JP3129719B2 - ビデオディスプレイ装置 - Google Patents

ビデオディスプレイ装置

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JP3129719B2
JP3129719B2 JP01102877A JP10287789A JP3129719B2 JP 3129719 B2 JP3129719 B2 JP 3129719B2 JP 01102877 A JP01102877 A JP 01102877A JP 10287789 A JP10287789 A JP 10287789A JP 3129719 B2 JP3129719 B2 JP 3129719B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (0001) (発明の属する技術分野) 本発明は、ビデオ信号を表示するディスプレイ端末
(VDT)の表示を拡大表示、さらには立体視することが
できるビデオディスプレイ装置に関する。
(0002) (従来の技術) 家庭用テレビジョン受像機に代表されるビデオディス
プレイ装置は、VDTを床やテーブルの上に据え置いて、
1つの画面を少し離れた距離から見るのが一般的であ
る。また、最近では液晶ディスプレイを用いたテレビジ
ョン受像機のように軽量で可搬形の物も普及している
が、いずれも1つの画面を両眼で見ることには変わりが
ない。
(0003) (発明が解決しようとする課題) 前述した従来のビデオディスプレイ装置は、本来的に
以下のような欠点があった。
(1)据置形のビデオディスプレイ装置を見る場合、視
線をビデオディスプレイ装置に固定しなければならず、
長時間同じ姿勢を保つため疲れる。
また、体の姿勢を変える場合も固定されたビデオディ
スプレイ装置に合わせるために不自然な体勢になりやす
い。
(2)携帯形のビデオディスプレイ装置では、装置の位
置を変えることで前述の負担は軽減される。しかし、ビ
デオディスプレイ装置を置ける位置に制限があるため、
例えば仰向けになって画面を見たい場合には、腕で装置
を持ち支える必要がある。腕で装置を持っていると今度
は腕が疲れるようになる。
(3)一般に携帯形のビデオディスプレイ装置は軽量で
ある必要性から画面のサイズは余り大きくない。そのた
め迫力のある大きな映像を楽しむことができない。
(4)通常ビデオディスプレイ装置と人問の眼の間には
他人との共有空間が存在する。そのため映像を見る際に
他人に迷惑をかけることがある。また、映像の秘密性を
保つのが難しい。
そこで本発明の目的は前記問題を解決し、さらにその
構成上の特色から立体映像の表示ができる全く新しい形
式のビデオディスプレイ装置を提供することにある。
(0004) (課題を解決するための手段) 前記目的を達成するために本発明による請求項1記載
のディスプレイ装置は、 映像情報信号を表示する左眼用と右眼用のディスプレ
イと、 左眼と前記左眼用のディスプレイの間に配置される左
眼用の拡大光学系と、 右眼と前記右眼用のディスプレイの間に配置される右
眼用の拡大光学系と、 前記ディスプレイと拡大光学系を、 左眼用と右眼用のディスプレイにそれぞれ同一の映像
情報を表示させたとき、前記左眼用のディスプレイに表
示された映像情報を前記左眼用の拡大光学系を通して左
眼で見る拡大された画面の虚像と前記右眼用のディスプ
レイに表示された映像情報を前記右眼用の拡大光学系を
通して右眼で見る拡大された画面の虚像とが、左右の眼
からの虚像の距離に生成されるようにし、 かつ左右の眼が各々の画面の虚像に向けられるとき、
人間の眼の間隔をde、拡大光学系の像倍率をmとする
と、各々のディスプレイの画面の中心から(de/2)×
(1/m)だけ水平方向の外側の点からの光線が左右の拡
大光学系を通って左右の眼に注がれるとき、その光線が
平行となるように配置することで、左右の画面の虚像が
画面全体において一致するように構成されている。
(0005) 本発明による請求項2記載のビデオディスプレイ装置
は、請求項1記載ビデオディスプレイ装置において、 さらにハーフミラーを前記拡大光学系と眼の間に設
け、前記ハーフミラーの反射側に拡大光学系とディスプ
レイを配置し、前記ディスプレイから出る光量を切り換
