JP2001264684A - 画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の小型化，広視野化を両立させることが
可能であって、さらに、観察者の視野をできる限り遮ら
ない画像表示装置を提供する。 【解決手段】 本発明の画像表示装置は、ケース２の中
に、１枚の液晶表示板３と、曲面反射鏡Ｍ１，Ｍ２とが
配置されて構成されている。ここで、曲面反射鏡Ｍ２の
倍率は、曲面反射鏡Ｍ１の倍率よりも大きいものとなっ
ている。また、曲面反射鏡Ｍ１，Ｍ２は、液晶表示板３
の表示領域であるＤ１，Ｄ２とそれぞれ対応しており、
視点Ｏに眼を置いたときに、曲面反射鏡Ｍ１を通して表
示領域Ｄ１を観察でき、曲面反射鏡Ｍ２を通して表示領
域Ｄ２を観察できる。この結果として、視点Ｏから観察
される像は、Ｓ１，Ｓ２のようになる。ここで、Ｓ１が
注視したい領域，すなわち注視する情報量の多い部分で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＴＶ，コンピュー
タ，バーチャルリアリティーなどに利用される画像表示
装置および画像表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＴＶ，コンピュータ，バーチャル
リアリティーなどに利用される画像表示装置として、種
々の技術が案出されている。例えば、特開平９−１８５
００９号には、非常に小さな投影機を眼鏡に内蔵し、眼
鏡レンズにホログラムなどを付属させて投影像を観察者
に視認させる技術が示されている。また、特開平１１−
１０９２７８号には、視野の拡大に伴い、注視部分の画
素密度が低下するのを補うために、高密度の表示を別途
用意して、重ね合わせて表示させる技術が示されてい
る。

【０００３】ところで、近年のコンピュータ関連の技術
の進歩はめざましく、特にＧＵＩ（グラフィカルユーザ
インタフェイス）の普及は、より広い画面に対する需要
を喚起した。しかし、大きな表示画面を得るためには非
常に大きなコストが必要となる。また、装置自体も大き
くなるために設置場所が広く必要となる。このための一
つの解決策として、ヘッドマウントディスプレイを使用
する方法がある。この方法では、装置は小さいままに非
常に大きな画面を提供することが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヘッド
マウントディスプレイを使用する方法では、次のような
問題点があった。すなわち、十分に広い視野を提供しよ
うとすると、画像表示素子の表示画素数を十分に多くし
なければならないが、この場合には、装置の大型化，高
コスト化につながるという問題があった。

【０００５】本発明は、装置の小型化，広視野化を両立
させることが可能であって、さらに、観察者の視野をで
きる限り遮らない画像表示装置および画像表示方法を提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、接眼型の画像表示装置であ
って、少なくとも１つの画像表示素子と、画像表示素子
の表示画像を拡大するのに、少なくとも２種類の倍率を
有する光学素子とを備えていることを特徴としている。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の画像表示装置において、光学素子には、互いに倍率
の異なる複数の光学部品を並置したものが用いられるこ
とを特徴としている。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の画像表示装置において、光学素子は、表示倍率が、
複数の光学部品の並置方向に変化するように構成されて
いることを特徴としている。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、請求項２ま
たは請求項３記載の画像表示装置において、光学素子
は、表示倍率が複数の光学部品の境界線の方向に連続的
に変化するように構成されていることを特徴としてい
る。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置におい
て、光学素子は、倍率が一方向にだけ変化するように構
成されていることを特徴としている。

【００１１】また、請求項６記載の発明は、少なくとも
２種類の倍率を有する光学素子を用いて、画像表示素子
の表示画像を拡大することを特徴としている。

【００１２】また、請求項７記載の発明は、請求項６記
載の画像表示方法において、光学素子には、互いに倍率
の異なる複数の光学部品を並置したものが用いられるこ
とを特徴としている。

【００１３】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載の画像表示方法において、光学素子は、表示倍率が、
複数の光学部品の並置方向に変化するように構成されて
いることを特徴としている。

【００１４】また、請求項９記載の発明は、請求項７ま
たは請求項８記載の画像表示方法において、光学素子
は、表示倍率が複数の光学部品の境界線の方向に連続的
に変化するように構成されていることを特徴としてい
る。

