JP2004029236A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察者の眼球の近くに配置されて拡大虚像を表示する画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、頭部に装着するタイプのヘッドマウントディスプレイ装置(以下HMDとする)では、単眼によって拡大虚像を視認できるように構成されていた。
【0003】
例えば、図8は、特開平10−170860号公報に記載のHMDの構造を示す図であり、平面バックライト800や透過型LCD801や接眼レンズ802によって拡大虚像を視認できるようになっている。また、図9は、特開平5−328261号公報や特開平6−43391号公報に記載のHMDの構造を示す図であり、映像表示素子900とマイクロレンズ901と集光レンズ902とによって拡大虚像を視認できるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したHMDでは、単眼での拡大画像の観察は可能であるものの、離れた距離からの両眼での通常画像の観察はできないという問題があった。例えば、特開平10−170860号公報に記載のHMDでは(光利用効率が向上されて薄型であるものの)両眼での通常画像の観察は全く出来ない。また、特開平5−328261号公報及び特開平6−43391号公報に記載のHMDでは、コンパクトで解像度の良い映像を表示できるもののフィールドレンズを用いているため、離れた距離での観察はできない。つまり、これらのHMDでは、マイクロレンズがそれぞれ図示の位置に配置されているため、マイクロレンズの境界と画素の境界とで、モアレを発生してしまい、離れた画像からの両眼による観察には向いていない。
【0005】
そこで、本発明は、単眼による拡大画像観察と両眼による通常画像観察の両方を可能とした画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、複数の微小点光源が2次元的に配列されて構成された第1照明手段と、各微小点光源からの光を眼球の方向へ屈曲させる第1光学部材と、各微小点光源からの光を収束させた上で略平行光束に変換する第2光学部材と、各微小点光源からの光を選択的に遮断することに基き全体として画像を表示する画像表示素子と、からなり、
各微小点光源からの光が眼球に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成する、ことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図7を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0008】
本発明は、画像表示装置を覗き込むことによる(近接した位置での)拡大虚像の観察を可能とするものであり、さらに、該装置から離れた位置での画面観察をも可能にするものである。すなわち、装置背面からの照明方法をマイクロスポットライト照明方法と全面均一照明方法とに切り替え可能に構成することにより、・ マイクロスポットライト照明方法にした場合(例えば、図5(a) 参照)には、画像表示装置を単眼で覗き込むことにより、矩形開口の拡大虚像の観察が可能となり、
・ 全面均一照明方法にした場合(例えば、図5(b) 参照)には、離れた距離での両眼視での表示画面の観察が可能となり、マイクロレンズと表示素子の画素との間のモアレの発生や、両眼視によるクロストークや輻輳の発生を抑えることができる。
【0009】
本発明に係る画像表示装置は、例えば図1に示すように、複数の微小点光源A1が2次元的に配列されて構成された第1照明手段(バリア素子)101と、各微小点光源A1からの光を符号103に示すように眼球106の方向へ屈曲させる第1光学部材102と、各微小点光源A1からの光を収束させた上で略平行光束105に変換する第2光学部材104と、各微小点光源A1からの光を選択的に遮断することに基き各微小光源を画素とし、かつ全体として画像を表示する画像表示素子107と、を備えていて、各微小点光源からの光が略平行光束に変換された上で眼球106に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成する、ようになっている。
【0010】
この場合、前記第1光学部材102にはプリズムを用いることができ、前記第2光学部材104には凸レンズを用いることができる。また、図2に示すように、前記第1光学部材(符号201参照)及び前記第2光学部材(符号203参照)に凸レンズを用いても良い。さらに、符号108に示すようにカラーフィルターを配置しても良い。
【0011】
また、本発明に係る画像表示装置は、図3に示すように、略平行光束を出射する複数の微小点光源A2が2次元的に配列されて構成された第2照明手段301と、各微小点光源A2からの光を眼球の方向へ屈曲させる第3光学部材102と、各微小点光源A2からの光を選択的に遮断することに基き全体として画像を表示する画像表示素子107と、を備えていて、各微小点光源からの光が眼球に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成する、ようになっている。
【0012】
この場合、図6(a)(b)に示すように、前記画像表示素子107に沿うように散乱制御素子601が配置され、該散乱制御素子601を全面透過状態とした場合には片目による拡大虚像の観察(近接した位置での観察)を可能とし、該散乱制御素子601を全面散乱状態とした場合には両目による画像の観察(離れた位置での観察)を可能とする、ようにすると良い。
【0013】
ここで、第3光学部材としてはプリズム(図3の符号102参照)や、凸レンズ(図4(a) の符号201参照)及び凹レンズ(図4(a) の符号401参照)、或いはそれらを組み合わせたもの(図4(b) の符号403参照)を挙げることができる。