えまたは調節して、前記ディスプレイに表示された映像
と、前記ハーフミラーを透過して見える外の風景とを切
り換えまたは同時に重ね合わせて見ることができるよう
にしたビデオディスプレイ装置。
(0006) 本発明による請求項3記載のビデオディスプレイ装置
は、請求項1記載のビデオディスプレイ装置において、 少なくともハーフミラーの透過方向でハーフミラーと
外の風景との間にシャッタを設け、 外の明るさが前記ディスプレイから出る光量に比べ明
るいときでも、前記シャッタを閉じることによりハーフ
ミラーの透過光を遮断して、前記ディスプレイに表示さ
れた映像のみを見ることができるように構成されてい
る。
(0007) (作用) 使用者は前記装置を両眼に対応して装着することによ
り、体の姿勢の制約を受けずにテレビジョン映像を大画
面で、その内容の秘密性を保って見ることができる。ま
た、前記ビデオディスプレイ装置において、両眼視差に
よる立体表示の原理に基づいて生成された左右のビデオ
信号を左右のディスプレイに表示させることにより立体
視することができる。また前記ビデオディスプレイ装置
において、さらにハーフミラーを前記拡大レンズと眼の
間に設け、前記ハーフミラーの反射側に拡大レンズとデ
ィスプレイを配置し、前記ディスプレイから出る光量を
切り換えまたは調節して、前記ディスプレイに表示され
た映像と、前記ハーフミラーを透過して見える外の風景
とを切り換えてまたは同時に重ね合わせて見ることがで
きる。また前記ビデオディスプレイ装置において、少な
くともハーフミラーの透過方向でハーフミラーと外の風
景との間にシャッタを設け、外の明るさが前記ディスプ
レイから出る光量に比べ明るいときでも、前記シャッタ
を閉じることによりハーフミラーの透過光を遮断して、
前記ディスプレイに表示された映像のみを見ることがで
きる。
(0008) (実施例) 次に、本発明を図面等を参照して本発明による装置を
詳しく説明する。第1図は本発明によるビデオディスプ
レイ装置の原理を説明するための略図である。いま、2
つの液晶ディスプレイ1,2には同じテレビジョン信号を
表示させているものとする。まず、右眼用の液晶ディス
プレイ2と右眼6との間に右用の拡大レンズ4を液晶デ
ィスプレイと拡大レンズの距離をu、拡大レンズと右眼
の距離がtとなる位置に置く。
液晶ディスプレイ上の画面は拡大レンズにより拡大さ
れた拡大虚像8が右眼からDだけ離れた位置に生ずる。
(0009) 同様に、左眼用の液晶ディスプレイ1と左眼5との間
に左用の拡大レンズ3を液晶ディスプレイと拡大レンズ
の距離をu、拡大レンズと左眼の距離がtとなる位置に
置く。液晶ディスプレイ上の画面は拡大レンズにより拡
大された拡大虚像7が左眼からDだけ離れた位置に生ず
る。
左右の拡大レンズの焦点距離をともにfとするとレン
ズの公式よりD,u,t,f間には次の関係が成立する。
1/f=−1/(D−t)+1/u (1) また拡大レンズの像倍率をmとすると、 m=(D−t)/u (2) ところで人間の左・右の眼はde(通常58mm〜72mm、平均
65mm、日本人の平均は62mm)だけ離れている。そしてこ
の両眼間距雛が物体の位置情報を得るのに大変重要な役
割を果たしていることが知られている。人間が眼からD
だけ離れたところにある物体を注視するときは、眼のピ
ントをDの距離に調節するとともに両眼の光軸を物体に
向ける両眼輻輳を行う。このピント調節と両眼輻輳が連
動することにより眼に負担をかけることなく大脳中枢で
両眼から得た像を融像処理している。
(0010) いま、第2図(a)のように液晶ディスプレイの画面
の中心をレンズの光軸に合わせた場合を考える。このと
き、眼のピント調節は眼との距雛をDに合わせているの
に輻輳角は0゜すなわち無限大であるため両者の間に極
端にずれが生じて違和感が発生してしまう。次に、第2
図(b)のように、レンズの光軸を輻輳させてみた場合
を考える。このとき画面の中心においてはピント調節も
輻輳角も眼との距離がDに合っているが、画面の端では
左右の像にずれを生じる。画面のサイズが大きいときや
Dが小さいときには大脳中枢における融像処理が困難と
なり二重像や視野闘争を生じるようになる。また、融像
処理が良好に行われた場合でも眼に負担がかかってい
