JP2008287049A - Image display apparatus and head-mounted display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、右眼用の映像表示ユニットRと、左眼用の映像表示ユニットLとを備え、個々のユニットに映像を表示してそれらを観察者に両眼で観察させる映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも称する)とに関するものである。 The present invention comprises a video display unit R for the right eye and a video display unit L for the left eye, displays a video on each unit, and allows an observer to observe them with both eyes, The present invention relates to a head mounted display (hereinafter also referred to as HMD) provided with the video display device.
HMDにおいて、両眼に対応して設けられる映像表示素子の個々の表示映像を、眼幅の異なる観察者が良好に観察するためには、例えば特許文献1のように、眼幅調整機構を設ける方法がある。この眼幅調整機構は、左右の接眼レンズを鼻当てに対して近接または離反する方向に別々に移動させて、左右の眼の位置に合わせるようにするものである。
In the HMD, in order to allow an observer with different eye widths to observe each display image of the image display element provided corresponding to both eyes, for example, as in
しかし、眼幅調整機構を設ける構成は、装置の大型化、重量化を招くため、コンパクトで軽量な映像表示装置やHMDを実現することを阻害する要因となる。また、使用する観察者ごとに眼幅調整機構で左右の接眼レンズの位置を調整する必要があるため、使い勝手があまりよくない。 However, the configuration in which the eye width adjustment mechanism is provided causes an increase in size and weight of the device, which is a factor that hinders the realization of a compact and lightweight video display device or HMD. In addition, since it is necessary to adjust the positions of the left and right eyepieces for each observer to be used, the usability is not very good.
そこで、眼幅調整機構を設けずに、眼幅方向の観察瞳を大きくすることにより、眼幅の異なる観察者に映像を良好に観察させる手法もある。一般的には、拡散手段を用いて眼幅方向に照明光を大きく拡散させることにより、横方向に瞳を拡大することができるが、例えば特許文献2では、回折光学素子での回折によって眼幅方向に複数の観察瞳を作ることにより、横方向に瞳を拡大するようにしている。
Therefore, there is also a technique for allowing observers with different eye widths to observe images well by enlarging the observation pupil in the eye width direction without providing an eye width adjusting mechanism. In general, the pupil can be enlarged in the lateral direction by largely diffusing the illumination light in the eye width direction using the diffusing means. For example, in
ところが、眼幅方向に観察瞳を広げるために、拡散手段の拡散度を高くすると、光源から出射される光の利用効率が悪くなり、観察される映像が暗くなる。特に、複数波長の照明光源を用いてカラー映像を観察者に観察させる場合、複数波長の発光部の位置の違い等により、観察される映像に色ムラが生じるが、このような色ムラを無くすためには、各色の光全てを同程度に大きく拡散させる必要があるため、観察される映像がより暗くなることが懸念される。一方、拡散手段の拡散度を低くすると、明るい映像が得られるが、上記の色ムラを低減することができない。また、眼幅方向に複数の観察瞳を作る特許文献2の手法では、1つ1つの瞳での映像が暗くなる。
However, if the diffusivity of the diffusing means is increased in order to widen the observation pupil in the eye width direction, the utilization efficiency of the light emitted from the light source is deteriorated, and the observed image becomes dark. In particular, when an observer observes a color image using an illumination light source having a plurality of wavelengths, color unevenness occurs in the observed image due to a difference in the position of the light emitting unit of the plurality of wavelengths, but such color unevenness is eliminated. In order to do so, it is necessary to diffuse all the light of each color to the same extent, and there is a concern that the observed image will become darker. On the other hand, if the diffusivity of the diffusing means is lowered, a bright image can be obtained, but the above color unevenness cannot be reduced. Further, in the method of
つまり、観察瞳を眼幅方向に広げる方法では、観察される映像が暗くなるとともに、眼幅の異なる観察者ごとに色ムラを低減した高画質の映像を観察させることができない。 That is, with the method of widening the observation pupil in the eye width direction, the observed image becomes dark and it is impossible to observe a high-quality image with reduced color unevenness for each observer with different eye widths.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、眼幅調整機構のない簡易な構成で、眼幅の異なる観察者に対して、明るい、高画質の映像を観察させることができる映像表示装置と、その映像表示装置を備えたHMDとを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its object is to provide a simple structure without an eye width adjustment mechanism, which is bright and high in image quality for observers having different eye widths. An object of the present invention is to provide an image display device capable of observing an image and an HMD equipped with the image display device.
本発明の映像表示装置は、右眼用の映像表示ユニットRと、左眼用の映像表示ユニットLとを備えた映像表示装置であって、映像表示ユニットRは、光源Rと、光源Rからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Rと、映像表示素子Rからの映像光を観察瞳Rに導く接眼光学系Rとを備えており、映像表示ユニットLは、光源Lと、光源Lからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Lと、映像表示素子Lからの映像光を観察瞳Lに導く接眼光学系Lとを備えており、右眼および左眼で観察される像をそれぞれ観察像Rおよび観察像Lとすると、両方の映像表示素子Rおよび映像表示素子Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Rおよび観察瞳Lには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれあり、かつ、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Rおよび観察像Lは、同一色であり、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Rおよび観察像Lは、互いに異なる色であることを特徴としている。 The video display device of the present invention is a video display device including a video display unit R for the right eye and a video display unit L for the left eye. The video display unit R includes a light source R and a light source R. Image display element R for displaying an image by transmitting or reflecting the light of each pixel for each pixel, and an eyepiece optical system R for guiding the image light from the image display element R to the observation pupil R, and an image display unit L denotes a light source L, a video display element L that displays video by transmitting or reflecting light from the light source L for each pixel, and an eyepiece optical system that guides video light from the video display element L to the observation pupil L. L, and when the images observed by the right eye and the left eye are respectively an observation image R and an observation image L, all the pixels of both the image display element R and the image display element L are in a light transmission state or light. When in the reflective state, The pupil R and the observation pupil L have intra-pupil color distributions in which the image colors differ depending on the position in the eye width direction, and the right eye and the left eye are located in the vicinity of the centers of the observation pupil R and the observation pupil L. The observation image R and the observation image L at the same time are the same color, and the right eye and the left eye are located at positions equidistant from the centers of the observation pupil R and the observation pupil L to the inner side or the outer side, respectively. In this case, the observation image R and the observation image L have different colors.
上記の構成によれば、映像表示ユニットRでは、光源Rからの光が映像表示素子Rにて各画素ごとに変調され、そこから映像光として出射され、接眼光学系Rを介して観察瞳Rに導かれる。同様に、映像表示ユニットLでは、光源Lからの光が映像表示素子Lにて各画素ごとに変調され、そこから映像光として出射され、接眼光学系Lを介して観察瞳Lに導かれる。これにより、観察者の右眼および左眼を観察瞳R・Lにそれぞれ位置させれば、観察者は映像表示素子R・Lに表示された映像の虚像を右眼および左眼の両眼で観察することが可能となる。 According to the above configuration, in the video display unit R, the light from the light source R is modulated for each pixel by the video display element R, and is emitted from there as video light, and through the eyepiece optical system R, the observation pupil R Led to. Similarly, in the video display unit L, light from the light source L is modulated for each pixel by the video display element L, is emitted therefrom as video light, and is guided to the observation pupil L through the eyepiece optical system L. Thus, if the observer's right eye and left eye are respectively positioned on the observation pupils R and L, the observer can view the virtual image of the video displayed on the video display elements R and L with both the right eye and the left eye. It becomes possible to observe.
また、両方の映像表示素子Rおよび映像表示素子Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳R・Lには瞳内色分布(瞳内色ムラ)がそれぞれあり、観察瞳R・Lの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像R・Lは、同一色であり、観察瞳R・Lの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像R・Lは、互いに異なる色である。これにより、瞳内色分布の変化の方向を左右で同一方向にする、つまり、観察瞳R・L内の像の色の変化の仕方を互いに同一にすることができ、設計眼幅距離(設計時の観察瞳R・Lの中心間距離)とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることが可能となる。例えば、観察瞳R・L内の像の色が、両者とも、左から右方向に、「青っぽい白」、「白」、「赤っぽい白」というように変化している場合、眼幅距離が小さい観察者は、左眼では「赤っぽい白」の像を観察像Lとして、右眼では「青っぽい白」の像を観察像Rとして観察することになる。 In addition, when all the pixels of both the image display elements R and the image display elements L are set to the light transmitting state or the light reflecting state, the observation pupils R and L each have an intra-pupil color distribution (in-pupil color unevenness). The observation images R and L when the right eye and the left eye are located in the vicinity of the centers of the observation pupils R and L are the same color, and the inner sides or the outer sides of the observation pupils R and L, respectively, The observation images R and L when the right eye and the left eye are located at positions equidistant from each other have different colors. As a result, the direction of change of the intra-pupil color distribution can be made the same on the left and right, that is, the way of changing the colors of the images in the observation pupils R and L can be made the same, and the design interpupillary distance (design) It is possible for an observer with different eye width distances to observe images of different colors on the left and right. For example, when the colors of the images in the observation pupils R and L change from left to right such as “bluish white”, “white”, and “reddish white”, the distance between the eyes The observer who has a small image will observe the “reddish white” image as the observed image L with the left eye and the “bluish white” image as the observed image R with the right eye.
このように、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させることで、左右の像を足し合わせて、観察瞳R・Lの中心での像の色(上記の例では「白」)に近い映像を観察させることができる。これにより、個々の観察瞳R・L内では色ムラが大きくても、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者は、あたかも色ムラの小さな映像表示装置で観察しているかのように映像を良好に観察することができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減される。 In this way, by allowing an observer with an eye distance different from the designed eye distance to observe images of different colors on the left and right with both eyes, the left and right images are added together, and the observation pupils R · L An image close to the color of the image at the center (“white” in the above example) can be observed. As a result, even if color unevenness is large in each of the observation pupils R and L, an observer with an eye width distance that is different from the designed eye width distance looks as if the image display device has a small color unevenness. The image can be observed well. Therefore, efforts to reduce color unevenness in individual pupils are reduced.
