JP2023114881A - Image display device and head mount display - Google Patents

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哲郎 森本
Tetsuo Morimoto
茂信 米山
Shigenobu Yoneyama
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Abstract

To provide a technology for avoiding deterioration in quality of a display image due to a diffraction phenomenon in a laminated light field image display device.SOLUTION: Disclosed is a light field type image display device 1 in which two or more displays are laminated with a medium layer 30 sandwiched between each display. In at least one set of displays arranged adjacent to each other, an aperture size of pixels of the display closer to the front face is larger than the aperture size of the pixels of the display farther from the front face. The aperture size of the pixels in all displays increases monotonically from the side far from the front face toward the side close to the front face.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、画像表示装置、より詳しくは、ライトフィールド技術を用いた画像表示装置に関する。この画像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイについても言及する。 The present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device using light field technology. A head-mounted display including this image display device will also be referred to.

近年、画像表示ディスプレイから出射されユーザーの目へ入射する光線を制御するライトフィールド技術が注目されている。人間は、各種物体で反射された光線が瞳に入ることによりその物体を見ることができる。ライトフィールド技術はこの反射光線を人工的に画像表示ディスプレイで再現したものであり、結果として人が自然界で見るような奥行き感を提供することができる。 In recent years, attention has been focused on light field technology for controlling light rays emitted from an image display and incident on a user's eyes. A human being can see an object by the rays reflected by the object entering the pupil. Light field technology artificially reproduces this reflected light on an image display, and as a result can provide a sense of depth similar to what people see in the natural world.

ライトフィールド技術を用いる画像表示装置としていくつかの態様が知られているが、代表的なものとして、マイクロレンズアレイ方式と積層方式を挙げることができる。
マイクロレンズアレイ方式では、直径がマイクロメートルオーダーのレンズを有するアレイがディスプレイパネルの表面に取り付けられている。マイクロレンズアレイ方式では、ディスプレイから出射された光をマイクロレンズアレイが特定の方向の光線の束に分解して見る者の目に導く。
Several modes of image display devices using light field technology are known, and typical examples include a microlens array system and a lamination system.
In the microlens array method, an array having lenses with diameters on the order of micrometers is attached to the surface of the display panel. In the microlens array method, a microlens array decomposes light emitted from a display into bundles of rays oriented in specific directions and guides them to the viewer's eyes.

もう一方の積層方式では、特許文献1に記載のように、2枚のディスプレイパネルが媒質層を挟んで重ねられた構造を有する。見る者から遠い側に位置する第一のディスプレイパネルは、バックライト等を備え、光を出射する機能を有する。見る者に近い側に位置する第二のディスプレイパネルは光を出射する機能を有さず、第一のディスプレイから出射された光により照明される。
積層方式では、第一のディスプレイパネルのある画素から発せられた光線は、第二のディスプレイパネルのある画素を通って見る者の目に入射しており、光線が通過する画素の組み合わせにより光線を制御している。
The other stacking method has a structure in which two display panels are stacked with a medium layer interposed therebetween, as described in Patent Document 1. The first display panel positioned farther from the viewer has a backlight or the like and has a function of emitting light. The second display panel located on the side closer to the viewer does not have the function of emitting light and is illuminated by the light emitted from the first display.
In the stacking system, a light ray emitted from a pixel of the first display panel passes through a pixel of the second display panel and enters the viewer's eye, and the combination of pixels through which the light ray passes causes the light ray to pass through. controlling.

マイクロレンズアレイ方式では、1個のマイクロレンズが複数の画素を覆うため、原理的に表示解像度の低下が避けられない。
一方、積層方式では、第一のディスプレイパネルと第二のディスプレイパネルとを十分位置合わせする必要があるものの、解像度を上げることはそれほど困難ではない点で優れている。最新のディスプレイでは、1インチあたり900以上の画素を有するものも報告されている。
In the microlens array method, since one microlens covers a plurality of pixels, in principle, a decrease in display resolution cannot be avoided.
On the other hand, the lamination method is advantageous in that although the first display panel and the second display panel must be sufficiently aligned, it is not so difficult to increase the resolution. State-of-the-art displays have been reported with 900 or more pixels per inch.