る。
(0011) そこで、第1図のように、眼からDだけ離れたところ
に左右の拡大虚像が一致した結像面が存在する場合を考
える。このとき左右のレンズの光軸は結像面上でもdeだ
け離れている。逆にこれを成立させるためには、液晶デ
ィスプレイの画面の中心から水平方向の外側に de/2m=de・u/2(D−t) だけ離れた点にレンズの光軸を合わせればよく、この条
件を満たすように左右の液晶ディスプレイと左右の拡大
レンズを配置してやれば、あたかも眼からDだけ離れた
位置に1つの大きな画面が置いてあるように見える。例
えば液晶ディスプレイの画面の中心を見たとき、左右の
眼は眼からDだけ離れた拡大虚像の中心にピント調節
し、輻輳角θで輻輳している。この状態ではピント調節
と両眼輻輳が無理なく連動した状態にあるため、眼に負
担をかけることなく大脳中枢における融像処理を行って
いる。
(0012) 次に、第3図を参照して両眼視差による立体表示の原
理に基づいて、生成される左右のビデオ信号の作成を実
例に沿って説明する。第3図に示すような方法で撮影さ
れた2本のビデオ信号を、上述した第1図のようなビデ
オディスプレイ装置の左右の液晶ディスプレイに別々に
表示する場合を考える。第3図(a)に示すように物体
Pa,Pbがあったとする。いま、眼からDだけ離れたとこ
ろにある平面(画枠で囲まれる基準面)7L、8Rを考え
る。基準面7L、8Rは前方空間で完全に重なっている仮想
の基準面である。このとき眼の代わりに2つの凸レンズ
5L、6Rと撮像素子9,10に置き換えて、網膜上の像に相当
するビデオ信号に変換する。
(0013) 次に、このビデオ信号を第1図のようなビデオディス
プレイ装置で左右対応させて表示させると、物体Pa,Pb
はまるでその位置にあるかのごとくに立体表示される。
これは両眼視差の原理に基づくもので物体Pa,Pbを見込
む輻輳角の差により立体的に見える。
(0014) 次に、第3図(b)のように、眼から2Dだけ離れた前
述と同様の基準面7L、8Rを考える。そして眼の代わりに
2つの凸レンズ5L、6Rと撮像素子9,10に置き換えて、網
膜上の像に相当するビデオ信号に変換する。
前記基準面通過または前記基準面から発生したものと
等価で前記各撮像素子9、10に到達した光束に基づく左
右2つの像のビデオ信号を第1図のようなビデオディス
プレイ装置で左右対応させて表示させると、物体Pa,Pb
は全体の位置関係が全て1/2に縮まって見える。これは
ズームアップに相当する。この様にして立体映像のズー
ミングが可能である。
(0015) 前述した理由で本発明のビデオディスプレイ装置を用
いると、画面サイズの小さい液晶ディスプレイでも眼に
負担なく大きく見ることができ、さらに立体表示が可能
である。第4図は本発明の第1の実施例の正面図,側面
図,および平面図である。2枚の液晶ディスプレイ21と
2枚の拡大レンズ22は、第1図に示したような光学位置
に配置されてメインフレーム23に取り付けられている。
この装置においては、自然光を用いて液晶ディスプレイ
を見るため、液晶板の後ろに白色アクリル板24を設け、
これを介して外の光を取り入れるようになっている。メ
インフレーム23の上下には液晶の駆動回路基板25が、左
右の側面には信号処理基板26が取り付けられている。27
は接続ケーブルで本実施例では2本のビデオ信号と電
源,グランドが接続されていて、図示されていない外部
の電源アダプタと他のビデオ機器に接続されている。第
5図にビデオディスプレイ装置を装着した使用状態を示
す。
(0016) これまでに説明した実施例装置で本発明の基本的な目
的を達成することができるが、さらに次のような点につ
いて改善の余地がある。
(1)外からの光に頼るために、夜や暗いところでは液
晶ディスプレイの像を見ることができない。
(2)液晶ディスプレイ,拡大レンズ,各基板の総重量
を鼻の頭だけで受けているため鼻に負担がかかる。
(3)前述したディスプレイ装置を装着したままでは外
を見ることができず、その都度ディスプレイ装置を外す
必要がある。
(0017) 前述の第1番目の問題は、本装置にさらに照明用のバ
ックライトを取り付けることにより解決することができ
る。しかしこのバックライトの重量分だけ第2番目の問
