１２３の発明のいずれかであって、前記第１画像情報及び、前記第２画像情報の内少なくとも一方は、マイク又はヘッドホーンから入力された有声音又は無声音を文字に変換し、画像情報としたものを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２５の発明は、前記第１１５の発明から第１２４の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、これら２個の画像表示装置の前記第１魚眼型光学系同士の間隔と眼球の間隔が等しくなるように、左右の眼の間隔に合わせてこれら２個の両画像表示装置の間隔が調整可能とされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２６の発明は、前記第１１５の発明から第１２４の発明のいずれかの画像表示装置１個からなり、当該１個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し光学部材により分割され、分割された光束に別々に設置された前記第１魚眼型光学系同士の間隔と眼球の間隔が等しくなるように、左右の眼の間隔に合わせて各々の前記第１の魚眼型光学系の投影像の間隔が調整可能とされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２７の発明は、前記第１０８の発明から第１２６の発明のいずれかであって、前記画像データを出力する光電素子と、水晶体との光路中に設けられた結像面に配置され、光を拡散する光拡散体を有し、前記第１の魚眼型光学系の少なくとも一部の光学系は、拡散した透過光を水晶体近傍に集光させ、網膜上に物面の像を結像させることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２８の発明は、前記第１２７の発明であって、前記光を拡散する光拡散体は金属酸化物や金属炭化物のミクロングレードで精密に粒径が管理された砥粒を透過板上にコーティングした透過型拡散板であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２９の発明は、前記第１２８の発明であって、前記砥粒はシリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムの少なくとも一つであり、前記透過板はポリエステルフィルムであることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３０の発明は、前記第４０の発明から第１２９の発明のいずれかであって、前記画像表示装置の少なくとも一部が、使用者以外の部分に支持されており、使用者顔面にも接触し、使用者顔面の動きに応じて移動可能とされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３１の発明は、前記第１３０の発明であって、前記画像表示装置の少なくとも一部は、６軸方向に任意に駆動可能とされていることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３２の発明は、前記第１３１の発明であって、前記６軸方向に任意に駆動可能とする為に、前記画像表示装置本体の重心若しくはその近傍にて支持することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３３の発明は、前記第１３１の発明又は第１３２の発明であって、前記６軸方向に任意に駆動可能とする為に、前記画像表示装置本体とバランスさせる錘及び、前記画像表示装置本体と前記錘を結合する糸状に軟性部材及び滑車を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３４の発明は、前記第１０８の発明から第１３３の発明のいずれかであって、前記当該広域像の出力範囲を任意に制御する機構は可変倍率が２倍以上の光学的ズーム機構であり、ズーム状態に応じて前記第１画像情報と前記第２画像情報で合成された合成画像が所定の幅以上に重ならないように制御することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３５の発明は、前記第１０８の発明から第１３４の発明のいずれかであって、前記当該広域像の出力範囲を任意に制御する機構は、観察者の視線上で風景が流れるように移動する画像を検出する検出手段と、同画像を所定の時間画像が横に移動しないように加工し記憶する記憶手段を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３６の発明は、前記第１０８の発明から第１３５の発明のいずれかであって、前記当該広域像の出力範囲を任意に制御する機構は、前記検出手段及び前記加工し記憶する手段の使用、未使用を任意に選択する選択手段を有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３７の発明は、前記第１３５の発明又は第１３６の発明であって、前記課題を前記検出手段及び記憶手段は、画像データを内部バッファに取り込み、内部バッファから出力した画像を周辺画像と中心画像区画に分け、区画内の所定時間に於ける横シフト量を算出し、同周辺画像と同中心画像が同じ方向にシフトしている場合は手ぶれもしくは画面の横移動と判断して、所定の時間画像が横に移動しないように、画像ビット全体を像の動いている方向と反対方向に動き量と同一量シフトさせ画面全体が静止しているように見える画像に加工することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１３８の発明は、前記第１１５の発明から第１２４の発明のいずれかの画像表示装置２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し画像を分割合成して供給する為の分割合成手段と、それぞれ左右眼球に対し画像を別々に供給する手段を切り換える切り替え手段を有する事を特徴する画像表示装置である。
前記目的を達成するための第１３９の発明は、前記第１３０の発明から第１３３の発明のいずれかであって、前記画像表示装置の一部は少なくとも地震検知センサー、水平計測・調整装置、固定装置の３つの内、少なくとも一つを有することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１４０の発明は、前記第１３０の発明から第１３３の発明、又は第１３９の発明であって、前記画像表示装置の一部はタイマー装置及び同タイマー装置の出力に応じ、画像表示部を移動する移動装置を有することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態の第１の例を示す概要図である。
図２は、本発明の実施の形態の第２の例を示す概要図である。
図３は、本発明の実施の形態の第３の例の原理を示す図である。
図４は、本発明の実施の形態の第３の例を示す概要図である。
図５は、眼球が回転したときに見ることができる画像情報の範囲を示した図である。
図６は、本発明の第４の実施の形態の原理を示す図である。
図７は、本発明の実施の形態の第５の例を示す概要図である。
図８は、本発明の実施の形態の第６の例を示す概要図である。
図９は、本発明の実施の形態の第７の例を示す概要図である。
図１０は、第７実施の形態の画像入力情報を画像出力情報に変換するときの説明図である。（ａ）は受光像、（ｂ）は２４Ｌの液晶型２次元出力装置６の出力像、（ｃ）は２４Ｒの液晶型２次元出力装置６の出力像を示す。
図１１は、本発明の実施の形態の第８の例を示す概要図である。
図１２は、画像合成のために、外部入力画像情報をディストーション補正する際の説明図である。
図１３は、本発明の実施の形態の第９の例を示す概要図である。
図１４は、画像合成のために、複数の外部入力画像情報をディストーション補正する際の説明図である。
図１５は、画像情報入力手段を画像情報出力手段から脱着可能とし、色々交換できる、本発明の実施の形態の第１０の例を示す図である。
図１６は、従来技術の２つの例の概念図である。
図１７は、水晶体Ａに３つの異なる方向から入力する平行光束が魚眼光学系内で収束する位置を示した図である。
図１８は、両楕円ミラーの共通焦点位置近傍に補正光学系を挿入し、その像面の非対称性を緩和する構成を示した図である。
図１９は、眼球に逆魚眼レンズ機構を設置し、視角を小さくする方法を示した図である。
図２０は、眼球から出た光を、所定の大きさの液晶型２次元出力装置までリレーするために、ｆθミラーを用いる構成を示す図である。
図２１は、図２０に示した機構をそれぞれ左右の目に別々に設置した様子を示す図である。
図２２は、曲面ミラーを使用して、この像面湾曲を補正する方法の例を示す図である。
図２３は、ディスプレイ装置の実施の形態の１例を示す図である。
図２４は、撮像機の概略構成を示す図である。矢印は視界方向を示す。
図２５は、遠くに画像を形成するときと近くに画像を形成するときの左右の画像表示装置におけるフォーカス位置と両目の視線の方向を示した図である。
図２６は、画像をハーフミラーで光学的に合成した場合について、より詳しく示した例を示す図である。９１は、左目視野対応ＶＧＡ液晶素子出力画像、９２は、左目視野対応ＸＶＧＡ液晶素子出力画像、９３は、左目視野網膜で見える合成画像である。
図２７は、前記ズーム系を調整した場合の画像合成について示した図である。（ａ）は映画観賞用の場合、（ｂ）は全視界観察用の場合を示し、矢印は、映画観賞用から全視界観察用にズームを合わせることを示している。
図２８は、接眼レンズを含む魚眼型光学系の中にオートフォーカス制御機構を配置したディスプレイ装置の例を示す図である。
図２９は、接眼レンズを含む魚眼型光学系の中を、オートフォーカス制御機構を配置した撮像装置の例を示す図である。
図３０は、防犯・防災用、動物鑑賞用等に使用される固定型の撮像機構の例を示す図である。
図３１は、床置き型の画像表示装置の全体構成を示した図である。
図３２は、全視野角度ディスプレイ装置を寝て使ったときの様子を示す図である。
図３３は、全視野角度ディスプレイ装置の吸引型顔面フィット機構の概要を示す図である。
図３４は、全視野角度ディスプレイ装置を上面から見たときの平面図である。
図３５は、本発明の実施の形態における接眼レンズを含む魚眼型光学系の概略図で、人間の目のキョロキョロ動作を考え、水晶体が２０ｍｍ移動したときの±７０°の光束を示した図である。
図３６は、本発明の実施の形態における接眼レンズを含む魚眼型光学系の概略図で、眼の瞳の大きさを通常室内の大きさである３ｍｍ程度に設定した場合の光束を示す図である。
図３７は、  本発明の実施の形態における接眼レンズを含む魚眼型光学系の概略図で、見ている中心からの視野角に応じてデフォーカスしている像面湾曲を故意に持たせた場合の光束を示す図である。
図３８は、本発明の実施の形態における接眼レンズを含む魚眼型光学系の概略図で、キョロ目の状態でもフォーカス位置があまり変わらないようにした場合の光束を示す図である。
図３９は、本発明の実施の形態における接眼レンズを含む魚眼型光学系の概略図で、目で５０ｃｍ先のものを見ているときの光束を示す図である。
図４０は、マジックハンド技術を使用して全視野型ディスプレイ装置を保持した例を示す図である。
図４１は、カウンターウエイトを用いて全視野型ディスプレイ装置の荷重を相殺した例を示す図である。
図４２は、ユニバーサルジョイントを用いて全視野型ディスプレイ装置の動きを自由にした例を示す図である。
図４３は、双曲面レンズを用いて、結像面における像面湾曲及び、テレセンの傾きを小さくした光学系の例を示す図である。（ａ）は眼球の横シフト（キョロ眼）無しの場合、（ｂ）は眼球の横シフト（キョロ眼）３０°の場合であり、矢印は映像出力を示す。
図４４は、図４３に示した光学系の各画角毎の光束の状態を示す図である。
図４５は、図４４に示した特性に対応する諸収差を示す図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とも、左から球面収差、非点収差、ディストーションを示す。
図４６は、拡散ガラスまで液晶出力面から光束をリレーする光学系の例を示す図である。（ｂ）は収差を示し、左から球面収差、非点収差、ディストーションを示す。
図４７は、拡散ガラスまで液晶出力面から光束をリレーする光学系の例を示す図である。（ｂ）は収差を示し、左から球面収差、非点収差、ディストーションを示す。
図４８は、図４４（ａ）及び図４７の光学系を利用した本発明の実施の形態である装置の概略図である。
図４９は、従来存在する製品と本発明の実施の形態の製品との比較を示した図である。
図５０は、カウンターウエイトを支持部に収納して全視野角度ディスプレイ装置を保持した状態を示す図である。
図５１は、カウンターウエイトを支持部に収納して全視野角度ディスプレイ装置を保持した状態を示す図である。
図５２は、本発明の実施の形態における光学系の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例を示す概要図である。図１は人間の頭部を上から見た断面図で頭部の左側を示しており、顔の輪郭３、左目眼球部１Ｌ、左目水晶体２Ｌの横の鼻４が図面右下に描かれている。図面の上方部は広い視界部であり、第１魚眼型光学系１０にて広い視界からの広域像を、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９上に画像形成している。この場合、第１魚眼型光学系１０は、広角の画角を有し、その視野中の物体からの光束を細い光束に変えて、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９上に前記物体の像を結像させている。
なお、本明細書及び請求の範囲で「魚眼型光学系」というのは、人間が物体の色やその詳細部分を明瞭に把握できる視野範囲より広い画角を与えることができる光学系一般を指し、通常魚眼レンズ（画面の対角線に対して１８０°の画角を持つもの）と言われているものばかりでなく、広角レンズ（画面の対角線に対して６０°から９０°の画角を持つもの）、超広角レンズ（画面の対角線に対して９０°以上の画角を持つもの）、画角が３０°以上の標準レンズをも含むものである。なお、本発明の実施の形態としては、画角サイズの対角線に対して９０°以上の画角を有するものが好ましい。
換言すれば、本明細書及び請求の範囲での「魚眼型光学系」とは一般的な投影光学系に対し、広い視野情報を取り込める広義の光学系であり、通常の広角レンズ、魚眼レンズは勿論、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ等を含む非点収差を有する特殊な光学系等も含むものである。更に、楕円ミラーについても縦横で曲率の異なる非点収差を有する特殊な楕円ミラーや１軸方向のみの楕円ミラー等も含むものであり、本明細書及び請求の範囲中での説明はこのことを前提として行う。
ＣＣＤ２次元アレイセンサー９の画像は、画像処理装置８により出力画像情報として液晶型２次元出力装置６に与えられる。液晶型２次元出力装置６は、バックライトにより照明され、出力画像情報に対応する像に相当する画素から光が放出される。この光は、第２魚眼型光学系７により再び大きな角度に亘って発散する光束として、仮想焦点より発散される。ここで、この発散光束は３次元楕円ミラー５により偏向されるが、前記仮想焦点が３次元楕円ミラー５の第１焦点の近傍に位置するように光学系が配置されているので、同発散光束は３次元楕円ミラー５の第２焦点近傍に集光される。
第２焦点近傍には左目眼球部１Ｌの左目水晶体２Ｌがあり、結果として広域画像は左目眼球部１Ｌ内の網膜上に投影像として結像される。第２焦点近傍に左目水晶体２Ｌを位置させているのは、光学系の瞳位置と眼球の瞳位置をほぼ一致させ、光線の蹴られを少なくするためである。
すなわち、液晶型２次元出力装置６の面に形成された画像パターンが、網膜の有効視野全域又はそれに近い領域に亘る像として、網膜上に結像される。これにより、視野の全体又はそのほとんどをカバーするような視界角度を有する像を形成することができる。
又、図１から分かるように、３次元楕円ミラー５の両焦点を結ぶ線の中点を通り、その線に垂直な面は、３次元楕円ミラー５の反射面と交差するようになっている。これにより、３次元楕円ミラー５の反射面が広く取れ、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９から発散して放出される光の全部又はほとんどを反射して、第２焦点近傍に集光させることができるようになっている。
又、「仮想焦点が３次元楕円ミラー５の第１焦点の近傍に位置する」、「第２焦点近傍には左目眼球部１Ｌの左目水晶体２Ｌがある」との記載における「近傍」の意味は、６０度以上の視野角を有する画像表示装置とした場合に、光の蹴られによる損失が実質上問題にならない程度であれば、厳密に焦点位置に位置しなくてもよいこと、画像表示装置の装着により、第２焦点と水晶体の位置関係がずれるが、この程度のずれを許容することを意味する。本明細書及び請求の範囲においては、特に断らない限り、「焦点の近傍」という意味をこのような意味に使用する。
図１においては、この３次元楕円ミラー５の２焦点を分かりやすくするために、実際には存在しない楕円の部分を破線で示している。以下の図においても、反射ミラーを示すときはこのような示し方をすることがある。
図１に示す実施の形態では、光束を見ても分かるように、左目眼球部１Ｌ内の光束と第２魚眼型光学系７の対応する光束の角度が異なっている。即ち、大きなディストーションが発生している。画像処理装置８はこのことを考慮して、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９の入力情報に対し、液晶型２次元出力装置６から出力される画像にデジタル的な補正を加えることで、左目眼球部１Ｌ内の網膜に対し良好な画像を投影できるようにしている。
しかし、一般的なＣＣＤ２次元アレイセンサー及び液晶型２次元出力装置は有限な受光素子及び液晶素子の集合体であり、デジタル的な補正を加えると、圧縮されたディストーション部分は無理に情報が引き伸ばされるため、分解能が悪化し良好な画像が得られない。
このようなことを回避した本発明の第２の実施の形態の概要を図２に示す。以下の図面においては、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。しかし、説明の都合上、同じ構成要素でも異なった符号を付す場合もある。また、左目用を示すのに数字他の文字の後にＬ、右目用を示すのに同じくＲを付けて表し、同じもので左右の目に共通のものは同じ数字又は文字にＬとＲを省いて示すことがある。
この実施の形態では、第２魚眼型光学系７を直接３次元楕円ミラー５の第１焦点に入れるのではなく、この焦点部分に仮想的な発散光源を作り出している。第１魚眼型光学系１０にて広い視野からの広域像を圧縮し、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９上に投影像を画像形成している。この場合、第１魚眼型光学系１０は、広角の視野を有し、その視野中の物体からの光束を細い光束に変えて、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９上に前記物体の像を結像させている。