特表2020-521174号公報Japanese Patent Publication No. 2020-521174

発明者らは、積層方式において画素サイズを小さくしていくと、光の回折現象により表示画像の品質が劣化することを見出した。発明者らは、これを解決して本発明を完成させた。 The inventors have found that when the pixel size is reduced in the lamination method, the quality of the displayed image deteriorates due to the light diffraction phenomenon. The inventors solved this problem and completed the present invention.

本発明は、積層方式のライトフィールド画像表示装置において、回折現象による表示画像の品質の劣化を回避する技術を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a technique for avoiding degradation in display image quality due to a diffraction phenomenon in a laminated light field image display device.

本発明の第一の態様は、2枚以上のディスプレイが、それぞれのディスプレイ間に媒質層を挟んで積層されたライトフィールド方式の画像表示装置である。
この画像表示装置は、隣り合って配置されたディスプレイの少なくとも一組において、正面に近い方のディスプレイの画素の開口サイズが、正面から遠い方のディスプレイの画素の開口サイズよりも大きく、すべてのディスプレイの画素の開口サイズが、正面から遠い側から正面に近い側に向かって単調増加している。
A first aspect of the present invention is a light field image display device in which two or more displays are laminated with a medium layer interposed between the displays.
In at least one pair of displays arranged adjacent to each other, this image display device has a pixel aperture size of a display closer to the front than a pixel aperture size of a display farther from the front. , the aperture size of the pixel increases monotonically from the side farther from the front to the side closer to the front.

本発明の第二の態様は、第一の態様に係る画像表示装置と、画像表示装置に光入射面を向けて画像表示装置の正面側に配置された接眼レンズとを備えたヘッドマウントディスプレイである。 A second aspect of the present invention is a head-mounted display comprising the image display device according to the first aspect, and an eyepiece arranged on the front side of the image display device with the light incident surface facing the image display device. be.

本発明は、積層方式のライトフィールド画像表示装置における表示画像の品質の劣化を回避することに寄与する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention contributes to avoiding deterioration of display image quality in a laminated light field image display device.

本発明の一実施形態に係る画像表示装置を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an image display device according to one embodiment of the present invention; FIG. 従来の画像表示装置を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing a conventional image display device.

以下、本発明の一実施形態について、図1および図2を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る画像表示装置1を模式的に示す図である。画像表示装置1は、ライトフィールド方式の画像表示装置であり、第一ディスプレイ10と第二ディスプレイ20との2枚の液晶ディスプレイを備えている。
画像表示装置は、第二ディスプレイ20側が正面であり、使用者は正面側から表示される画像を見る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an image display device 1 according to this embodiment. The image display device 1 is a light field image display device, and includes two liquid crystal displays, a first display 10 and a second display 20 .
The front side of the image display device is the second display 20 side, and the user views the displayed image from the front side.

第一ディスプレイ10には、バックライト11と、液晶層12と、カラーフィルタ13とが順に配置されており、公知のカラー液晶ディスプレイと概ね同様の構造を有する。本実施形態において、第一ディスプレイ10の画素15は、カラーフィルタ13の赤フィルタRが配置された第一サブ画素15aと、カラーフィルタ13の緑フィルタGが配置された第二サブ画素15bと、カラーフィルタ13の青フィルタBが配置された第三サブ画素15cとを含む。 The first display 10 has a backlight 11, a liquid crystal layer 12, and a color filter 13 arranged in this order, and has substantially the same structure as a known color liquid crystal display. In this embodiment, the pixel 15 of the first display 10 includes a first sub-pixel 15a in which the red filter R of the color filter 13 is arranged, a second sub-pixel 15b in which the green filter G of the color filter 13 is arranged, and a third sub-pixel 15c in which the blue filter B of the color filter 13 is arranged.