【００１５】また、請求項１０記載の発明は、請求項６
乃至請求項９のいずれか一項に記載の画像表示方法にお
いて、前記光学素子は、倍率が一方向にだけ変化するよ
うに構成されていることを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本願の発明者は、ディスプレイの視
野に関して種々の検討を行った結果、視野の中心部付近
では高い解像度が求められるが、周辺部では必ずしもそ
うではないことを見出した。特に、観察者が注視してい
る場合には、意識して観察している視野はかなり狭くな
る。

【００１７】また、本願の発明者は、周辺部に配置する
ような資料は、高い解像度を提供する必要が無く、手元
にあることが眼の端で意識できれば十分な場合が多いこ
とや、ツールを選択するパレットなどの元々低解像度の
記号である場合が多いことに注目した。ここで、上記の
記号は、例えば、フォルダーの形や，鉛筆の形，使用し
ているソフトウェアを示すアイコンなどであり、２０＊
２０ドット程度で十分に識別することができる。

【００１８】一方、近年のパソコンの高機能化から、複
数のソフトウェアが同時に使用され、それぞれのソフト
ウェアの中で使用するパレット，ツールバーが非常に多
くなってきており、狭い画面の中でそれらが重なり合っ
て、非常に混雑している。使用者にとっては、それらが
重なって見えなくなることよりも、低解像度でも画面を
広げて一覧できる方が、利用価値が高い。本発明はこの
ような知見に基づいてなされたものである。

【００１９】図１は本発明に係る画像表示装置の一例を
示す全体概略図である。図１には、利用者の頭部１００
に２つの画像表示装置１ａ，１ｂが装着された状態が示
されている。すなわち、１つの画像表示装置１ａは右眼
用のものとして設けられ、他の１つの画像表示装置１ｂ
は、左眼用のものとなっており、２つの画像表示装置１
ａ，１ｂはメガネ（ヘットマウントディスプレイ）の形
態として用いられている。すなわち、各画像表示装置１
ａ，１ｂは、接眼型の画像表示装置となっている。

【００２０】ここで、画像表示装置１ａと画像表示装置
１ｂとは、同じ構成のものとなっている。図２は１つの
画像表示装置，例えば、１ａの構成例を示す図である。
図２を参照すると、１つの画像表示装置，例えば１ａ
は、ケース２の中に、１枚の液晶表示板（液晶表示素
子）３と、倍率が互いに異なる２枚の曲面反射鏡Ｍ１，
Ｍ２とが配置されて構成されている。

【００２１】図２の例では、曲面反射鏡Ｍ２の倍率は、
曲面反射鏡Ｍ１の倍率よりも大きいものとなっている。
また、曲面反射鏡Ｍ１，Ｍ２は、液晶表示板３の表示領
域であるＤ１，Ｄ２とそれぞれ対応しており、視点Ｏに
眼を置いたときに、曲面反射鏡Ｍ１を通して表示領域Ｄ
１を観察でき、曲面反射鏡Ｍ２を通して表示領域Ｄ２を
観察できる。この結果として、視点Ｏから観察される像
は、Ｓ１，Ｓ２のようになる。ここで、Ｓ１が注視した
い領域，すなわち注視する情報量の多い部分である。

【００２２】図２からわかるように、表示領域Ｄ１，表
示領域Ｄ２の大きさは、表示領域Ｄ１の方が相当に大き
いが、観察される大きさは、Ｓ１，Ｓ２で同等である。
これは、曲面反射鏡Ｍ１に比較して曲面反射鏡Ｍ２に倍
率の大きなものを用いたことによる。Ｓ１と比較してＳ
２は２倍から３倍に拡大されているので、表示される画
素数は１／２から１／３に減少する。しかし、液晶表示
板３全体を同じ倍率で拡大した場合に比較すると、Ｓ１
は２０％から５０％も多くの画素を使用して表示するこ
とができる。すなわち、Ｓ１はＳ２に比べて高精細に
（高解像度で）表示することができる。

【００２３】図３，図４には、図１に示したように利用
者の両眼にそれぞれ図２に示す構成の画像表示装置１
ａ，１ｂを装着したときに、利用者の両眼がそれぞれ観
察する表示（図２に示す構成の画像表示装置１ａ，１ｂ
により観察者に提供される表示）が示されている。