ＣＣＤ２次元アレイセンサー９の画像は、画像処理装置８により出力画像情報として液晶型２次元出力装置６に与えられる。液晶型２次元出力装置６は、バックライトにより照明され、出力画像情報に対応する像に対応する画素から光が放出される。この光は、ｆθレンズを含むディストーション補正光学系１３を介して、平行光束にされ、ｆθミラー１２により反射されてその焦点を通る光束となる。このｆθミラーの焦点位置が、３次元楕円ミラー５の第２焦点に一致するように配置されている。
よって、液晶型２次元出力装置６から放出された光は、ｆθミラー１２の焦点、すなわち３次元楕円ミラー５の第２焦点から発散される発散光となり、広い発散角度を持って３次元楕円ミラー５で反射され、その第１焦点の近傍に配置された左目眼球部１Ｌの左目水晶体２Ｌ近傍に集光され、左目眼球部１Ｌに広い角度で結像する。従って、液晶型２次元出力装置６からの光束を眼球が受けることで、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９からの出力情報を受けるように構成している。ディストーション補正光学系１３は、３次元楕円ミラー５により発生する前述のようなディストーションを補正する機能を有する光学系である。
この場合は、ディストーション補正光学系１３により３次元楕円ミラー５によるディストーションは修正できるものの、第１魚眼型光学系１０により発生するディストーションをディストーション補正光学系１３のみで修正するのは難しく、やはり画像処理装置８によりデジタル的なディストーション補正を行うことで良好な画像を得ることになる。
本明細書及び請求の範囲でいう「ｆθミラー」とは、点光源から射出された光束を平行光束にするミラーという広義の意味であり、このような効果のあるミラーの総称として用いることとする。
図３に、本発明の第３の実施の形態の原理を示す。図３では図２に示した第１３次元楕円ミラー５の代りにｆθミラーを対向させ、第１ｆθミラー１５と第２ｆθミラー１４を用いて、２つの焦点を形成する。ここで、仮想眼球１’の水晶体２’近傍に第１焦点（第１ｆθミラー１５の焦点）、左目眼球部１Ｌの左目水晶体２Ｌ付近に第２焦点（第２ｆθミラー１４の焦点）を置くと、仮想眼球１’及び左目眼球部１Ｌの内部光束がＹ軸（２つのｆθミラーの焦点を結ぶ線に垂直でこれら２つの焦点の中点を通る軸）に対して軸対称に反転した同じ光束となることがわかる。なお、図３においては、第１ｆθミラー１５の光軸と第２ｆθミラー１４の光軸を一致させているが、これらの光軸は平行であればよく、必ずしも一致させる必要はない。
この原理を応用した本発明の第３の実施の形態の概要を図４に示す。図４の上方部は広い視界部であり、第１魚眼型光学系１０にて広い視界からの広域像を圧縮し、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９上に投影像を画像形成している。この場合、第１魚眼型光学系１０は、広角の視野を有し、その視野中の物体からの光束を細い光束に変えて、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９上に前記物体の像を結像させている。
ＣＣＤ２次元アレイセンサー９の画像は、画像処理装置８により出力画像情報として液晶型２次元出力装置６に与えられる。液晶型２次元出力装置６は、バックライトにより照明され、出力画像情報に対応する像に対応する画素から光が放出される。この光は、第２魚眼型光学系７により再び大きな角度に亘って発散する光束として発散される。そして、この第２魚眼型光学系７の仮想焦点、すなわち光の放出点が、第１ｆθミラー１５の焦点位置と一致するように、第２魚眼型光学系７が配置されている。
よって、第２魚眼型光学系７から放出された光は、第１ｆθミラー１５の広い範囲で反射され、平行光束となって、第２ｆθミラー１４に入射する。第１ｆθミラー１５の光軸と第２ｆθミラー１４の光軸が一致しているので、この入射光は、第２ｆθミラー１４の焦点に集光される。この焦点位置近傍に左目眼球部１Ｌの左目水晶体２Ｌが位置しているので、集光された光は、水晶体を通り、左目眼球部１Ｌ内に仮想焦点と同じ広がりを持つ反転像が網膜上に形成される。よって、有効な視野角と同じ又はそれに近い広い視野角において、良好な画像を得ることができる。この方法では、製造誤差や設置誤差等によるディストーションしか発生せず、デジタル的な補正による像の状態悪化は殆どない。なお、第１ｆθミラー１５の光軸と第２ｆθミラー１４の光軸は一致させるのが理想的あるが、平行であれば、同様の効果を得ることができる。
しかし、この第３の実施の形態では、図４に示すように、第２ｆθミラー１４をあまり図４の左側まで延長するわけにはいかないので、鼻４と反対方向の受光可能視野に限界があり、眼球の動きを加味した場合、人間が見ることができる広域像の一部が蹴られることになる。
この様子を図５に示す。図５（ａ）は、眼球１の動きを加味しない場合を図示したものであり２２で示す範囲の視野を考えればよい。、正面から入射する光束１２をはじめ、斜め方向から入射する光束１１、１３も、水晶体２の範囲を十分カバーしている。しかし、眼球１の動きを加味した場合、視野の範囲は、図５（ｂ）に２２で示す範囲に広がることになる。図５（ｂ）は、眼球が時計回りに回転した図を示すものであるが、この場合、視野のうち、図でαで示す方向からの光束の入射がなく、この部分がブラインドとなって、視野の一部が欠けることになる。
このような問題を解決することができる、本発明の第４の実施の形態の原理を図６に示す。図６においては、最も理想的な場合を示すために、人間の眼球構造を人工的に再現したレンズ２１及び、球面型ＣＣＤ受光センサー２０により、広域画像をそのまま球面内部のＣＣＤ素子にて受光している。球面型ＣＣＤ受光センサー２０からの出力情報は画像処理装置８からの出力として、同じく人間の眼球構造を人工的に真似た、球面型液晶装置１９より、そのままレンズ２１と同じ性能のレンズ１８を介して液晶画像を拡散光束として射出する。
ンズ２１に入り込んでくる光束は、レンズ１８から射出される光束と全く同じ光路のものとして再現されている。この拡散光束を左目眼球部１Ｌの左目水晶体２Ｌ上で全く同じに再現できれば、結果的に、レンズ２１に入り込んでくる広域視野情報と、左目水晶体２Ｌ内に入り込んでいく画像情報は全く等価のものとなり、殆どディストーションが発生しないことになる。これを実現するために、第４の実施の形態では、２つの楕円ミラー１７、１６を使用している。
すなわち、第１楕円ミラー１７の第１焦点をレンズ１８の近傍に配置し、第１楕円ミラー１７の第２焦点と、第２楕円ミラー１６の第１焦点を一致させ、更に第２楕円ミラー１６の第２焦点を左目水晶体２Ｌの近傍に配置する。そして、これらの楕円ミラーの焦点が一直線上に配置され、且つ、第１楕円ミラー１７の第１焦点と第２焦点を結ぶ線の中心を通り、この線に直交する平面と第１楕円ミラ１７の光束を偏向する反射面が交差する構成としている。
その結果、左目眼球部１Ｌ内の光束と球面型液晶装置１９内の光束は等価のものとなり、前述のレンズ１８から射出された拡散光束を、左眼球１Ｌの左目水晶体２Ｌ上で全く同一に再現できる。これらの条件を完全に一致させる必要はないが、これらの条件からずれた分だけディストーション及びその他の収差が悪化するので、設計制約等により最適条件からずらす場合は、デジタル的なディストーション補正を行うことが望ましい。ここでは楕円ミラーを用い、しかも、第１楕円ミラー１７の第１焦点と第２焦点を結ぶ線の中心を通り、この線に直交する平面と第１楕円ミラ１７ーの光束を偏向する反射面が交差するような広い反射面を有する楕円ミラーを用いている。
これにより、左目水晶体２Ｌに広域視野からの情報を送り込むことが可能となっている。そのため、最終的にレンズ２１に入り込んだ広域視野からの情報を、そのまま左目水晶体２Ｌを通して左目眼球部１Ｌの網膜上に再現できており、広い視野角に亘って良好な像を得ることができる。そして、図４と図６を比較すると分かるように、図６の場合は、左目眼球部１Ｌの左側にも十分広い視野が確保できるので、左目眼球部１Ｌが回転移動した場合にも必要な視野角度を得ることができる。
しかし、球面型ＣＣＤ受光センサー２０や球面型液晶装置１９を設計するのは難しく、製造コストも増大することが予想される。一方、本発明の第１〜第３の実施の形態の変形例として、本発明の第５の実施の形態があり、その概要を図７に示す。この方式は、特性がほぼ同じである魚眼型光学系１０、７と、同じく有効視野等の特性が近いＣＣＤ２次元アレイセンサー９及び液晶型２次元出力装置６を採用した方式である。もし有効視野に違いがある場合でも、魚眼型光学系１０と７の投影倍率に差を付けて調整することができるが、できるだけディストーション特性は合わせるのが望ましい。
即ち、人間の眼球内の網膜は中心での感度や分解能が高く、周辺ではその形や動作のみ観察できれば情報量として十分機能する。これを利用して、第１魚眼型光学系１０を用いて、中心情報が誇張され、周辺情報が圧縮される特性により広域視野情報を平面上のＣＣＤ２次元アレイセンサー９上に投影して記憶し、同情報を平面状の液晶型２次元出力装置６より射出し、再び同一特性を持つ第２魚眼型光学系７にて復元し、第１楕円ミラー１７及び第２楕円ミラー１６を経て、水晶体２Ｌに画像情報を送り込む。これにより、中央部分のデータの欠落がなく、ディストーションの小さい広域視野情報を、左眼球１Ｌ内の網膜に良好に結像させることが可能となる。
ここで魚眼レンズとしては、人間の眼で最も使用頻度が高い視野角度６０度以内はディストーション歪みが小さく、その周辺の左右３０°程度の画像を圧縮する非線形魚眼レンズの採用が最も効果的である。上下方向については眼の有効視野角度はもっと小さいので、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９及び、液晶型２次元出力装置６の設置として、長方形の短手方向を上下、長手方向を左右とすると、高い分解能が得られて良い。
以下、図８に示された第５の実施の形態を変形した応用例で両目に対応したものを示すが、このような変形は、前記第１の実施の形態から第４の実施の形態についても行うことができることは、説明を要しないであろう。
図８は、第５の実施の形態の画像表示装置を左眼球１Ｌのみだけでなく、右眼球１Ｒにも設けた、双眼鏡型の本発明の第６の実施の形態を示す概要図である。左眼球１Ｌ用の画像表示装置を２３Ｌ、右眼球１Ｒ用の画像表示装置を２３Ｒで示している。人間には当然両眼球の間隔に差があり、その補正ができないと、見えの視界が悪化し不快な気分を持つ。この実施の形態においては内部機構が完全に独立しているので、中心を境に両眼球の間隔に合わせて、画像表示装置２３Ｌと２３Ｒの間隔を、矢印で示したように微調整可能なように画像表示装置カバー２５が構成されている。
また、この構成では第１魚眼型光学系１０間の間隔が、両眼の中心間隔と同じ間隔となるように、広域視野受光部が設置されている。即ち、独立に画像表示装置２３Ｌから左眼球１Ｌへ画像情報を提供し、右眼球１Ｒにも画像表示装置２３Ｒから画像情報を提供すると、人間が得る情報としては立体情報として認識される。ここで、両方の画像表示装置２３Ｌ、２３Ｒの、第１魚眼型光学系１０及びＣＣＤ２次元アレイセンサー９を離す方向に調整すれば、画像の立体感が増し、ゲーム等に活用する場合はその効果が高くなる。このように用途により、これらの間隔は調整が可能な構造となっている。なお、第１魚眼型光学系１０やＣＣＤ２次元アレイセンサー９が第２楕円ミラー１６と干渉するような場合、その設置位置は第２楕円ミラー１６の上部でも良く、下部でもよいし、必要に応じて取り外しても構わない。画像表示装置カバー２５はこれが可能なように設計されている。
図８に示した第６の実施の形態は、立体画像を提供することができる装置であったが、画像情報として、新聞紙や雑誌等の静止情報を見る用途の場合、立体画像である必要はない。このような場合には、本発明の第７の実施の形態として図９に示すように、第１魚眼型光学系１０、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９を画像表示装置２４Ｌ、２４Ｒに兼用しても構わない。これにより、装置がコンパクトになると共に、安価なものとなる。しかし、その場合は図１０に示すように、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９で受光された画像情報に両眼の間隔及び物体までの距離に合わせたオフセットを入れた画像情報として、画像表示装置２４Ｌ、２４Ｒに別情報を提供する必要がある。
すなわち、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９で撮像された画像が（ａ）のようであったとしても、左目用画像表示装置２４Ｌの画像は左にシフトし、左目眼球１Ｌの位置に合わせた点が中心となるようになり、右側の視野が欠けるようになる。逆に、右目用画像表示装置２４Ｒの画像は右にシフトし、右目眼球１Ｒの位置に合わせた点が中心となるようになり、左側の視野が欠けるようになる。この手法によりＣＣＤ２次元アレイセンサー９にて観察した像が手前にあった場合でも、前記物体までの距離に合わせたフォーカス制御も合わせて行えば、鮮明に像を再現することができ、遠くにある物体のように錯覚させることが可能で、目の疲れ防止に役立つ。
図１１に本発明の第８の実施の形態の概要を示す。この実施の形態は、前記第７の実施の形態の応用例であり、ここでは画像表示装置カバー２６に、画像受光部分だけで構成されたデジタルビデオユニット２８が固定できるようになっている。この装置においては、左手３０でズームスイッチ２９を操作しながら撮影対象物を首と体の動きだけで追い、第１魚眼型光学系１０とＣＣＤ２次元アレイセンサー９から得られる広域視野情報とビデオユニット２８からの外部情報を画像情報制御装置２７により合成して、その情報を画像表示装置２４Ｌ、２４Ｒに提供する構成となっている。
この情報は両方共画像情報として画像情報制御装置２７に記憶されているので、後日画像の大きさや合成方法を替えてビデオデータとして見直すことができる。更に、本ビデオユニット２８は必要に応じて画像表示装置カバー２６から取り外すことも可能である。
図１２は、画像情報制御装置２７における画像合成方法を示すものである。前述のように、第１魚眼型光学系１０により投影され、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９上で受光された（ａ）に示したパターン２００の投影像は周辺部が圧縮された（ｃ）のようなパターン２００となっている。一方、ビデオユニット２８から入力された（ｂ）に示した外部情報２０１はこのような歪みを持っていないので、外部情報２０１を画像表示装置２４で大きく出力する場合は、予め第１魚眼型光学系１０の周辺歪みを加味した情報に修正した上で（この場合、（ｃ）では、外部情報２０１の原画像が糸巻き状の画像に修正されている）画像合成を行い、液晶型２次元出力装置６から出力するようにする必要がある。
この方法をとれば、第２魚眼型光学系７のディストーションにより、最終的には（ｄ）のようなディストーションのない良好な画像を得ることができる。なお、ここではディストーションを分かり易く示すため、四隅が引き伸ばされる図で示しているが、実際の魚眼レンズでは反対に四角い物体は樽のような形状のような形状になる。これらは魚眼レンズの特性により、色々な形が考えられる。
図１３に本発明の第９の実施の形態の概要を示す。これは、第５の実施の形態である画像表示装置２３Ｌを片方の眼用に利用し、パソコン機能を有する制御装置３１を画像表示装置２３Ｌに接続し、更に、左手３２Ｌの指先にポータブルキーボード３３Ｌ、右手３２Ｒの指先にポータブルキーボード３３Ｒを設置したものであり、図１４にはその際の画像合成方法を示している。
図１３のポータブルキーボード３３Ｌ、３３Ｒの各指先には親指からの方向及び位置を検出するセンサー及び、指圧センサーが設置されており、その各指先の動きが親指からの相対位置画像情報として出力される構造になっている。
図１４では、第１魚眼型光学系１０により投影され、ＣＣＤ２次元アレイセンサー９で受光された（ｂ）に示すパターン２００と共に、コンピュータから出力される高い分解能が必要な表示パターン２０３（（ｃ）に図示）、及び、コンピュータ画面の周辺に表示されるツールバー２０４（（ａ）に図示）と同様に、キーボードの入力情報を表示するパターン２０５（（ｄ）に図示）を合成して表示する必要がある。
前述のように、液晶型２次元出力装置６から出力される画像は前記第１魚眼型光学系により発生したディストーション情報を含み、（ｅ）のように周辺部では画像情報が圧縮されている。そこで、外部からの画像情報であるツールバー２０４やキーボード入力表示部２０５については、（ｅ）に示すように、第２魚眼型光学系７のディストーションを逆補正するような画像情報に変換して合成すると、第２魚眼型光学系７のディストーションにより、眼球の網膜上では（ｆ）の画像のようにディストーションのない投影像として復元されるので、良好な画像情報が提供される。なお、コンピュータの高い分解能が必要な表示パターン２０３については、ディストーション補正を行っていないが、これは、図１４においてこの部分が視野の中央に位置しており、ディストーションの影響を考慮する必要がないからである。
図１５は、第１魚眼型光学系１０及びＣＣＤ２次元アレイセンサー９からなる画像情報入力手段を、液晶型２次元出力装置６や第２魚眼型光学系７等の画像情報出力手段から脱着可能とし、色々交換できる第１０の実施の形態を説明した説明図である。通常広域像画像ならば画像情報入力装置３５を取り付け、立体広域像画像ならば、左右の目に対応して独立した第１魚眼型光学系１０及びＣＣＤ２次元アレイセンサー９を具備した立体画像入力装置３６を取り付け、拡大画像ならば、焦点距離の長い光学系及び撮像素子を具備した高倍率画像入力装置３７を取り付ければよい。
また、この図では画像表示装置の奥行きを短くするために、画像情報出力手段である画像出力装置３４Ｌ、３４Ｒの第２魚眼型光学系７に折り曲げミラーを使用し、液晶型２次元出力装置６を横方向に設置している。本装置の画像の解像度は液晶素子の大きさに大きく依存するので、この部分は第２魚眼型光学系７によりできる限りの拡大像とし、画像に対する液晶素子が相対的に小さくなるように設計することが望ましい。
拡大像としては非テレセントリックな光学系を用いれば、魚眼型光学系自体を小さく設計し、液晶部分の画面を大きく取ることが可能となる。但し、この場合は液晶部の照明光も魚眼型光学系に対応した方向性を持つ必要がある。更に、光束を分割し、プロジェクターに用いられる、Ｇ，Ｂ，Ｒの３枚の液晶部を用いれば、大きさは大きくなるものの、プロジェクター並みの高解像画像を広視野で楽しむことも可能となる。