第二ディスプレイ20は、液晶層22およびカラーフィルタ23を備えるが、バックライトを備えない。本実施形態において、第二ディスプレイ20の画素25は、カラーフィルタ23の赤フィルタRが配置された第一サブ画素25aと、カラーフィルタ23の緑フィルタGが配置された第二サブ画素25bと、カラーフィルタ23の青フィルタBが配置された第三サブ画素25cとを含む。 The second display 20 comprises a liquid crystal layer 22 and color filters 23, but no backlight. In this embodiment, the pixel 25 of the second display 20 includes a first sub-pixel 25a in which the red filter R of the color filter 23 is arranged, a second sub-pixel 25b in which the green filter G of the color filter 23 is arranged, and a third sub-pixel 25c in which the blue filter B of the color filter 23 is arranged.

第二ディスプレイ20の画素25の開口サイズは、第一ディスプレイ10の画素15の開口サイズよりも大きくなっている。すなわち、第二ディスプレイ20のカラーフィルタ23における第一サブ画素25aの開口サイズは、第一ディスプレイ10のカラーフィルタ13における第一サブ画素15aの開口サイズよりも大きい。同様に、第二サブ画素25bの開口サイズは、第二サブ画素15bの開口サイズよりも大きく、第三サブ画素25cの開口サイズは、第三サブ画素15cの開口サイズよりも大きい。 The aperture size of the pixels 25 of the second display 20 is larger than the aperture size of the pixels 15 of the first display 10 . That is, the aperture size of the first sub-pixel 25 a in the color filter 23 of the second display 20 is larger than the aperture size of the first sub-pixel 15 a in the color filter 13 of the first display 10 . Similarly, the aperture size of the second sub-pixel 25b is larger than the aperture size of the second sub-pixel 15b, and the aperture size of the third sub-pixel 25c is larger than the aperture size of the third sub-pixel 15c.

図1には模式断面図を示しているが、本実施形態において、第一ディスプレイ10と第二ディスプレイ20の正面視形状は、同一寸法の長方形あるいは正方形である。第一ディスプレイ10と第二ディスプレイ20とは、第二ディスプレイ20側から見た画像表示装置1の正面視において、互いの四辺が一致するように配置されている。 Although a schematic cross-sectional view is shown in FIG. 1, in the present embodiment, the front view shape of the first display 10 and the second display 20 is a rectangle or square with the same dimensions. The first display 10 and the second display 20 are arranged so that their four sides match each other when the image display device 1 is viewed from the front of the second display 20 side.

第一ディスプレイ10と第二ディスプレイ20とは、間に媒質層30をはさんで配置されている。すなわち、第一ディスプレイ10と第二ディスプレイ20とは、媒質層30の厚さに応じた距離だけ離れて概ね平行に配置されている。
媒質層の典型例は空気層であるが、空気(屈折率1.0002926)とほぼ同様の屈折率を有する、アルゴン(屈折率1.000281)、二酸化炭素(屈折率1.000449)、ヘリウム(屈折率1.000036)、水素(屈折率1.000140)、窒素(屈折率1.000297)、酸素(屈折率1.000276)等からなる層や、これらの混合物からなる層も使用できる。さらに、真空層(屈折率1.0000)も使用でき、本発明における媒質層に含まれる。
The first display 10 and the second display 20 are arranged with the medium layer 30 interposed therebetween. That is, the first display 10 and the second display 20 are arranged substantially parallel with a distance corresponding to the thickness of the medium layer 30 .
A typical example of the medium layer is an air layer, but argon (refractive index 1.000281), carbon dioxide (refractive index 1.000449), helium ( A layer composed of hydrogen (refractive index 1.000140), nitrogen (refractive index 1.000297), oxygen (refractive index 1.000276), etc., or a layer composed of a mixture thereof can also be used. Furthermore, a vacuum layer (refractive index 1.0000) can also be used and is included in the medium layer in the present invention.

画像表示装置1における光線の経路について説明する。
まず、第一ディスプレイ10のバックライト11から光線が出射される。出射された光線は、液晶層12およびカラーフィルタ13、さらに媒質層30を通って第二ディスプレイ20に向かう。
The paths of light rays in the image display device 1 will be described.
First, light rays are emitted from the backlight 11 of the first display 10 . The emitted light travels through the liquid crystal layer 12 , the color filter 13 , and the medium layer 30 toward the second display 20 .

