JP2002365586A

JP2002365586A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2002365586A
Application number: JP2001173986A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Okamoto; 達樹岡本; Junichi Nishimae; 順一西前; Yukio Sato; 行雄佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2002-12-18
Also published as: US20020186347A1

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な光学系を有し、眼球への負担が
軽く、かつ外界の様子の観察を可能とした画像表示装置
を提供する。【解決手段】眼球の網膜に映像板の映像を投影する画
像表示装置において、光源と、光源から出た光を透過す
る映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送
るレンズとを含み、レンズを通った光の光束が、眼球の
瞳孔と略同一の大きさに収束されて瞳孔を通り眼球に入
射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像板の映像を眼
球の網膜に投影する画像表示装置に関し、特に、装着式
の画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、全体が２００で表される、従来
の眼球投射型の画像表示装置の光学系を示した構成図で
ある（特開平２−１３６８１８号公報）。画像表示装置
２００としては、めがねに装着して使用するめがね装着
型や、頭部に装着するヘッドマウント型が一般的であ
る。

【０００３】画像表示装置２００では、点光源２０１
と、液晶パネル２０２と、接眼レンズ２０３とを含む。
点光源２０１から出た光２０４は、液晶パネル２０２を
透過した後、接眼レンズ２０３で集光されて人間の眼球
２０５に入射する。眼球２０５に入射した光２０４は、
瞳孔２０８から水晶体２０６を介して網膜２０７上で結
像する。なお、光２０４の有する幅は、光軸２０９の周
りに広がる光の内、液晶パネル２０２を照射する光の範
囲（光束）を示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、画像表示装置
２００では、点光源２０１から出た光２０４の光束が瞳
孔２０８内の水晶体２０６上で１点に収束するため、画
像表示装置２００を長時間使用した場合に、眼球２０５
に負担がかかるという問題があった。

【０００５】これに対して、発明者らは、液晶パネル２
０２と同程度の大きさの平面的な光源を用いる画像表示
装置（図示せず）についても検討した。かかる画像表示
装置では、光が眼球上に広く照射されるため、眼球２０
５への負担は軽減できるが、網膜２０７上で鮮明な画像
を結像させるために、収差補正用の複雑な光学系が必要
となった。また、瞳孔２０８より広い範囲に光２０４が
入射するため、観察者が外界の様子を観察しようとして
瞳孔の位置を変えても、観察者の瞳孔２０８には常に光
２０４が入射しているため、外観の様子の観察が困難で
あった。

【０００６】そこで、本発明は、比較的簡単な光学系を
有し、かつ眼球への負担の軽い画像表示装置の提供を目
的とする。また、本発明は、画像表示装置に使用中に、
外界の様子の観察を可能とした画像表示装置の提供を目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、発明者らは鋭意
研究の結果、眼球に入射する光束の径を所定の範囲に制
御することにより、上記目的を達成できることを見出
し、本発明を完成した。

【０００８】即ち、本発明は、眼球の網膜に映像板の映
像を投影する画像表示装置であって、光源と、該光源か
ら出た光を透過する映像板と、該映像板を透過した該光
を収束させて眼球に送るレンズとを含み、該レンズを通
った該光の光束が、該眼球の瞳孔と略同一の大きさに収
束されて該瞳孔を通り、該眼球に入射することを特徴と
する画像表示装置である。かかる画像表示装置では、画
像表示装置を装着しながら、鮮明な状態で外界が観察で
きる。また、比較的簡単な光学系で、鮮明な画像が見る
ことができる画像表示装置を提供できる。

【０００９】また、本発明は、眼球の網膜に映像板の映
像を投影する画像表示装置であって、光源と、該光源か
ら出た光を反射する映像板と、該映像板で反射された該
光を収束させて眼球に送る接眼レンズとを含み、該接眼
レンズを通った該光の光束が、該眼球の瞳孔と略同一の
大きさに収束されて該瞳孔を通り、該眼球に入射するこ
とを特徴とする画像表示装置でもある。このように、映
像板の反射光を用いる場合にも、同様の効果を得ること
ができる。

【００１０】上記瞳孔を通過する際の上記光の光束は、
該光の光軸に略垂直な方向において、該瞳孔と略同一の
直径の略円形断面を有することが好ましい。眼球を移動
することにより、外観を鮮明に見ることができるととも
に、瞳孔近傍で光が１点に集光しないため、眼球への負
担を大幅に低減できる。

【００１１】上記略円形断面の直径は、２ｍｍ以上で、
かつ７ｍｍ以下であることが好ましい。

【００１２】更に、上記略円形断面の直径は、２ｍｍ以
上で、かつ４ｍｍ以下であることが好ましい。

【００１３】更に、上記光源と上記映像板との間に、上
記光が透過するレンズを含むものであっても良い。

【００１４】上記光源は、発光ダイオードであることが
好ましい。光の指向性が強く、光学系の単純化が可能で
あるとともに、光の有効活用も可能となる。

【００１５】上記光源は、発光ダイオードと、該発光ダ
イオードから出た光を通すレンズとを一体に形成したレ
ンズ付き発光ダイオードであることが好ましい。部品点
数を減らして、画像表示装置の低コスト化が可能とな
る。