更にＧ、Ｂ、Ｒの３枚の液晶部を用いると、リレー光学系で発生する倍率色収差に対し、Ｇ、Ｂ、Ｒのそれぞれの倍率を調整してやれば、色消しのレンズ枚数を少なくすることができるという利点も発生する。但し、前述のように、画像出力手段自体が大きくなるので、ヘッドマウントディスプレイや眼鏡型ディスプレイのように、頭部に装着して使用するものでは重量が重くなりすぎるという不具合がある。これを改善するために、使用者以外の部分に画像出力手段を固定するという方法もあるが、固定の位置となるため、使用者の任意の姿勢に対応できず、拘束感を与えてしまうという不具合がある。それを解決するためには、後述するが、前記画像表示装置の少なくとも一部が、使用者以外の部分に支持されており、使用者の顔面にも接触し、使用者の顔面の動きに応じて移動可能とする機構とすることが望ましい。
更に、反対に液晶型２次元出力装置６を第１の魚眼型光学系にて撮った写真のフィルムのようなものに置き換えてもよい。同フィルムをレボルバーやスライド方式で移動し、光を当てるとスライド写真のような像を楽しむこともできる。このようなものは玩具としても、写真の保存法としても使用することができ、いずれの場合でも、今までにない臨場感を味わうことが可能となる。
以上の説明においては、主として楕円ミラーを用いた実施の形態に基づき説明を行ってきたが、上記構成の場合、Ｚ方向のフォーカス位置、即ち像面については、２枚の楕円ミラーを用いても、完全に対称となる訳ではない。図１７は、水晶体Ａに３つの異なる方向から入力する平行光束が、２枚の楕円ミラーを用いた魚眼光学系内で収束する位置を○で示した図である。このように、光束の方向により大きな像面の非対称が発生していることが分かり、液晶型２次元出力装置６から出力する画像を瞳付近でかなり絞って、焦点深度を深くするか、この像面の非対称を補正する補正光学系が必要となる。
しかし、それでは目のキョロキョロ動作をカバーする視野が得られないので、同像面の非対称性を緩和する必要がある。図１８ではこの問題を解決するために、両楕円ミラー１６、１７の共通焦点位置近傍に補正光学系４３を挿入し、その像面の非対称性を緩和している。補正光学系４３としては補正光学系４３手前の焦点を再度結像させる度の強いレンズ作用を持ち、その直交方向には度の弱いレンズ作用を持つ非球面レンズを導入している。これにより各焦点位置を任意に変えることが可能となり、像面の非対称性が緩和された状態で広い視角を得ることが可能となる。
以下、ｆθミラーを用いた応用例を示す。前述のｆθミラーを用いた技術の欠点は、楕円ミラーを用いた方法よりも広い視野を得られないことであった。これを改善するためには、人間の目の広い視角を先ず小さくし、その後にｆθミラーを用いる方法が効果的である。図１９、図２０、図２１を用いてその方法を説明する。
図１９は、眼球４４に逆魚眼レンズ機構（この機構は接眼光学系の役割を果たす）を設置し、眼球４４の網膜に映し出される広い視野像に対応する虚像を作り出す方法である。眼球４４の網膜を結像点とした光束は、眼球４４側の面が平面である接眼レンズ４５により大きく偏向されている。接眼レンズ４５の眼球４４側と反対側の面には、その面の曲率中心が眼球４４のほぼ中心となるような曲率のレンズが用いられ、同曲面側への入射光束が同曲面の接線とほぼ直交するようにされている。そして、次のレンズ４６も、同様に眼球４４側の面が平面であり、反対側の面に形成された曲面では、所定の曲率とレンズ材質を用いることによって、この曲面側への入射光束がこの曲面の折線とほぼ直交するようにしている。この条件を満足させることで、平面側及び、曲面側でのコマ収差を殆ど発生させること無く、良好な画像を得ることができる（ここでは色収差について述べていないが、液晶部から接眼レンズ４５までの全体で考える必要があり、ここでは特に記載しない）。
しかし、この時点では、眼球４４から出た光束は、依然として拡散方向にある。よって、所定の大きさの液晶型２次元出力装置までリレーするために、前述のｆθミラーを用いることが望ましい（なお、以上の説明においては、簡単化のために、眼球から光束が出ているような説明を行ったが、実際には液晶型２次元出力装置からの光束が眼球４４内の網膜まで達する。）
図２０を用いてその光学系の構成５５について説明する。液晶型２次元出力装置５４からの射出光束は第２魚眼型光学系を構成するレンズ５３，５２，５１により拡散光束とされ、ｆθミラー５０により平行光束となり、その光学系の瞳位置がｆθミラー５０とｆθミラー４０の中心となるように対向して配置された線対称のｆθミラー４９により、集光光束として図１９で説明したような接眼レンズ４７、レンズ４８からなる逆魚眼型光学系により、広い視角で眼球４４内に入り、網膜上に前記２次元液晶出力部５４の像が結像される。
この手法では、レンズ５３，５２，５１により光束の広がり角を大きくしてｆθミラーを用い、接眼レンズ４７、レンズ４８からなる逆魚眼型光学系で再び光束の広がり角を元に戻して眼球４４内に入れているので、先に図３、図４により説明したｆθミラーよりも効果的に広い視界を取ることが可能となる。図２１はこのような機構５５Ｌ、５５Ｒを、それぞれ左右の目に別々に設置したものであり、楕円ミラー使用時の非対称な像面が形成されることがない。
しかし、このような手法を用いた場合、非対称な像面ではないが、魚眼レンズを用いた場合に発生し易い凸型の像面湾曲は補正されておらず、そのまま残留してしまう。この湾曲は周辺付近になればなるほど大きくなり、このため、やはり瞳を絞る必要が出てきてしまう。
そこで、曲面ミラーを使用して、この像面湾曲を補正する方法の例を、図２２を用いて説明する。図２２は簡単化のため、球面５６の中心Ｏから射出されている発散光束を、図１９の手法を用いて主光線が平行になるようにした場合の例を示すもので、ディストーションがｙ＝ｓｉｎθ（θは像中心からの角度）のような形状を有するものを簡単に示したものである。すなわち、像面湾曲がないときの結像面を５９とすると、実際の結像面は５７で示すようになり、像面湾曲がないときの結像面５９と実際の結像面５７との距離をｙとすると、図２２に示すようにｙ＝ｓｉｎθとなる。
なお、このことは、理想的には平面である結像面５９から出た光が点Ｏに集光されるべきであるが、実際には像面湾曲のために結像面５７から出た光が点Ｏに集光されることを意味する。
ここで、もしこの平行光束を平面ミラーで反射した場合は、像面湾曲条件は全く変わらない。しかし、この結像面５７の近傍に所定の曲面を持つ曲面ミラー５８を設置し反射させると、その曲面に応じて焦点位置が変化する。
たとえば曲面ミラー５８の中心位置では、主光線ｅは、曲面ミラー５８に垂直に入射し、曲面ミラー５８面状の点Ｂで結像するので、各光線ｄ、ｆ、ｅは、平面鏡で反射されたと同じであり、反射光の虚光源の位置はＢ点で変わらない。しかし、周辺である点Ａに結像する光線ａ、ｂ、ｃは、曲面ミラー５８でａ’、ｂ’ｃ’の方向に反射され、その反射光の虚光源はＡ’の位置に形成される。同様、周辺である点Ｃに結像する光線ｇ、ｈ、ｉは、曲面ミラー５８でｇ’、ｈ’ｉ’の方向に反射され、その反射光の虚光源はＣ’の位置に形成される。このように、Ａ’、Ｂ、Ｃ’が同一平面である結像面５９上に形成されるように曲面ミラー５８の反射面を形成すれば、球面５６により形成される像面湾曲を、曲面ミラー５８での反射を使用することにより解消できる。
逆に言えば、平面である結像面５９に結像されるような光束を曲面ミラーで反射すると、実際の結像面は５７となり、像面湾曲を有するようなものとなる。そして、この光線は、曲面５６を通ることによりこの像面湾曲が打ち消され、曲面５６の中心に結像する。
この曲面ミラーは諸条件により仮想焦点を任意に調整できるが、その代償としてテレセンが傾くため、すなわち、物面から出射する主光線が光軸に平行でなくなるため、極端な補正を行うと、テレセンの傾きが大きくなり、有効レンズ径から光束が外れてしまう危険もある。そのため、ＮＡが小さく周辺の焦点深度が甘い部分では、曲面ミラーの反射面が、その焦点深度内となり且つ、テレセンが大きく偏向しないように光束の入射角と曲面がほぼ直交するようにし、ＮＡが大きく焦点深度が浅い中心近傍では仮想焦点が平面である結像面５９上になるような非球面を用いることが望ましい。
よって、曲面ミラー５８の非球面反射面の曲率としては、各位置で像面湾曲面と仮想焦点面のそれぞれの曲面に対する接面の傾きの、間の傾きを有する接面の積分面となるように設計することで上記理想的像面を得ることが可能となる。
以下、この技術を用いたディスプレイ装置７５の実施の形態の１例を図２３を用いて説明する。図の上方が視野の正面方向を示す。液晶パネル７４からの射出光束はレンズ７３、７２を介して偏光ビームスプリッタ６５にて反射され、λ／４板６６により円偏光となり、レンズ６７、６８により、曲面ミラー７６’の補正曲面７０の近傍に補正後像面７１を形成する。この補正後像面７１は液晶パネル面が平面であるために投影像もほぼ平面である（図２２の平面である結像面５９に相当する）。そして、前記補正曲面７０にて反射されることにより、図２２の説明で述べたように、所定の湾曲した像面６９上に結像する。λ／４板６６及び偏光ビームスプリッタ６５は光量を稼ぐためのものであり、光量が十分あれば通常のハーフミラーにより代用し、λ／４板を省略することも可能である。また、Ｇ，Ｂ，Ｒの３枚の液晶部を用いた場合、特定の偏光方位を予め有しているので、λ／４板を使用する場合、ランダム偏光にするなどの注意が必要である。
補正曲面７０で反射され、湾曲した像面６９に形成された虚像から放出される光束は、レンズ６８、６７を介してλ／４板６６により直線偏光となり、前記偏光ビームスプリッタ６５を透過して魚眼型光学系６４により、水晶体６１を通って、眼球６２の網膜６０に液晶パネル７４上の像を鮮明に投影することになる。すなわち、湾曲した像面６９は、その像面から出た光が、第２魚眼型光学系６４の像面湾曲を打ち消して、網膜６０上に結像されるような面とし、補正後像面７１に結像された液晶パネル７４の像が、このような湾曲した虚像の像面６９を形成するように、補正曲面７０の形状を決定する。
この実施の形態においては魚眼型光学系により発生する像面湾曲を補正することができるので、本発明と同じディストーション特性を有する撮像機に対しても利用できる。図２４は撮像機９０の概略図であり、図面下方が視界方向を示す。外界からの光束が絞りＳＢを通過し、１４０度程度の画角を有する魚眼型光学系を構成するレンズ系８９、８８に入射し、偏光ビームスプリッタ８２を透過した後に、λ／４板８１、レンズ８７、８６を経て補正曲面８４に達する。
魚眼型光学系を構成するレンズ系８９、８８は強い像面湾曲を有するので、結像面は８５に示すように湾曲した結像面となる。しかし、像面湾曲補正ミラー９０’の袖正曲面８４で反射させることにより、前述のように像面湾曲が補正され、反射された光の結像面は、平面状の補正後結像面８３となる。そして、補正後結像面８３より放出される光は、レンズ８６、８７、λ／４板８１を経て、偏光ビームスプリッタ８２により反射され、レンズ８０により瞳可変絞り７９に導かれる。瞳可変絞り７９により所定の大きさに絞られた光束が、レンズ７８、７７の作用を受けて、ＣＣＤ２次元アレイセンサー７６上に外界の像を投影することになる。
ここで、ＣＣＤ２次元アレイセンサー７６近傍の結像面は湾曲しており、実際には、前記レンズ８９からＣＣＤ２次元アレイセンサー７６までの距離を半径Ｒとした所定の半径Ｒの位置に存在する。従って、それ以外の半径の位置に存在する像についてはデフォーカスしている。ここで、前述の瞳可変絞り７９を絞ってやると、ＮＡが小さくなり、焦点深度が深くなるため、所定の広い範囲の半径にある物体にフォーカスを合わせることが可能となる。
ＣＣＤ受光素子７６の出力情報を、図２３に示したようなディスプレイ装置７５で再現するとき、鮮明な像が必要な場合は、前述の瞳可変絞り７９を広げ、撮像機９０にフォーカス機構を設置すれば、フォーカス位置以外の像はボケた像となる反面、フォーカス位置では鮮明な像を再現することができる。一方、鮮明な像より全体の情報を知りたい場合は、前述の瞳可変絞り７９を絞ってやれば、前記ディスプレイ装置７５で再現するとき、深い焦点深度の像を楽しむことができる。
以上のように、図２３、２４に示したディスプレイ装置７５、撮像機９０を用いれば、今までにない広い視野像を観察できる機構が実現できる。しかし、これだけでは本発明の効果を十分に生かしているとは言えず、更なる工夫により高い価値を見出すことが可能となる。そこで、もう少し、本発明を生かした製品像を明確にし、それを実現するための機構を説明していくこととする。
まず、広い視野をディスプレイで出力できる装置で実現したい目的を明確にすると、
▲１▼目の疲れを感じさせない
▲２▼プロジェクターを越える映画館の臨場感を得る
▲３▼プロジェクター以上の高画質を得る
▲４▼違和感のない３Ｄ画像を得る
▲５▼人間の目を越える付加価値の高い新機能を得る
ことが考えられる。
▲１▼についは、目の疲れ解析と改善を考えることで、必要な機構が明確になる。まず、「目の疲れは現代人病」と位置付け、その原因を排除する機構を考えていく。
（１）テレビ、コンピュータの長時間利用
（ａ）ディスプレイが近い距離にあり、凝視する。⇒別のもの、遠くを見たくなる。
（ｂ）疲れ度は、テレビ＞プロジェクター＞映画館の順に大きい⇒遠くを見る方が疲れない。
（２）市販のウェアラブルディスプレイの利用
（ａ）視界角が狭く（３０°）、フォーカスも固定（２ｍ先）。それ以外の情報が得られない⇒テレビゲームでは目を横シフト（キョロキョロ）させ（広角）、広い視野で画面以外を見られる（広角、焦点変更）。
（ｂ）眼の焦点を合わせるときに、若干の負荷がかかる。通常ＴＶより像質が悪い
（３）動きの速いものを追い続けること
電車・遊園地の乗り物で、動きの激しい近いものを見る⇒首を振って視線を固定させたり、動かないものを見つけ、そちらを見る。
以上の結果を加味すると、目を疲れさせないために必要となる可能性が高い条件とは、視野を広げること、画質を向上させること、目を横シフト（キョロキョロ）できること、無限遠像を見られること、複数点に異なる合焦点があること、動きのない像を視野内で確保することが有効な手段である。
次に、▲２▼プロジェクターを越える映画館の臨場感について議論する。人間は両目を「より目」にすることで遠近感を感じる。「より目」度で勝手にフォーカス位置を決めてしまう。どんなに優れたプロジェクターでも、下記のような投影距離が存在し、映画館のような遠い画像を家庭内のスペースで味わうことはできない。
図２５はそれをわかり易く説明したものであり、例えば、人間の視界に投影する液晶素子出力画像が無限遠の像を表す場合、（ｂ）に示すように、平行光束上のａＬの位置、ａＲの位置にそれぞれ像が見えるように投影する。しかし、その物体が間近に存在するとき、目を寄り目にし、目のフォーカスも間近を見るように勝手に設定されてしまうので、液晶素子出力画像を内側に近づけ、ｂＬの位置、ｂＲの位置にそれぞれ像が見えるように投影し、水晶体２Ｌ、２Ｒと液晶型２次元表示装置の素子出力画像までの投影光学系のフォーカスもそれに合わせてやる必要がある。
この場合は、液晶素子出力画像を電気・ソフト的にシフトさせてやることも考えられるが、光学的なハービングを用いてもよい。光学的ハービングを用いれば、周辺データを失うことがないので、電気・ソフト的シフトよりも広い視界像を保持できるという利点がある。即ち、フォーカス機構を装備し、両眼投影像に横シフトを与えることで、図２５（ａ）における点ｃ、ｄ、ｅ、ｆのように、接写像〜無限遠像まで、仮想的像面を任意に作成できる構成とすれば、空にスクリーンが浮かんでいるような、映画館を超えた臨場感を味わうことが可能となる。
次に、▲３▼プロジェクター以上の高画質を得ることについて議論する。現在、存在しているプロジェクターはＱＶＧＡと呼ばれる解像度縦横が３２０×２４０のものから、ＳＸＧＡと呼ばれる解像度縦横が１２８０×１０２４をＧＲＢの３枚の液晶素子でカラー像を別々に形成し、合成してその解像度を３倍とするのものまでさまざまである。
もし、本発明の実施の形態に解像度が低いものを利用すると、映画館クラスの大きさの画面では、その液晶素子が目で見えてしまい、臨場感が失われてしまう。よって、プロジェクター以上の画質を得る場合は、ＳＸＧＡと呼ばれる解像度縦横が１２８０×１０２４をＧＲＢの３枚の液晶素子でカラー像を別々に形成し、合成してその解像度を３倍とする技術を導入することが不可欠であり、どうしてもそれを優先すると、眼鏡型ディスプレイやヘッドマウント型ディスプレイでは大きさ、重量共に許容できないものとなってしまう。
そこで１例として本発明の実施の形態では、図３１に示すような全視野角度を持った床置き型ディスプレイを採用している。椅子やベッドへの固定でもよいが、手軽に家庭内で場所を動かしたりできることに鑑みると、この床置き型タイプが最も良いと考えられる。この機構は、ＤＶＤやビデオプレイヤー、ＴＶ画像出力機１１４等と接続でき、従来のプロジェクターと同様にパソコン、ＴＶゲーム機１１３等とも接続が可能である。そして、画像合成・変換機１２１により、それらの既存コンテンツ像をディスプレイ上で歪みがないようにし、複数の像を同時にディスプレイ上に表示できるように設計されている。
このデータは伸縮が可能な伸縮棒からなる支持部１１５を介して、関節部を複数有する振動防止型関節棒１１６に支持される全視野角度ディスプレイ装置１１８により、その変換像を表示することが可能となっている。ここで、同装置には振動防止型関節棒１１６及び、全視野角度ディスプレイ装置１１８の重量をキャンセルするためのカウンターバランス部（ウエイトフリーバランサー）１１７が取り付けられており、人間がその重量を感じず、更に顔の動きに追従するように関節機構が工夫されている。
基本的に人間は振動防止型関節棒１１６及び、全視野角度ディスプレイ装置１１８を動かすときの慣性力を感じるだけであり、この機構を採用することで、高画質を得ることが可能となっている。更に、床置き型ディスプレイを採用することで、両目に前記高画質液晶素子を別々に設置することが可能となるので、左右の像で液晶素子のピッチを半分ずらす設定にしておけば、倍の高画質を得ることが可能となり、プロジェクターを越える画質を得ることが可能となる。
更に、この実施の形態では、映画鑑賞、ＤＶＤ鑑賞のための、ヘッドホーン１２０、優しく顔面に本装置をフィットさせる吸引型顔面フィット機構１１９、パソコン・Ｅメールのための音声入力用マイク１２７等が装備されており、図１３で示した仮想キーボード１２２や操作ボタン情報を表示画像の周辺部に出力できるような構成としている。
次に、▲４▼違和感のない３Ｄ画像について議論する。図２４にて撮像機９０について説明したが、基本的にこれを両眼用に目の間隔と同じ間隔で２台設置した図３０に示す両眼撮像機（１０２Ｌ，１０２Ｒ又は１０２Ｌ’、１０２Ｒ’）とし、その画像を図２３で提示したディスプレイ装置７５を両眼用に目の間隔と同じ間隔で２台設置した全視野角度ディスプレイ装置１１８にて出力してやれば３Ｄ画像として観察することができる。なお、図において、撮像装置（１０２Ｌ，１０２Ｒ）は、撮像部回転機構１１１と撮像部チルト機構１１２の上に設置されている。
又、図３０（ｂ）に示す両眼撮像機には、顔面側に撮像装置１０２Ｌ’、１０２Ｒ’の像を表示するディスプレイ装置９４Ｌ、９４Ｒが設けられている。即ち、ディスプレイ付きウェアラブル撮像装置の一種である。