個々の瞳内での色ムラを小さくするためには、例えば拡散板を用いてその拡散度を上げる方法があるが、本発明では、拡散度の高い拡散板を用いる必要がなくなる。また、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して左右で異なる色の像を観察させるので、従来のような眼幅調整機構を設けたり、観察瞳R・Lをそれぞれ複数の瞳で構成して眼幅方向に広げる必要もなくなる。その結果、本発明によれば、眼幅調整機構のない簡易な構成で、高画質で明るい映像を、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に観察させることが可能となる。 In order to reduce color unevenness in individual pupils, for example, there is a method of increasing the diffusivity using a diffusing plate. However, in the present invention, it is not necessary to use a diffusing plate having a high diffusivity. In addition, since images of different colors are observed on the left and right by an observer having an eye width different from the designed eye width distance, a conventional eye width adjustment mechanism is provided, or the observation pupils R and L are each provided with a plurality of pupils. It is no longer necessary to expand the eye width direction. As a result, according to the present invention, a bright image with high image quality can be observed by an observer having a different eye width distance from the designed eye width distance with a simple configuration without an eye width adjusting mechanism.
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Rおよび映像表示素子Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Rおよび観察像Lよりも、これらの観察像Rおよび観察像Lを足し合わせてできる観察像Bのほうが、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各中心での像の色に近いことが望ましい。 In the video display device of the present invention, when all the pixels of both the video display element R and the video display element L are in the light transmission state or the light reflection state, the center of the observation pupil R and the observation pupil L is measured. The observation image R and the observation image L can be added together rather than the observation image R and the observation image L when the right eye and the left eye are located at positions equidistant from each other inside the eye width direction or outside each other. It is desirable that the observation image B is closer to the color of the image at each center of the observation pupil R and the observation pupil L.
この場合、観察者は、両眼観察時に、片眼観察時に観察される像の色よりも観察瞳Rおよび観察瞳Lの中心での像の色に近い映像を視認することができる。 In this case, at the time of binocular observation, the observer can visually recognize an image closer to the color of the image at the center of the observation pupil R and the observation pupil L than the color of the image observed at the time of one-eye observation.
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Rおよび映像表示素子Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Rおよび観察瞳Lにおける瞳内色分布をXYZ表色系におけるXY色度座標で表したとき、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各々において、眼幅方向両端での色度X座標値の差および色度Y座標値の差の少なくとも一方は、0.05以上であることが望ましい。 Further, in the video display device of the present invention, when all the pixels of both the video display element R and the video display element L are in the light transmission state or the light reflection state, the intra-pupil colors in the observation pupil R and the observation pupil L When the distribution is expressed by XY chromaticity coordinates in the XYZ color system, at least the difference between the chromaticity X coordinate values and the difference between the chromaticity Y coordinate values at both ends in the eye width direction in each of the observation pupil R and the observation pupil L. One is preferably 0.05 or more.
この場合、観察瞳R・L内に、眼幅方向の位置によって像の色が異なる色ムラが確実に発生する。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右の眼で互いに異なる色の像を観察させることが確実に可能となり、両眼での観察像として、片眼での観察像よりも、観察瞳R・Lの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。 In this case, color unevenness in which the color of the image varies depending on the position in the eye width direction surely occurs in the observation pupils R and L. This makes it possible for an observer with an eye width distance different from the designed eye width distance to observe images of different colors with the left and right eyes, and as an observation image with both eyes, An image closer to the color of the image at the center of the observation pupil R / L can be observed than the observed image.
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Rおよび映像表示素子Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察像Rおよび観察像Lの観察画面内の色分布をXYZ表色系におけるXY色度座標で表したとき、観察瞳R内および観察瞳L内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Rおよび観察像Lの色分布の色度X座標値および色度Y座標値の取り得る範囲は、両者とも0.03以下の範囲であることが望ましい。 In the video display device of the present invention, when all the pixels of both the video display element R and the video display element L are in the light transmission state or the light reflection state, the observation image R and the observation image L are within the observation screen. When the right eye and the left eye are located at any position in the observation pupil R and the observation pupil L, the observation image R and the observation image L are expressed as XY chromaticity coordinates in the XYZ color system. It is desirable that both the chromaticity X coordinate value and the chromaticity Y coordinate value of the color distribution can be 0.03 or less.
この場合、観察瞳R・L内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像R・Lには色の違いとして認識可能なレベルの色ムラがなく、観察者は個々の観察像R・Lとして色ムラのない良好な映像を観察することができる。 In this case, even if the right eye and the left eye are located at any position in the observation pupils R and L, the observation images R and L have no color unevenness of a level that can be recognized as a difference in color, and the observer can individually As the observed images R and L, it is possible to observe a good image without color unevenness.
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Rおよび映像表示素子Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Rおよび観察瞳Lは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいることが望ましい。 In the video display device according to the present invention, when all the pixels of both the video display element R and the video display element L are in the light transmission state or the light reflection state, the observation pupil R and the observation pupil L are the same as each other. It is desirable to line up in the eye width direction with intra-pupil color distribution.
この場合、観察瞳R・Lの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像R・Lを同一色とし、観察瞳R・Lの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像R・Lを互いに異なる色とすることができる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させて、観察瞳R・Lの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。 In this case, the observation images R and L when the right eye and the left eye are located in the vicinity of the centers of the observation pupils R and L have the same color, and the inner sides or the outer sides of the observation pupils R and L respectively The observation images R and L when the right eye and the left eye are located at positions equidistant from each other can have different colors. This allows an observer with an eye width distance different from the designed eye width distance to observe an image with different colors on the left and right with both eyes, and an image close to the color of the image at the center of the observation pupil R · L. Can be observed.
また、本発明の映像表示装置においては、光源Rおよび光源Lは、異なる波長の光を出射する複数の発光部でそれぞれ構成されており、光源Rおよび光源Lにおいて、各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されている構成であってもよい。 In the video display device of the present invention, the light source R and the light source L are each composed of a plurality of light emitting units that emit light of different wavelengths. In the light source R and the light source L, each light emitting unit is an observer. The structure arrange | positioned along with the same order in the eye width direction may be sufficient.
この構成では、映像表示素子R・Lを同じように駆動したときでも(例えば映像表示素子R・Lの各画素を全て光透過状態にしたときでも)、各発光部の位置の違いや、各発光部から出射される光の強度分布の違い等により、観察瞳R・L内に同じ色ムラを生じさせることが可能となる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させて、観察瞳R・Lの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。 In this configuration, even when the image display elements R and L are driven in the same way (for example, when all the pixels of the image display elements R and L are in a light transmission state), the difference in position of each light emitting unit, It is possible to cause the same color unevenness in the observation pupils R and L due to a difference in intensity distribution of light emitted from the light emitting unit. This allows an observer with an eye width distance different from the designed eye width distance to observe an image with different colors on the left and right with both eyes, and an image close to the color of the image at the center of the observation pupil R · L. Can be observed.
また、本発明の映像表示装置においては、複数の発光部は、3原色に対応した波長の光をそれぞれ出射する構成であってもよい。この場合、映像表示素子R・Lにてカラー映像を表示することが可能となり、両眼観察時に観察者にカラー映像を観察させることが可能となる。 In the video display device of the present invention, the plurality of light emitting units may emit light having wavelengths corresponding to the three primary colors. In this case, a color image can be displayed on the image display elements R and L, and the observer can observe the color image during binocular observation.
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットRおよび映像表示ユニットLのそれぞれにおいて、光源と観察瞳とは、各発光部が並ぶ方向に垂直な方向において略共役であってもよい。 In the video display device of the present invention, in each of the video display unit R and the video display unit L, the light source and the observation pupil may be substantially conjugate in a direction perpendicular to the direction in which the light emitting units are arranged.
この場合、左右の映像表示ユニットR・Lのそれぞれにおいて、各発光部が並ぶ方向とは垂直方向においては、光源からの光を効率よく観察瞳に導くことができ、観察瞳の位置にて明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。 In this case, in each of the left and right video display units R and L, light from the light source can be efficiently guided to the observation pupil in a direction perpendicular to the direction in which the light emitting units are arranged, and is bright at the position of the observation pupil. It is possible to make the observer observe the video.
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットRおよび映像表示ユニットLのそれぞれにおいて、接眼光学系は体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含んでおり、映像表示素子からの映像光をホログラム光学素子によって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導く構成であってもよい。 In the video display device of the present invention, in each of the video display unit R and the video display unit L, the eyepiece optical system includes a volume phase type reflection hologram optical element, and the video light from the video display element is received. A configuration in which the light is magnified and reflected by the hologram optical element and guided to the observer's eye as a virtual image, and the light of the external image transmitted through the hologram optical element may be guided to the observer's eye.
この場合、ホログラム光学素子(以下、HOEとも称する)により、映像表示素子からの映像光と外界像の光とが同時に観察者の眼に導かれるので、外界像に映像を重ねて観察できるシースルー型の映像表示装置が構成される。このとき、HOEが接眼光学系を兼ねるので、装置を小型軽量にすることができる。また、体積位相型の反射型のHOEは、回折効率の半値波長幅が狭いので、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することができる。 In this case, since the image light from the image display element and the light of the external image are simultaneously guided to the observer's eyes by the hologram optical element (hereinafter also referred to as HOE), the see-through type can be observed with the image superimposed on the external image. The video display device is configured. At this time, since the HOE also serves as an eyepiece optical system, the apparatus can be reduced in size and weight. In addition, since the volume phase reflection type HOE has a narrow half-value wavelength width of diffraction efficiency, the light transmittance of the external image becomes high and the external image can be clearly observed.
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットRおよび映像表示ユニットLのそれぞれにおいて、ホログラム光学素子は、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持ち、それぞれの回折ピーク波長に対して、映像表示素子の中心から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ0とし、映像表示素子の周辺部から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλxとすると、
0.98≦(λx/λ0)≦1.02
であることが望ましい。
In the video display device of the present invention, in each of the video display unit R and the video display unit L, the hologram optical element has a plurality of diffraction peak wavelengths at which the diffraction efficiency becomes a maximum value. On the other hand, the diffraction peak wavelength of the principal ray emitted from the center of the image display element and entering the center of the observation pupil is λ0, and the diffraction of the principal ray emitted from the periphery of the image display element and incident on the center of the observation pupil is performed. If the peak wavelength is λx,
0.98 ≦ (λx / λ0) ≦ 1.02
It is desirable that
この構成では、λx/λ0の値が1に近く、λxとλ0とのずれが小さいので、つまり、観察画角の中心と端部とにおける回折ピーク波長の差が小さいので、観察者は、観察像R・L内の色ムラを非常に小さく観察することができる。 In this configuration, since the value of λx / λ0 is close to 1 and the difference between λx and λ0 is small, that is, the difference in diffraction peak wavelength between the center and the end of the viewing angle is small, the observer can observe The color unevenness in the images R and L can be observed very small.
