佳能发表头戴式显示器的新型光学系统

    佳能在2007年7月5日～6日举行的“第32届光学研讨会”上，发表了可使头戴式显示器（HMD）同时实现广角化和小型化的2种“Shuttle光学系统”。一种在小型化方面下了一番工夫，而另一种则面向视频透视（Video See Through）型HMD。

　　HMD中由液晶面板发出的光线穿过光学系统后到达人眼。在HMD的光学系统中，有近目光学系统和一次成像光学系统。近目光学系统采用将液晶面板发出的光线向透镜投射到达人眼的结构。该系统一般由透镜及液晶面板构成，大多结合投向人眼的光线视角确定尺寸，配置安装在人眼的正前方的透镜和液晶面板。因此，视角越大，透镜和液晶面板的尺寸就越大。

　　而一次光学系统则不同，为了把一次成像后的光线扩展开来，一般会在液晶面板和透镜之间配备由多个部件构成的光学系统。虽然配置在人眼正前方的透镜需要结合视角来设定尺寸，不过在扩大视角时，无需加大液晶面板，只利用光学系统即可实现。不过，这时需要追加光学系统，因此光路长度容易变长，从而使HMD的整体尺寸难以减小。

　　此次佳能开发的名为Shuttle光学系统的新型光学系统，在构成一次成像光学系统的同时，减小了整体尺寸。Shuttle光学系统通过利用有自由曲面的棱镜，同时使棱镜内反射的光在反射前后穿过同一光路，并将光路收纳在更小的空间内，实现了小型化。

　　在此次发表的2种Shuttle光学系统中，其中一种在小型化方面下了很大工夫。在利用0.47英寸反射型液晶面板、12mm瞳孔直径下水平视角为50度时，光学系统的整体尺寸为37mm×39mm×53mm。而该公司原采用一次成像的光学系统则不同，在8mm瞳径、水平视角为50度时，利用0.6英寸反射型液晶面板，光学系统的整体尺寸为38mm×40mm×90mm。

试制出了视频透视型HMD

　　另一种是面向视频透视型HMD的Shuttle光学系。视频透视是指实时显示摄像头拍摄的外界影像。比如，配备这种HMD的人能够看到在所拍摄的影像上重叠CG的景象。可以用来获得混合现实感(Mixed Reality)。

　　视频透视型HMD大致分为2种——向拍摄外界的摄像头投射光线的光轴与向观察者的瞳孔投射光线的光轴不同的“视差型”，以及两光轴为同一光轴的“无视差型”。此次佳能试制出了采用Shuttle光学系统的无视差型HMD。不过，采取上述小型化措施的Shuttle光学系统存在一定的缺陷，即在使摄像头与瞳孔的光轴一致时，需要加大光学系统的尺寸，因此此次面向无视差型HMD进行了改进。改进后，包括摄像头在内的整个光学系统的尺寸控制到了47mm×57mm×95mm。HMD的尺寸为240mm×396mm×267mm，重量约为1700g。水平视角为60度，垂直视角为47度。采用0.88英寸的反射型液晶面板。戴在头上使用。

　　试制的视频透视型HMD利用称为Tablet Lens的透镜，对称为“偏心倍率色像差”的像差进行了补偿。这是因为：如果瞳孔位置与设计的光学系统发生错位，就会产生偏心倍率色像差，RGB各色看上去就会偏移。另外，还以电子方式对光学系统产生的歪曲像差进行了补偿。在产生歪曲像差时，影像通常会出现失真。因此，此次采用了一种新的理念--事先在液晶面板上显示与光学系统产生的失真相反的失真影像，使作为该影像的形式的光穿过光学系统，将希望得到的影像投射到瞳孔中。

　　另外，试制产品采用的Tablet Lens和柱面透镜（Cylindrical Lens）由光学玻璃制成，而其它光学元件则采用了树脂产品。