しかし、このようにして表示された３Ｄ画像は映画館の偏光メガネを用いた画像と同じであり、近い物体は立体的に見えてもボケた像となり、実際に人間が見た場合の近い物体の像とは異なっている。これは図２５で説明した通り、人間が近いものを観察するときに目をより目にし、勝手にフォーカスをその部分に合わせてしまうため、遠くにあるスクリーン上にて両目の画像を内側よりにシフトさせることで擬似的に近い場所にある像として錯覚させることに成功しても、像自体はスクリーン上に存在し、スクリーン像と網膜上の像はデフォーカス状態になってしまうからである。
この対策として、これを人間が見た３Ｄ画像のように再現するには、図２３に示されたディスプレイ装置７５の中にオートオーカス機構を設置して、前記両眼撮像機（１０２Ｌ，１０２Ｒ又は１０２Ｌ’、１０２Ｒ’）のフォーカス・像シフト情報に基づき、オートオーカス制御をしてやれば、どの位置の像についても、不自然さが無くなり、鮮明な立体像を得ることができる。
ここで、両眼撮像機（１０２Ｌ，１０２Ｒ又は１０２Ｌ’、１０２Ｒ’）のフォーカス情報とは、同撮像機の中心画像に対しオートフォーカスをかけたもので、その情報を全視野角度ディスプレイ装置１１８や、ディスプレイ装置９４Ｌ、９４Ｒに画像情報と共に提供してやればよい。提供方法は記憶手段の一部に書き込む形でよい。図２４において、撮像機９０について説明した通り、瞳可変絞り７９を広げてある場合は、両眼撮像機（９４Ｌ，９４Ｒ又は１０２Ｌ、１０２Ｒ）で観察していた中央像が鮮明に移り、それ以外はボケる、人間が見た像と同じような画像を提供できることになる。
一方、前述の瞳可変絞り７９を絞ってやると、全ての像がある程度はっきり見えているので、瞳に投影するディスプレイ装置上で故意に両目画像をシフトさせ、そのシフト量に基づきフォーカスを設定してやれば、遠くの物体が近くに縮小されたり、近くの物体が遠くに拡大されたような錯覚像を作り出すことができる。また、フォーカス機構は両目別にオフセットを与えることが可能で、観察者の視力に合わせた設定を行えば、メガネやコンタクトレンズの装着は不要となる。
最後に、▲５▼人間の目を越える付加価値の高い新機能について議論を行う。前述までの機能を利用して、パソコン画面を遠い位置に拡大できることで、子供の、近いものを見続けることによる視力障害を防止することが可能となる。更に、パソコンを見続けることで感じる「目の疲れ」についても、本発明の効果により改善することができる。
以上説明したような、▲１▼目の疲れを感じさせない、▲２▼プロジェクターを越える映画館の臨場感、▲３▼プロジェクター以上の高画質、▲４▼違和感のない３Ｄ画像、▲５▼人間の目を越える付加価値の高い新機能を全て実現するための本発明の実施の形態の例を、図２８、図２９を用いて説明する。図２８はディスプレイ装置９４を説明するための図、図２９は撮像装置１０２を説明するための図である。
図２８では、図２３の装置と共通部分が多いので、共通部分の説明を省略し、相違点を中心に説明していく。又、以下の説明は、左眼部分についてのみ行うが、右目部分も同様な構成をしており、同様の作用効果を奏することは言うまでもない。
まず、人間のより目状態でフォーカスが勝手に設定されることに対応するため、魚眼型光学系６４を、接眼レンズを含む魚眼型光学系の中にオートフォーカス制御機構を配置した魚眼・ＡＦ光学系９５に置き換えている。この機構の設置により像面湾曲補正ミラー１０４での結像位置を殆ど変えずに人間のより目状態に合わせてフォーカス制御を行うことが可能となる。
図２８の画像表示装置では、液晶パネル７４として全視野対応ＶＧＡ液晶素子を用いた。以降、液晶パネル７４は全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４と称して説明する。全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４から出射した光は、ＡＦ（オートフォーカス）系９６を通った後、ハーフミラーＨＭを通過して、図２３において説明したのと同等の光学系に導かれ、全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の像を眼球６２の網膜６０上に結像する。
一方、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１から出射した光は、ＡＦ（オートフォーカス）系９９を通ってズーム系９８に導かれる。ズーム系９８では凹レンズの位置を前後させることにより、倍率を変化させる。その後、この光は２眼用位置シフトハービング９７を通り、その後ハーフミラーＨＭで反射されて、図２３において説明したのと同等の光学系に導かれ、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の像を眼球６２の網膜６０上に結像する。
この構成を取ることで、前記▲１▼〜▲５▼の効果を全て得られると共に、図２６に示すような新たな効果も生まれる。図２６は図１２で示した画像情報制御装置２７の合成方法を前述のハーフミラーで光学的に合成した場合について、より詳しく示したものであり、左目側の画像を例として示している。
図２６は、この実施の形態における視野を現実的に必要な縦−５０度〜＋４０度、横−７５度〜６５度の視野角として、平面上に示したものである。無論、魚眼型光学系を用いて眼球６２に投影しているので、大きなディストーションは発生しているが、その対応策については、図１２に示した概念と同様な概念を適用するばよい。好ましくは、前述のハーフミラーより液晶素子側の光学系により、眼球に投影する光学系が持つディストーションとは逆特性のディストーションを与えることで可能となる。なお、図２６（ａ）は左目用の全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の出力画像９１を示すものであり、全視野にて像が確認できる構成となっている。中央の空白部はハーフミラーＨＭで画像が合成される部分であり、左目視野対応高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２が合成される部分である。
一方、左目視野対応高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２は（ｂ）に示されているが、前述のズーム系９８を用いることにより縦−５０度〜＋４０度、横−７５度〜６５度の視野角よりも小さい画角となるように構成されている。像としては±１５度の画角（２ｍ先にある５２インチ□の画像相当）からフル画角まで、可変できる構成であり、左目視野対応高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２は、縦横解像度１２８０×７６０の高画質が得られる構造となっている。
ここで、視認されるべき画像を、左目用の全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の出力画像９１と、左目視野対応高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２に分離して形成し、これらを合成している理由は、現状存在するＤＶＤ、ビデオ、ＢＳ画像等のコンテンツは画角が決まっており、広い視界ではなく、その画質に応じた画面の大きさが望ましいからである。すなわち、むやみに画角を拡大すると、画素の荒さが目で確認できてしまい、大画面が得られるメリットよりも、画質の悪さが気になってしまうデメリットの方が大きくなる。よって、本実施の形態においては、それらのコンテンツに対する最適な画角にズーム機構を用いて設定し、その中で高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２は、縦横解像度１２８０×７６０の高画質を常に得られるようにしている。
出力画像９１と９２を前記ハーフミラーＨＭにて合成すると、図２６（ｃ）に示すような合成画像９３が得られ、網膜上に投影されることになる。これを電気・ソフト的に処理すると、最大画面に対応して縦横解像度１２８０×７６０を画角に応じて分割することになり、所定の画角内の解像度が悪くなってしまう。光学的ズームを用いることはこの点で大きな利点となり、高画質のディスプレイを提供できることになる。
ここで、全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の出力画像９１の役割について、さらに詳しく説明する。出力画像９１は人間のほぼ全視界をカバーする構成となっており、ＡＦ光学系９６を制御することで、前述のように、任意のフォーカス位置を設定できる。もし、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２でＡＦ光学系９９の制御により近い像を見ている像が設定されたとしても、ＡＦ光学系９６の制御により全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の出力画像９１は無限遠の位置に設定することも可能なので、目が疲れないようにするための人間の「目玉を動かすキョロキョロ動作」に対応させた複数の焦点像を提供することができる。
複数の焦点像を合成すると、一方の画像が激しい動きを表示している場合、もう一方の画像として異なるフォーカス位置の固定像を形成することができる。即ち、固定像に人間の目がフォーカスを合わせると、動きの激しいもう一方の像はデフォーカスしている状態となり、人間の意識から激しい像の表示情報を緩和させることができる。これにより、激しい動きの像を追うことで発生する「酔い」減少を緩和させることができ、総じて目の疲れを緩和させる効果がある。
更に、子供がテレビ画像を凝視し続けることで発生する「失神」等の事故や、自然の摂理と異なった３Ｄ画像を見ることで発生する視力障害を防止するために、「ウェアラブルディスプレイ」等の一般商品では、「１６歳以下の子供が使用することを禁止」している場合が多い。しかし、本発明では、複数の焦点像を提供し、３Ｄ画像等も自然に目で見る状態を再現できるようになっており、更に、近い像を凝視しないように「無限遠に像を設定する」機能や、眼の間隔に合わせる調整機構も付いているので、通常のパソコンやテレビ観賞以上に目に優しい画像を提供できる効果がある。
そして、全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の出力画像９１に定期的にキャラクター画像等を出し、視聴者の気をそちらに意図的に向けさせることで、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２の凝視を避けるような使い方もでき、更なる目に優しい効果を持たせることもできる。
上記のようにズーム機構を用いて任意の大きさに出力画像９２を変えた場合、無論、その画像と重ならないように出力画像９１の範囲を制限するように制御する必要がある。基本的には両方の画像の枠部分が僅かに重なるように制御し、出力画像９１の重なり部分を明るい枠の画像に設定すれば、スクリーンやテレビの枠のように見え、合成画像に対し違和感を持つことは無くなる。
また、全視野対応にＶＧＡ液晶素子を用いているが、ここでの画像の見えが悪いと、臨場感を下げる原因にもなる。元々、周辺画像は「失神」や「疲れ」を感じさせない為のものであり、変化の激しい動画に対応する必要は無い。よって、デジタルカメラ等に採用されている応答の遅い高解像度の静止画像用液晶素子を用いてもよい。
いままで全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の出力画像９１とＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２に合成方法について述べたが、もしこれを２眼に別々に適用すると、計４個の液晶素子が必要となる。これは大きさやコストの点からも好ましいことでは無い。一方、２眼独立の液晶素子を持たずに、前述の全視野対応ＶＧＡ液晶素子７４の出力画像９１とＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２を光学的に分割し、両眼に画像を別々に提供する方法もあるが、この場合、両方の目に異なる画像を送ることができなくなり、立体画像を意識した視差を持つ画像情報を別々に表示することができなくなる。そこで、図５２にＳＸＧＡ液晶素子２つを用い、それぞれの光束を合成・分割するビームスプリッタを設け、同ビームスプリッタをハーフミラータイプと全反射（若しくは全透過）タイプに切り換えることで、前述の画面合成及び、立体画像の提示両方ができる機構を示す。
図５２において、図５２の（ａ）は大きさの異なる画像ｘ，ｙを合成し、左右の目に同一画像として表示（ｃ）する例であり、ｘは前述のＳＸＧＡ液晶素子１０１の出力画像９２に相当し、ｙは前述のＶＧＡ液晶素子１００の出力画像９１に相当する。一方、（ｂ）は大きさが同一の異なる画像ｘ，ｙを左右の目に異なる画像として表示（ｄ）する例であり、図８において説明したように、ｘ，ｙ画像を視差のある別画像とすることで、立体画像を楽しむことができる。図５２の（ａ），（ｂ）は、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１５０Ｘから出力された光束ｘと高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１５０Ｙから出力された光束ｙを合成するハーフミラープリズム１５３と、同ハーフプリズム１５３と光路が等しくなるように設計された光学部材１５４を切り換えた時の光束ｘ，ｙの光路を示したものである。
図５２（ａ）では、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１５０Ｙから出力された光束ｙは、光学的ズーム機構１５１Ｙにより、コンテンツの出力画像の解像度に対応した大きさにズームダウンされる。一方、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１５０Ｘから出力された光束ｘは、光学的ズーム機構１５１Ｘにより全視野画像にズームアップされる。これらの光束ｙと光束ｘは、ハーフプリズム１５３によりそれぞれ分割され、分割された各々一方の光束同士及び他方の光束同士が合成され、光束ｘ，ｙとしてリレー光学系１５２ｙ、リレー光学系１５２ｘにより、それぞれ左眼球２Ｌの網膜上と、右眼球２Ｒの網膜上に同一画像（ｃ）として投影される。
一方、図５２（ｂ）では、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１５０Ｙから出力された光束ｙは、光学的ズーム機構１５１Ｙにより、所定の画像の大きさにズームされる。一方、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１５０Ｘから出力された光束ｘは、光学的ズーム機構１５１Ｘにより光束ｙと同じ大きさにズームされる。これらの光束ｙと光束ｘは、光学部材１５４によりそれぞれ分割・合成されること無く透過し、それぞれ独立した画像（ｄ）として、左眼球２Ｌの網膜上と、右眼球２Ｒの網膜上に別々に投影される。
この実施の形態では、両方の画像はＳＸＧＡ液晶素子を用いた高画質画像であり、（ｃ）のような周辺画像部分でも鮮明な画像を得ることができる。このとき、例えば（ｃ）の光束ｙを映画館のスクリーン画像とすると、周辺画像としては映画館の視聴者を含む周辺画像として提供すれば良い。周辺の画像の画質が良いので、本当に映画館にいるような臨場感を味わうことができ、その結果、奥行きのある画像として視聴できるという効果がある。それだけでなく、無論２つのＳＸＧＡ液晶素子のみで、前述の計４つの液晶素子を有する機構と同じ性能を得ることができるので、コストを下げ、大きさを小さくする点で大きな効果がある。
次に、ＶＥ酔いについて述べることにする。ＶＥ酔いは眼の疲れとは異なり、本発明のような広視野画像を見るときに感じる現象である。ＶＥ酔いは激しい動きを表示している時だけでなく、ビデオカメラの手ぶれによる出力画像の微小な揺らぎ、ビデオカメラのズーム動作による画像の拡大や縮小（特に画像が小さくなる縮小動作は人間が高速でバックする際に観察できる像であり、過去の記憶としては存在しない。車の中で後ろの景色を観察している場合、酔い易くなる現象）による景色の変化、ビデオカメラを横に移動させる広域景色の観察像等でも、自分で動いていないにも関わらず、景色が動く画像に対して、脳が違和感持ってしまうことが多く、時にはＶＥ酔いとして気分が悪くなる観察者も発生する。特にこれは観察者の視線上を風景が流れる時に顕著に感じるものであり、画像の解像度が上がり、広視野になればなる程、臨場感や立体感を得ると共に感じることであり、避けて通ることはできない。
本発明では画像の解像度を所定に保つための光学的ズームを用いることを提案しており、動きがある画像については画面サイズを小さくすればよいのだが、広視野画面による臨場感を得る為には効果的とは言えない。基本的に映画の画像ではあまりＶＥ酔いを感じない理由は、前記ＶＥ酔いに配慮したカメラを固定した画像、若しくは中心の物体を基準にした主人公視点の画像が多く活用されている為である。しかしながら、通常の映画上映を前提としていないＤＶＤ画像、ハイビジョン画像、衛星放送、地上放送は広視野画面に映し出すことを前提に作成されていない画像であり、無理に広視野画像とすると、ＶＥ酔いを発生させてしまうことになる。
そこで、広視野画像のままで上記ＶＥ酔いを発生させない方法として、画像情報を一旦内部記憶デバイスに取り込み、画像の動きに合わせて画像情報を加工し再度記憶した情報を観察者に見せる制御方法が考えられる。これはまず、ＤＶＤや衛星放送、ハイビジョン放送、地上放送等の画像データを内部バッファに取り込み、内部バッファから出力した画像を周辺画像と中心画像区画に分け、各区画に含まれる像について内の所定時間に於ける横シフト量を算出し、同周辺画像に含まれる像と同中心画像に含まれる像が同じ方向にシフトしている場合は手ぶれもしくは画面の横移動と判断して、所定の時間画像が横に移動しないように、画像ビット全体を像の動いている方向と反対方向に動き量と同一量シフトさせ、画面全体が静止しているように見える画像に加工する。
無論、画像の相対的シフトにより周辺画像が欠落することになるので、この制御方法を用いる場合、表示画像情報の内、周辺画像部は像のシフト修正用に確保しておく必要がある。この相対シフト量が周辺修正用画像部より大きくなった時点で画像を相対シフトしていない次の画面に切り換える方法を取る。即ち、手ぶれのような小さい動きは完全に修正され、観察者の視線上で風景が流れるように移動する画像は逐次カメラの撮像位置を少しずつずらしていくような画像となる。これは人間が広域の風景を見る時に、視線上で風景が移動する間まばたきをするのと同じであり、画像の早い流れをそのまま見る必要が無くなり、ＶＥ酔いを発生させるのを軽減することができる。
これは本発明の装置をプレイヤー視点の３Ｄゲームに用いた場合でも同じであり、従来、視線の角度を変えるジョイスティックの移動により風景が流れるのを見ることによるＶＥ酔いを、プレイヤーの視線上で風景が移動する間まばたきをするように画面全体を順次切り換えてやるコンテンツとする。これにより広視野画像でのＶＥ酔いを減じることができる。無論、このＶＥ酔いは、過去に遭遇したことの無い経験から頭が混乱することで発生するのだから、慣れにより改善する。