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットRおよび映像表示ユニットLのそれぞれにおいて、接眼光学系は、ホログラム光学素子を埋設した接合光学部材を含んでおり、映像表示素子からの映像光を、接合光学部材の入射面より入射させ、内部で複数回全反射してホログラム光学素子に導く構成であってもよい。 In the video display device of the present invention, in each of the video display unit R and the video display unit L, the eyepiece optical system includes a cemented optical member in which a hologram optical element is embedded, and the video light from the video display element May be made incident from the incident surface of the bonding optical member and totally reflected a plurality of times inside and guided to the hologram optical element.
このように接合光学部材の内部での全反射を用いた構成とすることにより、接合光学部材を小型軽量にすることができる。また、映像表示素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。 By adopting a configuration using total reflection inside the cemented optical member as described above, the cemented optical member can be reduced in size and weight. In addition, the image display element can be disposed around the visual field, and a wide external field viewing angle can be secured.
また、本発明の映像表示装置においては、上記ホログラム光学素子は、映像表示素子に表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有していてもよい。この場合、接眼光学系を小型にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。 In the video display device of the present invention, the hologram optical element may have a positive non-axisymmetric optical power for enlarging the video displayed on the video display element. In this case, the eyepiece optical system can be reduced in size, and an image with good aberration correction can be provided to the observer.
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットRおよび映像表示ユニットLのそれぞれにおいて、光源は、発光ダイオードで構成されていることが望ましい。この場合、光源であるLEDの発光波長とHOEの回折波長とを合わせるようにすれば、明るい映像を観察者に提供できる。 In the video display device of the present invention, in each of the video display unit R and the video display unit L, it is desirable that the light source is composed of a light emitting diode. In this case, a bright image can be provided to the observer by matching the emission wavelength of the light source LED with the diffraction wavelength of the HOE.
また、本発明の映像表示装置においては、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを備えていることを特徴としている。 The video display device of the present invention includes the above-described video display device of the present invention and support means for supporting the video display device in front of the observer's eyes.
上記の構成によれば、2つの映像表示ユニットR・Lを有する映像表示装置が支持手段によって観察者の眼前で支持されるので、観察者はハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として両眼で観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。 According to the above configuration, since the video display device having the two video display units R and L is supported in front of the observer's eyes by the support means, the observer becomes hands-free, and the external image and the display on the video display element are displayed. While observing the image as a virtual image with both eyes, it is possible to perform a desired operation with a free hand. In addition, since the observation direction of the observer is determined in one direction, there is an advantage that the observer can easily search for a display image even in a dark environment.
本発明によれば、眼幅の異なる観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることにより、拡散度の高い拡散板や眼幅調整機構を用いない簡易な構成で、高画質で明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。 According to the present invention, by allowing observers with different eye widths to observe images of different colors on the left and right, high image quality can be achieved with a simple configuration that does not use a diffuser plate with high diffusivity or an eye width adjustment mechanism. A bright image can be observed by an observer.
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
(1.HMDについて)
図2(a)は、本実施形態に係るHMDの概略の構成を示す平面図であり、図2(b)は、HMDの側面図であり、図2(c)は、HMDの正面図である。HMDは、映像表示装置1と、それを支持する支持手段2とを有しており、全体として、一般の眼鏡のような外観となっている。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1. About HMD)
2A is a plan view showing a schematic configuration of the HMD according to the present embodiment, FIG. 2B is a side view of the HMD, and FIG. 2C is a front view of the HMD. is there. The HMD has a
映像表示装置1は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものであり、右眼用の映像表示ユニット1Rと、左眼用の映像表示ユニット1Lとで構成されている。図2(c)で示す映像表示ユニット1R・1Lにおいて、眼鏡の右眼用レンズおよび左眼用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム22および偏向プリズム23(ともに図3参照)の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示ユニット1R・1Lの詳細な構成については後述する。
The
支持手段2は、映像表示ユニット1R・1Lを観察者の右眼および左眼の前でそれぞれ支持するものであり、ブリッジ3と、フレーム4と、テンプル5と、鼻当て6と、ケーブル7と、外光透過率制御手段8とを有している。鼻当て6および外光透過率制御手段8は、ブリッジ3に支持されている。なお、フレーム4、テンプル5および鼻当て6は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム4R、左フレーム4L、右テンプル5R、左テンプル5L、右鼻当て6R、左鼻当て6Lのように表現するものとする。
The support means 2 supports the
ブリッジ3は、映像表示ユニット1R・1Lを連結している。右テンプル5Rは、右フレーム4Rに回動可能に支持されており、この右フレーム4Rを介して映像表示ユニット1Rと(ブリッジ3との連結側とは反対側で)連結されている。同様に、左テンプル5Lは、左フレーム4Lに回動可能に支持されており、この左フレーム4Lを介して映像表示ユニット1Lと(ブリッジ3との連結側とは反対側で)連結されている。
The
ケーブル7は、外部信号(例えば映像信号、制御信号)や電力を映像表示ユニット1R・1Lに並列に供給するための配線であり、右テンプル5R、右フレーム4Rおよびブリッジ3に沿って設けられている。外光透過率制御手段8は、外光(外界像の光)の透過率を制御するために設けられており、映像表示装置1R・1Lよりも前方(観察者とは反対側)に位置している。なお、外光透過率制御手段8は、必要に応じて設けられればよい。
The
観察者がHMDを使用するときは、右テンプル5Rおよび左テンプル5Lを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て6を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにHMDを観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示ユニット1R・1Lにて映像を表示すると、観察者は、映像表示ユニット1R・1Lの各表示映像を虚像として右眼および左眼でそれぞれ観察できるとともに、この映像表示ユニット1R・1Lを介して外界像をシースルーで観察することができる。
When the observer uses the HMD, the
このとき、外光透過率制御手段8において、外光透過率を例えば50%以下に低く設定しておけば、観察者は映像表示ユニット1R・1Lの映像を観察しやすくなり、逆に、外光透過率を例えば50%以上に高く設定しておけば、観察者は、外界像を観察しやすくなる。したがって、外光透過率制御手段8における外光透過率は、映像表示ユニット1R・1Lの映像および外界像の観察のしやすさを考慮して適宜設定されればよい。
At this time, if the external light
(2.映像表示ユニットについて)
次に、上述した映像表示ユニット1R・1Lの詳細について説明する。なお、映像表示ユニット1R・1Lの基本的な構成は同じであるので、以下では、映像表示ユニット1R・1Lの構成について、左右を区別せずに説明することとする。なお、特に左右を区別して説明する場合は、右を示す“R”や左を示す“L”の符号を付記し(特許請求の範囲でも同様)、その符号の前に必要に応じて部材番号を付記するものとする。
(2. About the video display unit)
Next, details of the
図3は、映像表示ユニット1R・1Lの概略の構成を示す断面図であり、図4は、映像表示ユニット1R・1Lにおける光の光路を展開して示す説明図である。映像表示ユニット1R・1Lは、映像表示部11と、接眼光学系21とでそれぞれ構成されている。映像表示部11は、光源12と、一方向拡散板13と、集光レンズ14と、LCD15とを有している。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
光源12は、中心波長が例えば465nm、520nm、635nmとなる3つの波長帯域の光を発するRGB一体型のLEDで構成されており、後述する集光レンズ14の物側焦点近傍に配置されている。また、光源12のRGBの各発光部は、例えば、HMDを観察者が装着したときの眼幅方向(左右方向)に対応する水平方向(図3の紙面に垂直な方向)に並んで配置されている。なお、各発光部の配置位置の詳細については後述する。
The
一方向拡散板13は、光源12からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板13は、光源12のRGBの各発光部が並ぶ方向(上記水平方向)には、入射光を約20゜拡散させ、それに垂直な方向(HMDを観察者が装着したときの上下方向(図3の紙面に平行な方向))には、入射光を約0.2゜拡散させる。集光レンズ14は、一方向拡散板13にて拡散された光を集光する照明光学系である。集光レンズ14は、上記拡散光が効率よく観察瞳(光学瞳)Eを形成するように配置されている。
The
LCD15は、映像信号に基づいて光源12からの光を各画素ごとに変調することにより、映像を表示する映像表示素子である。なお、本実施形態では、LCD15は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい。この場合、光源12などの他の光学素子の配置位置を工夫する必要がある。また、LCD以外の光変調素子(例えばDMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製))を映像表示素子として用いてもよい。
The
一方、接眼光学系21は、接合プリズム(接合光学部材)で構成され、テレセントリックな光学系を構成している。この接合プリズムは、光学部材である接眼プリズム22と偏向プリズム23とを、光学素子24を挟んで接合してなっている。
On the other hand, the eyepiece
接眼プリズム22と偏向プリズム23とは、接着剤で接合されている。接眼プリズム22は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、面22a・22b・22cを有している。面22aは、映像表示部11からの映像光が入射する入射面であり、面22b・22cは互いに対向する面である。このうち、面22bは、全反射面兼射出面となっている。
The
偏向プリズム23は、平行平板の上端部を接眼プリズム22の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム22と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム22に偏向プリズム23を接合させない場合、外界像の光が接眼プリズム22の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム22を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム22に偏向プリズム23を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が接眼プリズム22の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム23でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
The
上記の接眼プリズム22および偏向プリズム23は、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、MMA(メタクリル酸メチル)等のアクリル系樹脂、あるいはZEONEX(登録商標)、アペル(登録商標)等のシクロオレフィン系樹脂で構成されている。これらの有機材料は、透明性が高く、低複屈折であるので、これらの材料で上記の光学部材を構成することにより、良好な光学性能(例えば透過特性)を得ることができる。
The
また、各光学部材の接合に用いる接着剤は、例えば、光学部材の材料と同じ系列であるアクリル系あるいはシクロオレフィン系の有機材料で構成されている。これは、同系列の材料同士は密着力が高いからである。また、これらの有機材料は、「透明性が高い」、「紫外線・可視光照射により非常に短時間で容易に硬化が可能である」、「同系列なので屈折率が光学部材と似通っており、接合後、接合線部が目立ちにくい」、などの多くの利点を兼ね備えており、光学部材の接合に用いる接着剤として非常に望ましい。このような接着剤としては、例えばLCR629B(東亞合成株式会社製)やNOA76(ノーランドプロダクツ社製)等を用いることができる。 The adhesive used for joining the optical members is made of, for example, an acrylic or cycloolefin organic material that is the same series as the material of the optical member. This is because the same series of materials have high adhesion. In addition, these organic materials are “highly transparent”, “can be easily cured in a very short time by ultraviolet / visible light irradiation”, “because of the same series, the refractive index is similar to that of optical members, It has many advantages such as “the bonding line portion is less noticeable after bonding” and is extremely desirable as an adhesive used for bonding optical members. As such an adhesive, for example, LCR629B (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), NOA76 (manufactured by Norland Products) or the like can be used.