【0014】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、図5(a) に示すように、2次元面から光を出射する第3照明手段502と、該第3照明手段502に沿うように配置されると共に2次元的に配列された複数の開口部Bを有する光量制御手段501と、各開口部Bを通過してきた光を眼球106の方向へ屈曲させる第1光学部材(符号201参照)と、各開口部Bを通過してきた光を収束させた上で略平行光束に変換する第2光学部材(符号203参照)と、各開口部Bを通過してきた光を選択的に遮断することに基き各開口部を画素とし、かつ全体として画像を表示する画像表示素子107と、を備えていて、前記光量制御手段501は、前記開口部Bの開口面積を変化させる(例えば、同図(a) に示す微小開口状態と同図(b) に示す大開口状態とに切り替える)ことにより光量を制御するように構成されており、前記開口部の開口面積を小さくした場合(同図(a) に示す微小開口状態の場合)には、各開口部を通過してきた光が略平行光束に変換された上で眼球に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成し、前記開口部の開口面積を大きくした場合(同図(b) に示す大開口状態の場合)には、両眼視による離れた位置での画面の観察を可能とする、ようにしたものを挙げることができる。つまり、微小開口状態の場合、各微小点光源からの発散光が略平行光に変換され、その光軸が対応する画像表示素子の各画素と各カラーフィルターの背面から透過して、画像表示素子の表示面から生理上ピントを合わせることが出来ない近距離に近づけた単眼の瞳面上で概一点にあわせられる。そのため微小開口と対応するマイクロレンズと対応する画素は瞳面上で光軸が一点に合致させるため配置付けられる。このとき、画像表示素子の画素は照明光を有効に利用するため正確に合わせることが望ましい。また拡大観察するのは開口であるため、微小開口は矩形形状であることが望ましい。
【0015】
マイクロレンズを含む照明光学系の焦点を該微小開口部の近傍に合わせることにより、開口部の虚像を目のピントが合わせたれる距離(250mm〜∞)に形成できる。このとき、瞳は表示画面に近づきすぎるため、画面の表面は観察できず、虚像を観察する結果となり拡大画面を観察できる。
【0016】
最外辺の光線束の瞳への最大入射角度によって、表示画面と瞳面までの距離で決まる虚像(表示画面)の大きさが決まる。
【0017】
マイクロレンズを含む照明光学系による各画素(微小開口)の拡大率と表示画面の拡大率が互いに独立となるが、開口の大きさが隣り合う画素と重ならないように決める。そのため、瞳面と表示画面までの距離をL、マイクロレンズの対角の長さをD、マイクロレンズを含む照明光学系の焦点距離をf、開口の対角の長さをWとすれば、瞳面から虚像面までの距離が十分大きい場合は、W≦μxfxD/Lとすれば良い。
【0018】
ここで、μは観察画面の視認性から決める画素の重なりの許容値を示す係数である。
【0019】
また、離れた位置から画面を両眼視で観察する場合においては、バリア素子を透過状態に切り替えて、照明光の指向性の機能をなくし、ほほ均一なバックライト光として液晶表示素子を背面から照射する。
【0020】
このため、特開平10−170860号公報のように、マイクロレンズが表面側に配置された場合だと、マイクロレンズのレンズ作用によって、両眼の輻輳が表示素子面で交差する状態で素子面から離れた位置に画面表示されるため、画面が重なり離れた距離からの表示画面を観察できない。マイクロレンズと画素の重なりは偏心しているため、隣の開口の光が入り込むクロストークが発生し画面を劣化させる。また、マイクロレンズの境界と表示素子の画素境界によりモアレが発生して、画面を劣化させる。
【0021】
なお、上述した第1光学部材201及び第2光学部材203には凸レンズを用いることができる。
【0022】
また、本発明に係る画像表示装置は、図7(a) に示すように、画像情報に応じた光を出射する微小点光源A3が2次元的に複数配列されて構成された第4照明手段701と、各微小点光源A3からの光を眼球106の方向へ屈曲させる第1光学部材201と、各微小点光源からの光を収束させた上で略平行光束に変換する第2光学部材203と、該第2光学部材203に沿うように配置された散乱制御素子601と、からなり、該散乱制御素子601を全面透過状態とした場合には片目による拡大虚像の観察(近接した位置での観察)を可能とし、該散乱制御素子601を全面散乱状態とした場合には両目による画像の観察(離れた位置での観察)を可能としている。つまり、第4照明手段701は、各微小点光源A3の光量を独立して制御されることに基き全体として画像を表示するように構成されている。
【0023】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【0024】
本発明によれば、画像表示装置を覗き込むことによる(近接した位置での)拡大虚像の観察が可能となり、さらに、該装置から離れた位置での画面観察(等倍での両眼視による観察)が可能となる。
【0025】
そして、小さな画面の単純な拡大や、他の内容表示への変換や、表示向きの変換等も可能となる。
【0026】
これにより、携帯機器等の小さな画面では表示しきれなかった、たくさんの情報が拡大表示で観察可能となり、携帯機器の利便性が大幅に増した。
【0027】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【0028】
(実施例1)