題が深刻になる。これを解決するには前述の眼鏡式では
なく、第6図に示すように、ちょうどスキーのゴーグル
のような形状にすればよい。この場合、この装置の重量
は額とその周り、頬などに分散してかかるため前記欠点
のうち1および2については解決できる。
しかし第3番目の問題については、ゴーグルのような
形状のディスプレイ装置は簡単に取外しができないので
間題になる。さらにバックライトが光軸上の延長上に設
けられるため、眼からメインフレームの端までの長さが
長くなり、安全の面でも問題になる。
さらに前述した実施例装置では、レンズの光軸が平行
な直線上にあるため、液晶ディスプレイの大きさに制限
が生ずる。この問題はハーフミラーを用いることで解決
することができる。
(0018) 第7図(a),(b)は、それぞれの基本的な構成と
光路を示す略図である。第7図(a)は、第1図の光学
位置を維持したままで眼43と拡大レンズ42の間にハーフ
ミラー45を設けて、ハーフミラーの反射側に液晶ディス
プレイ41と拡大レンズを設けた実施例である。
このとき液晶ディスプレイ41とハーフミラー45の間に
は外からの光が漏れ込まない構造とする。
いま、バックライト44が消えている間はハーフミラー
45の反射光がなくなるため、眼43で外の風景を見ること
ができる。
次にバックライト44が点灯すると、外からハーフミラ
ー45を透過してくる光よりハーフミラー45からの反射光
の光量が多くなるため、眼43は液晶ディスプレイ41の画
面を見ることができる。
ただし、外が著しく明るい場合は画面と外の風景が重
なって見えてしまう。
この問題はハーフミラー45の透過方向の延長線上、す
なわちハーフミラー45と外界との間にシャッタを設け、
液晶ディスプレイ41の画面を見る間はシャッタを閉めて
外からの光を遮断してやればよい。
第7図(a)の例では、画面がハーフミラー45により
1回だけ反射するため、眼に見える像は液晶ディスプレ
イ41の画面に表示された像をちょうど裏返したように見
える。このため正常な画面を見るためには、液晶ディス
プレイ41の液晶板を裏返すとか、信号処理で左右を反転
させるなどの工夫が必要である。
第7図(b)は、ミラー46をもう一枚用いて前述の問
題を解決した他の実施例を示す略図である。
(0019) この点を考慮した本発明によるビデオディスプレイ装
置の実施例を説明する。第8図は前記実施例装置の平面
図,正面図,および側面図である。第9図は前記実施例
装置を装着した状態を示す側面略図である。第10図は前
記実施例装置の主要部品の配置を示す斜視図である。第
10図のように各部品の光学配置は第1図および第7図
(b)の通りである。ただしハーフミラー54とミラー56
を平行に保ちながら左右それぞれ外側にひねることによ
り液晶ディスプレイ51上での光軸間距離を眼の間隔より
も広くしている。また、本実施例では、シャッタとして
液晶シャッタ55を用いている。61はスイッチで、1回押
すたびにON−OFFがが切り換わるロック式である。これ
によりバックライト53と液晶シャッタがコントロールさ
れる。
(0020) まず電源がオフの状態では液晶シャッタ55が透過状態
にあるため、眼62は外の風景を見ることができる。次に
電源を入れると液晶シャッタ55は遮断状態になり、液晶
ディスプレイ51のバックライトが点灯するため、眼は液
晶ディスプレイ51上の画面を見ることができる。次に、
スイッチ61を押すとバックライトが消えて液晶シャッタ
55が透過状態になり外界を見ることができる。再びスイ
ッチ61を押すとまた電源を入れたときと同じ状態とな
り、液晶ディスプレイ51の画面を見ることができる。
(0021) 本実施例は第9図に示されているように、ビデオディ
スプレイ装置の全重量を額全体で受けるような構造のた
め負担が少なくなる。また、最も突出する部分が眼の延
長線上になく、いざというときにはすぐに外が見えるた
め安全である。
(0022) 前述した各実施例では液晶ディスプレイを用いて説明
したが、液晶ディスプレイの代わりにCRTやその他のフ
ラットディスプレイを用いても本発明を実施することが
できる。また、液晶ディスプレイを左右それぞれ3枚づ
つ用いて、液晶ディスプレイの持つ画素数の粗さを克服