光学素子24は、例えばハーフミラーで構成されてもよいが、ここでは、特定の入射角で入射する例えば465±10nm、520±10nm、635±10nmの3つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラム光学素子(HOE)で構成されている。つまり、このHOEは、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持つ。また、それぞれの回折ピーク波長に対して、LCD15の中心から出射されて観察瞳Eの中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ0とし、LCD15の周辺部から出射されて観察瞳Eの中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλxとすると、HOEは、0.98≦(λx/λ0)≦1.02を満たすように作製されている。このようなHOEからなる光学素子24は、接眼プリズム22の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、接眼プリズム22と偏向プリズム23とで挟まれている。
The
このような映像表示ユニット1R・1Lの構成により、映像表示部11の光源12から出射された光は、一方向拡散板13にて拡散され、集光レンズ14にて集光されてLCD15に入射する。LCD15に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、LCD15には、その映像自体が表示される。
With such a configuration of the
LCD15からの映像光は、接眼光学系21の接眼プリズム22の内部にその上端面(面22a)から入射し、対向する2つの面22b・22cで複数回全反射されて、光学素子24に入射する。光学素子24に入射した光はそこで反射され、面22bを介して射出され、観察瞳Eに達する。観察瞳Eの位置では、観察者は、LCD15に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。観察瞳Eから虚像までの距離は数m程度であり、また、虚像の大きさはLCD15に表示された映像の10倍以上である。
The image light from the
一方、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、LCD15に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。以上のことから、光学素子24は、映像表示部11から提供される映像(映像光)と外界像(外光)とを同時に観察者の眼に導くコンバイナとして機能していると言える。
On the other hand, the
以上のように、映像表示ユニット1R・1Lのそれぞれにおいて、接眼光学系21の光学素子24は、体積位相型の反射型HOEで構成されており、LCD15からの映像光をHOEによって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、HOEを透過した外界像の光を観察者の眼に導く。このようにHOEが接眼光学系を兼ねるので、映像表示ユニット1R・1Lを小型軽量にすることができる。また、体積位相型の反射型のHOEは、回折効率の半値波長幅が狭いので、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することができる。さらに、HOEはLCD15にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有しているので、接眼光学系21を小型に構成しながら、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。
As described above, in each of the
また、光学素子24は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型の反射型HOEで構成されているので、LCD15からの映像光が、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24を透過する外界像の光に影響を与えることがない。つまり、体積位相型の反射型HOEは、波長選択性・角度選択性がともに高いことから、ある限られた波長域の光に対してのみ回折反射作用を及ぼすので、特定波長域の反射光とそれ以外の波長の透過光とを合成するコンバイナ素子としてHOEを機能させることができる。それゆえ、観察者は、光学素子24を介してLCD15の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24を介して外界像を通常通りかつ明瞭に観察することができる。
Further, as described above, the
また、光学素子24は、映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであるので、観察者は、LCD15から提供される映像を接眼光学系21を介して観察することができるのと同時に、接眼光学系21を介してシースルーで外界像を観察することができる。また、光学素子24は、接眼プリズム22および偏向プリズム23の接合面間に埋設されているので、光学素子24が外気に触れることがなく、光学素子24の光学性能を安定に保つことができる。
Further, since the
また、映像表示ユニット1R・1Lでは、LCD15から出射される映像光を、接眼プリズム22の面22aより内部に入射させ、内部で複数回全反射させて光学素子24に導く構成としている。これにより、通常の眼鏡レンズと同様に接眼プリズム22および偏向プリズム23の厚さを3mm程度にすることができ、接眼光学系21ひいては映像表示ユニット1R・1Lを小型化、軽量化することができる。さらに、映像表示部11を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。また、接眼プリズム22内での反射を全反射としているので、接眼プリズム22の両面(面22b・22c)を介して、透過率を落とすことなく外光を透過させて、観察者に外界像を観察させることができる。
Further, in the
また、光源12としてLEDを用いているので、LEDの発光波長とHOEの回折波長とを合わせることで、明るい映像を観察者に提供することができる。特に、光源12がRGBの光を出射するLEDで構成されているので、LED15にてカラー映像を表示することが可能となり、両眼観察の際でも観察者にカラー映像を観察させることが可能となる。
In addition, since an LED is used as the
また、光源12を集光レンズ14の物側焦点近傍に配置し、接眼光学系21をテレセントリックな光学系としているので、光源12と観察瞳Eとは略共役な位置関係にある。ただし、光源12からの光は一方向拡散板13で拡散されるので、光源12と観察瞳Eとは一方向拡散板13の拡散方向、すなわち光源12の各発光部が並ぶ方向(例えば水平方向)については実際には共役ではないが、上記方向に垂直な方向においては略共役である。これにより、上記垂直方向においては、光源12からの光を効率よく観察瞳Eに導くことができ、観察瞳Eの位置にて明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。また、観察瞳Eにて最も強度の強い位置は、光源12と共役な位置にほぼ一致するので、LCD15を略平行な光束で照明(ケーラー照明)することになり、光源12の輝度ムラ・色ムラをLCD15の表示画面内で比較的小さくすることができる。
Further, since the
また、映像表示ユニットR・Lのそれぞれにおいて、光学素子24を構成するHOEは、上述したように0.98≦(λx/λ0)≦1.02を満たすように作製されている。このように、λx/λ0の値が1に近い場合、λxとλ0とのずれが小さいので(観察画角の中心と端部とにおける回折ピーク波長の差が小さいので)、観察者は、観察像E内の色ムラを非常に小さく観察することができる。
In each of the video display units R and L, the HOE constituting the
なお、光源12のRGBの3つの発光点(各発光部の位置)が異なるので、本実施形態のように一方向拡散板13の拡散度が小さいと、観察瞳E上で色ムラが発生することとなる(図1参照)。しかし、本実施形態では、逆にそのことを利用し、眼幅の異なる観察者の個々に対して、両眼観察像としては色ムラを低減した映像を観察させるようにしている。この点については後述する。
Since the three light emission points of RGB of the light source 12 (positions of the respective light emitting units) are different, color unevenness occurs on the observation pupil E when the diffusivity of the
なお、一方向拡散板13と集光レンズ14との位置関係は逆であっても構わない。つまり、光源12からの光を集光レンズ14にて集光し、一方向拡散板13にて拡散させてLCD15に入射させるようにしても構わない(図8参照)。
The positional relationship between the
(3.光学素子の作製方法について)
次に、上述した光学素子24の作製方法について簡単に説明する。
光学素子24を構成するHOEは、例えば、光学フィルムである多層フィルムを接眼プリズム22上に貼り付け、これをレーザ光で露光することによって作製される。上記の多層フィルムは、ベースフィルム、バリアフィルム、感光性フィルムおよびカバーフィルムがこの順で重なって構成されている。ベースフィルム、バリアフィルム、感光性フィルムおよびカバーフィルムの厚さは、それぞれ例えば50μm、5μm、20μm、50μmである。
(3. Method for manufacturing optical element)
Next, a method for manufacturing the above-described
The HOE constituting the
また、感光性フィルムを構成する感光材料としては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどが挙げられるが、本実施形態では、光学素子24としてのHOEをドライプロセスで容易に製造可能なフォトポリマーを用いている。特に、感光性フィルムは、R(赤)、G(緑)、B(青)の3原色に対応した波長に感度を有する単層または3層のフォトポリマーで構成されている。
Photosensitive materials constituting the photosensitive film include photopolymers, silver salt materials, dichromated gelatin, etc. In this embodiment, HOE as the
上記の多層フィルムを用いた光学素子24の作製プロセスは、以下の通りである。まず、フィルム原版から多層フィルムを切り出す。このとき、同時に、多層フィルムにおいて、接眼プリズム22への貼付が必要な領域と、その周囲に形成される領域であって貼付が不要な領域との境界にも切り目を入れる。そして、多層フィルムからカバーフィルムを剥離し、多層フィルムを接眼プリズム22に対して位置決めした後、ゴムローラによる押し付けにより、接眼プリズム22の接合面に多層フィルムを貼り付ける。このとき、多層フィルムの感光性フィルム側が接眼プリズム22側となるようにする。そして、接眼プリズム22の接合面に貼付必要領域のみが残るように、貼付不要領域を剥離するとともに、貼付必要領域のベースフィルムも剥離する。
The manufacturing process of the
最後に、可干渉性のレーザ光を感光性フィルムに2光束で照射し、その2光束の干渉によってHOEを作製する。このとき、レーザ光としてRGBの3色の光を射出するレーザ光源を用いることで、RGBの3色に対して機能するHOE、すなわち、RGBの光を回折反射させるHOEを作製することができる。 Finally, a coherent laser beam is irradiated onto the photosensitive film with two light beams, and an HOE is produced by the interference of the two light beams. At this time, by using a laser light source that emits light of three colors of RGB as laser light, an HOE that functions for the three colors of RGB, that is, an HOE that diffracts and reflects RGB light can be manufactured.