よって、このソフト補正モードは使用するか否かのＯＮ／ＯＦＦ機構で自由に選択できるようにする。子供やお年寄り、病人、リラクゼーション目的の方は前記制御ソフトによるＶＥ酔い防止を行うのが効果的であり、ＶＥ酔いを楽しむようなアトラクション及び、ゲームには無加工の画像を提供するのが好ましい。元々、広視野画像の出力にはディストーション補正が必要なので、ディストーション補正と前記ＶＥ酔い防止加工は同一制御機構で行うことが望ましい。
更に、ＶＥ酔いの他に疲れを感じさせないことも重要であり、その為には各個人の目に合った画像を左右の目に提供する必要がある。人間の目の間隔は６．５〜７．５ｃｍ程度であり、ある程度左右の画像間隔を修正することで違和感や疲れの無い画像を提供することが可能となる。
無限遠像を提供する場合は、観察者の目の間隔に合わせた距離に左右の画像を設定する必要があり、その為に、観察者が本発明による製品を装着した際に、キャリブレーションが必要となる。キャリブレーションとは左右の目に交互に十字像を提示し、その十字像が二重に見える状態から重なる状態に調整してもらう方法である。両方の画像はハービング機構若しくはデジタル画像のソフト調整にて両画像の間隔を変えることが可能であり、入力手段により観察者の視線で、十字像が重なるように入力してもらうことで、観察者の目の間隔をキャリブレーションすることになる。
ここで、十字像は離れた方向をデフォルトとして、その間隔を縮める方向に調整して行く必要がある。これは、観察者が近い画像を見る状態の時は十字像を重ねて見ることは容易だが、無限遠像である両目の間隔と等しい左右の画像の間隔以上に十字像が離れている場合、人間の目はそれを重ねて見ることができない為である。よって、十字像を離れた方向をデフォルトとすることで、近い風景の像に対してでなく容易に無限遠像での目の間隔を計測することが可能となる。
次に、撮像装置１０２の実施の形態の例について、図２９を用いて説明する。図２９では、図２４の装置と共通部分が多いので、共通部分の説明を省略し、相違点を中心に説明していく。
まず、ＣＣＤ２次元アレイセンサー１１０の直前にあるＡＦ光学系１０９のフォーカス制御機構を用いて焦点を合わせた場合、像面湾曲補正ミラー９０’での結像位置が変化してしまう。これを補正するため、物体側に設けられた図２４のレンズ８８、８９と特性が同一レンズであり、更に、オートフォーカス制御機構を配置した魚眼・ＡＦ光学系１０３に置き換えている。
図２９では、ミラー１０５で光束を偏向した後に、ズーム系１０７、瞳可変絞り系１０８、ＡＦ（オートフォーカス）系１０９を介して、ＣＣＤ２次元アレイセンサー１１０上に外界像が投影されるような構成となっている。
更に、ズーム条件、フォーカス条件を記憶し、前記全視野角度ディスプレイ装置９４に同情報を送り、全て同じ条件を再現することで、ディストーション特性を同じにすることが可能となり、画像合成・変換機による電気・ソフト的ディストーション補正が不要となって、良好な画像を得ることができる。
図２７の（ａ）は前述までの既存コンテンツからの画像を出力している状況を示すが、（ｂ）は本撮像装置１０２からの情報を全視野画面で見ることができるようにした場合の図である。これは前記ズーム系１０７を全視野画像対応に合わせ、全視野角度ディスプレイ装置９４内のズーム系９８も同じ条件に合わせることで実現できる。
ここで、本撮像装置１０２のズーム系を駆動し、ＣＣＤ２次元アレイセンサーの有効画角よりも投影像が大きくなるように設定すると、本撮像装置１０２はズーム機構を有した魚眼型光学系となり、外界の像の中心部分を拡大することができる。この出力画像情報を、全視野角度ディスプレイ装置９４ではズーム系を固定のままで観察すると、全視野画像の中心部を拡大した像を観察することが可能となる。この場合は、お互いのディストーション条件が異なるので、電気・ソフト的なディストーション補正を行う必要があるが、従来の魚眼型光学系で得られた画像の一部を切り出して拡大する方法と比べても、高い解像度の拡大像が得られる。よって、防犯・防災用、動物鑑賞用等の、広い領域の監視から一部の像の拡大が必要な用途に対しては、大きな効果を発揮する。
図３０（ａ）に示す固定型の撮像装置１０２Ｌ，１０２Ｒを、上記防犯・防災用、動物鑑賞用等に使用してもよい。又、図３０（ｂ）に示すように、ディスプレイ装置（９４Ｌ，９４Ｒ）を用いたり、全視野角度ディスプレイ装置１１８を身に付けた観察者の上下、左右の首振り動作を感知して、遠隔動作により人間の首振りと同じ動作を撮像装置（１０２Ｌ，１０２Ｒ）に指令することにより、任意の場所で、撮像装置（１０２Ｌ，１０２Ｒ）が設置されている場所で上下９０度、左右３６０度方向を見たのと同じ臨場感を味わうことができる。
但し、これらの情報を無線やインターネットを通じて送信しようとすると、画像情報のボリュームが多く、送信時間がかかるという制約が発生する。そこで、動画ではなく、駒送り静止画のような形で画像を転送し、その場の状況を瞬時に知るような工夫を行ってもよい。
また、図３０の（ｂ）はディスプレイ付きウェアラブル型撮像装置（１０２Ｌ’、１０２Ｒ’、９４Ｌ、９４Ｒ）であり、ディスプレイとしては撮像動画の写り具合のみモニターできればよいので、図２４のような安価で軽量の液晶素子を使用し、携帯し易いような設計を行うこともできる。この撮像装置（１０２Ｌ，１０２Ｒ）により、任意の場所で全視野画像、３Ｄ画像を得ることができ、新しいコンテンツとしての市場拡大及び、色々なビジネスで新しい可能性を生む効果が期待できる。
図３２では図３１で示した全視野角度ディスプレイ装置１１８を寝て使ったときの様子を示す。動きの制限を受けている病人や寝たきり老人への臨場感溢れる画像の提供は、大きなリラクゼーション効果があり、病気回復の活力や、生きる活力を与えられると言う点でもその市場性は大きい。
図３３は、図３１の全視野角度ディスプレイ装置１１８を側面から見たときの概略断面図である。図に示す通り、水平方向よりも鉛直方向の必要視野角度が狭いので、偏光ビームスプリッタ６５の偏向方向は鉛直方向にすることで、偏光ビームスプリッタ６５を小さく設計することが可能である。又、各光学系もスペースを有効に利用するために光束の通らない部分は鉛直方向にカットしておくことが望ましい。
図３３に示すように、全視野角度ディスプレイ装置１１８は、吸引型顔面フィット機構を有する。全視野角度ディスプレイ装置１１８本体と顔面の間を密着材１２４Ｔで広い面積で密封し、吸引機構１２３で弱い引圧を内部に設定することで、メガネで感じる鼻部分での違和感やヘッドホーンを装着したときの耳への締め付け感を与えないように工夫されている。最近はマイナスイオン発生機構や香り発生機構も多く開発されており、それらを本装置に組み込むことで、さらなるリラクゼーション効果を生むことにもなる。また、密着材１２４Ｔは完全な密封ではないために、内部の空気がコモルことはなく、ある程度の風を感じることで、不快感を与えないように工夫されている。又、密着材１２４Ｔは、目と接眼レンズの間隔が所定の間隔より縮まないようにする機能を有しており、安全設計が施されている。
更に、密着材１２４Ｔの下側の密着材１２４Ｂには、外界を観察できる透過部材１２５が目の下全体に設置されており、全視野角度ディスプレイ装置１１８本体を装着しながら飲料水カップ１２８等から飲料水等を飲むことができるようになっている。この透過部材１２５は、内部のディスプレイ画像に外界からの光が入ることで、画質が劣化しないように、入射光量を制限する減光フィルターで構成されている。
図３４は図３１の全視野角度ディスプレイ装置１１８を上面から見たときの平面図である。振動防止型関節棒１１６は関節機構１２６を介して全視野角度ディスプレイ装置１１８本体を支えているが、その位置はヘッドホーン部１２０Ｌ，１２０Ｒを含めた全体の重心部に設置されている。これにより全視野角度ディスプレイ装置１１８本体はその姿勢を維持できるように設計されており、座った状態でも、寝た状態でも、違和感なく本体を装着できる構造となっている。なぜならば、カウンターバランス部１１７は、本体の重量を観察者が感じないように釣り合いをとっているようにしたためである。
ヘッドホーン部１２０Ｌ，１２０Ｒも、密着材１２４Ｔにより頭に密着しており、従来のヘッドホーンのような締め付け感や耳の痛さを感じることはない。全視野角度ディスプレイ装置１１８本体を頭から取り外す場合は、このヘッドホーン部１２０Ｌ，１２０Ｒを図示した点線部のように、左右に開くことで、内部の引圧が大気圧に戻り、簡単に外すことが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、次に本発明を用いた簡単な光学設計例を示す。図３５，図３６は同じ光学設計であり、図３５は人間の目のキョロキョロ動作を考え、水晶体が２０ｍｍ移動したときの±７０°の光束を示したものである。光学系ａ部がコーニック面を含む接眼レンズ群ａであり、ここでは最初の接眼レンズにコマ収差を抑えるための双曲面が使用されている。その曲面Ｚ（ｒ）は、ｃ：曲率、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２、
2004029693.tif 000003
で表され、ｋはコーニック係数として、ｋ＜−１を用いている。
しかしながら、コマ収差は改善されているものの、双曲面の使用により大きな像面湾曲が発生しており、各光束のテレセンも接眼レンズ群ａの射出結像位置（網膜との共役位置）では大きく歪んだ状態となっている。この像をリレーレンズ群ｂで曲面ミラー部ｃにリレーすると、当然大きな像面湾曲と歪んだテレセン状態が再現する。しかし、この曲面ミラー部ｃは、反射された光束により形成される像に生ずる像面湾曲の湾曲方向を反転させる効果があり、この曲面ミラー部Ｃは、瞳近傍に設置されたハーフミラーＨＭにより偏向後、対物レンズ群ｄにより投影された最終像面ｆで、ほぼフラットな像面を得るために、必要不可欠となる。
図３５では球面収差が大きいように感じられるが、これは光束の蹴られを確認するためのものであり、実際の像は瞳の大きさ（室内で像を見るときの人間の瞳の大きさは３ｍｍであることを前提とする）ではここで確認できる球面収差やコマ収差は殆ど無視できると考えられる。
更に、結像面近傍に本曲面ミラーを設置すれば、ミラー反射によるコマ収差や球面収差の影響を減ずることが可能となる。更に、結像面から少し外れた位置に曲面ミラー部ｃを配置すれば、意図的にコマ収差や球面収差を発生させることが可能となり、レンズ群ａ，ｂ，ｄにて発生したコマ収差や球面収差を相殺するようにして、補正することも可能となる。
更に、曲面ミラー部ｃでは図に示すように、テレセンの傾き（各主光線の反射面に対する入射方向の違い）が接眼レンズ部での入射角度により大きく異なる。これを補正するためには、曲面ミラー部ｃを非球面ミラーとして、強制的にテレセンの傾きを変えることが必要となる。
ここでは、非球面ミラーのその曲面Ｚ（ｒ）を回転対称２次曲面として、ｃ：曲率、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊを非球面係数（偶数次）として、
2004029693.tif 000004
で表わし、ｋはコーニック係数として、ｋ＝−１、ａ＞１．０＊１０−７（但し、ミラーは凹面。凸面の場合ａ＜−１．０＊１０−７）の皿型曲面ミラーを用いている。
すると、図３５に示すように、全ての光束が蹴られることなく、投影されているのが確認できる。すべての光線が蹴られることなく投影できていることが確認できた上で、眼の瞳の大きさを通常室内の大きさである３ｍｍ程度に設定した、瞳が光軸方向に向いている場合の、光束を図３６に示す。図３６では０、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０°までの光束を示しているが、フラットな像面で収差の少ない像が形成されているのが確認できる。更に、この部分ではテレセンの傾きも線形的に補正されており、この後、前述の例で示したようなズーム系やオートフォーカス系、ハービング系を入れるのは容易な構造となっている。
もう一つの光学設計例について説明する。前記の実施の形態は人間のキョロ目に応じてフォーカス位置がある程度変化し、それに人間の目が追従してフォーカスをかけることを前提としていた。図３７、図３８、図３９は、同一設計例であり、図３８はキョロ目動作（眼の横シフト）をしたときの光線図である。図３７に示す例は、人間の目は広い範囲を同時に精度良く見ている訳ではなく、目が向いている中心から±数度のものしかはっきりと見えていないことを利用し、その見ている中心からの視野角に応じてデフォーカスしている像面湾曲を故意に持たせたものである。他にも接眼光学系ａ等は、枚数を減らすため、及び周辺テレセンを素性の良いものにするために、網膜との第１共役面の近傍に非球面レンズａ１を使用している。
ここで、光学系ａ部がコーニック面を含む接眼レンズ群ａであり、ここでは最初の接眼レンズａ２の瞳側とは反対の面にコマ収差を抑えるための双曲面が使用されている。その曲面Ｚ（ｒ）は、ｃ：曲率、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２、
2004029693.tif 000005
で表され、ｋはコーニック係数として、ｋ＜−１を用いている。
また、前記網膜との第１共役面の近傍に一方の面が配置された非球面レンズａ１は、当該一方の面の曲面Ｚ（ｒ）を回転対称２次曲面として、ｃ：曲率、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ：非球面係数（偶数次）として、
2004029693.tif 000006
ｋはコーニック係数として、ｋ＝−１、ａ＜−１．０＊１０−７の皿型曲面レンズを用いている。
この場合、テレセンの傾きは接眼レンズ部での入射角度により大きく異ならないように、少なくとも２枚の非球面にて補正されているので、曲面ミラーｃは通常の球面ミラーを用いている。これは強制的にテレセンの傾きを変え、瞳位置（光束が集光する位置）を対物レンズ群ｄの射入位置近傍ｚ１にするためである。更に、意図的に瞳位置を対物方向にすることが可能なので、縮小光学系を設計し易いという効果も得られる。
瞳位置（光束が集光する位置）を対物レンズ群ｄの射入位置近傍ｚ１にしている理由は、キョロ目に対するフォーカス補正を行い、図３８に示すように、キョロ目においても、フォーカス位置があまり変わらないようにするためのものである。即ち、対物レンズ群ｄの射入部に非球面レンズｄ１を挿入し、キョロ目時のテレセンずれに伴う瞳位置での位置ずれ（図３８のように瞳面の周辺を光束が通過する）条件で、中心に対して曲率の緩いレンズ面を通過するようにして、フォーカス位置を長くしている。もともと、接眼レンズ群ａではキョロ目によりフォーカス点が接眼方向に近づく特性を持つので、非球面レンズｄ１でフォーカス位置を対物位置に近づけることでフォーカス面が大きく変化するのを抑えているのである。
ここで用いられる非球面レンズｄ１の瞳側の面は双曲面であり、その曲面Ｚ（ｒ）は、ｃ：曲率、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２、
2004029693.tif 000007
で表され、ｋはコーニック係数として、ｋ＜−１を用いている。
但し、キョロ目動作は図３８でも明確であるように、像面傾斜を持つことが分かっている。よって、この非球面レンズｄ１は双曲面のみでは完全に補正できないので、その曲面Ｚ（ｒ）を回転対称２次曲面として、ｃ：曲率、ｒ２＝ｘ２＋ｙ２、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ：非球面係数（偶数次）として、
2004029693.tif 000008
として、像面傾斜を補正する非球面とすることが望ましい。
図３９は、目で５０ｃｍ先のものを見ているときの光束を示す図である。対物のフォーカス位置が変わるのみで、ディストーション特性や収差があまり変わっていないのが確認できる。よって、フォーカス補正はこの対物レンズ群ｄのレンズ間隔又は最終像面ｆと同対物レンズ群ｄの間隔を調整することで５０ｃｍ〜無限遠までのフォーカス調整が容易に可能となる。
また、この光学設計では曲面ミラー部ｃは強制的にテレセンの傾きを変え、瞳位置（光束が集光する位置）を対物レンズ群ｄの射入位置近傍にするために用いたが、接眼レンズ群ａ、リレーレンズ群ｂの設計で接眼レンズ群の第１接眼レンズに双曲面レンズ、第１共役面の近傍のレンズに前述の回転対称２次曲面レンズを用いれば、前述の曲面ミラーｃ位置で良好な第２の共役面を得ることも可能となる。この場合は、前述のミラーｃ位置に液晶を直接設置してもよいし、この部分に第１の液晶を設置し、本光学系の分割ミラー部を反転させて、直接対物レンズ群ｄに光束を導き、ズーム群（図示せず）等を介して第２の液晶を設置してもよい（これらは、実際は液晶部からの発光が瞳位置に収束するのであるが、光束を分かり易くするために、瞳位置から無限遠光束を出し、液晶表面で結像するように示している）。
更に、ここでは色収差の補正について触れていないが、基本的には複数の凹凸レンズ、屈折率の異なるレンズを組み合わせて補正する系を入れてもよいし、ビデオカメラの場合、受光系、ディスプレイの場合、発光系の液晶を赤・青・緑の三色に分離し、その分離後に、倍率色収差やＺ軸上色収差を補正するようにしてもよい。
なお、ミラーの折り曲げ方向は本来ならば必要視野角度の狭い上下方向であり、実際には光学系ｂとｄが図面のように接触することはない。更に、以上に示した例では双曲面と凸レンズと非球面皿型凹ミラーの組み合わせ、もしくは双曲面と凸レンズと非球面皿型凹レンズの組み合わせとしたが、これに限らず、数多くの組み合わせが考えられる。
次に、図４０〜図４２を用いて、先に説明した図３１、図３２で説明した装置をより具体的に説明する。装置を床置き型にした目的は、ディスプレイ光学系の重量を視聴者が感じないようにすることであり、顔の動きをセンサー等で感知し、アクチュエータにより顔と同じ動きをするように制御してやればよいが、コストが高くなってしまう。そのため、以下の実施の形態では、できる限りアクチュエータを用いない方法を使用している。
基本的にディスプレイの重量を視聴者が感じないようにするには、顔の動きである６自由度全てに負荷が発生しないように機構が対応する必要がある。よって、図４０に示すものではマジックハンド技術（顔の動きでｘ、ｙ、Θｚ駆動）、図４１では天秤（エレベータ）技術（Ｚ、Θｚ駆動）、図４２では重心保持技術（Θｘ、Θｙ駆動）を用いている。
図４０は、マジックハンドのように、交差部ＣＲが回動可能に連結されており、伸縮できる構成となっている機構を示すものである。マジックハンド部（振動防止型関節棒）１１６の、支持部１１５に対するカウンターバランス部までの距離と、全視野角度ディスプレイ１１８までの距離の比は、ｍ：ｎであり、その同一重量の場合のモーメントの比はｍ：ｎである。吊り棒を含むカウンターバランス部１１７と吊り棒を含む全視野角度ディスプレイ装置１１８の重量比はｎ：ｍなので、マジックハンド部１１６の伸縮に依存せず支持部１１５にかかる実際のモーメントはｍ×ｎ＝ｎ×ｍの関係で一定となっている。このため、前記各交差部ＣＲの連結及び、支持部１１５の回転軸が、ボールベアリングもしくはエアベアリング等でスムーズであれば、ほとんど負荷を感じることなく、ｘ、ｙ、Θｚ駆動が可能となる。また、このバランス機構により、支持部の剛性をそれ程高くする必要もないし、振動を抑えることもできる。本体が倒れる等のリスクも回避し易い構成となっている。