図2に、従来の画像表示装置100を示す。画像表示装置100は、画像表示装置1と同様、積層方式のライトフィールドディスプレイであるが、2枚のディスプレイ110、120のサブ画素のサイズは同一である。
画像表示装置100においては、ディスプレイ110からの光線は、同色のカラーフィルタが配置されたサブ画素を通過する。例えば、緑フィルタGを通ってディスプレイ110から出た光線は、図2に示すように、ディスプレイ120のサブ画素のうち、緑フィルタGが配置されたサブ画素を通過して見る者の目に入射し、緑として視認される。
FIG. 2 shows a conventional image display device 100. As shown in FIG. Like the image display device 1, the image display device 100 is a laminated light field display, but the two displays 110 and 120 have the same sub-pixel size.
In the image display device 100, light rays from the display 110 pass through sub-pixels in which color filters of the same color are arranged. For example, a light ray emitted from the display 110 through the green filter G passes through the sub-pixel in which the green filter G is arranged among the sub-pixels of the display 120 and enters the viewer's eye, as shown in FIG. and is seen as green.

積層方式のライトフィールドディスプレイにおいて表示解像度を向上させるには、2枚のディスプレイにおける画素サイズを小さくすればよい。例えば、各画素を構成するサブ画素の開口サイズを1/3にすると、表示解像度は理論上3倍になる。 In order to improve the display resolution of the stacked light field display, the pixel size of the two displays should be reduced. For example, if the aperture size of the sub-pixels forming each pixel is reduced to 1/3, the display resolution is theoretically tripled.

しかし、発明者らの検討により、このような解像度の向上には、光学的な限界があることが明らかになった。これは、見る者に近い側のディスプレイ120において、隣り合う画素に入射する光が干渉を生じることに起因する。すなわち、光の干渉による回折限界によって画像のボケを生じ、結果として表示画像の品質が劣化することが分かった。 However, the inventors' studies have revealed that there is an optical limit to such improvement in resolution. This is due to the interference of light incident on adjacent pixels on the display 120 closer to the viewer. That is, it has been found that the diffraction limit due to the interference of light causes blurring of the image, resulting in deterioration of the quality of the displayed image.

回折限界について、円形開口の例で単純化しつつ、以下に説明する。直径Dの2つの円形開口がお互いの円の中心からある距離だけ離れて位置する場合を考える。この2つの開口を非可干渉な光で照明したとき、開口における回折像は2つの開口を通過する光の重ね合わせ(干渉)で表現できる。ここで2つの開口による回折像が干渉している場合、2つの像が2点として判別できる限界の距離分解能が回折限界である。回折限界の定義は様々あるが、特に有名なのがレイリーの回折限界で、下記式1で表される。 The diffraction limit is described below, simplified by the example of a circular aperture. Consider the case where two circular apertures of diameter D are located a distance from each other's circle centers. When these two apertures are illuminated with incoherent light, a diffraction image at the apertures can be represented by superposition (interference) of light passing through the two apertures. Here, when diffraction images from two apertures interfere with each other, the limit of distance resolution at which the two images can be distinguished as two points is the diffraction limit. Although there are various definitions of the diffraction limit, the most famous one is the Rayleigh diffraction limit, which is expressed by Equation 1 below.

Figure 2023114881000002
Figure 2023114881000002

式1において、λは光の波長で、主に人の目の感度がよい550nmが使われる。また、Lは開口からの後方側距離である。開口の形状が円形開口の場合における係数は1.22だが、矩形開口の場合は係数が1になるため、矩形開口の回折限界δは、下記式2で表される。 In Equation 1, λ is the wavelength of light, and 550 nm, which is highly sensitive to the human eye, is mainly used. Also, L is the rear side distance from the opening. The coefficient is 1.22 when the shape of the aperture is circular, but the coefficient is 1 when the shape of the aperture is rectangular.