(4.色ムラの低減方法について)
次に、本実施形態での観察像の色ムラの低減方法について説明する。なお、その低減方法を実現する映像表示ユニット1R・1Lの具体的な構成については後述する。
(4. Method for reducing color unevenness)
Next, a method for reducing color unevenness of an observation image in the present embodiment will be described. A specific configuration of the
なお、以下での説明の便宜上、映像表示ユニット1RのLCD15を映像表示素子Rとし、その観察瞳Eを観察瞳ERとする。同様に、映像表示ユニット1LのLCD15を映像表示素子Lとし、その観察瞳Eを観察瞳ELとする。また、映像表示素子Rに映像を表示したときに、観察者の右眼で観察される観察像を観察像Rとする。同様に、映像表示素子Lに映像を表示したときに、観察者の左眼で観察される観察像を観察像Lとする。また、観察像Rおよび観察像Lを足し合わせてできる、両眼での観察像を観察像Bとする。
For convenience of explanation below, it is assumed that the
また、本実施形態では、光源12としてRGB一体型のLEDを用いているので、RGBの全発光部を点灯させて、映像表示素子R・Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にすると、映像表示素子R・Lには白色無地映像が表示される。このことから、映像表示素子R・Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にすることを、単に白色表示状態とも称し、特にその両方が白色表示状態であることを強調するときは、両方白色表示状態とも称することとする。
In the present embodiment, since the RGB integrated LED is used as the
図1は、両方白色表示状態での観察瞳ER・EL内での色分布の一例を示す説明図である。なお、図1では、観察瞳ER・EL内の縦線の間隔が狭いほど、白色が赤っぽいまたは青っぽいことを示し、上記間隔が広いほど白色に近いことを示している。両方白色表示状態では、観察瞳ER・EL内の全領域において色ムラのない白色像が観察されるのが理想であるが、例えばRGBの3色の発光部(LED等)を光源12が有する場合、実際には3色の発光部の位置の違いや、放射角による強度分布の違い、HOEの角度選択性などの影響により、観察瞳ER・ELには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布(色ムラ)がそれぞれ生じる。ここでは、例として、観察瞳ER・EL内には、両方とも、眼幅方向における左側から右側に向かう方向に、「青っぽい白」、「白」、「赤っぽい白」と連続的に色が変化する色分布が存在している。つまり、観察瞳ER・ELは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいる。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a color distribution in the observation pupils E R and E L when both are in the white display state. In FIG. 1, the narrower the interval between the vertical lines in the observation pupils E R and E L is , the more white the color is reddish or bluish, and the wider the interval is, the closer the color is to white. In the both white display state, it is ideal that a white image having no color unevenness is observed in the entire region in the observation pupils E R and E L , but for example, three light emitting portions (LED or the like) of RGB are used as the
したがって、観察瞳ER・ELの各中心近傍に観察者の右眼および左眼がそれぞれ位置するとき(眼幅距離(1)参照)、観察像R・Lは、同一色(ともに「白」)となる。また、観察瞳ER・ELの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士に等距離離れた位置に観察者の右眼および左眼が位置するとき(眼幅距離(2)参照)、観察像Rおよび観察像Lは、互いに異なる色(観察像Rは「青っぽい白」、観察像Lは「赤っぽい白」)となる(図5参照)。また、観察瞳ER・ELの各中心からそれぞれ眼幅方向外側同士に等距離離れた位置に観察者の右眼および左眼が位置するときでも(眼幅距離(3)参照)、観察像Rおよび観察像Lは、互いに異なる色(観察像Rは「赤っぽい白」、観察像Lは「青っぽい白」)となる。 Therefore, when the observer's right eye and left eye are positioned in the vicinity of the center of the observation pupils E R and E L (see eye width distance (1)), the observation images R and L have the same color (both “white” ]). Further, when the observer's right eye and left eye are located at positions equidistant from the center of each of the observation pupils E R and E L inward in the eye width direction (see eye width distance (2)), the observation image R and the observation image L have different colors (the observation image R is “blue white” and the observation image L is “red white”) (see FIG. 5). Further, even when the right and left eyes of the observer are located at positions equidistant from the center of each of the observation pupils E R and E L in the lateral direction of the eye width (see eye width distance (3)), the observation is performed. The image R and the observation image L have different colors (the observation image R is “reddish white” and the observation image L is “bluish white”).
つまり、この例では、片眼のみで観察すると、観察像Lは、眼幅方向における観察瞳ELLの中心付近は目的とする白色像となるが、観察瞳ELの左右方向周辺に近づくにつれて、内側は赤っぽい白の像となり、外側は青っぽい白の像となっている。すなわち、眼幅の狭い観察者が左眼で観察する観察像Lは赤っぽい白の像となり、眼幅の広い観察者が左眼で観察する観察像Lは青っぽい白の像となる。一方、観察像Rについてはその逆で、眼幅の狭い観察者が右眼で観察する観察像Rは青っぽい白の像となり、眼幅の広い観察者が右眼で観察する観察像Rは赤っぽい白の像となる。 That is, in this example, when observing with only one eye, the observation image L becomes a target white image in the vicinity of the center of the observation pupil E L L in the eye width direction, but approaches the periphery in the left-right direction of the observation pupil E L. As a result, the inside becomes a reddish white image and the outside becomes a bluish white image. That is, the observation image L observed by the observer with a narrow eye width with the left eye becomes a reddish white image, and the observation image L with the observer with a wide eye width observed by the left eye becomes a bluish white image. On the other hand, the opposite of the observation image R, the observation image R observed by the right eye by an observer with a narrow eye width becomes a bluish white image, and the observation image R observed by the right eye by a viewer with a wide eye width is red. It looks like a white statue.
なお、人間の眼幅距離には個人差があるが、一般的には58〜70mmの眼幅の範囲に約90%以上の人が属すると言われている。この範囲の観察者に良好に映像を観察させるためには、その差12mmを補うことができる観察瞳ER・EL(すなわち片眼あたり左右方向に約6mmの観察瞳ER・EL)が必要となる。そこで、本実施形態では、観察瞳ER・ELの左右方向の大きさを6mmとした場合、観察瞳ER・ELの中心から左右に各1.5mm程度の範囲を観察瞳ER・ELの中心付近の領域とし、上記中心付近の領域よりも外側の領域であって、観察瞳ER・ELの両端約1.5mm程度の領域を、観察瞳ER・EL内で色が左右で異なって観察される領域としている。 It should be noted that although there are individual differences in the distance between the eyes of a human, it is generally said that about 90% or more of the people belong to an eye width range of 58 to 70 mm. In order to allow an observer in this range to observe the image satisfactorily, the difference of 12 mm can be compensated for by the observation pupil E R · E L (that is, the observation pupil E R · E L of about 6 mm in the left-right direction per eye). Is required. Therefore, in this embodiment, the observation pupil E when the lateral direction of the magnitude of the R · E L and 6 mm, the observation pupil E R · E L around the observation pupil range of about each 1.5mm to the right and left from E R of · E and L near the center of the area of a region outside the region near the center, observing the pupil E R · region of about two ends approximately 1.5mm of E L, observation pupil E R · E in L The area where the colors are observed differently on the left and right.
以上のように、両方白色表示状態において、観察像R・Lの色が観察者の右眼および左眼の位置に応じて変化するように、観察瞳ER・ELに上述した瞳内色分布(色ムラ)を発生させ、観察瞳ER・ELにおいて、瞳内色分布の変化の仕方を眼幅方向に同一にすることにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることが可能となる。 As described above, in the both white display state, the intra-pupil color described above for the observation pupils E R and E L so that the colors of the observation images R and L change according to the positions of the right and left eyes of the observer. By generating a distribution (color unevenness) and making the change in the color distribution in the pupil the same in the eye width direction in the observation pupils E R and E L , an observer with an eye width distance different from the designed eye width distance On the other hand, it is possible to observe images of different colors on the left and right.
ここで、図5は、両方白色表示状態において、眼幅の狭い観察者(図1の眼幅距離(2)を有する観察者)の左眼で観察される観察像L、右眼で観察される観察像Rおよび両眼で観察される観察像Bを模式的に示している。上述したように、眼幅の狭い観察者は、左眼では画面全体で赤っぽい白の像を、右眼では画面全体で青っぽい白の映像を観察することになり、左右眼ともに本来観察させたい像(ここでは白色)とは異なる色の像を観察する(なお、眼幅の広い観察者は、左眼および右眼で上記とは逆の色の像を観察することになる)。しかし、これらを両眼視することにより、両眼での観察像Bとしては、右眼での観察像Rと左眼での観察像Lとを重ね合わせた色として認識することになり、最終的に観察させたい、設計観察瞳中心の色(ここでは白色)に近い像を観察させることができる。すなわち、観察瞳ER・EL内の色ムラが大きいにもかかわらず、両眼観察により、観察者にはあたかもその瞳内色ムラの小さい映像表示装置1で映像を観察しているかのように映像を観察させることができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減される。
Here, FIG. 5 is an observation image L observed with the left eye of an observer with a narrow eye width (an observer having the eye width distance (2) in FIG. 1) in both white display states, and is observed with the right eye. The observed image R and the observed image B observed with both eyes are schematically shown. As described above, an observer with a narrow eye width observes a reddish white image on the entire screen with the left eye, and a bluish white image on the entire screen with the right eye. An image having a color different from that of the desired image (in this case, white) is observed (an observer with a wide eye width observes an image having a color opposite to that described above with the left eye and the right eye). However, by viewing these images with both eyes, the observation image B with both eyes is recognized as a color obtained by superimposing the observation image R with the right eye and the observation image L with the left eye. An image close to the color (in this case, white) at the center of the design observation pupil that is desired to be observed can be observed. That is, although the color unevenness in the observation pupils E R and E L is large, it is as if the observer is observing an image with the
個々の瞳内での色ムラを小さくするためには、例えば一方向拡散板13の拡散度を上げる方法があるが、本実施形態では、両眼観察によって色ムラを低減した映像を観察させることができるので、そのように一方向拡散板13の拡散度を上げる必要がなくなる。また、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して左右で異なる色の像を観察させることにより、両眼での観察像Bとして色ムラを低減した映像を観察させるので、観察者の眼幅の違いに対応すべく、従来のような眼幅調整機構を設けたり、観察瞳ER・ELをそれぞれ複数の瞳で構成することによって眼幅方向に広げる必要もなくなる。その結果、眼幅調整機構のない簡易な構成で、高画質で明るい映像を、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に観察させることが可能となる。
In order to reduce the color unevenness in each pupil, for example, there is a method of increasing the diffusivity of the
特に、本実施形態では、図1に示すように、両方白色表示状態において、観察瞳ER・ELは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいるので、観察瞳ER・ELの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像R・Lを同一色とし、観察瞳ER・ELの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像R・Lを互いに異なる色とすることができる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させて、両眼での観察像Bとして、観察瞳ER・ELの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。 In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, in both white display states, the observation pupils E R and E L are aligned in the eye width direction with the same intra-pupil color distribution. The observation images R and L when the right eye and the left eye are located in the vicinity of the centers of R and E L have the same color, and the inner sides or the outsides of the eyes in the width direction from the centers of the observation pupils E R and E L , respectively. The observation images R and L when the right eye and the left eye are located at positions equidistant from each other can have different colors. This allows an observer with an eye width different from the designed eye width distance to observe images of different colors on the left and right, and as an observation image B with both eyes, at the center of the observation pupils E R and E L An image close to the color of the image can be observed.