【００１６】上記発光ダイオードは、白色の発光ダイオ
ードであることが好ましい。

【００１７】また、本発明は、上記光源から出る出射光
の発散角が４５°以上であり、該出射光のうち光軸から
の傾斜角が１８°以下の光のみが上記映像板に含まれる
映像表示領域に入射することを特徴とする画像表示装置
でもある。かかる構造の画像表示装置とすることによ
り、明るく、かつ明るさが均一な画像を見ることができ
るからである。

【００１８】上記傾斜角は、略１０°であることが好ま
しい。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１に、全体が１
００で表される、本実施の形態にかかる眼球投射型の画
像表示装置の光学系である。画像表示装置１００は、光
源１と、液晶パネル２と、接眼レンズ３とを含む。光源
１は、複数の点光源の集合からなり、図１では、例え
ば、縦方向に３つの点光源が並置されている。光源１か
ら出た光４は、光軸９の周囲に広がりながら映像板２に
入射する。映像板２には、例えば液晶パネルやフィルム
板が用いられる。映像板２を透過した光４は、接眼レン
ズ３で集光されて観察者の眼球５に入射する。

【００２０】眼球５に入射した光４は、瞳孔８から水晶
体６を介して網膜７上で結像する。これにより、観察者
は、映像板２の上に表示された映像を視覚を通して認識
する。

【００２１】本実施の形態にかかる画像表示装置１００
では、光源１の大きさ、接眼レンズ３の焦点距離、光源
１と接眼レンズ３との距離、接眼レンズ３と瞳孔８との
距離を調整することにより、接眼レンズ３を通った光４
の光束が、瞳孔８と略同一の大きさに収束されて瞳孔を
通るようになっている。光４は、光軸９の周囲に略均等
に広がるため、瞳孔８を通過する際の光４の光束は、光
軸９に略垂直な方向において、瞳孔８と略同一の直径の
略円形断面を有することが好ましい。

【００２２】このように、画像表示装置１００では、従
来の画像表示装置２００（図７参照）のように、水晶体
６で光４が一点に収束しないため、画像表示装置１００
を長時間使用した場合であっても、眼球５には殆ど負担
がかからない。

【００２３】また、映像板２に映像を見ている状態か
ら、観察者が僅かに眼球５を動かすだけで、光４の一部
又は全体が瞳孔８を通過しなくなる。このため、眼球５
の位置を動かすだけで、容易に外界の様子を観察するこ
とができる。観察者が眼球５を移動させる距離は、瞳孔
８の直径の略２分の１以上が好ましい。これは、本実施
の形態にかかる画像表示装置１００を、めがね装着型や
ヘッドマウント型の画像表示装置として使用した場合に
有用である。即ち、画像表示装置１００を装着しなが
ら、外界の様子にも注意しなければならない場合、例え
ば、画像表示装置を装着しながら屋外を歩行する場合
や、外界の様子を見ながら、必要に応じて画像表示装置
から情報を得る場合等に非常に有用である。

【００２４】実施の形態２．図２に、全体が１１０で表
される、本実施の形態にかかる画像表示装置の光学系を
示す。図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示
す。画像表示装置１１０は、光源１の大きさ等を調整
し、瞳孔８を通過する際の光４の光束が、光軸９に略垂
直な方向において、所定の直径ａの略円形断面を有する
ようにしたものである。直径ａは、２ｍｍ以上で、かつ
７ｍｍ以下であることが好ましく、更には、２ｍｍ以上
で、かつ４ｍｍ以下であることが好ましい。

【００２５】かかる画像表示装置１１０では、観察者が
映像板２に視線を向けて、映像を観察している状態か
ら、約３．５ｍｍ、好ましい状態では約２ｍｍだけ眼球
５を移動させるだけで、眼球５内への光４の入射を遮断
できる。このため、映像板２の映像が、眼球５内に入ら
ない状態で、外観の様子を鮮明な状態で観察することが
できる。

【００２６】実施の形態３．図３に、全体が１２０で表
される、本実施の形態にかかる画像表示装置の光学系を
示す。図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示
す。画像表示装置１２０では、光源として白色の発光ダ
イオード（以下「ＬＥＤ」という。）１１を用い、更
に、ＬＥＤ１１と映像板２との間にレンズ１０が設けら
れている。

【００２７】このように、光源にＬＥＤ１１を用いるこ
とにより、上記実施の形態１、２の効果に加えて、ＬＥ
Ｄ１１の指光性の高さにより、以下のような２つの効果
が得られる。即ち、第１に、比較的単純な光学系でも、
観察者は、鮮明な画像を認識することができる。第２
に、光源から出る光の広がりが狭いため、光源から出た
光を有効に利用することができる。

【００２８】なお、光学系によっては、レンズ１０を用
いなくても構わない。

【００２９】実施の形態４．図４に、全体が１３０で表
される、本実施の形態にかかる画像表示装置の光学系を
示す。図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示
す。画像表示装置１３０では、光源として、レンズ付き
の白色の発光ダイオード（以下「レンズ付きＬＥＤ」と
いう。）２１を用いている。