することも可能である。第11図は、液晶ディスプレイ3
枚を用いた、さらに他の実施例装置の断面図である。バ
ックライトにはEL素子77を用いている。3枚の液晶ディ
スプレイ71,72,73にはそれぞれR,G,Bの信号が表示され
る。74,75,76はそれぞれR,G,Bのカラーフィルタであ
る。バックライトから出た光はカラーフィルタにより不
必要な部分がカットされRGBの光源となり各々に対応す
る液晶板に入射する。こうして3原色で個別に表示され
た画像はダイクロイックプリズム78により合成される。
これを拡大レンズ79を通してみると、カラー表示された
画像が得られる。このようにすれば例えば10万画素の液
晶ディスプレイを用いてもその3倍の30万画素となり解
像度を上げることができる。第12図は、前記原理を適用
した実施例の使用状態を示す側面略図である。この実施
例ではヘッドホーン85もビデオディスプレイ装置と一体
化してある。
(0023) (発明の効果) 以上詳しく説明したように、本発明によるビデオディ
スプレイ装置は、テレビジョン信号を表示する右眼用と
左眼用のディスプレイと、右眼用と左眼用の拡大レンズ
と、前記各ディスプレイと拡大レンズが左右のディスプ
レイの画面を各々に対応する拡大レンズを通して左右の
眼で見たときに、拡大レンズにより生ずる左右の虚像が
一致するように支持するフレームから構成されている。
したがって、使用者は前記装置を両眼に対応して装着
することにより、体の姿勢の制約を受けずに大画面で、
その内容の秘密性を保って見ることができる。
(0024) また、前記ビデオディスプレイ装置において、両眼視
差による立体表示の原理に基づいて生成された左右のビ
デオ信号を左右のディスプレイに表示させることにより
立体視することができる。また前記ビデオディスプレイ
装置において、さらにハーフミラーを前記拡大レンズと
眼の間に設け、前記ハーフミラーの反射側に拡大レンズ
とディスプレイを配置し、前記ディスプレイから出る光
量を切り換えまたは調節して、前記ディスプレイに表示
された映像と、前記ハーフミラーを透過して見える外の
風景とを切り換えてまたは同時に重ね合わせて見ること
ができる。
(0025) また前記ビデオディスプレイ装置において、少なくと
もハーフミラーの透過方向でハーフミラーと外の風景と
の間にシャッタを設け、外の明るさが前記ディスプレイ
から出る光量に比べ明るいときでも、前記シャッタを閉
じることによりハーフミラーの透過光を遮断して、前記
ディスプレイに表示された映像のみを見ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明によるビデオディスプレイ装置の原理
を説明するための略図である。 第2図(a)および(b)は、それぞれ融像処理が困難
となり易い例を示す略図である。 第3図(a)および(b)は、それぞれ立体映像の撮像
原理を示す図である。 第4図は、本発明によるビデオディスプレイ装置の実施
例を示す平面図,正面図および側面図である。 第5図は、前記実施例装置の使用状態を示す図である。 第6図は、さらに他のビデオディスプレイ装置の実施例
の正面図および使用状態を示す側面図である。 第7図は、外の様子を見ることができるようにしたビデ
オディスプレイ装置の原理図である。 第8図は、外の様子を見ることができるようにした実施
例の平面図,正面図および側面図である。 第9図は、第8図に示した実施例の使用状態を示す側面
略図である。 第10図は、外の様子を見ることができるようにした実施
例の主要部品の配置を示した斜視図である。 第11図は、液晶ディスプレイを左右それぞれ3枚ずつ用
いて解像度を高めた実施例の原理を説明するための断面
図である。 第12図は、第11図に示した実施例の使用状態を示す側面