図４１においては、エレベータのように、カウンターバランス部１１７と全視野角度ディスプレイ装置１１８の重量比がｎ：ｍの場合、滑車ＰＵを用いることで、釣り合いが取れる構造になっている。例えば、ｎ：ｍ＝２：１の場合、図４１のようなタイプの滑車ＰＵを利用すればよい。支持部は上下に手動で動かすことが可能であり、寝ているとき、座っているとき、立っているときに応じて、ラフな高さ設定ができるようになっている。一方、所定の状態で、視聴者が顔を上下に動かすと、２〜３０ｃｍ程度、全視野角度ディスプレイ装置１１８が上下する。その際に、前記滑車部ＰＵの回転軸がボールベアリングもしくはエアベアリング等でスムーズであれば、殆ど負荷を感じることなく、ｚ駆動が可能となる。
図４２に示す例は、全視野角度ディスプレイ装置１１８の重心に回転軸ＡＸが設置されており、どのように顔を動かしても、Θｘ、Θｙ、Θｚ駆動についての自由度がある構造になっている。（ａ）はディスプレイ部の前（接眼方向）右上方向から見た斜視図である。（ｂ）は後から見た立面図であり、ユニバーサルジョイントＵＺを中心に首を左右に振る動作の必要角度分、回転可能な構成となっている。（ｃ）が首を左右に振ったときの様子を示している。更に（ｄ）は側面図であり、首を前後に振ったときのユニバーサルジョイントＵＺの自由度を示している。特に（ｄ）は使用者が寝たときの状態を示しており、そちらの方向には９０°、使用者がうつむいたときに必要な角度の堀が作られている。
これらの図４０、４１、４２はそれぞれ独立に記載されているが、それぞれの特徴を生かすように、糸の張り方（マジックハンドに沿った張り方）で、伸縮しようとする力と、糸を張ろうとする力でバランスが取れるように、各関節部の糸折り曲げ用滑車（図示せず）に工夫が施されている。更に、糸による吊り下げ部は前述の吊り下げ棒の中で上下方向の駆動のみにガイド機構により制約を受けることで、振り子のようにディスプレイやカウンターウエイト部が揺れることを防止している。
上述の実施の形態では、全視野角度ディスプレイ装置１１８の重量とカウンターバランス１１７の重量との比率に対して、支持部１１５からの夫々の距離でもってバランスをとっている。しかし、この構成ではカウンターバランス１１７自体が回転中心から外れているので、支持部１１５を回転中心にして全視野角度ディスプレイ装置１１８を水平面移動させると、慣性力が生じ、使用者へ異様な装着感が発生する。更に、カウンターバランス１１７の吊り下げ糸が振り子のように作用し、さらに低周波の振動が残ることになる。
これを解消する方法として、図５０に示す構成で全視野角度ディスプレイ装置１１８を保持する。図５０（ａ）は側面図で、（ｂ）は上面から見た図である。なお、図４０、図４１と同一符号のものは、同一部材なので、ここでの説明は省略する。また、この機構は、吊り下げ糸１１６ａをマジックハンド部１１６に固定された滑車１１６ｂにより繰り出し可能に支持しており、吊り下げ糸１１６ａは全視野角度ディスプレイ装置１１８とカウンターバランス１１７を保持している。
この構成では、回転中心である支持部１１５の内部にカウンターバランス１１７を設けている。したがって、支持部１１５を中心に全視野角度ディスプレイ装置１１８を回転移動させても、カウンターバランス１１７による慣性力が発生しない。これにより、全視野角度ディスプレイ装置１１８の移動→静止時の慣性力がカウンターバランス１１７で発生することが無く、異様な装着感を抑えることができる。
なお、図５０に示した構成では、重心が支持部１１５の中心近傍に来て、支持部１１５とマジックハンド部１１６との間に設けられているベアリング類に負荷が掛からないように、カウンターバランス１１７よりも重量の軽い第２のカウンターバランス１１７ａを設けている。この重量は図４０で示すものカウンターバランス１１７よりも小さい重量なので、全視野角度ディスプレイ装置１１８移動時に生ずる慣性力は小さい。
また、図５１に示すような構成で更に安定性を増すために、支持部１１５の設置面積を増やし、かつ重心位置の直下まで延設された脚部１１５ａを設ている。脚部１１５ａが重心直下まであるので、床に設置したときも安定性を維持することができる。なお、図５１（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上方から見た図である。なお、図５０と同一符号のものは同じ部材である。
この場合、支持部１１５に対する力の掛かり方が非対称なので、支持部１１５との回転機構に負荷がかかる。そのために、ボールベアリング部の設置面を２段にするなど、剛性を高くし、前記設置部を装着者が位置している椅子やベッドの下に引くことで固定しておけば、本体と反対方向に駆動物が無くなり、スペース面、安全面上の利点が発生する。
さらに、図５０及び図５１に示した床置き型の全視野角度ディスプレイ装置では、吊り下げ糸１１６ａは、全視野角度ディスプレイ装置１１８を、マジックハンド部１１６の交差部ＣＲ近傍に固定された滑車１１６ｂによって、保持している。したがって、マジックハンド部１１６が伸縮しても吊り下げ糸１１６ａは常にマジックハンド部１１６と平行となり、マジックハンド部の伸縮による力が発生せず、糸の存在がマジックハンド部１１６の水平移動にあまり影響しない（負荷がかからない）ようにすることができ、装着感を低くすることができる。
上記のように、メカニカルな工夫で装着感を低く抑える工夫が施されているものの、全視野角度ディスプレイ装置１１８の重量が１ｋｇ以上を超えてしまう場合、どうしても重量に伴う摩擦により全視野角度ディスプレイ装置１１８を移動する場合に僅かな負荷が発生する。これを抑える為には、吊り下げ糸１１６の張力及びマジックハンド１１６の交差部ＣＲの相対角度をモニターし、初動時に交差部ＣＲや吊り下げ糸１１６ａに駆動力を与えるアクチュエータを設けることが望ましい。特に静止しているものを動かす場合、最大静止摩擦力は動摩擦力より大きいので、その力を前記糸の張力及び交差部ＣＲの相対角度に応じてフィードバック制御して制御してやればよい。
床置き型の全視野角度ディスプレイ装置１１８に関してその具体的保持方法について述べたが、本機構では使用者の顔の動きに対して所定の条件で追従するものの、外力（例えば地震や床の設置部分の傾き）に対して影響を受ける可能性がある。即ち、地震の発生により支持部１１５自体が振動してしまう場合、マジックハンド部１１６や全視野角度ディスプレイ装置１１８本体の慣性力により大きく振り回され、周囲に危険を及ぼす可能性もある。
これについては、地震感知センサーを本体に設置することで、マジックハンド部１１６の異常な動作はロックし、顔面への接触部分ではスムーズに全視野角度ディスプレイ装置１１８を取り外せるようなできるような回転方向ロック解除機構を設置する必要がある。また、床設置部分の傾きは所定方向への動きに関する負荷となり、使用者に装着時の不快感を与える。これらを防止するために、本装置の水平を調べるための水平計測装置及び水平に装置を設置するための水平調整装置を搭載することで、全方位への使用者の移動をスムーズに行えるようにしている。
また、ヘッドマウント型ディスプレイや眼鏡型ディスプレイでは顔面の微小な動きに瞬時に追従してしまうので、ＶＥ酔いを発生しやすい。本発明では画像表示装置本体が床に支持され、一部が顔面（頭部、耳等を含む）に支持されており、比較的本体が重たいので、使用者の微小な動きに対しては慣性力により追従せず、大きな動きのみに追従する効果があり、ＶＥ酔いを発生し難くさせる効果がある。これを更に有効に利用する為には、使用者が所定の姿勢に落ち着いた時点で、マジックハンド部１１６や吊り下げ糸１１６ｃを支持する滑車１１６ｂなどの動きのある部材に、動きを制限するストッパー等を設けておくことが好ましい。
このストッパーによりディスプレイは所望の位置に固定されるので、顔面に僅かにでも接触する部分があることで装着感を感じてしまう人には、完全に触れない状態を提供することができ、更なる臨場感を与えるのに貢献できる。特に、後で説明する図４８に示した実施例に於いては、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲だけでなく、顔面とディスプレイが相対的に横に移動した場合でも画質の高い画像を供給できる、広い画像表示範囲を提供できるので、更に効果が高くなる。
このように、床置き型の全視野角度ディスプレイ装置１１８はヘッドマウント型ディスプレイや眼鏡型ディスプレイと比べて大きな利点があるが、更に、就寝前の横になって利用する人にとっては更なる効果がある。本発明では顔面に合わせてディスプレイが動くので、寝る前にディスプレイ画像を寝る姿勢のまま楽しんでもらったり、眠れない人に対しては睡眠効果の高い画像と音楽を供給することで、眠り易い環境を作ることができる。
しかし、寝てしまった後は寝返り等の動きに対し、同ディスプレイが邪魔になる可能性が高い。そこで本発明では同ディスプレイ装置１１８にタイマーを設け、就寝後にスイッチを切るだけでなく、吊り下げ糸１１６ａを自動的に巻き上げ、就寝者の邪魔にならないようにディスプレイ部を顔面から引き上げる自動引き上げ機構が搭載されている。更に、同ディスプレイを引き上げた後で、マジックハンド部１１６を伸縮させ、起きた時に邪魔にならない位置に駆動する機能を備えている。
これにより就寝前にも気楽に本装置を使用し、就寝時の快適さと安全性を確保することができる。無論、仮にディスプレイ部が顔面の一部にひっかかり、引き上げができない場合の安全処置は引き上げ力を制限すること等で対応されている。
以上説明してきた手法は、ＬＣＤ出力像を魚眼型光学系を用いて、眼球内の網膜に投影するものであったが、キョロ目に対応した光学系は、前例のように曲面ミラー及び、非球面レンズの組み合わせで、瞳で蹴られることなく投影できることが分かる。但し、キョロ目で見ている中心位置はフォーカス及び収差が少ないものの、その近傍では著しく収差、フォーカスが悪化してしまう。
そこで以下の実施の形態においては、図２０、図２３、図２８、図３５〜図３９に示した各実施の形態の説明において示されたように、液晶型２次元ディスプレイ装置側（眼球と反対側）に中間像が形成されることを利用して、その位置に拡散ガラスを挿入することで、キョロ目に対しても対応できる機構としている。図４３はその説明をしたものであり、双曲面レンズを用いて、結像面における像面湾曲及び、拡散ガラス付近でのテレセンの傾きを小さくした光学系を例としている。映像出力は、拡散ガラス１３１、接眼レンズ群１３２を介して眼球１の水晶体に集光される。（ａ）はキョロ目でない場合、（ｂ）は３０°のキョロ目の場合である。この例においては、眼球１に一番近いレンズを双曲面レンズ１３２ａとしている。双曲面レンズとは、レンズの片面が双曲面であるレンズであり、図においては眼球１から遠い方の面が双曲面となっている。
この光学系特性を図４４に示す。図４４（ａ）では瞳が中心を見ている場合の例を示し、図４５（ａ）がそのときの諸収差を示している。接眼レンズ系１３２は、テレセンをほぼ真っ直ぐにした魚眼型光学系である。すなわち、接眼レンズ系１３２は、拡散ガラス１３１が挿入された位置における各光束の主光線がほぼ平行（±１０°程度の傾きは考慮する）で、かつ、拡散ガラス１３１の入射面の法線とほぼ平行となるように設計された光学系であるので、魚眼型光学系と同じようなディストーション発生させてしまう。よって、±６０°の視野角では５０％程度のディストーションが発生している。図４４（ｂ）は瞳が３０°方向を向いている場合の例を示し、図４５（ｂ）がそのときの諸収差を示している。
図４４（ａ）のテレセンと比べると、１０°程度テレセンが傾いていることがわかる。すなわち、水晶体２が０°方向を向いている（ａ）の場合に比べて、各光束の主光線は１０°程度傾いている。次に図４４（ｃ）は人が無限遠ではなく、５０ｃｍ先の物体を見ている場合を示し、図４５（ｃ）がその諸収差を示している。その場合でも接眼レンズ１３２の中にフォーカス位置がこないように、接眼レンズ部１３２の設計が行われている。但し、図４５（ｂ）、（ｃ）を見て分かるように、図４５（ａ）と比べてもディストーション変動が小さく、結像位置にスクリーンのようなものを設置すれば、±６０°の全視野で良好な画像を得られることが分かる。
次に、この接眼光学系を使用した場合の前記拡散ガラス１３１の使用方法を説明する。図４３（ａ）に瞳が中心を見ている場合の例を示し、図４３（ｂ）に瞳が３０°方向を向いている場合を示す。（ａ）、（ｂ）を比較するとわかるように、ディストーション変動は少ないものの、前述のように、最大±１０°程度テレセンが傾いていることがわかる。この眼の横シフト（キョロ目）に対応した魚眼型光学系を作る場合、前述の実施の形態のように瞳で蹴られることなく投影できる光学系では、いささか収差が生じていることが分かっている。
そこで、その改善策として、液晶型２次元出力装置から拡散ガラス１３１までの光学系は像が十分な解像度が得られるＮＡで設計し、拡散ガラス１３１にて光束を拡散することで前記テレセンの傾き変化に対応した光束を瞳に送る方法を採用している。すなわち、水晶体２の傾きが変わっても、水晶体２に入射する光線が存在するように、拡散ガラス１３１で光線を、図４３の矢印１３３で示す発散角になるように、拡散させている。
このように拡散ガラスにより、二次元型光電素子により形成される像から水晶体の方へ伝搬する光束によって形成される中間像において、その中間像から発する各位置の光束の発散角が、十分に大きい角度になるようにしている。
前述のように、水晶体の横シフト（キョロ目動作）によって、瞳位置が変化することにより、瞳の中心を通る全ての主光線と中間像形成面とのなす角度が変化してしまう。そこで、中間像から発する光束の発散角を、その変化量と同等か、もしくはその変化量よりも大きくする。
このようにすれば、水晶体の横シフトが発生しても、中間像からの光束を安定して瞳に供給することができ、水晶体の横シフト（キョロ目動作）がなされても、良好な画像を使用者が観測できる、二次元ディスプレイ装置が得られる。
ここでは視野が±３０°で±１０°程度の拡散角を有し、且つ人間の目で見てもその荒さが見えないレベル、即ち、スリガラスでいうと荒さ＃７００以上拡散角Ａタイプに相当するものを用いればよい。
もちろん、人間のキョロ目角度は±５０°と言われているので、±２０°程度で光強度分布が大きく変わらないものを使用することが望ましい。なお、拡散ガラス１３１は、このように結像位置に設けられ、結像した光線を拡散させる働きをするものであるので、このような光線の拡散作用を持つものであれば、樹脂のようなものであっても拡散ガラス１３１の代わりに使用することができる。
また、次のように製造された拡散ガラス１３１も好ましい性能を発揮する。その拡散ガラスの製造方法は、厚みが均一で表面が平滑なポリエステルフィルムに接着剤を塗布し、そして、ミクロングレードで精密に粒径が管理された砥粒をクリーンルームでコーティングする。なお、砥粒としてはシリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどの炭化物、酸化物が最適で、０．３〜４０μｍ程度の均一な超精密仕上げで拡散ガラス１３１を製造することができ、欠陥品の発生する度合いも少ない。
これらの素材は、球状に加工すると不透明ではあるが均一な砥粒をランダムに所定の厚さで積層させることが可能で、発散角を大きくすることができ、ＤＶＤ映像やハイビジョン映像であっても全く粒状感を感じさせず、６０度以上の視野角を確保することができる。また、この拡散ガラス１３１は安く製造できる点でも好ましい。なお、この砥粒層は投影像の焦点深度以内の厚さにすることが好ましい。
なお、砥粒の大きさはメッシュナンバー＃３２０〜＃１５０００までが選択可能であり、強靭なポリエステルフィルムを用いているので、耐久性が高くなる。なお、シリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどは、ミクロンオーダの砥粒を使用すると、不透明に見えてしまう。この際には、拡散ガラス１３１への投影照度を高くする必要がある。しかし、前述のように床置き型とすれば、パワーの高い光源を用いることができるので、拡散ガラス１３１の透明度に応じて、所望のパワーの光源を使用することができる。
更に、光源自体が明るいことで、投影像の明るさも非常に明るくなり、接眼レンズと両目間に遮光する手段（ゴーグルなど）を装着しなくても、迷光やホットスポットなどの影響が軽減され、装着感を損ねることを防止できる。但し、光源自体が大きな発熱源となり、それを冷却するファン等を本体に設置する必要がある。ファンの排出部が使用者に向けられると不快感を覚えるので、ファンの排出方向は使用者に対し直接当たらない方向に設計する必要がある。更に、同ファンの振動が本体を振動させると、これも同様に使用者に不快感を与えることになる。この場合は、光源を本体から離し、床の支持部側に設置し、光ファイバー等で光束を本体まで導くようにしてもよい。
次に図４６、図４７を用いて、拡散ガラス１３１まで液晶型２次元出力装置から光束をリレーする光学系の説明を行う。図４６は、高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１が存在する面又はその共役面ｆからの光束を、ズーム・オートフォーカス制御系ｇと対物レンズ群ｄを介してハーフミラーＨＭを透過させ、曲面ミラー部ｃで反射させることにより接眼レンズ系のディストーションの補正を行った後、ハーフミラーＨＭで反射させ、リレーレンズ群ｂとを介して、ＬＣＤ共役面１４１（この位置に拡散ガラス１３１を設ける）に結像させる光学系を示している。本光学系の収差特性を図上に示しているが、図４５（ａ）と比べると、反対方向にディストーションが５０％発生していることが分かる。これは前述のディストーションの逆補正を光学系により実現したものであり、接眼レンズ系により発生する糸巻上ディストーションを本光学系の樽型ディストーションにより補正し、ソフト補正なしに網膜に格子像を正確に再現するものである。
第４７図は、先に説明したように、ソフト的にディストーションを補正することを前提に設計した拡大光学系の例であり、図４６のような曲面ミラー部を有しない。高解像３枚ＳＸＧＡ液晶素子１０１が存在する面又はその共役面ｆからの光束を、ズーム・オートフォーカス制御系ｇを介して、色消しレンズｈを通し、反射ミラーＭ１、Ｍ２で反射させた後、リレーレンズ群ｂとを介して、反射ミラーＭ３、Ｍ４で２回反射させ、その後に、ＬＣＤ共役面１４１（この位置に拡散ガラス１３１を設ける）に結像させる光学系である。レンズ枚数を少なくし且つ像面湾曲を軽減する目的で、前述のように、接眼レンズ系（図示せず）及びリレーレンズ群ｂに双曲レンズ（レンズの片面が双曲面であるレンズ）を用いている。同光学系の収差は小さく、良好な投影像を実現することができる。なお、色消しレンズｈは、必ずしも用いる必要はない。