図1は、本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。本実施例では、同図に示すように、多数の微小点光源A1を2次元マトリックス状に面配列したバリア素子(第1照明手段)101と、各微小点光源A1からの光を瞳106の方向へ屈曲させるマイクロプリズム素子(第1光学部材)102と、各微小点光源からの光を収束させた上で略平行光束に変換するマイクロ凸レンズ素子(第2光学部材)104と、画像を表示する画像表示素子107と、カラーフィルター108と、によって画像表示装置を構成し、バリア素子101の微小点光源A1から出射された光が、マイクロプリズム素子102によって屈曲され(符号103参照)、マイクロ凸レンズ素子104によって略平行光に変換され画像表示素子107やカラーフィルター108を透過した後に瞳106の位置で略一点で交わり、拡大虚像を瞳から明視の距離以上離れた一面に形成することとなる。
【0029】
(実施例2)
図2(a) は、本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。本実施例では、同図に示すように、多数の微小点光源A1を2次元マトリックス状に面配列したバリア素子(第1照明手段)101と、各微小点光源A1からの光を瞳106の方向へ屈曲させる凸レンズ201と、各微小点光源からの光を収束させた上で略平行光束に変換するマイクロ凸レンズ素子203と、画像を表示する画像表示素子107と、カラーフィルター108と、によって画像表示装置を構成し、バリア素子101の微小点光源A1から出射された光が、凸レンズ201によって屈曲され、マイクロ凸レンズ素子203によって略平行光に変換され画像表示素子107やカラーフィルター108を透過した後に瞳106の位置で略一点で交わり、拡大虚像を瞳から明視の距離以上離れた一面に形成している。
【0030】
なお、図2(b) の符号204は、上述した凸レンズ201とマイクロ凸レンズ203とを一体化させたものを示すが、凸レンズ201やマイクロ凸レンズ203の替わりに上記部材204を用いても同様の効果を得ることができる。
【0031】
(実施例3)
図3は、本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。本実施例では、同図に示すように、略平行光束を面に垂直(つまり、図面では符号302で示すように水平方向)に出射する多数の微小光源A2が2次元マトリックス状に面配列されたバリア素子(第2照明手段)301と、各微小光源からの光を瞳の方向へ屈曲させるマイクロプリズム素子(第3光学部材)102と、画像を表示する画像表示素子107と、カラーフィルター108と、によって画像表示装置を構成し、バリア素子301の微小点光源A2から出射された光が、マイクロプリズム素子102によって屈曲され、瞳106の位置で略一点で交わり、拡大虚像を瞳から明視の距離以上離れた一面に形成している。
【0032】
なお、本実施例における微小点光源A2は(実施例1や2のように発散光を照射するものではなく)平行光束を出射するものであることからバリア素子301とマイクロプリズム素子102との距離は自由に設定できるが、それらの距離を小さくした方が装置を小型化できるので好ましい。
【0033】
平行光線がレーザー光のような場合でも光路上の光学素子を透過する際に若干拡散させることで、ある程度の大きさを持つ画素として観察することができる。
【0034】
(実施例4)
図4(a) は、本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。本実施例では、同図に示すように、実施例3で用いたバリア素子(第2照明手段)301と、各微小点光源からの光を瞳の方向へ屈曲させる凸レンズ201及びマイクロ凹レンズ401と、画像を表示するための画像表示素子107と、カラーフィルター108と、によって画像表示装置を構成し、バリア素子301の微小点光源A2から出射された光が、凸レンズ201によって屈曲され、瞳106の位置で略一点で交わり、拡大虚像を瞳から明視の距離以上離れた一面に形成している。
【0035】
なお、図4(b) の符号403は、上述した凸レンズ201とマイクロ凹レンズ401とを一体化させたものを示すが、凸レンズ201やマイクロ凹レンズ401の替わりに上記部材403を用いても同様の効果を得ることができる。
【0036】
(実施例5)
図5(a) は本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。本実施例では、同図に示すように、2次元的に配列された多数の開口部Bを有するバリア素子(光量制御手段)501を有しており、このバリア素子501は、開口部Bの開口面積を変化させることにより光量を制御するように構成されている。そのバリア素子501の背面には面光源(第3照明手段)502を配置している。また、バリア素子501に沿うように凸レンズ(第1光学部材)201が配置され、各開口部Bを通過してきた光を収束させた上で瞳の方向へ屈曲させるようになっている。さらに、その凸レンズ201に沿うようにマイクロ凸レンズ(第2光学部材)203が配置され、各開口部Bを通過してきた光を略平行光束に変換するようになっている。
【0037】
この装置によれば、バリア素子501を図5(a) に示すように微小開口状態にした場合には、面光源502からの光は実施例2と同様に、片目を近接させたとき微小開口の拡大虚像の観察を可能とする。また、バリア素子501を図5(b) に示すように全面開口状態にした場合には、両眼視による離れた位置での画面の観察を可能にする。
【0038】
(実施例6)
図6(a) は、本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。本実施例に係る画像表示装置は、図4(a) に示す画像表示装置とほぼ同様の構造であるが、画像表示素子107の背面には散乱制御素子601を配置した。そして、この散乱制御素子601によって全面散乱状態と全面透過状態を切り替え可能とし、片面の瞳を近接させたとき全面透過状態にて拡大虚像の観察を可能にすると共に、離れた位置での散乱状態にて、散乱光により両眼視による画面の観察を可能とした(同図(b) 参照)。