略図である。 1,2……ディスプレイ(液晶) 3,4……拡大光学系(レンズ) 5……左眼 6……右眼 5L……左眼対応レンズ 6R……右眼対応レンズ 7,8……拡大虚像 7L……左眼基準面 8R……右眼基準面 9,10……撮像素子 21……液晶ディスプレイ 22……拡大レンズ 23……メインフレーム 24……白色アクリル板 25……液晶駆動回路基板 26……信号処理基板 27……接続ケーブル 31……液晶ディスプレイ 32……拡大レンズ 33……メインフレーム 34……バックライト 35……液晶駆動回路基板 36……信号処理基板 37……バックライト駆動回路基板 41……液晶ディスプレイ 42……拡大レンズ 43……眼 44……バックライト 45……ハーフミラー 46……ミラー 51……液晶ディスプレイ 52……拡大レンズ 53……バックライト 54……ハーフミラー 55……液晶シャッタ 56……ミラー 57……メインフレーム 58……接続ケーブル 59……液晶駆動回路基板 60……信号処理基板 61……スイッチ 62……眼 71……液晶ディスプレイ(R) 72……液晶ディスプレイ(G) 73……液晶ディスプレイ(B) 74……カラーフィルタ(R) 75……カラーフィルタ(G) 76……カラーフィルタ(B) 77……バックライト(EL素子) 78……ダイクロイックプリズム 79……拡大レンズ 80……眼 81……ミラー 82……ハーフミラー 84……メインフレーム 85……ヘッドホーン 86……接続ケーブル 87……液晶駆動回路基板 88……信号処理基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−117889(JP,A) 特開 昭62−115989(JP,A) 特開 昭58−114024(JP,A) 特開 昭63−280216(JP,A) 特開 平1−267633(JP,A) 実開 昭58−93490(JP,U) 実開 昭58−139775(JP,U) 実開 昭60−100721(JP,U) 実開 昭60−74134(JP,U)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】映像情報信号を表示する左眼用と右眼用の
    ディスプレイと、 左眼と前記左眼用のディスプレイの間に配置される左眼
    用の拡大光学系と、 右眼と前記右眼用のディスプレイの間に配置される右眼
    用の拡大光学系と、 前記ディスプレイと拡大光学系を、左眼用と右眼用のデ
    ィスプレイにそれぞれ同一の映像情報を表示させたと
    き、前記左眼用のディスプレイに表示された映像情報を
    前記左眼用の拡大光学系を通して左眼で見る拡大された
    画面の虚像と前記右眼用のディスプレイに表示された映
    像情報を前記右眼用の拡大光学系を通して右眼で見る拡
    大された画面の虚像とが、左右の眼からの虚像の距離に
    生成されるようにし、 かつ左右の眼が各々の画面の虚像に向けられるとき、人
    間の眼の間隔をde、拡大光学系の像倍率をmとすると、
    各々のディスプレイの画面の中心から(de/2)×(1/
    m)だけ水平方向の外側の点からの光線が左右の拡大光
    学系を通って左右の眼に注がれるとき、その光線が平行
    となるように配置することで、左右の画面の虚像が画面
    全体において一致するように構成したビデオディスプレ
    イ装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のビデオディスプレイ装置に
    おいて、 さらにハーフミラーを前記拡大光学系と眼の間に設け、
    前記ハーフミラーの反射側に拡大光学系とディスプレイ
    を配置し、前記ディスプレイから出る光量を切り換えま
    たは調節して、前記ディスプレイに表示された映像と、
    前記ハーフミラーを透過して見える外の風景とを切り換
    えまたは同時に重ね合わせて見ることができるようにし
    たビデオディスプレイ装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載のビデオディスプレイ装置に
    おいて、 少なくともハーフミラーの透過方向でハーフミラーと外
    の風景との間にシャッタを設け、 外の明るさが前記ディスプレイから出る光量に比べ明る
    いときでも、前記シャッタを閉じることによりハーフミ
    ラーの透過光を遮断して、前記ディスプレイに表示され
    た映像のみを見ることができるように構成したビデオデ
    ィスプレイ装置。
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