このように、この実施例では、接眼レンズ近傍の像面に拡散ガラスを挿入することで、キョロ目に対応できる光学系をとっており、以降の拡大光学系の構造をシンプルにすることが可能となる。
図４８は、液晶型２次元出力装置として図４４（ａ）及び図４７の光学系を利用した本発明の実施の形態である装置の概略図を示している。
図４８は、ＧＲＢ３枚ＬＣＤモジュール１４２を使用しており、Ｇ用ＬＣＤ、Ｒ用ＬＣＤ、Ｂ用ＬＣＤをダイクロイックミラーにて同一光束とし（これらを図ではＬＣＤ共役面ｆとしている）、同光束は凸１凹１凹２凸２の計４枚のレンズで構成されたズーム・オートフォーカス制御系ｇを介して、反射ミラーＭ１、Ｍ２により偏向され、リレーレンズｂ、反射ミラーＭ３、Ｍ４を介して前述の拡散ガラス１３１上に拡大投影している。ここで、接眼レンズを兼ねる凸１レンズ面を双曲レンズとし、対物レンズ面も双曲レンズとすることで、レンズ枚数を少なくして像面湾曲を補正している。
前記拡散ガラス１３１で±２０°程度に拡散された光束は前述の接眼レンズ１３２を介して眼球の網膜上にＬＣＤ像を投影する構造となっている。ここで無限遠を見ている状況では拡散ガラス１３１は接眼レンズから離れた位置であり、前記ズーム・オートフォーカス制御系ｇの凹レンズ２枚を移動することでＬＣＤ共役面ｆと拡散ガラス１３１面が共役となるように制御されている。また５０ｃｍ先の像を見ている状態では拡散ガラス１３１は接眼レンズに近づけるように拡散ガラス自体を駆動し、その位置で前記ズーム・オートフォーカス制御系ｇの凹レンズ２枚を移動することでＬＣＤ共役面ｆと拡散ガラス１３１面が共役となるように制御されている。
一方、この状態ではＬＣＤ画像は±６０°の視界に広がっており、実際に±６０°の視界を受光できる前述の広域画像のビデオからの画像を再現するのであれば問題ない。しかし、通常のビデオ信号やコンピュータ画面を出力するのであれば、ここまで広げた画像は決して見易いものではない。即ち、人間がキョロ目を用いて楽に見ることができる視野±３０°以下の像を出力することが望ましい。そこで本発明では、前述のズーム・オートフォーカス制御ｇの凹レンズ２枚を移動することで視野を視野±３０°以下まで縮小することができる。更に、コンテンツの対応画素数が７６０×４００程度（テレビ、ＤＶＤ）では±１５°程度の視野に画像を縮小し、１２８０×８００程度（ＢＳ、高画素対応出力動画）では±３０°程度の視野に画像を縮小すれば、その画素が見えることなく鮮明な像を得ることができる。
このように、拡大縮小を、ズーム機構を用いて行うことで、画素に整合した画面の大きさを任意に選択することができ、あらゆるコンテンツに対応できる。
更にズーム機構はＶＥ酔いを改善するのにも一役買っている。通常のコンテンツは広視野画像で出力されることを想定していないので、画像を取り込むビデオカメラを固定位置に設置せず、画像効果の為に、色々な方向に向けながら映像をとるか、ズームを乱用することが多い。通常の１０〜５０インチテレビ画像相当のディスプレイならば全く問題ないが、本発明による６０°以上（１００インチ相当）の画面では『自己運動知覚：「自分が動いているような錯覚」を生じ，平衡の感覚に影響する。広範囲の視野に情報を与える動きのある映像は平衡感覚に影響し，映像による視覚情報と体性感覚情報のミスマッチにより不快・酔いを生じることがある。』症状を引き起こす可能性がある。
しかし、固定されたカメラによる風景や遠方の６０°以上（１００インチ相当）の無限遠広視野画像は、実際に近い画像であり、臨場感あふれ、視差無く自然な立体感も得られるので、リラクゼーションや目の疲労回復に大きな効果がある。よって画像表示装置としては、コンテンツの解像度のみでなく、画像の内容に応じて、ズーム機構を用いて調整することで、快適な画像情報を得ることができる。そのため、ズーム機構としては自己運動知覚が発生する可能性の高い６０°以上（１００インチ相当）の無限遠広視野画像から自己運動知覚が発生し難い３０°以下（５０インチ相当）の画像まで約２倍以上のズーム機構を有していることが望ましい。
なお、本光学系を先に説明した２眼光学系として２対設けた機構等全ての応用が可能なことは言うまでもない。
また、２眼光学系を用いた場合、それぞれの光学系に各々ＧＲＢ３枚ＬＣＤモジュール１４２を配置してもよいが、ＧＲＢ３枚ＬＣＤモジュール１４２を右目、左目とも共通なものを使用するようにしてもよい。
この場合、ＧＲＢ３枚ＬＣＤモジュール１４２から放射された光束をハーフミラーや偏光ビームスプリッタなどの分岐光学素子により、複数の光束に分割して、左目及び右目のそれぞれの光学系に分配することにより達成可能である。なお、ハーフミラーや偏光ビームスプリッタにより反射された像は左右反転してしまうので、その際には、反射した光束をもう一度反射し、２眼光学系のうちの一方の光学系にその光束を入射させる反射光学素子を光路中に配置すればよい。なお、光束を分割後、図４８に示す光学系にＧＲＢ３枚ＬＣＤモジュール１４２の像をリレーするために、前述のＬＣＤ共役面ｆで一旦中間像を形成するように光学系を構成することが好ましい。
以上のように本発明の実施の形態においては、画像データを出力する光電素子を有し、同光電素子の出力像を少なくとも２つの曲面形状の反射面を介して眼球内の網膜上に投影する画像表示装置において、眼球に入射する前に光束を偏向する第１曲面形状の反射面は第１楕円ミラーであり、眼球の水晶体近傍に同第１楕円ミラーの第１焦点を有し、同第１楕円ミラーの第２焦点が前記第１楕円ミラーと第２曲面形状の反射面の間に存在する構成としているので、広い視野を有する像を、眼球に効率良く伝達することができる。
更に、前記第２曲面形状の反射面を第２楕円ミラーとし、前記第２楕円ミラーを含む補正光学系により、前記光電素子上の像が眼球内の網膜上に投影するようにすれば、大きなディストーションを補正し、良好なディスプレイ像を見ることが可能となる。
反射面を第２楕円ミラーとし、前記第１楕円ミラーの第２焦点と前記第２楕円ミラーの第１焦点をほぼ一致させると共に、その第１楕円ミラーの第１焦点及び、第２焦点が前記第２楕円ミラーの第１焦点及び、第２焦点がほぼ一直線上に並ぶように配置するようにする。これにより、前記第２楕円ミラーの第２焦点から第１焦点に投影される広い視野を有する画像情報は、前記第１楕円ミラーの第２焦点から第１焦点に投影され、前記第２楕円ミラーの第２焦点像を、前記第１楕円ミラーの第１焦点部分で完全に復元することが可能となる。更に、前記第１楕円ミラーと前記第２楕円ミラーの曲率がほぼ同じになるようにすれば、より完全に近い投影像を得ることが可能となる。
更に、前記第１楕円ミラーの第１焦点と第２焦点を結ぶ線の中心を通る直交平面と同第１楕円ミラーの光束を偏向する反射面が交差し、前記第２楕円ミラーの第１焦点と第２焦点を結ぶ線の中心を通る直交平面と同第２楕円ミラーの光束を偏向する反射面も交差する構成とし、前記第２楕円ミラーと前記同光電素子の間に魚眼型光学系を配置し、前記光電素子上の像が眼球内の網膜上に投影されるようにすることが好ましい。これにより、魚眼型光学系が広域像を平面上の受光手段に投影するのと逆の効果で、前記光電素子上の平面像を、魚眼型光学系で広域像に変換することが可能となり、又、各焦点の中心を通る直交平面に反射面が交差するような広い反射面を有する楕円ミラーを用いることで、眼球内の網膜に広域像の情報をディストーションなく結像させることが可能となる。広域像として固定視野角６０°、眼のキョロキョロ動作に対応した視野角左右３０°の計１２０°を得るためには、上記第１焦点と第２焦点を結ぶ線の中心を通る直交平面と各楕円ミラーの光束を偏向する反射面を交差させる構成が不可欠となる。
一方、前記魚眼型光学系は、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲に画像データを含む光束を供給することで、前記光電素子上の像が眼球内の網膜上にて、大きく像が蹴られることなく投影されることとしたので、図５に示すように、眼が視界を広げるためにキョロキョロする動作時にも十分な視界を提供することが可能となる。これは、人間の眼が一つの動作を連続的に行うことで、眼の機能が次第に追従できなくなって「疲れ」を覚えることに対する回避の上で重要な動作であり、その「キョロキョロ」の回避動作時に視界を提供する本発明の実施の形態は、「疲れ」を感じさせないためには重要な役割を担うことになる。
その方法としては、前記第１魚眼型光学系は球面収差によるボケを小さくするために、瞳近傍の開口を小さくし、小さいＮＡにて前記第１受光素子に像を投影している。一方、前記第２魚眼型光学系については、そのディストーション特性は前記第１魚眼型光学系と近いものを用いるものの、瞳近傍の開口を前記第１魚眼型光学系の開口と比較して大きくしている。これにより、眼が視界を広げるためにキョロキョロする動作時にも十分な視界を提供している。これは人間の目の水晶体が前記小さい開口の役割を果たすので、キョロキョロする動作時に前記水晶体に光束が到達できるような構成とするためである。
また、本発明の実施の形態では、上記の表示装置を左右眼球に対し、少なくとも一方に配置する構造や、前記表示装置を、左右眼球に対し別々に配置し、眼球の間隔に応じて位置を調整可能とするような、あらゆる構造を提供することが可能なので、用途に合わせた幅広い活用方法が考えられる。
更に、前記光電素子は光束方向に直交した２次元発光型の液晶表示装置を導入しており、細かい分解能、低消費電力でより本当の視界に近い画像情報を提供することができる。もちろん、本発明における光電素子はこれに限られたものだけでなく、２次元発光型の素子ならば、あらゆるものを適用することが可能である。
上記形態とは別の実施の形態においては、所定の広域像を光束方向に直交した２次元受光型の第１光電素子上に投影するための第１魚眼型光学系を有し、前記受光型の第１光電素子で受光した画像データを、光束方向に直交した２次元発光型の第２光電素子から出力し、同第２光電素子の出力像を第２魚眼型光学系及び、曲面形状の反射面を介して眼球内の網膜上に投影するようにしている。
この例においては、魚眼型光学系が広域像を平面上の受光手段に投影するので、それを画像情報としてまず前記受光型の第１光電素子にて取り込み、同画像情報を発光型の第２光電素子から出力し、今度は同じ特性を持つ魚眼型光学系を逆に利用することで逆補正をかけ、前記光電素子上の平面像を広域像に変換している。即ち、これらの魚眼型光学系が大きなディストーションを発生させて平面画像を形成してもよく、第２魚眼型光学系の射出部では平面画像のディストーションは完全に補正され、良好な広域像とすることが可能となる。
もちろん、第１光電素子と第２光電素子、更には第１魚眼型光学系と第２魚眼型光学系間に製造誤差が存在したり、異なった性能のものを使用した場合は、多少のディストーションが存在することになる。このような場合は、第１光電素子の受光画像情報をそれらのディストーション誤差に基づきデジタル的に補正し、第２光電素子より出力する制御を行った方が、より良い画像情報を得ることが可能となる。
又、前記曲面形状の反射面を、少なくとも２面の楕円型ミラーで形成し、同２面の楕円型ミラーそれぞれ２焦点の内、一方をほぼ同じ位置に配置し、全焦点をほぼ一直線上に配置することが好ましい。これは、前記手法により第２魚眼型光学系からの射出画像情報が、完全に広域像の情報を復元していても、そこから眼球の網膜に像を投影するまでに像を歪ませないようにするものある。前記第２楕円ミラーの第２焦点から第１焦点に投影される画像情報が持つディストーションは、前記第１楕円ミラーの第２焦点から第１焦点に投影されるまでに同じ光路を逆にたどることで完全に復元される。よって、前記第２楕円ミラーの第２焦点像を、前記第１楕円ミラーの第１焦点部分で完全に復元することが可能となる。更に、前記第１楕円ミラーと前記第２楕円ミラーの曲率がほぼ同じになるようにすれば、より完全に近い投影像を得ることが可能となる。
前記画像表示装置の装着は、左右の眼用に１対あり、１対の第１魚眼型光学系の間隔及び、眼球の間隔は等しくなるように配置され、左右の眼の間隔に合わせて両画像表示装置の間隔を調整可能にすることが好ましい。これは、画像情報入力部の間隔と両眼の間隔を合わせることで、同じ視界を作り、実際に近い立体画像を得るために有効である。また、意図的にこの間隔を替えることで、より迫力の有る立体映像を得ることが可能となる。このことは、本装置をテレビゲーム等に用いる場合に効果的である。
別の方法として、前記曲面形状の反射面を少なくとも２面のｆθ型ミラーで形成し、一方のｆθ型ミラーの焦点を眼球の水晶体近傍に配置し、他方の焦点を第２魚眼型光学系の近傍に配置している。これは、前述の楕円ミラーを用いた方法では、前記第２魚眼型光学系及び、第２光電素子が前に突き出してしまうのを防ぎ、ウェアラブルとしては耳の方に伸びた構造とするためのものである。しかしこの方法では、外側の視界が蹴られる可能性もあり、用途に応じて使い分けるのが望ましい。
更に、前記第２魚眼型光学系は、眼球の回転に応じた水晶体の移動による網膜の画像検出範囲に画像データを含む光束を供給することで、前記光電素子上の像が眼球内の網膜上にて、大きく像が蹴られることなく投影されるようにすることが好ましい。これにより、前述のように（図５参照）、眼が視界を広げるためにキョロキョロする動作時にも十分な視界を提供することが可能となる。これは、人間の眼が一つの動作を連続的に行うことで、眼の機能が次第に追従できなくなって「疲れ」を覚えることに対する回避の上で重要な動作であり、その「キョロキョロ」の回避動作時に視界を提供する実施の形態は、「疲れ」を感じさせないためには重要な役割を担うことになる。
また、前記表示装置を、左右眼球に対し、少なくとも一方に配置したり、左右眼球に対し別々に配置して、眼球の間隔に応じて位置を調整可能な構造とするのは、用途に合わせた幅広い活用方法が考えられるためである。
また、前記第２光電素子は光束方向に直交した２次元発光型の液晶装置を導入することとし、前記第１光電素子については光束方向に直交した２次元受光型のＣＣＤ２次元アレイセンサーを導入することとしたのは、細かい分解能、低消費電力でより本当の視界に近い画像情報を提供することができるためであり、無論、本発明はこれに限られたものだけでなく、２次元発光型の素子及び、２次元受光型の素子ならば、あらゆるものを適用することが可能である。本明細書及び請求の範囲において、「発光型」というのは、それ自身が発光しなくても、ハロゲンランプやＬＥＤをバックライトとして用いたもの（ＬＣＤ）、液晶の背面に拡散ガラス等を設置し、自然光により発光させるものを含み、反射型の液晶素子（ＬＣＯＳ）等も含めた全てを発光型としている。
更に、上記実施の形態とは別の実施の形態では、所定の広域像を光束方向に直交した２次元球面受光型の第１光電素子上に投影し、前記受光型の第１光電素子で受光した画像データを、光束方向に直交した２次元球面発光型の第２光電素子から出力し、曲面形状の反射面を介して眼球内の網膜上に投影することとしている。更に、その前記第１光電素子は球面に開口を有し、同開口部に凸レンズ、球面内壁上にＣＣＤ２次元アレイセンサーが複数設置されており、第２光電素子は球面に開口を有し、同開口部に凸レンズ、球面内壁上に液晶装置が複数設置されているようにすると、平面画像情報に変換することなく、直接広域像画像情報を眼球内の網膜に送ることが可能となる。
更に、上記実施の形態とは別の実施の形態では、所定の広域像を光束方向に直交した２次元受光型の第１光電素子上に投影するための第１魚眼型光学系を有し、前記受光型の第１光電素子で受光した画像データを、光束方向に直交した２次元発光型の第２光電素子から出力し、同第２光電素子の出力像を第２魚眼型光学系を介して眼球内の網膜上に投影する際に所望の制御を行う制御機構を有することとしている。これにより、広域像をデジタル的に見ることで、視界が確保できるようになり、従来のように両眼への着用で完全に視界を遮るような不具合はなくなる。
更に、別の実施の形態では、前記所定の広域像を眼球内の網膜上に投影する際に所望の制御を行う制御機構が、前記所定の広域像を合焦するためのフォーカス調整機構、広域像の出力範囲を任意に制御する機構の少なくとも一方を含むようにしている。これにより、通常メガネを装着している人も、装着なしに画像情報を本発明により見られるようになる。更に、広域画像情報の中で、必要な部分だけをデジタル的に拡大して、広域像で見ることができるようになり、眼の悪い人には拡大鏡としての役割を果たすことにもなる。更に、眼の病気として、通常の像が歪んで見えるような人にはそのディストーションに応じて出力画像に修正をかけることで正常な画像を提供することも可能となる。
また、前記制御機構は同画像表示装置以外の外部から入力された第１画像情報を、前記第１光電素子から入力された第２画像情報と合成し、同第２光電素子から出力する画像合成機能を有するようにすれば、広域像を見つつ、必要に応じて広い画面のハイビジョン画面、ビデオ画像、ＤＶＤ画像、パソコンディスプレイ画像等を任意の場所に表示することが可能となる。更に、広い画像表示が可能なことから、新聞紙サイズの画面や、雑誌サイズの画面を合成すれば、周囲の状況を確認しながら、空間に浮かんだ仮想的な新聞や雑誌を読むことが可能となる。
その上記第１画像情報は、前記第１魚眼型光学系により発生したディストーション情報に基づき画像が同様に歪曲されるように補正され、前記第２画像情報と合成して出力することとしている。これによれば、図１２に示すように、任意の広域像２００を（ａ）とし、外部からの画像情報２０１を（ｂ）とした場合、第２光電素子から出力する画像は前記第１魚眼型光学系により発生したディストーション情報を含み、（ｃ）のように周辺部では画像情報が圧縮されている。そこで、外部からの画像情報２０１を（ｃ）に示すように、前記第１魚眼型光学系により見た条件で逆修正をかけて合成し、眼球の網膜上では（ｄ）の画像のようにディストーションのない投影像として復元することで、良好な画像情報を提供している。
更に、その前記第１画像情報の一つはビデオ画像出力情報とし、その前記ビデオ画像出力情報を供給するビデオ画像入力装置は、前記画像表示装置に固定されており、必要に応じて脱着可能である構造とすることにより、従来のビデオカメラの代りに本発明品を用いることが可能となる。従来のビデオカメラでは、対象物や対象者をビデオカメラのディスプレイや目視光学系等を介して見ることしかできなかった。そのため、ビデオカメラの倍率を拡大している最中にその目標物を見失ったり、目標物を障害物が遮る際の事前予想が困難であった。
しかし、本発明の実施の形態では、図１１のようにビデオカメラを本発明の装置の横に装着することで、目標物を含む広域像画像を見つつ、一部のビデオカメラの画像情報を広域像画像の一部に合成して両方同じ画面で見ることができるようになる。更に、広域像画像情報にて障害物等を確認し、遮られないように、ビデオカメラを取り外し、障害物のない位置で拡大像を撮影したり、混雑時にはビデオカメラのみ手で持ち上げて、任意の場所の画像を正確に取り込むこと等が可能となる。勿論、前記制御装置にて、広域像画像とビデオカメラ画像の配分は任意に変えられるものであり、両方の画像情報をデータとして記録しておくことで、再生時にその配分を任意に変えることも可能となる。