【００２４】なお、図３，図４の表示の例では、画像表
示装置１ａのＳ１領域と画像表示装置１ｂのＳ１領域と
が互いに重なり合うように画像表示装置１ａ，１ｂの装
着位置が正しく調整されている。図３，図４からわかる
ように、中央部の注視したい領域は、例えば後述のよう
に６００＊６００画素の高解像度で表示され（Ｓ１の表
示がなされ）、両端の注視する必要のない部分は、例え
ば後述のように６００＊２００画素の低解像度で表示さ
れる（Ｓ２の表示がなされる）。そして、表示領域全体
としては、例えば後述のように６００＊１８００画素に
相当する広大な視野を得ることができる。

【００２５】このように、図２の画像表示装置では、１
枚の液晶表示板（液晶表示素子）３と、倍率が互いに異
なる２枚の曲面反射鏡Ｍ１，Ｍ２とが設けられているこ
とにより、液晶表示板（液晶表示素子）３の画素数を増
加させることなく（すなわち、装置の大型化，コスト高
を招くことなく）、広視野化を実現できる（大幅な視野
の拡大が可能となる）。また、広視野化を実現できる場
合にも、注視点付近の表示解像度を損なわずに済む。

【００２６】なお、図１，図２の構成において、例えば
曲面反射鏡Ｍ２を横方向（曲面反射鏡Ｍ１とＭ２の並置
方向）ｘにだけ曲面反射鏡Ｍ１に対して倍率を変え、縦
方向（曲面反射鏡Ｍ１とＭ２の境界線の方向，すなわ
ち、紙面に垂直な方向）ｚは曲面反射鏡Ｍ１と同じ倍率
とすることもできる。このときには、表示面積がやや狭
く画素数が減少するのは、横方向ｘに対してだけになる
ので、表示内容がぼやける程度も軽減される。

【００２７】また、曲面反射鏡Ｍ２の拡大率を、曲面反
射鏡Ｍ１との境界では曲面反射鏡Ｍ１の拡大率と同等に
しておき、外側へ向かうに従って（曲面反射鏡Ｍ１から
遠ざかる方向(図２において矢印Ａの方向)に向かうに従
って）、徐々に大きな拡大率になるようにしても良い
（すなわち、倍率が一方向にだけ変化するように構成さ
れていても良い）。

【００２８】本願の発明者は、実際、図１の各画像表示
装置１ａ，１ｂが図２の構成となっている場合におい
て、各画像表示装置１ａ，１ｂの液晶表示板３に８００
＊６００画素の液晶表示素子を用い、液晶表示素子３の
領域Ｄ１に６００＊６００画素を割り当て、領域Ｄ２に
２００＊６００画素を割り当てた。また、曲面反射鏡Ｍ
２の横方向ｘの拡大率を、縦方向ｚの３倍に設定した。
この場合に得られる表示の解像度は以下のようになる。

【００２９】すなわち、Ｓ１領域はＤ１の提供する６０
０＊６００画素である。また、Ｓ２領域はＤ２の提供す
る横に２００画素，縦に６００画素であるが、横方向に
約３倍に拡大されているので、観察される像の大きさは
６００＊６００画素相当である。また、Ｓ１の部分は右
眼と左眼で重なっているので、全体像は、Ｓ１が１枚と
Ｓ２が２枚とで、１８００＊６００画素に相当する。す
なわち、統合された像の全体は、１８００＊６００画素
に相当する。

【００３０】このように、本発明では、視野の中心部付
近では使用する画像表示素子が提供しうる最高の解像度
を提供し、視野の周辺部では倍率を高くすることができ
る。

【００３１】なお、上述の例では、表示画像を拡大する
光学素子として（すなわち、複数の光学部品として）、
曲面反射鏡Ｍ１，Ｍ２を用いたが、光学素子（複数の光
学部品）としては、曲面反射鏡Ｍ１，Ｍ２のかわりに、
ホログラフィック光学素子やプリズムなどを用いること
もできる。

【００３２】また、上述の例では、画像表示素子とし
て、液晶表示板（液晶表示素子）３を用いたが、画像表
示素子として、液晶表示板（液晶表示素子）３のかわり
に、ミラーアレイなどの種々の空間光変調素子やＥＬ素
子などの種々の発光素子などを利用することもできる。

