JP2017198728A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歪曲収差による観察像の形状の不自然さを目立たなくする。
【解決手段】画像表示装置は、矩形の表示領域１０ａに観察用画像を表示する表示手段１０と、表示領域からの光を射出瞳２１に導いて光学像としての観察像を提示する観察光学系１とを有する。観察光学系は、表示領域の四隅部１０ｂのうち少なくとも１つの第１の隅部からの光を、該第１の隅部に対応する角部が欠けた形状の観察像を形成するように射出瞳に導く歪曲収差を有する。表示領域の四隅部のうち第１の隅部以外の第２の隅部に観察用画像が表示されないようにする非表示処理を行う。
【選択図】図４

Description

発明は、表示素子に表示された画像を観察光学系を介して拡大観察可能とするヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の画像表示装置に関する。

上記のようなＨＭＤでは、コンパクトな表示素子を用いつつより拡大された観察像の観察を可能とするために、観察光学系に広画角化が求められる。観察光学系を小型化しつつ広画角化するために、非回転対称面（自由曲面）を用いた偏心光学系としての観察光学系が用いられる場合もある。

ただし、特に観察光学系を偏心光学系として構成すると歪曲収差が生じやすくなる。特許文献１には、表示素子に表示する観察用画像に対して歪曲収差による観察像（光学像）の歪みを低減（補正）するための歪曲補正処理を行う技術が開示されている。

特開平８−１４９３９３号公報

しかしながら、観察光学系に表示素子の矩形の表示領域の四隅部のうちいずれかの隅部からの光をこの隅部に対応する角部が欠けた不自然な形状の観察像を形成させる歪曲収差があると、観察用画像の歪曲補正処理だけでは不自然な観察像の形状までを補正できない。つまり、観察用画像を表示領域の四隅部を超えた領域に表示することはできないので、そのような歪曲収差に対しては、観察用画像の表示サイズを小さくして観察像を小さく提示する以外に観察用画像に対する処理で対応することができない。

本発明は、歪曲収差による観察像の形状の不自然さを目立たなくすることができるようにした画像表示装置を提供する。

本発明の一側面としての画像表示装置は、矩形の表示領域に観察用画像を表示する表示手段と、表示領域からの光を射出瞳に導いて光学像としての観察像を提示する観察光学系とを有する。観察光学系は、表示領域の四隅部のうち少なくとも１つの第１の隅部からの光を、該第１の隅部に対応する角部が欠けた形状の観察像を形成するように射出瞳に導く歪曲収差を有する。そして、表示領域の四隅部のうち第１の隅部以外の第２の隅部に観察用画像が表示されないようにする非表示処理を行う表示処理手段を有することを特徴とする。

また、本発明の一側面としての画像表示装置は、上記のような観察光学系を有する場合に、表示領域の第２の隅部からの光が射出瞳に導かれないように遮光する遮光手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、表示領域の隅部の非表示処理を行ったり観察用画像からの光を遮光したりすることで、歪曲収差による観察像の形状の不自然さを目立たなくすることができる。

本発明の実施例１である画像表示装置の構成を示す図。 （ａ）は実施例１における表示素子の矩形の表示領域を示す図。（ｂ）は観察光学系の歪曲収差を示す図。 実施例１に観察用画像に対して歪曲補正処理を行った場合の観察像を示す図。 実施例１において非表示処理を行った場合の観察像を示す図。 本発明の実施例２である画像表示装置の構成を示す図。 本発明の実施例３である画像表示装置の構成を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１である画像表示装置としてのＨＭＤの構成を示している。ＬＣＤや有機ＥＬ等の表示素子１０には、観察者に観察させるための画像（原画）としての観察用画像が表示される。表示素子１０（観察用画像）からの光は、観察光学系１を介してその射出瞳２１に導かれる。射出瞳２１の位置には、観察者の瞳２が配置される。表示素子１０に観察用画像を表示させる表示処理（表示制御）は、外部から入力される映像信号に基づいて表示処理部（表示処理手段）１２が行う。

観察光学系１は、表示素子１０（観察用画像）からの光を透過する屈折面である第１面１ａと、第１面１ａからの光を全反射する透過反射面としての第２面１ｂと、第２面１ｂからの光を反射する蒸着反射面としての第３面１ｃとを有する。さらに、観察光学系１は、第３面１ｃからの光を射出瞳に向けて透過させる第２面１ｂと共通の面である第４面１ｄを有する。観察光学系１は、これら第１から第４面１ａ〜１ｄにより囲まれて内部が１より大きい屈折率を有する媒質で満たされたプリズム形状の光学素子により構成されている。観察光学系１は、第１から第４面１ａ〜１ｄのうち少なくとも２面以上は非回転対称面（自由曲面）で構成された偏心光学系である。これにより、偏心収差を補正しつつ、観察者に観察用画像の拡大光学像である観察像を提示する。ただし、偏心光学系であることで、偏心方向に非対称な歪曲収差が発生する。