Figure 2023114881000003
Figure 2023114881000003

回折像間の距離がδ以上であれば2つの開口による回折像が分離して識別できることになる。逆にδより小さければ2つの開口による回折像が一つの点に見えてしまうため、表示画像の品質が劣化する。後方側距離Lにおける回折像のエアリーディスクの直径sは下記式3で表される。 If the distance between the diffraction images is δ or more, the diffraction images from the two apertures can be separated and identified. Conversely, if it is smaller than δ, the diffraction images from the two apertures appear as one point, deteriorating the quality of the displayed image. The diameter s of the Airy disk of the diffraction image at the rear side distance L is expressed by the following equation (3).

Figure 2023114881000004
Figure 2023114881000004

発明者らは、この現象に着目し、媒質層により概ね定まる両ディスプレイ間の距離と、第一ディスプレイ10の画素15の開口サイズによって計算できるエアリーディスクの直径よりも、第二ディスプレイ20における画素25の開口サイズの方を大きくすることで回折限界を回避することに成功した。
具体的には、第一ディスプレイ10の画素15から出射された光線が入射する第二ディスプレイ20の画素25における各サブ画素の開口サイズを、第一ディスプレイ10の画素15における各サブ画素の開口サイズよりも大きくすることで、第二ディスプレイの隣り合う画素における回折限界の回避を実現した。これにより、画素15を通って画素25に入射する光線は、画素25を光学的に障害なく通過することができ、更に、第二ディスプレイにおける隣り合う画素による回折限界を回避することができるため、結果としてボケのない良好な品質の画像を表示することができる。
The inventors paid attention to this phenomenon, and found that the distance between the two displays, which is roughly determined by the medium layer, and the diameter of the Airy disk, which can be calculated from the aperture size of the pixel 15 of the first display 10, are smaller than the diameter of the pixel 25 in the second display 20. We succeeded in avoiding the diffraction limit by enlarging the aperture size.
Specifically, the aperture size of each sub-pixel in the pixel 25 of the second display 20 on which light rays emitted from the pixel 15 of the first display 10 enter is defined as the aperture size of each sub-pixel in the pixel 15 of the first display 10. By making it larger than , we realized the avoidance of the diffraction limit in the adjacent pixels of the second display. This allows light rays entering pixel 25 through pixel 15 to pass optically through pixel 25 without obstruction, and also avoids diffraction limitations due to adjacent pixels in the second display. As a result, it is possible to display a good quality image without blurring.

以上説明したように、本実施形態に係る画像表示装置1は、回折限界による画像表示品質の劣化を抑えることができる。
さらに、手前に位置する第二ディスプレイの画素開口サイズを最も大きくすることにより、回折限界を生じないエアリーディスクの直径値の範囲を大きくでき、ディスプレイ間の距離の自由度が高まり、表示装置を構成しやすくなる利点もある。
As described above, the image display device 1 according to the present embodiment can suppress deterioration of image display quality due to the diffraction limit.
Furthermore, by maximizing the pixel aperture size of the second display located in front, the range of diameter values of the Airy disk that does not cause the diffraction limit can be increased, increasing the degree of freedom in the distance between the displays, and configuring the display device. It also has the advantage of making it easier.

本実施形態では説明を単純化するためにディスプレイの積層枚数を2枚としたが、これはあくまで本発明の一態様に過ぎず、これ以外の構成も可能である。例えば、3層積層型ライトフィールドディスプレイ構造体の場合、第一ディスプレイ、第二ディスプレイに加えて、使用者の最も正面に近い側に位置する第三ディスプレイを配置しつつ、第一ディスプレイにおける画素の開口サイズが最も小さく、第二ディスプレイにおける画素の開口サイズが二番目に小さく、第三ディスプレイにおける画素の開口サイズが最も大きい、というように、使用者から一番近い方のディスプレイにおける画素の開口サイズが最も大きく、使用者から遠くなるにつれて画素の開口サイズが小さくなる構造を取ってもよい。 In this embodiment, the number of stacked displays is two for the sake of simplicity of explanation, but this is only one aspect of the present invention, and other configurations are also possible. For example, in the case of a three-layer laminated light field display structure, in addition to the first display and the second display, the third display located on the side closest to the front of the user is arranged, and the number of pixels in the first display is increased. The pixel aperture size of the display closest to the user, with the smallest aperture size, the second smallest pixel aperture size in the second display, the largest pixel aperture size in the third display, and so on. is the largest, and the aperture size of the pixel becomes smaller as the distance from the user increases.