また、図1および図5に示すように、両方白色表示状態において、観察瞳ER・ELの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Rおよび観察像Lよりも、これらの観察像Rおよび観察像Lを足し合わせてできる観察像Bのほうが、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各中心での像の色(例えば白色)に近い。したがって、観察者は、両眼観察時に、片眼観察時に観察される像の色よりも観察瞳Rおよび観察瞳Lの中心での像の色(白色)に近い映像を視認することができる。 As shown in FIG. 1 and FIG. 5, in both white display states, the right eye and the left eye are located at positions equidistant from the centers of the observation pupils E R and E L in the width direction of the eye or in the outside of the eye width direction, respectively. The observation image B formed by adding the observation image R and the observation image L is more colored than the observation image R and the observation image L at the center of the observation pupil R and the observation pupil L. (For example, white). Therefore, the observer can visually recognize an image closer to the color (white) of the image at the center of the observation pupil R and the observation pupil L than the color of the image observed during the one-eye observation.
なお、以上では、瞳内色ムラが全く同じものを隣同士に並べて観察瞳ER・ELとしているが、勿論、左右の観察瞳ER・ELの瞳内色ムラが全く同じでなくても、その色ムラの発生方向が同方向であればよい。いずれにしても、観察瞳ER・ELの瞳内色ムラが両眼視によって(観察像R・Lの色の違いによって)打ち消されるように、瞳内色ムラを発生させればよい。 In the above, the same pupil color unevenness is arranged next to each other to form the observation pupils E R and E L. Of course, the left and right observation pupils E R and E L are not exactly the same in the pupil color unevenness. However, the direction of occurrence of the color unevenness may be the same direction. In any case, the in-pupil color unevenness may be generated so that the in-pupil color unevenness of the observation pupils E R and E L is canceled by binocular vision (due to the difference in the colors of the observation images R and L).
ところで、図6は、XYZ表色系におけるXY色度座標を示している。なお、同図中のR1、L1、B1は、それぞれ、(両方)白色表示状態において、設計眼幅距離と同じ眼幅の観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像R、観察像L、観察像Bの画面中心に対応する色度座標を示す。また、同図中のR2、L2、B2は、それぞれ、(両方)白色表示状態において、眼幅の狭い観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像R、観察像L、観察像Bの画面中心に対応する色度座標を示す。さらに、同図中のR3、L3、B3は、それぞれ、(両方)白色表示状態において、眼幅の広い観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像R、観察像L、観察像Bの画面中心に対応する色度座標を示す。また、同図中のPは、白色表示状態において、片眼(右眼または左眼)での観察時における観察瞳内の全位置に対応する色度座標の範囲を示し、Qは、両方白色表示状態において、両眼で観察される観察像の画面内の全位置に対応する色度座標の範囲を示す。 FIG. 6 shows XY chromaticity coordinates in the XYZ color system. Note that R 1 , L 1 , and B 1 in the figure are observed with the right eye, left eye, and both eyes of an observer having the same eye width as the designed eye width distance in (both) white display states, respectively. The chromaticity coordinates corresponding to the screen centers of the observation image R, the observation image L, and the observation image B are shown. R 2 , L 2 , and B 2 in the figure are observation images R and observations that are observed with the right eye, left eye, and both eyes of an observer with a narrow eye width in the (both) white display state, respectively. The chromaticity coordinates corresponding to the screen centers of the image L and the observation image B are shown. Further, R 3 , L 3 , and B 3 in the figure are observation images R and observations observed with the right eye, left eye, and both eyes of the observer with a wide eye width in the (both) white display state, respectively. The chromaticity coordinates corresponding to the screen centers of the image L and the observation image B are shown. Further, P in the figure indicates a range of chromaticity coordinates corresponding to all positions in the observation pupil at the time of observation with one eye (right eye or left eye) in the white display state, and Q is both white. In the display state, a range of chromaticity coordinates corresponding to all positions in the screen of an observation image observed with both eyes is shown.
上述した本発明の効果については、図6を用いて以下のように説明することもできる。すなわち、例えば、眼幅が狭い観察者においては、左眼で観察される観察像Lの画面中心に対応する色度座標はL2(赤っぽい白)となり、右眼で観察される観察像Rの画面中心に対応する色度座標はR2(青っぽい白)となる。これらを両眼で観察すると、観察像Bは、L2とR2との中間的な色として認識され、色度座標としてはL2とR2との中間的な色をとる。なお、左右像を均等に観察した場合は、L2とR2とのほぼ中間値のB2となるが、実際、人間には利き目があるので、利き目側の色をより強く認識する。このため、観察像Bとしては、中間値よりもやや利き目側に近い色として観察される。しかし、いずれにしても、観察像Bの色は、L2とR2との間の色となる。 The effects of the present invention described above can also be described as follows using FIG. That is, for example, for an observer with a narrow eye width, the chromaticity coordinate corresponding to the center of the screen of the observation image L observed with the left eye is L 2 (reddish white), and the observation image observed with the right eye The chromaticity coordinate corresponding to the center of the R screen is R 2 (bluish white). When observing them in both eyes, observation image B is recognized as an intermediate color between L 2 and R 2, taken an intermediate color between L 2 and R 2 is as chromaticity coordinates. Note that when the left and right images are observed evenly, it becomes B 2 which is approximately an intermediate value between L 2 and R 2 , but since there is actually a dominant eye, the color on the dominant eye side is recognized more strongly. . For this reason, the observed image B is observed as a color slightly closer to the dominant eye side than the intermediate value. However, in any case, the color of the observation image B is a color between L 2 and R 2 .
この結果、両眼視における観察像Bの色は、片眼観察時よりも設計眼幅の観察者の観察像の色(B1)に近づくことなり、実質上、あたかも観察瞳ER・EL内の色ムラが小さい装置で観察したかのように観察することができる。したがって、観察瞳ER・EL内の瞳内色ムラが大きく、かつ、眼幅調整機構がない構成においても、眼幅の異なる複数の観察者が設計観察瞳ER・ELの中心での観察像R・Lの色に近い色で映像を観察することが可能となる。 As a result, the color of the observation image B in binocular vision, than when one eye observation become possible approaches to the color of observer's observation image of the design eye width (B 1), substantially as if viewing pupil E R · E It can be observed as if it was observed with an apparatus with little color unevenness in L. Therefore, even in a configuration in which the intra-pupil color unevenness in the observation pupils E R and E L is large and there is no eye width adjustment mechanism, a plurality of observers with different eye widths are located at the center of the design observation pupils E R and E L. It is possible to observe an image with a color close to the color of the observation image R · L.
ところで、両方白色表示状態においては、観察瞳ER・ELの各々において、眼幅方向両端での色度X座標値の差および色度Y座標値の差、すなわち、R2とR3、L2とL3での色度X座標値の差および色度Y座標値の差の少なくとも一方は、0.05以上であることが望ましい。ちなみに、本実施形態では、図6に示すように、R2とR3、L2とL3とにおける上記色度X座標の差は、ともに0.15程度であり、上記色度Y座標の差は、ともに0.1程度となっている。 By the way, in both the white display states, in each of the observation pupils E R and E L , the difference in chromaticity X coordinate value and the difference in chromaticity Y coordinate value at both ends in the eye width direction, that is, R 2 and R 3 , It is desirable that at least one of the difference in chromaticity X coordinate value and the difference in chromaticity Y coordinate value between L 2 and L 3 is 0.05 or more. Incidentally, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the difference between the chromaticity X coordinates in R 2 and R 3 and between L 2 and L 3 is about 0.15, and the chromaticity Y coordinate The differences are both about 0.1.
このような状態では、観察瞳ER・EL内に、眼幅方向の位置によって像の色が異なる色ムラが確実に発生する。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して、左右の眼で互いに異なる色の像を観察させることが確実に可能となり、両眼での観察像として、片眼での観察像よりも、観察瞳ER・ELの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。 In such a state, in the observation pupils E R and E L , color unevenness in which the image color varies depending on the position in the eye width direction is surely generated. This makes it possible for an observer with an eye width different from the designed eye width distance to observe images of different colors with the left and right eyes, and as an observation image with both eyes, An image closer to the color of the image at the center of the observation pupils E R and E L can be observed than the observation image.
また、両方白色表示状態においては、観察瞳ER・EL内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像R・Lの色分布の色度X座標値および色度Y座標値の取り得る範囲は、両者とも0.03以下の範囲であることが望ましい。例えば、図5では、眼幅の狭い観察者が観察する観察像R・Lを示したが、このときの観察者の右眼および左眼は、観察瞳ER・ELの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士に等距離離れた位置にある。このときの観察像Rの画面全体としては青っぽい白であり、観察像Rの色分布の色度X座標値および色度Y座標値の取り得る範囲は、両者とも0.03以下の範囲であることがわかっている。同様に、観察像Lの画面全体としては赤っぽい白であり、観察像Lの色分布の色度X座標値および色度Y座標値の取り得る範囲は、両者とも0.03以下の範囲であることがわかっている。 Further, in both the white display state, be positioned right and left eyes at any position in the observation pupil E R · E L, chromaticity X coordinate value of the color distribution of the observation image R · L and chromaticity It is desirable that both the Y coordinate values can be in a range of 0.03 or less. For example, FIG. 5 shows an observation image R · L observed by an observer with a narrow eye width. The right eye and the left eye of the observer at this time are respectively viewed from the centers of the observation pupils E R · E L. It is in a position equidistant from each other on the inner side in the eye width direction. The entire screen of the observation image R at this time is bluish white, and the chromaticity X coordinate value and the chromaticity Y coordinate value of the color distribution of the observation image R can be both 0.03 or less. I know that. Similarly, the entire screen of the observation image L is reddish white, and the chromaticity X coordinate value and chromaticity Y coordinate value of the color distribution of the observation image L can be both 0.03 or less. I know that.
このように、観察瞳ER・EL内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像R・Lの色分布の色度X座標値および色度Y座標値の取り得る範囲が両者とも0.03以下であれば、観察像R・Lには色の違いとして認識可能なレベルの色ムラがなく、観察者は個々の観察像R・Lとして色ムラのない良好な映像を観察することができる。 As described above, the chromaticity X coordinate value and the chromaticity Y coordinate value of the color distribution of the observation image R · L are taken regardless of the position of the right eye and the left eye in the observation pupil E R · E L. If both of the obtained ranges are 0.03 or less, the observed images R and L have no color unevenness at a level that can be recognized as a difference in color, and the observer has no color unevenness as the individual observed images R and L. You can observe the video.