また、前記第１画像情報の一つはコンピュータの画像出力情報とし、その他にはコンピュータのキーボード入力情報としている。これは図１３に示すような形で使用されるが、画像情報の合成については図１４で説明している。図１４では（ｂ）に示す広域像画像２００の中に、（ｃ）に示すコンピュータの高い分解能が必要な処理部分２０３及び、（ａ）に示すコンピュータ画面の周辺に表示されるツールバー部分２０４と、（ｄ）に示すキーボードの入力情報を表示する部分２０５を合成して表示する必要がある。
前述のように、第２光電素子から出力する画像は前記第１魚眼型光学系により発生したディストーション情報を含み、（ｅ）に示すように周辺部では画像情報が圧縮されている。そこで、外部からの画像情報２０４，２０５については、（ｅ）に示すように、前記第２魚眼型光学系が有するディストーションを逆補正するように画像情報を変換し、広域像画像２００と合成することで、眼球の網膜上では（ｆ）の画像のようにディストーションのない投影像として復元された、良好な画像情報を提供している。
更に、前記第１画像情報は手に取り付けられたポータブルキーボード入力情報であることとし、前記ポータブルキーボード入力情報は、親指に設置された電磁素子情報を、その他の指に設置された電磁力検出センサーにより検知し、その親指とその他の指の距離・方向情報に変換して画像情報とすることとしており、手の動きをそのまま図１４の（ｄ）部分に表示することができる。この（ｄ）の部分には仮想キーボードの画像が表示されており、親指を任意の位置に固定してその他の指を任意の位置に動かせば、その距離及び、方向から上下、左右方向を含む２次元位置情報に変換され、画像情報として前記仮想キーボード上を各指が移動し、キーボード上のキーを点灯させる。これにより画像により確認しながら、正確にキーボード上のキーを選択することが可能となる。
更に、前記ポータブルキーボード入力情報は、物体への各指圧情報を各指に設置された圧力検出センサーにより検知し、各指の指圧情報を画像として認識可能な情報として変換し、画像情報とすることとしたので、前記点灯したキーを押したか否かを例えば、点灯色を変えること等で、画像情報として正確にデータ入力ができたかを確認することができる。ここでは、例としてキーの点灯や変色による表示方法を示したが、本発明ではこれに捕われることなく、幅広い応用方法が適用できる。
更に、前記第１画像情報の一つはマイク又はヘッドホーンから入力された有声音又は無声音を文字に変換し、画像情報としたものであることとしている。これは制御装置が音声を文字情報に変換する機能を保持している。特に、ヘッドホーンで両耳を塞いでいる場合等は、雑音の影響が少なく、無声音でもヘッドホーンの振動紙を振動させ、有声音に変換できるので、内緒話をする要領で情報入力を行えば、それを文字情報として画像情報に変換することが可能となる。更に、接続されたパソコンにメール機能・電話機能が存在すれば、同文字情報を高速で入力し、送信することが可能となる。
更に別の構造として、前記第２光電素子及び、第２魚眼型光学系は左右眼球に対し別々に配置され、第１光電素子及び、第１魚眼型光学系は共有することとし、その前記第１光電素子への入力情報は両眼の幅に応じて位置変換され、前記左右の眼の第２光学素子に対応した別々の情報として出力されることとしている。図１０に示す通り、両眼にて見える視界は眼が離れている分だけ視界領域が異なっている。もし、共有している第１光電素子９の情報を補正せずに左右の第２光電素子（液晶型２次元出力装置）６Ｌ，６Ｒに与えてしまうと、像が二重に見えてしまう。これを一つの像に見せるためには、上述のような方法を用いることで良好な投影画像を得ることができる。
以上のように本発明では広域像を画像情報として取り込むことが可能であり、これを利用して色々な組み合わせを考えることで、ウェアラブルディスプレイやウェアラブルコンピュータを越えた、本格的なウェアラブル情報入出力装置を提供することが可能となる。更に、同広域像画像を有効に利用する、新しい感覚のゲームソフトや広域像ハイビジョン画像、広域像ＤＶＤ、広域像ビデオテープの販売、更には、バーチャルリアリティの本格的システム提供が可能となる。
またそれらを提供するための図１５のような画像情報入力装置３５、立体画像入力装置３６、高倍率画像入力装置３７等を本画像表示装置から切り離し、組替えることによる活用用途の多様化、同取り込み装置を赤外線、紫外線、放射線検出装置とし、夜間の活動や、危険区域での活用にも発展させることができる。
本発明は、メガネ型ディスプレイ保持方法、頭部保持型ディスプレイ保持方法は勿論、映画館や飛行機の椅子、リラクゼーション用椅子、寝たきり老人看護用ベッド等に直接設置することで、重量や装着による不快感を開放した機構として提供することも可能となる。
重量や装着による不快感を開放する具体的方法としてはその他にも同ディスプレイ機構を独立に保持する支持台を設け、３次元に移動可能な関節機構を有する腕部材の先端に同ディスプレイを設置する。腕部材には同支持台を中心に同ディスプレイと反対方向にカウンターウェイトがあり、同ディスプレイの重量をキャンセルしておけばよい。更に、ディスプレイ本体には外界からの光りの漏れを遮光する布状のカバーを設け、その中の空気を引き弱い引圧と（外圧に対して弱い圧力）とすることで、顔の動きには追従するが、重量感は受けず、顔全体に柔らかくフィットさせることで装着感を忘れさせる快適な機構を提供することもできる。
この機構の採用により装着部内部の空気循環も可能となり、内部の蒸れを防止することも可能となる。しかし、全て外界から遮光してしまうと、本装置使用中の飲食動作等が難しく、ディスプレイの下方向より外界の情報を得られるようにしておくことが望ましい。しかし、下部を開放にすると、そこからの漏れ光により像の鮮明さが失われる可能性がある。そこで、この部分にディスプレイの鮮明さに影響を与えない程度のフィルターを設置し、外部からの漏れ光量を抑えるとともに、内部の引圧とを保ち、外部情報を得られる工夫を行うことで、より快適なシステムを提供することが可能となる。
更に、本発明の外部情報入力手段として有線によるもの、無線によるものを問わず、全ての用途に使用できる。
また、本発明の実施の形態においては、曲面形状の反射面は金属膜コートによる反射面のようなものを想定している。透明なガラス部材やプラスチック部材の内面を反射面として用いてもよいが、光学的な屈折力を有する部材を曲面形状の反射面に用いると、空間からの入射位置、射出位置で色分散を発生させるため好ましくない。但し、２枚の同一曲面形状の反射面を線対称又は点対称で使用している場合は、対称な位置に空間からの入射位置、射出位置を配置すれば、色分散も補正することが可能となる。透明なガラス部材やプラスチック部材は大気内よりも屈折率が高いので、大きい角度で入射した光束は、より小さい角度で曲面形状の反射面に到達する。よって、曲面形状の製造が容易となる利点が考えられる。この技術を利用する場合、２枚の同一曲面形状の反射面を一体化した透明なガラス部材やプラスチック部材で製造すれば、更にシンプルな構造となる。
また、本発明の実施の形態では、２枚の同一曲面形状の反射面を使用していたが、リレーのために、それ以上の枚数をつなぎ合わせてもよい。これらは全て設計の自由度で考えることが可能である。
また、図２２や図２３で提案した曲面反射面をもつ魚眼型光学系の光束を図１や図２に示した２枚の反射面を有する光学系に供給して、使用者の瞳まで光束を伝搬して、歪曲収差などの影響を排除しつつ、効率的に瞳まで光束を供給することも本発明の範囲内であり、更に、２枚の反射面を有する光学系の射出側に更に別の光学系を設けることも可能であり、設計の自由度を向上することも本発明の範囲内であることは自明である。
また、一方、前述の金属酸化物や金属炭化物を接着剤によりポリエステルフィルム上に保持された拡散ガラスを用い、その拡散ガラスに対し、液晶型２次元出力装置からの映像を投影する魚眼型光学系でもって投影することでも、キョロ目に対応した臨場感のあふれる頭部装着型ディスプレイ装置を提供することが可能となる。
また、本発明の実施の形態の画像表示装置においては、光束放出方向に直交した２次元発光型の第１光電素子から放出された光を、第１の魚眼型光学系とリレー光学系を介して眼球内の網膜上に投影して結像させることにより形成される前記第１光電光学素子の出力像を制御する制御機構を有し、当該制御機構は所定の広域像を合焦するためのフォーカス調整機構、当該広域像の出力範囲を任意に制御する機構の少なくとも一方を含み、前記広域像の視野角は６０°以上であることにより臨場感に富み、更に画像の内容に応じて好適な表示方法で映像を投影できる画像表示装置を提供することが可能となる。これにより、通常メガネを装着している人も、装着なしに画像情報を本発明により見られるようになる。更に、広域画像情報の中で、必要な部分だけをデジタル的に拡大して、広域像で見ることができるようになり、眼の悪い人には拡大鏡としての役割を果たすことにもなる。
なお、このような画像表示装置において、更に、第１画像情報と、前記第１画像情報とは異なる第２画像情報とを合成し、前記第１光電素子から出力する画像合成手段を有することで、広域像を見つつ、必要に応じて、ハイビジョン画像、ビデオ画像、ＤＶＤ画像、パソコンディスプレイ画像等を任意の場所に表示することが可能となる。
更に、広い画像表示が可能なことから、新聞紙サイズの画面や、雑誌サイズの画面を合成すれば、周囲の状況を確認しながら、空間に浮かんだ仮想的な新聞や雑誌を読むことが可能となる。
また、上述の画像表示装置の制御機構が、前記第１光電素子から出力された第１画像情報と、前記第２光電素子から出力された第２画像情報とを光学的に合成し、前記眼球内の網膜上に投影して結像させる機能を有することにより、第１光電素子へ画像情報を出力する画像処理手段の画像処理に対する負荷を低減することができる。更に、第１の魚眼型光学系による発生するディストーションを低減させるために、第２光電素子と制御機構との間の光学系で逆ディストーションを掛けることにより、ディストーション補正のよる画像の劣化が低減される。
なお、これらの制御機構は、画像処理部と共に固定した場所に設置し、画像表示部に無線（赤外線、電波等）で情報を提供するようにすれば、画像表示装置のウェアラブル性を高めることができる。また、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方について、光電素子に表示させる際に、第１の魚眼型光学系により発生するディストーションに対して逆の歪み方をさせた表示像を光電素子で表示することで、その際には、光学部品を減らすことができ、軽量化が図れる。
なお、前記第１画像情報と前記第２画像情報の内少なくとも一方は、ビデオ画像又はＤＶＤ出力情報であったり、コンピュータの画像出力情報やコンピュータのキーボード入力情報であることで、ライフスタイルに応じて、所望の情報を投影することが可能となる。
情報として、手に取り付けられたポータブルキーボード入力情報であり、本実施の形態における画像表示装置に設けるキーボードとして、ポータブルキーボードを採用することで使用状況によらず、情報入力が可能となる。
なお、このポータブルキーボードは親指に設置された電磁素子情報を、その他の指に設置された電磁力検出センサーにより検知し、その親指とその他の指間の距離・方向情報に変換するような方法で様々な情報を入力できるようにすることが好ましい。また、他の入力方法として、物体への各指圧情報を各指に設置された圧力検出センサーにより検知し、各指の指圧情報を画像として認識可能な情報に変換することでもよい。
また、前記第１画像情報及び、前記第２画像情報の内少なくとも一方は、マイク又はヘッドホーンから入力された有声音又は無声音を文字に変換し、画像情報としたものでもよい。
以上の入力手段を用いた方法は、既に記載されたとおりであるので、ここでの説明は省略する。
上述の画像表示装置は２個からなり、当該２個の画像表示装置はそれぞれ左右眼球に対し別々に配置され、これら２個の画像表示装置の前記第１魚眼型光学系同士の間隔と眼球の間隔が等しくなるように、左右の眼の間隔に合わせてこれら２個の両画像表示装置の間隔が調整可能とされていることでもよい。このときは、画像表示装置の各々は、一つの筐体に組み込まれているときは、筐体内で移動可能となっており、左右の目の間隔とほぼ同一間隔で第１光電素子から発せられた映像を投影することが可能となる。
１個の画像表示装置自体は１つだけで、第１光電素子からの光束をそれぞれ左右眼球に対し光学部材により分割し、分割された光束に別々に設置された前記第１魚眼型光学系同士の間隔と眼球の間隔が等しくなるように、左右の眼の間隔に合わせて第１魚眼型光学系の投影像の間隔が調整可能とされていることでもよい。第１光電素子からの光束をハーフミラーや偏光ビームスプリッタにより複数の光束に分割していることで、光電素子を一つにして、左右両目に広い視野角を有する映像を投影することが可能となる。
また、前記画像データを出力する光電素子と、水晶体との光路中に設けられた結像面に配置され、光を拡散する光拡散体を有し、前記第１の魚眼型光学系の少なくとも一部の光学系は、拡散した透過光を水晶体近傍に集光させ、網膜上に物面の像を結像させることでもよい。一旦中間像を光拡散体に投影し、再び光学系で光拡散体に投影された像を使用者の網膜に結像するようにさせたことで、光拡散体に投影されるまでの光学系の射出瞳の影響を排除することができ、キョロ目に対応した画像表示装置を提供することが可能となる。
この光を拡散する光拡散体は金属酸化物や金属炭化物のミクロングレードで精密に粒径が管理された砥粒を透過板上にコーティングした透過型拡散板が好ましく、砥粒の材料としてはシリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムの少なくとも一つであり、前記透過板はポリエステルフィルムが好ましい。
このような透過型拡散板の特徴として非常に散乱角が大きく、魚眼型の接眼レンズを用いて、使用者の眼の水晶体に透過型拡散板の像を導くことによって、広視野ではっきりとした像を投影することが可能となる。
なお、上述の画像表示装置の少なくとも一部が、使用者以外の部分に支持されており、使用者顔面にも接触し、使用者顔面の動きに応じて移動可能とされていれば、使用者に対し不快な装着感を与えることを低減できる。特に、図４０、図４１、図４２に示すように、据付面をＸＹ平面としたＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、ΘＸ方向、ΘＹ方向、ΘＺ方向の６軸方向に任意に画像表示装置を移動可能とするような支持機構を用いることで、使用者顔面の移動に対し自然に追従することが可能となる。
なお、６軸方向に任意に駆動可能とする為に、前記画像表示装置本体の重心若しくはその近傍にて支持するで、画像表示装置を移動させるときに生ずる慣性力を低減することができ、使用者の顔面が移動しても自然な装用感を与えることが出来る。その具体的な手段としては、前記画像表示装置本体とバランスさせる錘を設け、前記画像表示装置本体と前記錘とは軟性部材で結び付けておくことがよい。なお、この軟性部材は画像表示装置を移動させることによって動くので、軟性部材の摺動部分に滑車を適用して、摺動部分の抵抗を低減することが好ましい。
また、広域像の出力範囲を任意に制御する機構は可変倍率が２倍以上の光学的ズーム機構であり、ズーム状態に応じて第１画像情報と第２画像情報で合成された合成画像が所定の幅以上に重ならないように制御することで、ＶＥ酔いを低減することができる。
また、他にも広域像の出力範囲を任意に制御する機構は、観察者の視線上で風景が流れるように移動する画像を検出する検出手段と、同画像を所定の時間画像が横に移動しないように加工し記憶する記憶手段を有することでも、ＶＥ酔い低減に効果的となり、更に、観察者に与える臨場感は劣化させずにすむ。
なお、広域像の出力範囲を任意に制御する機構は、検出手段及び加工し記憶する手段の使用、未使用を任意に選択する選択手段を有することで、観察者の意思に応じた画像を提供することが可能となり、使い勝手のよい画像表示装置を提供することができる。
なお、具体的には、検出手段及び記憶手段において、画像データを内部バッファに取り込み、内部バッファから出力した画像を周辺画像と中心画像区画に分け、区画内の所定時間に於ける横シフト量を算出し、同周辺画像と同中心画像が同じ方向にシフトしている場合は手ぶれもしくは画面の横移動と判断して、所定の時間画像が横に移動しないように、画像ビット全体を像の動いている方向と反対方向に動き量と同一量シフトさせ画面全体が静止しているように見える画像に加工することでＶＥ酔いを低減できる。
以上の内容を整理すると、本発明を利用する場合、それぞれ次のような市場性が期待できる。
＜ディスプレイ付きウェアラブル型（図３０の９４Ｒ，９４Ｌ，１０２Ｒ’，１０２Ｌ’）＞
目線でビデオを撮れる、失敗のないホームビデオ・その場にいない人への臨場感溢れた画像送信・赤外線使用による夜間警備・３Ｄ画像の取り込み機・大画面携帯パソコン、携帯ゲーム（機密性）・広い画面での携帯型デジタル新聞・バーチャルリアリティディスプレイ
＜固定、遠隔作動型（図３０の１０２Ｒ，１０２Ｌ）＞
防犯、防災用の広角監視・注目部拡大機能・人の気配が問題になる動物鑑賞・動画撮影・景色が良い場所設置によるリラクゼーション動画送信・人の行けない空間での広角監視・画像提供・行楽地混雑状況等の広角画像提供
＜床置き型（図３１）＞
重量、疲労感を感じさせない大画面パソコン、ＣＡＤ・映画館、プロジェクターに替わる大画面ディスプレイ・臨場感溢れる３Ｄ大画面画像の提供・前記ビデオ機構からの画像をインターネット受信・寝たきり老人、病人への臨場感ある画像の提供・リラクゼーション画像表示ディスプレイ・新しい感覚のＴＶゲーム画像の提供・狭い空間での大画面画像の提供・機密性が高い情報の個人向け表示システム・バーチャルリアリティディスプレイ・遠隔操作が可能な大画面ディスプレイ・広い画面でのデジタル新聞受信システム飛行機等の１ｓｔクラスでのリラクゼーションサービス
最後に、図４９に従来存在する製品と本発明の実施の形態の製品との比較を行う。本発明による製品では共有性の制限以外はあらゆる点で優れた性能を発揮する可能性があることが分かる。
なお、以上、本発明の実施の形態では、本発明を構成する要素の、特定の組み合わせについて例示したが、これらの要素を任意に組み合わせることは、適宜可能であり、本発明の範囲に含まれるものであって、どのような組み合わせが本発明に含まれるかについては、請求の範囲に示される事項から判断されることは言うまでもない。
【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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【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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【国際調査報告】
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