【0039】
(実施例7)
またバリア素子が、独立に光量を制御できる自己発光型画像表示機能を有する場合においては、マイクロレンズを含む照明光学系の表面側に2次元マトリックス状カラーフィルター素子を配置しこのカラーフィルターに近接して瞳側あるいは瞳とは反対側に散乱制御素子を配し、全面散乱状態と全面透過状態に切り替えてもよい。以下、詳細に説明する。
【0040】
図7(a) は、本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。本実施例では、バリア素子701には、画像情報に応じた光を出射する微小点光源A3が2次元的に多数配列されて構成されたものを用いた。また、バリア素子701に沿うように凸レンズ(第1光学部材)201を配置して、その出射光を瞳の方向へ屈曲させるようにし、マイクロ凸レンズ(第2光学部材)203を配置して該光を収束させた上で略平行光束に変換するようにした。さらに、マイクロ凸レンズ203に沿うように散乱制御素子601を配置し、該散乱制御素子601を全面透過状態とした場合には片目による拡大虚像の観察を可能とし、該散乱制御素子601を全面散乱状態とした場合には両目による画像の観察を可能とするようにした。なお、カラーフィルター108を配置して色表示できるようにした。
【0041】
なお、図7(a) ではカラーフィルタを用いたが、その替わりに、同図(b) に示すように、画像情報を含んだ各色光を出射する微小点光源A4にてバリア素子(つまり、色情報を含む自己発光型画像表示機能を有するもの)710を構成しても良い。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像表示装置を覗き込むことによる(近接した位置での)拡大虚像の観察が可能となり、さらに、該装置から離れた位置での画面観察(等倍での両眼視による観察)が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図。
【図2】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図。
【図3】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図。
【図4】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図。
【図5】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図。
【図6】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図。
【図7】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図。
【図8】特開平10−170860号公報に記載のHMDの構造を示す図。
【図9】特開平5−328261号公報や特開平6−43391号公報に記載のHMDの構造を示す図。
【符号の説明】
101 バリア素子(第1照明手段)
102 マイクロプリズム素子(第1光学部材)
104 マイクロ凸レンズ(第2光学部材)
107 画像表示素子
201 凸レンズ(第1光学部材)
203 マイクロ凸レンズ(第2光学部材)
301 バリア素子(第2照明手段)
501 バリア素子(光量制御手段)
502 面光源(第3照明手段)
601 散乱制御素子
701 バリア素子(第4照明手段)
A1 微小点光源
A2 微小点光源
A3 微小点光源
A4 微小点光源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device that is arranged near an eyeball of an observer and displays an enlarged virtual image.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a head-mounted display device (hereinafter, referred to as an HMD) to be mounted on a head has been configured so that an enlarged virtual image can be visually recognized by a single eye.
[0003]
For example, FIG. 8 is a diagram showing the structure of an HMD described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-170860, in which an enlarged virtual image can be visually recognized by a