(5.色ムラを低減するための構成について)
次に、上述した色ムラの低減方法を実現する映像表示ユニット1R・1Lの具体的な構成について説明する。
(5. Configuration for reducing color unevenness)
Next, a specific configuration of the
図7は、光源12R・12Lの各発光部の配置の一例を示す平面図である。同図に示すように、光源12Rは、RGBの3原色の波長の光を発光する発光部12RR・12RG・12RBを1つのチップ上に並べた3色1チップのLEDで構成されている。また、光源12Lも同様に、RGBの3原色の波長の光を発光する発光部12LR・12LG・12LBを1つのチップ上に並べた3色1チップのLEDで構成されている。
FIG. 7 is a plan view showing an example of the arrangement of the light emitting units of the
本実施形態では、光源12R・12Lの各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されている。より具体的には、光源12Rでは、観察者の眼幅方向である左右方向の左側から右側に向かって、発光部12RR・12RG・12RBがこの順で一列に並んで配置されている。また、光源12Lにおいても、上記左右方向の左側から右側に向かって、発光部12LR・12LG・12LBがこの順で一列に並んで配置されている。
In the present embodiment, the light emitting units of the
また、図8は、映像表示ユニット1Lにおいて、光源12Lから観察瞳ELに向かうRGBの光の光路を示す説明図であり、図9は、観察瞳ELに到達したRGBの光の強度分布を示す説明図である。なお、映像表示ユニット1Rにおける光の光路や観察瞳ER上の光強度分布についても、図9と同様の図となる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an optical path of RGB light traveling from the
図7に示したように、光源12Rおよび光源12Lにおいては、RGBの各発光部の位置が異なるため、図8および図9に示すように、光源12Lからの光が集光レンズ14L、一方向拡散板13L、LCD15L、接眼光学系21Lを介して観察瞳ELに到達した際に、観察瞳EL上の各位置によって強度分布が異なり、これが観察瞳EL内の色ムラとなって現れる。図9では、観察瞳ELの左右端では、BとRの強度比が約2倍異なり、瞳中心に対しては色の違いとして認識される。特に、光源と光学瞳とを略共役な位置関係にすると、表示画面内の色ムラを比較的小さくできるが、明るく観察させるために拡散板での拡散度を小さくすると、瞳内で色ムラが発生する。
As shown in FIG. 7, in the
眼幅調整機構を設けずに、眼幅の異なる観察者に良好に映像を観察させるためには、片眼観察では、上記のような瞳内色ムラを低減すべく、用いる拡散板の拡散度を高めて、画面中心と周辺との光量差を小さくするとともに、各位置でのRGBの光量比をほぼ等しくする必要がある。しかし、この方法では、照明光の光利用効率を低下させるので、映像が暗い。 In order to allow observers with different eye widths to observe images well without providing an eye width adjustment mechanism, the diffusivity of the diffusing plate used in one-eye observation is to reduce the color unevenness in the pupil as described above. To reduce the light amount difference between the center and the periphery of the screen, and to make the RGB light amount ratios at each position substantially equal. However, with this method, the light use efficiency of the illumination light is reduced, so the image is dark.
これに対して、本実施形態では、光源12R・12Lの各発光部が眼幅方向に同じ順で並んで配置されていることにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対しては、片眼視では、左右眼ともに本来観察させたい像とは異なる色の像が観察されるが、これらの像を両眼視することで、最終的に観察させたい設計観察瞳中心の色に近い像を観察させることができる。これにより、左右眼の観察瞳内の色ムラが大きいにもかかわらず、観察者にはあたかも瞳内色ムラの小さい映像表示装置で観察しているかのように観察させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the light emitting units of the
すなわち、本実施形態のように、光源12R・12Lにおいて、各発光部を観察者の眼幅方向に同じ順で並べて配置して、左右の観察瞳ER・EL内で同じ色ムラを発生させることにより、左右の瞳内色ムラを個々に低減する必要がなくなり、拡散板の拡散度を高める(例えば水平方向に40度とする)必要もなくなる。これにより、映像をより明るく観察することが可能となる。また、複数波長の光の強度比を瞳内の全ての位置でほぼ一定にそろえる必要もなくなる。
That is, as in the present embodiment, in the
なお、観察瞳ER・ELにおいて、各色の強度比が1:0.8程度であれば色ムラとして感じないレベルであることを考えると、本実施形態で説明した色ムラの低減方法は、各色の強度比が、理想的な各色の強度比(この場合、画面中心における各色の強度比)に対して、最大20%以上異なる場合により有効であると考えられる。 Note that the color unevenness reducing method described in the present embodiment is a level that does not feel as color unevenness when the intensity ratio of each color is about 1: 0.8 in the observation pupils E R and E L. It is considered more effective when the intensity ratio of each color differs by 20% or more from the ideal intensity ratio of each color (in this case, the intensity ratio of each color at the center of the screen).
なお、以上では、光源12R・12Lは、RGBの3色の光を発光する3色光源で構成されている例について説明したが、2色の光を発光する2色光源で構成されてもよく、4色以上の光を発光する光源で構成されていてもよい。いずれの場合でも、光源R・Lにおいて、各発光部を観察者の眼幅方向に同じ順で並べて配置すればよい。また、RGBの各発光部は、眼幅方向に完全に一列に配置されていなくてもよい。例えば、RGBの各発光部は、眼幅方向に略一列に、すなわち、2つの発光部を結ぶ直線(眼幅方向に一致)に対して、残りの発光部が垂直方向に多少ずれて配置されていてもよい。
In the above description, the example in which the
(6.拡散度の設定に関する具体例について)
次に、一方向拡散板13の横方向の拡散度の設定に関する具体例について説明する。
なお、人間の眼幅距離に個人差があることは上述した通りであるが、眼幅範囲を広めに見積もっても、ほぼ大半の人が54〜72mm(63±9mm)の範囲に含まれる。したがって、眼幅調整機構なしで映像を観察可能とするためには、左右の観察瞳ER・ELが63mmを中心としてそれぞれ横方向に約9mm程度あればよいと考えられる。
(6. About specific examples of diffusion setting)
Next, a specific example relating to the setting of the lateral diffusion degree of the
As described above, there are individual differences in the distance between the eyes of humans, but even if the eye width range is estimated to be wide, almost all people are included in the range of 54 to 72 mm (63 ± 9 mm). Therefore, in order to enable observation of an image without the eye-width adjustment mechanism, it is considered that the left and right observation pupils E R and E L need only be about 9 mm in the lateral direction with 63 mm as the center.
そこで、ここでは、左右の観察瞳ER・ELの横方向(眼幅方向)の長さを余裕を持って約10mmに設計し、このような観察瞳ER・ELを実現するために、光源12R・12Lを構成するRGBの発光部(LED)を片眼につき2組用い、2組の瞳を合成してそれぞれ観察瞳ER・ELとした。
Therefore, here, designed to the left and right lateral about 10mm with a margin of length of (interpupillary distance direction) of the observation pupil E R · E L, in order to realize such observation pupil E R · E L In addition, two pairs of RGB light emitting portions (LEDs) constituting the
また、ここでは、光源12R・12Lと観察瞳ER・ELとの位置関係が略共役であるとし、光源12R・12Lとして用いるLEDは、RGBの3色1チップのものであり、チップ外形は3mmで、RGBのチップ間距離は0.5mmとした。さらに、集光レンズ14の焦点距離を約7mmとし、接眼光学系21(HOE)の焦点距離を約20mmとした。
Further, here, it is assumed that the positional relationship between the
光源12R・12Lと観察瞳ER・ELの位置関係が略共役であることにより、LCD15R・15Lの表示画面内の輝度ムラ・色ムラを比較的小さくできるが、光源12R・12Lにおいて、RGBの各発光部の位置が異なるので、一方向拡散板13R・13Lでの拡散度が小さいと、観察瞳ER・EL上で輝度ムラ・色ムラが発生する。上記の場合、照明系および接眼系の焦点距離の比が20/7≒3であるので、LEDのチップ間距離が観察瞳ER・EL上で約3倍に拡大される。
Since the positional relationship between the
ここで、図10は、一方の映像表示ユニット1Lの概略の構成を光路に沿って展開して示す説明図であり、図11は、その映像表示ユニット1Lにおける観察瞳EL上での光強度分布を示す説明図である。なお、他方の映像表示ユニット1Rの構成および観察瞳ER上での光強度分布についても図10および図11と同様とする。
Here, FIG. 10 is an explanatory view showing expand a schematic structure of one of the
図10では、光源12のRGBの各発光部が、水平方向左から右方向に向かってBGRRGBの順に並んで配置されている(G−G間距離3mm)。この構成では、観察瞳EL上では、2つのGの強度最大位置は、3mmの約3倍で約9mm離れることになる(ちなみに、Bについては約12mm、Rについては約6mm離れる)。このままでは瞳中央でのGの強度が低いので、ピーク位置の約50%程度の強度が瞳中央にくるように、一方向拡散板13Lとして横方向に40度拡散するものを用いている(縦方向の拡散度は例えば0.2度)。なお、一方向拡散板13Lは、光源12Lから約4mmだけ光軸方向に離れた位置に配置される。
In FIG. 10, the RGB light emitting units of the
2つのGのそれぞれの瞳中央での強度は、ピーク強度の約50%であるので、2個のGの合成後の強度は、瞳中央で約100%となり、結果的に、図11に示すように、横方向にフラットな強度分布となる。なお、2個のRの合成後の強度としては、Rの発光部がGの発光部よりも内側(光軸側)に配置されているため、瞳中央でGよりも高めとなり、瞳周辺部でGよりも低めとなる。逆に、2個のBの合成後の強度としては、Bの発光部がGの発光部よりも外側(光軸とは反対側)に配置されているため、瞳中央でGよりも低めとなり、瞳周辺部でGよりも高めとなる。ただし、強度比が1:0.8程度であれば、色ムラとして感じないレベルであり、観察瞳ELの左右10mm全域では、ほぼ瞳内の色ムラの無い状態となっている。 Since the intensity of each of the two Gs at the center of the pupil is about 50% of the peak intensity, the intensity after the synthesis of the two Gs is about 100% at the center of the pupil, resulting in FIG. Thus, the intensity distribution is flat in the lateral direction. Note that the intensity of the two Rs after synthesis is higher than G at the center of the pupil because the R light emitting part is arranged on the inner side (optical axis side) than the G light emitting part, and the pupil peripheral part. Is lower than G. Conversely, the intensity of the two Bs after synthesis is lower than G at the center of the pupil because the B light emitting part is arranged outside the G light emitting part (opposite the optical axis). It is higher than G at the pupil periphery. However, when the intensity ratio is about 1: 0.8, it is a level that does not feel as color unevenness, and in the entire left and right 10 mm of the observation pupil E L , there is almost no color unevenness in the pupil.