図２を用いて、本実施例の観察光学系１にて発生する非対称な歪曲収差について説明する。図２（ａ）は、表示素子１０の矩形の表示領域１０ａを示している。後述する非表示処理を行わない場合は、表示領域１０ａには、その四隅部１０ｂまで観察用画像が表示される。一方、観察光学系１には、図２（ｂ）に示すように観察像（網目線で示す）４を歪ませる歪曲収差が発生する。具体的には、表示領域１０ａの四隅部１０ｂのうち図中の上側左右の隅部（第１の隅部）１０ｂからの光をこれら隅部１０ｂに対応する上側左右の角部５が欠けた形状の観察像（網目線で示す）４を形成させるような歪曲収差が発生する。この角部５が欠けるとは、本来直角であるはずの角部５が歪曲収差の影響で丸みを帯びてしまう（言い換えれば角部が面取りされたような形状となる）ことを意味している。このように、表示素子１０（観察用画像）から射出瞳２１に向かって光線をトレース（順トレース）した場合に負の歪曲収差であって、かつ上下方向（表示領域１０ａの短辺が延びる方向）において非対称な歪曲収差が発生している。これにより、観察者に観察像の形状が不自然であると感じさせるおそれがある。

本実施例では、ＣＰＵまたはＭＰＵ等を含むコンピュータとしての表示処理部１２が、表示処理プログラムに従って、以下のような歪曲補正処理および非表示処理を行う。

図３には、観察用画像に対する歪曲補正処理を行った後に観察される観察像７を示している。図３では、図２（ｂ）に示した観察像４の内側部分の歪曲が補正（低減）されている。しかし、上側左右の角部８が欠けた形状の観察像であることには変わりがない。すなわち、観察用画像の歪曲補正処理だけでは不自然な観察像の形状までを補正できない。

これに対し、図４には、図２（ａ）に示した表示領域１０ａの四隅部１０ｂのうち上側左右の隅部１０ｂ以外（第１の隅部以外）の下側左右の隅部（第２の隅部：一点鎖線で示す）１０ｂに非表示処理が行われた場合の観察像７を示す。非表示処理とは、外部からの映像信号に対応する観察用画像が表示されないようにする処理であり、例えば、黒または黒に近い暗色を表示する暗表示状態とする処理である。言い換えれば、非表示処理とは、観察者から見て外部からの映像信号に対応する観察像を見えなくする処理である。

このような非表示処理を行うことで、観察像７は、歪曲収差によって上側左右の角部５だけでなく、下側左右の角部９も欠けた形状を有する。このため、観察像７の形状が非表示処理を行わない場合の非対称な形状に比べて上下左右において対称（又はほぼ対称）な形状となり、観察者に観察像の不自然さを感じさせにくくなる。さらに、図４に示す観察像７は、観察用画像に対する歪曲補正処理も行われているため、より観察者に不自然さを感じさせにくくなる。

本実施例によれば、観察用画像に対する歪曲収差補正だけでは補正できない非対称に角部が欠けた形状の観察像を上述した非表示処理を行うことで補正することができる。すなわち、上下左右において対称に角部が欠けた形状の観察像を形成させることで、観察者に不自然な印象を与えることを回避することができる。

なお、非表示処理を行った場合の観察像の形状は、非表示処理を行わない場合に比べて観察者が感じる不自然さが低減されれば、必ずしも上下左右において対称（又はほぼ対称）である必要はない。

また、図１に示した観察光学系１の形状や面の数は例に過ぎず、他の形状や面の数を有する観察光学系を用いてもよい。また、内部で観察用画像からの光が一旦結像する観察光学系や、反射面のみ又は透過面のみで構成される観察光学系や、２つ以上の光学素子により構成される観察光学系等を用いてもよい。

図５には、本発明の実施例２の観察光学系を示している。図５において、１１は回転対称な観察光学系であり、２０は表示素子を示す。

本実施例では、観察光学系１１は、設計上は回転対称であっても、実際の製造や組立上の誤差によってキーストン歪を含む非対称な歪曲収差が発生すると、非対称に角部が欠けた形状の観察像が観察されるおそれがある。また、実施例１とは異なり、非対称な方向が上下だけでなく左右や斜め方向になる場合がある。さらに言えば、４つの角部のうち１つだけが欠けた形状の観察像が観察されるおそれもある。