あるいは、第一ディスプレイにおける画素の開口サイズが最も小さく、第二ディスプレイにおける画素の開口サイズおよび第三ディスプレイにおける画素の開口サイズが同等でかつ二番目に小さい、というように使用者から一番遠い方のディスプレイ以外のディスプレイにおける画素の開口サイズが全て同等でかつ使用者から一番遠い方のディスプレイにおける画素の開口サイズよりも大きい構造を取ってもよい。
このように、本実施形態に係る表示装置においては、正面から最も遠い最奥のディスプレイから最も手前のディスプレイに向かって画素の開口サイズが単調増加していればよく、同一開口サイズのディスプレイが複数あっても効果を奏する。
Alternatively, the pixel aperture size in the first display is the smallest, and the pixel aperture size in the second display and the pixel aperture size in the third display are the same and the second smallest, and so on, whichever is farthest from the user. A structure may be adopted in which the aperture sizes of the pixels in the displays other than the display are all the same and are larger than the aperture size of the pixels in the display farthest from the user.
As described above, in the display device according to the present embodiment, it is sufficient that the pixel aperture size monotonically increases from the display furthest from the front toward the display closest to the front, and a plurality of displays having the same aperture size are provided. It works even if there is.

本発明に係る画像表示装置について、実施例および比較例を用いてさらに説明する。本発明の技術的範囲は、実施例の具体的内容のみを根拠として限定されることはない。 The image display device according to the present invention will be further described using examples and comparative examples. The technical scope of the present invention is not limited based only on the specific content of the examples.

(実施例)
正面視長方形の同一サイズのIPS(In-Plane Switching)方式の液晶ディスプレイパネルを2枚準備した。一方のディスプレイにバックライトおよびカラーフィルタを取り付けて第一ディスプレイとし、もう一方はカラーフィルタのみ取り付けて第二ディスプレイとした。
第一ディスプレイの表示解像度は、1インチあたり200画素(200ppi)であり、各サブ画素の開口サイズは42.3μmである。
第二ディスプレイの表示解像度は、1インチあたり100画素(100ppi)であり、各サブ画素の開口サイズは84.7μmである。
(Example)
Two IPS (In-Plane Switching) liquid crystal display panels of the same size and rectangular in front view were prepared. One display was attached with a backlight and a color filter to form a first display, and the other was attached with only a color filter to form a second display.
The display resolution of the first display is 200 pixels per inch (200 ppi) and the aperture size of each sub-pixel is 42.3 μm.
The display resolution of the second display is 100 pixels per inch (100 ppi) and the aperture size of each sub-pixel is 84.7 μm.

第一ディスプレイと第二ディスプレイとを7mmの間隔を空けて正面視で完全に重ね、この状態を固定することにより、実施例に係る画像表示装置を得た。この画像表示装置は、媒質層として、厚さ7mmの空気層を有する。 The image display device according to the example was obtained by completely overlapping the first display and the second display with a gap of 7 mm in front view and fixing this state. This image display device has an air layer with a thickness of 7 mm as a medium layer.

実施例に係る画像表示装置に接眼レンズを取り付け、実施例に係るヘッドマウントディスプレイ(HMD)を作製した。 An eyepiece lens was attached to the image display device according to the example, and a head mounted display (HMD) according to the example was produced.

実施例に係る画像表示品質について、HMDを用いて、目視による表示ボケの有無を評価した。 With respect to the image display quality according to the example, the presence or absence of display blur was visually evaluated using an HMD.