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described HMD has a problem that, although it is possible to observe an enlarged image with a single eye, it is not possible to observe a normal image with both eyes from a distant distance. For example, in the HMD described in JP-A-10-170860, a normal image cannot be observed with both eyes (although the light use efficiency is improved and the device is thin). In the HMDs described in JP-A-5-328261 and JP-A-6-43391, although a compact and high-resolution image can be displayed, a field lens is used, so that observation at a distant distance is not possible. In other words, in these HMDs, since the microlenses are arranged at the positions shown in the figure, moiré occurs at the boundary between the microlens and the boundary between the pixels, which makes it difficult to observe from a distant image with both eyes. Not suitable.
[0005]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an image display device that enables both enlarged image observation with a single eye and normal image observation with both eyes.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has a first illuminating unit configured by two-dimensionally arranging a plurality of minute point light sources, and bending light from each minute point light source toward an eyeball. A first optical member, a second optical member that converges light from each minute point light source and converts it into a substantially parallel light beam, and selectively blocks light from each minute point light source as a whole. An image display element for displaying an image,
Based on the fact that light from each of the minute point light sources is guided to the eyeball, an enlarged virtual image is formed at a position separated by more than the clear vision distance of the eyeball.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0008]
The present invention enables observation of an enlarged virtual image (at a close position) by looking into an image display device, and also enables screen observation at a position remote from the device. is there. In other words, the illumination method from the back of the device can be switched between a micro spotlight illumination method and a uniform illumination method over the entire surface. In the case of a microspotlight illumination method (for example, see FIG. 5A), By looking into the image display device with a single eye, it becomes possible to observe an enlarged virtual image of a rectangular aperture,
In the case where the entire surface is uniformly illuminated (for example, see FIG. 5B), the display screen can be observed with a binocular vision from a distant distance, and the distance between the microlens and the pixel of the display element can be increased. It is possible to suppress occurrence of moiré and occurrence of crosstalk and congestion due to binocular vision.