これに対して、図12は、一方の映像表示ユニット1Lの他の構成を光路に沿って展開して示す説明図であり、図13は、その映像表示ユニット1Lにおける観察瞳EL上での光強度分布を示す説明図である。なお、他方の映像表示ユニット1Rの構成および観察瞳ER上での光強度分布についても図12および図13と同様とする。
In contrast, FIG. 12 is an explanatory view showing expand another configuration of one of the
図12では、光源12のRGBの各発光部が、水平方向左から右方向に向かってRGBRGBの順に並んで配置されている。この例では、瞳中央での2つのGの合成後の強度が、ピーク位置の約80%程度になるように、一方向拡散板13Lとして横方向の拡散度が20度のものを用いている(縦方向の拡散度は例えば0.2度)。ただし、横方向の拡散度を20度と小さくした分、一方向拡散板13Lを光源12Lから光軸方向に6mm遠ざけて配置している。
In FIG. 12, the RGB light emitting units of the
観察瞳ELにおける個々のGの強度分布は、一方向拡散板13Lの拡散度が低いため、図11の場合よりもやや急峻となっている。なお、図12の構成では、光源12LにおけるB−B間距離、R−R間距離は、G−G間距離と同じであるので、2つのBの合成後の強度分布および2つのRの合成後の強度分布は、それぞれ2つのGの合成後の強度分布を左右にずらした分布となっている。これにより、左右の観察瞳ER・ELの10mm両端で、瞳内の色ムラが大きく発生している(図13では左端がR不足、右端がB不足の状態)。このような瞳内色ムラを左右で同方向に発生させることにより、眼幅の異なる観察者は、色ムラのない映像を両眼で観察することが可能となる。
The intensity distribution of each G in the observation pupil E L is slightly steeper than in the case of FIG. 11 because the diffusivity of the
以上のように、一方向拡散板13の横方向の拡散度を40度から20度に落とすことにより、光源12に対する一方向拡散板13の配置距離が若干遠くなっているが、明るさを2倍程度増大させた映像を観察できることがわかった。
As described above, by reducing the lateral diffusivity of the
なお、以上の例では、横方向の瞳サイズ10mmに対してLEDのチップ外形が3mmと大きいので、明るさを増大させる効果は高々2倍程度であるが、LEDのチップサイズが2mmのようなより小さいLEDを光源12として用いれば、瞳上でのLED強度ピーク位置間隔を6mmのように狭くすることができ、より光を中央に集めることができる。これにより、横方向にさらに低拡散度の拡散板を使用することが可能となり、瞳の両端部で色ムラをより大きく発生させながら、瞳中央をより明るくすることが可能となる。
In the above example, the LED chip outer shape is as large as 3 mm with respect to the pupil size of 10 mm in the horizontal direction. Therefore, the effect of increasing the brightness is at most twice, but the LED chip size is 2 mm. If a smaller LED is used as the
つまり、瞳サイズに対してLEDのチップサイズが小さくなればなるほど、従来であれば、瞳内色ムラを無くすために拡散板の拡散度を益々上げる必要があるが、両眼視によって色ムラの無い映像を眼幅の異なる観察者に観察させる本発明では、逆に拡散板の拡散度を下げることができるので、本発明が益々有効となる。 In other words, as the LED chip size becomes smaller with respect to the pupil size, conventionally, it is necessary to increase the diffusivity of the diffusion plate in order to eliminate the color unevenness in the pupil. In the present invention in which observers with different eye widths are observed with no image, the diffusivity of the diffusion plate can be reduced, and the present invention becomes more effective.
なお、拡散板の横方向の拡散度は、例えば用いるLEDのチップサイズ(各色のチップ間距離)、拡散板の配置位置、照明レンズ(集光レンズ14)の焦点距離、接眼光学系21の焦点距離などを考慮して適宜設定されればよい。
Note that the lateral diffusivity of the diffusing plate is, for example, the chip size of the LED used (distance between the chips of each color), the arrangement position of the diffusing plate, the focal length of the illumination lens (condensing lens 14), and the focal point of the eyepiece
なお、以上で説明した構成や手法を適宜組み合わせて映像表示ユニット1R・1LひいてはHMDを構成することも勿論可能である。
Of course, the
本発明は、両眼観察が可能な映像表示装置およびHMDに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an image display apparatus and an HMD capable of binocular observation.
1 映像表示装置
1R 映像表示ユニット(映像表示ユニットR)
1L 映像表示ユニット(映像表示ユニットL)
2 支持手段
12 光源
12R 光源(光源R)
12RR 発光部
12RG 発光部
12RB 発光部
12L 光源(光源L)
12LR 発光部
12LG 発光部
12LB 発光部
15 LCD(映像表示素子、映像表示素子R、映像表示素子L)
21 接眼光学系(接眼光学系R、接眼光学系L)
22 接眼プリズム(接合光学部材)
22a 面(入射面)
23 偏向プリズム(接合光学部材)
24 光学素子(ホログラム光学素子)
E 観察瞳(観察瞳R、観察瞳L)
ER 観察瞳(観察瞳R)
EL 観察瞳(観察瞳L)
1
1L video display unit (video display unit L)
2 Supporting means 12
12R R
12L R
21 Eyepiece optical system (eyepiece optical system R, eyepiece optical system L)
22 Eyepiece prism (joint optical member)
22a surface (incident surface)
23 Deflection prism (bonding optical member)
24 Optical elements (hologram optical elements)
E Observation pupil (observation pupil R, observation pupil L)
E R observation pupil (observation pupil R)
EL observation pupil (observation pupil L)
Claims (14)
映像表示ユニットRは、
光源Rと、光源Rからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Rと、映像表示素子Rからの映像光を観察瞳Rに導く接眼光学系Rとを備えており、
映像表示ユニットLは、
光源Lと、光源Lからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Lと、映像表示素子Lからの映像光を観察瞳Lに導く接眼光学系Lとを備えており、
右眼および左眼で観察される像をそれぞれ観察像Rおよび観察像Lとすると、
両方の映像表示素子Rおよび映像表示素子Lの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Rおよび観察瞳Lには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれあり、かつ、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Rおよび観察像Lは、同一色であり、観察瞳Rおよび観察瞳Lの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Rおよび観察像Lは、互いに異なる色であることを特徴とする映像表示装置。 A video display device including a video display unit R for the right eye and a video display unit L for the left eye,
The video display unit R
A light source R, an image display element R that displays an image by transmitting or reflecting light from the light source R for each pixel, and an eyepiece optical system R that guides the image light from the image display element R to an observation pupil R Has
The video display unit L is
A light source L, a video display element L that displays video by transmitting or reflecting light from the light source L for each pixel, and an eyepiece optical system L that guides video light from the video display element L to the observation pupil L Has
When the images observed with the right eye and the left eye are an observation image R and an observation image L, respectively,
When all the pixels of both the image display elements R and the image display elements L are in a light transmission state or a light reflection state, the observation pupil R and the observation pupil L have pupils whose image colors differ depending on the position in the eye width direction. When the right eye and the left eye are located near the centers of the observation pupil R and the observation pupil L, the observation image R and the observation image L have the same color, and the observation pupil R and the observation pupil L are the same color. The observation image R and the observation image L when the right eye and the left eye are located at equal distances from the center of the pupil L to the inner side or the outer side in the eye width direction are different colors. Video display device.
光源Rおよび光源Lにおいて、各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の映像表示装置。 The light source R and the light source L are each composed of a plurality of light emitting units that emit light of different wavelengths,
6. The video display device according to claim 1, wherein in the light source R and the light source L, the light emitting units are arranged in the same order in the eye width direction of the observer.
0.98≦(λx/λ0)≦1.02
であることを特徴とする請求項9に記載の映像表示装置。 In each of the video display unit R and the video display unit L, the hologram optical element has a plurality of diffraction peak wavelengths at which the diffraction efficiency has a maximum value, and is emitted from the center of the video display element with respect to each diffraction peak wavelength. The diffraction peak wavelength of the principal ray incident on the center of the observation pupil is λ0, and the diffraction peak wavelength of the principal ray emitted from the peripheral portion of the image display element and incident on the center of the observation pupil is λx.
0.98 ≦ (λx / λ0) ≦ 1.02
The video display device according to claim 9, wherein:
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 A video display device according to any one of claims 1 to 13,
A head-mounted display comprising: support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017130997A1 (en) * | 2016-01-29 | 2017-08-03 | コニカミノルタ株式会社 | Optical element manufacturing method |
WO2019008646A1 (en) * | 2017-07-03 | 2019-01-10 | サン電子株式会社 | Head-mounted display device |
WO2019107044A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | Virtual image projection device |
US11391949B2 (en) | 2019-04-22 | 2022-07-19 | Seiko Epson Corporation | Display device and display method of image |
US11550152B2 (en) | 2019-03-25 | 2023-01-10 | Seiko Epson Corporation | Display device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007079298A (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Konica Minolta Photo Imaging Inc | Video display device |
WO2007037089A1 (en) * | 2005-09-27 | 2007-04-05 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Head-mounted image display unit |
-
2007
- 2007-05-18 JP JP2007132390A patent/JP2008287049A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007079298A (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Konica Minolta Photo Imaging Inc | Video display device |
WO2007037089A1 (en) * | 2005-09-27 | 2007-04-05 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Head-mounted image display unit |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017130997A1 (en) * | 2016-01-29 | 2017-08-03 | コニカミノルタ株式会社 | Optical element manufacturing method |
WO2019008646A1 (en) * | 2017-07-03 | 2019-01-10 | サン電子株式会社 | Head-mounted display device |
JPWO2019008646A1 (en) * | 2017-07-03 | 2020-04-30 | サン電子株式会社 | Head-mounted display device |
WO2019107044A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | Virtual image projection device |
JPWO2019107044A1 (en) * | 2017-12-01 | 2020-10-22 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | Virtual image projection device |
JP7050088B2 (en) | 2017-12-01 | 2022-04-07 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | Virtual image projection device |
US11543648B2 (en) | 2017-12-01 | 2023-01-03 | Hitachi-Lg Data Storage, Inc. | Virtual image projection device |
US11550152B2 (en) | 2019-03-25 | 2023-01-10 | Seiko Epson Corporation | Display device |
US11391949B2 (en) | 2019-04-22 | 2022-07-19 | Seiko Epson Corporation | Display device and display method of image |
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