実施例において、第二ディスプレイの位置におけるエアリーディスクの直径は、上述した式3より78.0μmである。一方、第二ディスプレイにおける画素の開口サイズは84.7μmである。
以上より、実施例のHMDでは、第二ディスプレイの画素の開口サイズとエアリーディスクの直径とが上記条件を満たしているため、回折による画像表示の品質の障害を回避できることが理論上示されている。
実際に、実施例に係るHMD画像の目視において表示のボケは認められず、良好であった。
In an example, the diameter of the Airy disk at the position of the second display is 78.0 μm from Equation 3 above. On the other hand, the pixel aperture size in the second display is 84.7 μm.
As described above, in the HMD of the embodiment, since the aperture size of the pixel of the second display and the diameter of the Airy disk satisfy the above conditions, it is theoretically shown that the deterioration of image display quality due to diffraction can be avoided. .
Actually, the HMD image according to the example was good with no blurring of the display when viewed visually.

(比較例1)
第二ディスプレイの表示解像度が1インチあたり200画素(200ppi)である点を除き、実施例と同様の手順で比較例1に係る画像表示装置およびHMDを作製した。
比較例1において、第二ディスプレイの位置におけるエアリーディスクの直径は、実施例1と同様、78.0μmである。一方、第二ディスプレイの各サブ画素の開口サイズは、第一ディスプレイと同一の42.3μmであり、エアリーディスクの直径よりも小さい。
以上より、比較例1に係るHMDでは回折限界を回避できないことが理論上示されている。
実際に、目視によるHMD画像の品質評価では、表示のボケが認められ、良好ではなかった。
(Comparative example 1)
An image display device and an HMD according to Comparative Example 1 were manufactured in the same procedure as in Example, except that the display resolution of the second display was 200 pixels per inch (200 ppi).
In Comparative Example 1, the diameter of the Airy disk at the position of the second display is 78.0 μm as in Example 1. On the other hand, the aperture size of each sub-pixel of the second display is 42.3 μm, which is the same as that of the first display, which is smaller than the diameter of the Airy disk.
From the above, it is theoretically shown that the HMD according to Comparative Example 1 cannot avoid the diffraction limit.
In fact, in the visual evaluation of the quality of the HMD image, blurring of the display was observed, and the quality was not good.

(比較例2)
第一ディスプレイと第二ディスプレイとの間隔を3.5mmとした点を除き、実施例と同様の手順で比較例2に係る画像表示装置およびHMDを作製した。
比較例2において、第二ディスプレイの位置におけるエアリーディスクの直径は、90.9μmである。一方、第二ディスプレイにおける画素の開口サイズは84.7μmであり、エアリーディスクの直径よりも小さい。
以上より、比較例2に係るHMDでは回折限界を回避できないことが理論上示されている。
実際に、目視によるHMD画像の品質評価では、表示のボケが認められ、良好ではなかった。
(Comparative example 2)
An image display device and an HMD according to Comparative Example 2 were manufactured in the same procedure as in Example, except that the distance between the first display and the second display was 3.5 mm.
In Comparative Example 2, the diameter of the Airy disk at the position of the second display is 90.9 μm. On the other hand, the pixel aperture size in the second display is 84.7 μm, which is smaller than the diameter of the Airy disk.
From the above, it is theoretically shown that the HMD according to Comparative Example 2 cannot avoid the diffraction limit.
In fact, in the visual evaluation of the quality of the HMD image, blurring of the display was observed, and the quality was not good.

以上、本発明の各実施形態および実施例について説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。 Although the respective embodiments and examples of the present invention have been described above, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes modifications and combinations of configurations without departing from the gist of the present invention.

例えば、本発明において、ディスプレイに発光機能を付与する手段は、上述したバックライトには限られない。すなわち、ディスプレイとして自発光ディスプレイを用いる場合は、有機EL(OLED)ディスプレイや、ミニLED、マイクロLED等を備えてサブ画素自体が発光するものなど、公知の各種構造のものを採用できる。この場合、例えば赤色、緑色、青色のミニLEDやマイクロLED等を備えることにより、第一ディスプレイをカラーフィルタを備えない構成としてもよい。 For example, in the present invention, means for imparting a light-emitting function to the display is not limited to the above backlight. That is, when a self-luminous display is used as the display, various known structures such as an organic EL (OLED) display, mini-LEDs, micro-LEDs, etc. that emit light from the sub-pixels themselves can be employed. In this case, for example, red, green, and blue mini-LEDs or micro-LEDs may be provided so that the first display does not have a color filter.