【００３３】換言すれば、本発明は、接眼型の画像表示
装置であって、少なくとも１つの画像表示素子と、前記
画像表示素子の表示画像を拡大するのに、少なくとも２
種類の倍率を有する光学素子とを備えているものであれ
ば良い。

【００３４】ここで、光学素子には、互いに倍率の異な
る複数の光学部品を並置したものが用いられる。

【００３５】この場合、光学素子は、表示倍率が、横方
向(複数の光学部品の並置方向)ｘに変化するように構成
されている。このときには、視野の拡大は横方向ｘにの
み行われるので、画像表示装置も横方向ｘに細長く成形
することができ、このような画像表示装置は、視野の拡
大を行っても上下方向ｚの外部に対する視野を遮る部分
は少ない。

【００３６】また、上記光学素子は、倍率が一方向(図
２において例えば矢印Ａの方向)にだけ変化するように
構成されていても良い。

【００３７】また、上述の例では説明しなかったが、光
学素子は、表示倍率が縦方向(複数の光学部品の境界線
の方向)ｚに連続的に変化するように構成されていても
良い。

【００３８】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項１０記載の発明によれば、少なくとも２種類の倍率
を有する光学素子を用いて、画像表示素子の表示画像を
拡大するので、装置の小型化，広視野化を両立させるこ
とが可能となる。すなわち、画像表示素子の画素数を増
加させることなく（すなわち、装置の大型化，コスト高
を招くことなく）、十分に広い視野を提供することがで
きる。また、この場合でも、注視点付近の表示解像度を
損なわずに済む。

【００３９】特に、請求項３，請求項５，請求項８，請
求項１０記載の発明によれば、視野をできる限り遮らず
に広い視野を提供することができる。

【００４０】また、請求項３，請求項４，請求項５，請
求項８，請求項９，請求項１０記載の発明によれば、よ
り自然な表示を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像表示装置の構成例を示す図で
ある。

【図２】１つの画像表示装置の構成例を示す図である。

【図３】図１にように利用者の両眼にそれぞれ図２に示
す構成の画像表示装置を装着したときに、利用者の両眼
がそれぞれ観察する表示を示す図である。

【図４】図１にように利用者の両眼にそれぞれ図２に示
す構成の画像表示装置を装着したときに、利用者の両眼
がそれぞれ観察する表示を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 画像表示装置 ２ ケース ３ 液晶表示板（液晶表示素子） Ｍ１，Ｍ２ 曲面反射鏡

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接眼型の画像表示装置であって、少なく
   とも１つの画像表示素子と、前記画像表示素子の表示画
   像を拡大するのに、少なくとも２種類の倍率を有する光
   学素子とを備えていることを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像表示装置において、
   前記光学素子には、互いに倍率の異なる複数の光学部品
   を並置したものが用いられることを特徴とする画像表示
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の画像表示装置において、
   前記光学素子は、表示倍率が、複数の光学部品の並置方
   向に変化す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。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３記載の画像表示
   装置において、前記光学素子は、表示倍率が複数の光学
   部品の境界線の方向に連続的に変化するように構成され
   ていることを特徴とする画像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
   記載の画像表示装置において、前記光学素子は、倍率が
   一方向にだけ変化す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。
6. 【請求項６】 少なくとも２種類の倍率を有する光学素
   子を用いて、画像表示素子の表示画像を拡大することを
   特徴とする画像表示方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の画像表示方法において、
   前記光学素子には、互いに倍率の異なる複数の光学部品
   を並置したものが用いられることを特徴とする画像表示
   方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の画像表示方法において、
   前記光学素子は、表示倍率が、複数の光学部品の並置方
   向に変化するように構成されていることを特徴とする画
   像表示方法。
9. 【請求項９】 請求項７または請求項８記載の画像表示
   方法において、前記光学素子は、表示倍率が複数の光学
   部品の境界線の方向に連続的に変化するように構成され
   ていることを特徴とする画像表示方法。
10. 【請求項１０】 請求項６乃至請求項９のいずれか一項
    に記載の画像表示方法において、前記光学素子は、倍率
    が一方向にだけ変化するように構成されていることを特
    徴とする画像表示方法。