【００３０】このように、光源にレンズ付きＬＥＤ２１
を用いることにより、上記実施の形態３の効果に加え
て、画像表示装置の光学系の簡略化、部品点数の削減が
可能となり、より安価に画像表示装置を提供することが
できる。

【００３１】実施の形態５．図５に、全体が１４０で表
される、本実施の形態にかかる画像表示装置の光学系を
示す。図中、図４と同一符号は、同一又は相当箇所を示
す。θ１は、レンズ付きＬＥＤ２１の発散角である。発
散角θ１は、光軸９から、光強度が光軸９上の２分の１
となる位置までの角度で表わされる。θ２は、光軸から
の傾斜角で、本実施の形態では、θ２が１８°以下の光
のみが、映像板に含まれる映像表示領域に入射する。特
に、θ２を略１０°に設定するのが好ましい。

【００３２】図６は、レンズ付きＬＥＤ２１の、光軸９
からのビーム（光線）の広がり角（θ）と、光強度との
関係を示す。光強度は、光軸９上の光強度を１とし、か
かる強度に対する割合として表した。図６に示すよう
に、発散角（光強度が光軸上の２分の１となる角度）が
４５°の光源（レンズ付きＬＥＤ２１）を使用した場
合、傾斜角θ２を１８°とすることにより、光軸９上の
光強度の約０．９倍以上の光強度を有する光のみを、映
像板の映像表示領域に入射させることができる。

【００３３】この結果、上記実施の形態４の効果に加え
て、観察者が認識する映像を明るくできるとともに、明
るさの分布も小さくすることができる。

【００３４】なお、実施の形態１〜５では、接眼レンズ
３を１のレンズから構成したが、複数のレンズの組み合
わせにより構成しても良い。また、映像板２として透過
型の液晶パネル等を用いたが、反射型の液晶パネル等を
用いることもできる。かかる場合には、光源から出た光
が、映像板の表面で反射され、更に、接眼レンズ３で集
光されて眼球５内に入射することとなる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる画像表示装置では、画像表示装置を装着しなが
ら、鮮明な状態で外界が観察できる画像表示装置を提供
できる。

【００３６】また、比較的簡単な光学系で、鮮明な画像
が見ることができる画像表示装置を提供できる。

【００３７】また、明るく、かつ明るさが均一な画像を
見ることができる画像表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１にかかる画像表示装置の光学系
である。

【図２】実施の形態２にかかる画像表示装置の光学系
である。

【図３】実施の形態３にかかる画像表示装置の光学系
である。

【図４】実施の形態４にかかる画像表示装置の光学系
である。

【図５】実施の形態５にかかる画像表示装置の光学系
である。

【図６】光源のビーム広がり角と光強度との関係であ
る。

【図７】従来の画像表示装置の光学系である。

【符号の説明】

１光源、２映像板、３接眼レンズ、４光、５
眼球、６水晶体、７網膜、８瞳孔、９光軸、１００
画像表示装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤行雄東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2H087 KA00 LA12 RA45

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】眼球の網膜に映像板の映像を投影する画
像表示装置であって、光源と、該光源から出た光を透過する映像板と、該映像板を透過した該光を収束させて眼球に送るレンズ
とを含み、該レンズを通った該光の光束が、該眼球の瞳孔と略同一
の大きさに収束されて該瞳孔を通り、該眼球に入射する
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】眼球の網膜に映像板の映像を投影する画
像表示装置であって、光源と、該光源から出た光を反射する映像板と、該映像板で反射された該光を収束させて眼球に送る接眼
レンズとを含み、該接眼レンズを通った該光の光束が、該眼球の瞳孔と略
同一の大きさに収束されて該瞳孔を通り、該眼球に入射
することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】上記瞳孔を通過する際の上記光の光束
が、該光の光軸に略垂直な方向において、該瞳孔と略同
一の直径の略円形断面を有することを特徴とする請求項
１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】上記略円形断面の直径が、２ｍｍ以上
で、かつ７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に
記載の画像表示装置。
【請求項５】上記略円形断面の直径が、２ｍｍ以上
で、かつ４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に
記載の画像表示装置。
【請求項６】更に、上記光源と上記映像板との間に、
上記光が透過するレンズを含むことを特徴とする請求項
１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項７】上記光源が、発光ダイオードであること
を特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項８】上記光源が、発光ダイオードと、該発光
ダイオードから出た光を通すレンズとを一体に形成した
レンズ付き発光ダイオードであることを特徴とする請求
項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項９】上記発光ダイオードが、白色の発光ダイ
オードであることを特徴とする請求項７又は８に記載の
画像表示装置。
【請求項１０】上記光源から出る出射光の発散角が４
５°以上であり、該出射光のうち光軸からの傾斜角が１
８°以下の光のみが上記映像板に含まれる映像表示領域
に入射することを特徴とする請求項１に記載の画像表示
装置。
【請求項１１】上記傾斜角が、略１０°であることを
特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。