さらに、画像表示装置自体が発光機能を有さず、後方に別途光源が配置されることにより画像表示可能な構成であってもよい。 Furthermore, the image display device itself may not have a light emitting function, and may have a configuration in which an image can be displayed by separately arranging a light source behind it.

本実施形態に係る表示装置は、複数あるディスプレイの一つがカラー表示可能に構成されていれば、全体としてカラー表示可能となる。カラー表示可能なディスプレイはどこに位置していてもよい。 The display device according to the present embodiment is capable of color display as a whole if one of the multiple displays is configured to be capable of color display. The color capable display can be located anywhere.

モノクロ表示のディスプレイにおいては、個々の開口が独立した画素として機能し、サブ画素は存在しない。本実施形態に係る表示装置がモノクロ表示のディスプレイを含んで構成される場合も、個々の開口とカラーフィルタを備えるディスプレイのサブ画素の開口とのサイズ関係を上述のようにすることで、同様の効果を奏する。 In a monochrome display, each aperture functions as an independent pixel and there are no sub-pixels. Even when the display device according to the present embodiment includes a monochrome display, by setting the size relationship between the individual apertures and the apertures of the sub-pixels of the display provided with the color filter as described above, the same effect can be obtained. Effective.

本発明に係る画像表示装置においては、実施例に示されたように、エアリーディスクの直径を算出し、これに基づいて第二ディスプレイのサブ画素の開口サイズ、および第一ディスプレイと第二ディスプレイとの間隔を決定することで、表示装置を構成する各ディスプレイの開口サイズを自由に設定しつつ、効果を発揮させることができる。 In the image display device according to the present invention, as shown in the embodiment, the diameter of the Airy disk is calculated, and based on this, the aperture size of the sub-pixel of the second display, and By determining the interval of , it is possible to freely set the aperture size of each display constituting the display device, and to exhibit the effect.

1 画像表示装置
10 第一ディスプレイ
11 バックライト
15a、25a 第一サブ画素(画素)
15b、25b 第二サブ画素(画素)
15c、25c 第三サブ画素(画素)
20 第二ディスプレイ
30 媒質層
1 image display device 10 first display 11 backlight 15a, 25a first sub-pixel (pixel)
15b, 25b second sub-pixel (pixel)
15c, 25c third sub-pixel (pixel)
20 second display 30 medium layer

Claims (4)

2枚以上のディスプレイが、それぞれの前記ディスプレイ間に媒質層を挟んで積層されたライトフィールド方式の画像表示装置であって、
隣り合って配置された前記ディスプレイの少なくとも一組において、正面に近い方のディスプレイの画素の開口サイズが、正面から遠い方のディスプレイの画素の開口サイズよりも大きく、
すべての前記ディスプレイの画素の開口サイズが、前記正面から遠い側から前記正面に近い側に向かって単調増加している、
画像表示装置。
A light field image display device in which two or more displays are stacked with a medium layer interposed between the displays,
In at least one pair of the displays arranged side by side, the pixel aperture size of the display closer to the front is larger than the pixel aperture size of the display farther from the front;
Aperture sizes of all pixels of the display monotonically increase from a side far from the front to a side close to the front.
Image display device.
前記正面から近い方のディスプレイの画素の開口サイズは、前記正面から遠い方のディスプレイの画素の開口が形成するエアリーディスクの直径よりも大きい、
請求項1に記載の画像表示装置。
the pixel aperture size of the display closer to the front is larger than the diameter of the Airy disk formed by the pixel aperture of the display farther from the front;
The image display device according to claim 1.
最も正面から遠い前記ディスプレイが発光機能を有する、
請求項1または2に記載の画像表示装置。
The display farthest from the front has a light emitting function,
3. The image display device according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載の画像表示装置と、
前記画像表示装置に光入射面を向けて前記画像表示装置の正面側に配置された接眼レンズと、
を備える、
ヘッドマウントディスプレイ。
an image display device according to any one of claims 1 to 3;
an eyepiece arranged on the front side of the image display device with a light incident surface facing the image display device;
comprising
head mounted display.
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