[0009]
The image display apparatus according to the present invention, for example as shown in FIG. 1, the first illumination means (barrier elements) 101 in which a plurality of minute point light sources A 1 is constituted by two-dimensionally arranged, each of the minute point light source second converting light from a 1 and the first
[0010]
In this case, a prism can be used for the first
[0011]
The image display apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 3, a second illumination means 301 in which a plurality of minute point light source A 2 is constituted by two-dimensionally arranged substantially emits the parallel light beams, each the
[0012]
In this case, as shown in FIGS. 6A and 6B, a
[0013]
Here, as the third optical member, a prism (see
[0014]
Further, as shown in FIG. 5A, the image display device according to the present invention is provided with a third lighting means 502 for emitting light from a two-dimensional plane, and is arranged along the third lighting means 502. Light amount control means 501 having a plurality of openings B arranged two-dimensionally, a first optical member (see reference numeral 201) for bending light passing through each opening B toward the
[0015]
By setting the focal point of the illumination optical system including the microlens in the vicinity of the minute opening, a virtual image of the opening can be formed at a distance (250 mm∞) at which the eye can be focused. At this time, since the pupil is too close to the display screen, the surface of the screen cannot be observed, and a virtual image is observed, so that an enlarged screen can be observed.
[0016]
The size of the virtual image (display screen) determined by the distance between the display screen and the pupil plane is determined by the maximum incident angle of the outermost ray bundle to the pupil.
[0017]
The enlargement ratio of each pixel (small aperture) and the enlargement ratio of the display screen by the illumination optical system including the microlens are independent of each other, but the size of the aperture is determined so as not to overlap with the adjacent pixels. Therefore, if the distance between the pupil plane and the display screen is L, the diagonal length of the microlens is D, the focal length of the illumination optical system including the microlens is f, and the diagonal length of the aperture is W, If the distance from the pupil plane to the virtual image plane is sufficiently large, W ≦ μxfxD / L may be satisfied.
[0018]
Here, μ is a coefficient indicating an allowable value of pixel overlap determined from the visibility of the observation screen.
[0019]
Also, when observing the screen with binocular vision from a distant position, the barrier element is switched to the transmissive state, eliminating the directivity function of the illumination light, and the liquid crystal display element is viewed from the back as almost uniform backlight light. Irradiate.
[0020]
For this reason, when the microlens is disposed on the front side as in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-170860, the lens action of the microlens causes the convergence of both eyes to intersect at the display element surface from the element surface. Since the screen is displayed at a distant position, the screens overlap and the display screen cannot be observed from a distant distance. Since the overlap between the microlens and the pixel is decentered, crosstalk in which light from the adjacent aperture enters is caused to deteriorate the screen. In addition, moire occurs due to the boundary between the microlenses and the pixel boundary between the display elements, and deteriorates the screen.
[0021]
Note that a convex lens can be used for the first
[0022]
Further, as shown in FIG. 7A, the image display device according to the present invention has a fourth illuminating means configured by two-dimensionally arranging a plurality of small point light sources A3 that emit light according to image information. 701, a first
[0023]
Next, effects of the present embodiment will be described.
[0024]
According to the present invention, it is possible to observe an enlarged virtual image (at a close position) by looking into an image display device, and further, to observe a screen at a position distant from the device (by binocular vision at the same magnification). Observation).