この場合でも、実施例１と同様に、表示素子２０の矩形の表示領域の少なくとも１つの隅部（第２の隅部）に対して非表示処理を行うことができる。例えば左右のうち一方の上下や一方の対角方向の２つの角部が欠けた形状を有する観察像が観察される場合は、表示領域１０ａのうち左右のうち他方の上下や他方の対角方向の２つの角部に対応する隅部１０ｂを非表示状態とする非表示処理を行えばよい。また、１つの角部だけが欠けた形状の観察像が観察される場合は、その角部以外の３つの角部に対応する隅部１０ｂを非表示状態とする非表示処理を行えばよい。

本実施例でも、観察用画像に対する歪曲収差補正だけでは補正できない非対称に角部が欠けた形状の観察像を、上下左右において対称に角部が欠けた形状の観察像に補正することができ、観察者に不自然な印象を与えることを回避することができる。

なお、観察光学系１１の構成や非回転対称面の有無や偏心光学系か否か等にかかわらず、非表示処理を行うことができる。

実施例１，２では、表示素子における観察用画像の非表示処理によって観察像の形状の非対称性を解消する場合について説明した。しかし、実施例１，２において非表示処理により非表示状態とする表示領域１０ａの隅部（第２の隅部）１０ｂを非表示状態とせず、その隅部からの光が射出瞳に導かれないように遮光してもよい。

具体的には、例えば図６に示すように、表示素子１０の表示領域１０ａのうち実施例１において非表示状態とした２つの隅部１０ｂを覆うようにフィルムや塗料等の遮光部材（遮光手段）１５を設ける。なお、遮光部材１５を設ける位置は、表示素子１０上ではなく、観察光学系１を構成する光学素子上であってもよい。

また、遮光部材１５をこれら２つの隅部１０ｂを覆う位置と覆わない位置との間で移動可能とし、ユーザの操作によって両位置を選択できるようにしてもよい。これにより、ユーザが遮光部材１５で覆われる隅部１０ｂに表示される観察用画像により形成される観察像も観察したい場合にこれを可能とすることができる。

以上説明したように、上記各実施例によれば、観察用画像の一部を非表示としたり観察用画像からの光を遮光したりすることで、歪曲収差による観察像の形状の不自然さを目立たなくすることができる。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１ 観察光学系
１０ 表示素子
１０ａ 表示領域
１０ｂ 隅部
２１ 射出瞳

Claims (8)

1. 矩形の表示領域に観察用画像を表示する表示手段と、
   前記表示領域からの光を射出瞳に導いて光学像としての観察像を提示する観察光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記観察光学系は、前記表示領域の四隅部のうち少なくとも１つの第１の隅部からの光を、該第１の隅部に対応する角部が欠けた形状の前記観察像を形成するように前記射出瞳に導く歪曲収差を有しており、
   前記表示領域の前記四隅部のうち前記第１の隅部以外の第２の隅部に対して前記観察用画像を表示しない非表示処理を行う表示処理手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記非表示処理は、前記第２の隅部を暗表示状態とすることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記表示処理手段は、前記観察用画像に対して前記歪曲収差による前記観察像の歪みを低減する補正処理を行うとともに前記非表示処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 矩形の表示領域に観察用画像を表示する表示手段と、
   前記表示領域からの光を射出瞳に導いて光学像としての観察像を提示する観察光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記観察光学系は、前記表示領域の四隅部のうち少なくとも１つの第１の隅部からの光を、該第１の隅部に対応する角部が欠けた形状の前記観察像を形成するように前記射出瞳に導く歪曲収差を有しており、
   前記第２の隅部からの光が前記射出瞳に導かれないように遮光する遮光手段を有することを特徴とする画像表示装置。
5. 前記遮光手段が、前記表示素子に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記歪曲収差は、正の歪曲収差であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
7. 前記観察光学系は、少なくとも１つの非回転対称面を有する偏心光学系であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 前記観察光学系は、
   前記表示領域からの光を透過させる第１面と、
   前記第１面からの光を反射する第２面と、
   前記第２面からの光を反射する第３面と、
   前記第３面からの光を前記射出瞳に向けて透過させる第４面とを有し、
   前記第２面と前記第４面は共通の透過反射面であり、
   前記第１から第４面のうち少なくとも３つは非回転対称面であることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。