[0025]
Further, simple enlargement of a small screen, conversion to another content display, conversion of display direction, and the like are also possible.
[0026]
As a result, a large amount of information that could not be displayed on a small screen of a portable device or the like can be observed in an enlarged display, and the convenience of the portable device has been greatly increased.
[0027]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.
[0028]
(Example 1)
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention. In the present embodiment, as shown in the figure, a barrier element (first illuminating means) 101 in which a large number of minute point light sources A1 are arranged in a two-dimensional matrix, and light from each minute point light source A1 A microprism element (first optical member) 102 that bends in the direction, a microconvex lens element (second optical member) 104 that converges light from each minute point light source and converts it into a substantially parallel light beam, and displays an image. The image display device is constituted by the
[0029]
(Example 2)
FIG. 2A is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention. In the present embodiment, as shown in the figure, a barrier element (first illuminating means) 101 in which a large number of minute point light sources A1 are arranged in a two-dimensional matrix, and light from each minute point light source A1 A
[0030]
[0031]
(Example 3)
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention. In this embodiment, as shown in the figure, a large number of minute light sources A2 that emit a substantially parallel light beam in a direction perpendicular to the surface (that is, in the horizontal direction as indicated by reference numeral 302) are arranged in a two-dimensional matrix. Barrier element (second illumination means) 301, a microprism element (third optical member) 102 for bending light from each minute light source in the direction of the pupil, an
[0032]
Note that the small point light source A2 in this embodiment emits a parallel light beam (instead of irradiating divergent light as in the first and second embodiments), so the distance between the
[0033]
Even in the case where the parallel light beam is like a laser beam, it can be observed as a pixel having a certain size by slightly diffusing the parallel light beam when passing through the optical element on the optical path.
[0034]
(Example 4)
FIG. 4A is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention. In the present embodiment, as shown in the figure, the barrier element (second illumination means) 301 used in the third embodiment, a
[0035]
The
[0036]
(Example 5)
FIG. 5A is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention. In the present embodiment, as shown in the figure, a barrier element (light quantity control means) 501 having a large number of openings B arranged two-dimensionally is provided. The light amount is controlled by changing the opening area. On the back of the
[0037]
According to this apparatus, when the
[0038]
(Example 6)
FIG. 6A is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention. The image display device according to the present embodiment has substantially the same structure as the image display device shown in FIG. 4A, but a
[0039]
(Example 7)
In the case where the barrier element has a self-luminous image display function capable of independently controlling the amount of light, a two-dimensional matrix color filter element is disposed on the surface side of the illumination optical system including the microlens, and the color filter is disposed in close proximity to the color filter. A scattering control element may be arranged on the pupil side or on the side opposite to the pupil to switch between the full scattering state and the full transmission state. The details will be described below.
[0040]
FIG. 7A is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention. In the present embodiment, the
[0041]
Although a color filter is used in FIG. 7A, a barrier element (that is, a small point light source A4 that emits each color light including image information) is used instead, as shown in FIG. 7B. (A device having a self-luminous image display function including color information) 710 may be configured.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it becomes possible to observe an enlarged virtual image (at a close position) by looking into an image display device, and further, to observe a screen at a position distant from the device (1: 1 magnification). Observation with binocular).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an image display device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of an image display device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of an image display device according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of an image display device according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the image display device according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of an image display device according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a structure of an HMD described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-170860.
FIG. 9 is a diagram showing the structure of an HMD described in JP-A-5-328261 and JP-A-6-43391.
[Explanation of symbols]
101 barrier element (first lighting means)
102 Micro prism element (first optical member)
104 Micro convex lens (second optical member)
107
203 Micro convex lens (second optical member)
301 Barrier element (second lighting means)
501 Barrier element (light quantity control means)
502 Surface light source (third lighting means)
601
A 1 minute point light source A 2 minute point light source A 3 minute point light source A 4 minute point light source
Claims (11)
各微小点光源からの光が眼球に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成する、
ことを特徴とする画像表示装置。A first illuminating means in which a plurality of minute point light sources are arranged two-dimensionally; a first optical member for bending light from each minute point light source toward an eyeball; and a light from each minute point light source. A second optical member that converts the light into a substantially parallel light beam after being converged, and an image in which each minute point light source is turned into a pixel based on selectively blocking light from each minute point light source, and an image is displayed as a whole. And a display element,
Based on the light from each minute point light source being guided to the eyeball, an enlarged virtual image is formed at a distance greater than or equal to the clear vision distance of the eyeball,
An image display device, characterized in that:
各微小点光源からの光が眼球に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成する、
ことを特徴とする画像表示装置。A second illuminating unit configured by two-dimensionally arranging a plurality of minute light sources that emit substantially parallel light beams, a third optical member that bends light from each minute light source toward an eyeball, and An image display element for displaying an image as a whole, with each minute light source as a pixel based on selectively blocking the light of
Based on the light from each minute point light source being guided to the eyeball, an enlarged virtual image is formed at a distance greater than or equal to the clear vision distance of the eyeball,
An image display device, characterized in that:
前記光量制御手段は、前記開口部の開口面積を変化させることにより光量を制御するように構成され、
前記開口部の開口面積を小さくした場合には、各開口部を通過してきた光が眼球に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成し、
前記開口部の開口面積を大きくした場合には、両眼視による離れた位置での画面の観察を可能とする、
ことを特徴とする画像表示装置。Third illumination means for emitting light from a two-dimensional surface, light quantity control means having a plurality of two-dimensionally arranged openings arranged along the third illumination means, and passing through each of the openings A first optical member that bends incoming light in the direction of the eyeball, a second optical member that converts light that has passed through each opening into a substantially parallel light beam, and selectively blocks light that has passed through each opening. And an image display element for displaying an image as a whole with each opening as a pixel based on the
The light amount control unit is configured to control the light amount by changing the opening area of the opening,
If the opening area of the opening is reduced, based on the light that has passed through each opening being guided to the eyeball, an enlarged virtual image is formed at a distance that is greater than or equal to the clear vision distance of the eyeball,
When the opening area of the opening is increased, it is possible to observe the screen at a distant position by binocular vision,
An image display device, characterized in that:
該散乱制御素子を全面透過状態とした場合には片目による拡大虚像の観察を可能とし、該散乱制御素子を全面散乱状態とした場合には両目による画像の観察を可能とする、
ことを特徴とする画像表示装置。A fourth illuminating unit configured by two-dimensionally arranging a plurality of minute point light sources that emit light corresponding to image information, a first optical member that bends light from each minute point light source toward an eyeball, A second optical member that converges light from each minute point light source and converts the light into a substantially parallel light beam, and a scattering control element arranged along the second optical member,
When the scattering control element is in the entire transmission state, it is possible to observe an enlarged virtual image with one eye, and when the scattering control element is in the entire scattering state, it is possible to observe an image with both eyes,
An image display device, characterized in that:
前記第1の光学部材がマイクロプリズムであり、前記第2の光学部材がマイクロ凸レンズであり、かつ、
各微小点光源からの光が眼球に導かれることに基き、該眼球の明視の距離以上離れた所に拡大虚像を形成する、
ことを特徴とする画像表示装置。A first illuminating means in which a plurality of minute point light sources are arranged two-dimensionally; a first optical member for bending light from each minute point light source toward an eyeball; and a light from each minute point light source. A second optical member that converts the light into a substantially parallel light beam after being converged, and an image in which each minute point light source is turned into a pixel based on selectively blocking light from each minute point light source, and an image is displayed as a whole. And a display element,
The first optical member is a micro prism, the second optical member is a micro convex lens, and
Based on the light from each minute point light source being guided to the eyeball, an enlarged virtual image is formed at a distance greater than or equal to the clear vision distance of the eyeball,
An image display device, characterized in that:
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