JP3336687B2 - 眼鏡型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、顔面に装着しコンピュ
ータやテレビなどの画像を拡大して見ることが可能な眼
鏡型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の眼鏡型表示装置には、特公昭５９
−１１７８７６「パーソナル液晶映像表示器」や、特開
平４−２６２８７「眼鏡型映像表示装置」や特開平４−
２４１８９４「頭部搭載テレビゲーム機」などの眼鏡型
表示装置がある。

【０００３】これらの眼鏡型表示装置においては、図７
に示すような眼鏡型のフレーム内に液晶パネルを側面、
もしくは上下部に設けられており、これらの液晶パネル
に対して、例えば図示してあるＴＶチューナ等から信号
を受け、液晶パネルに画像を映し出すものである。液晶
パネルの画素配置に関しては、モザイク状に配置された
画素は、光の３原色ＲＧＢのフィルタによりそれぞれの
画素に対応して色の選択透過が可能なように配置されて
いる。これらの液晶パネルに表示した画像は、前記のパ
ーソナル液晶映像表示器のように、自然光を液晶の光源
として表示する方法や、眼鏡型映像表示装置のように、
ハーフミラ−とレンズにより接眼部に画像を導くもの
や、頭部搭載テレビゲーム機等のように液晶パネル部を
頭部に搭載しそれらの画像をハーフミラ−により接眼部
分に導くものなどがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の眼鏡型表
示装置においては、左右両眼に対する画像は、モザイク
状ＲＧＢのフィルタが配置された画素にそれぞれの輝度
情報に対応した透過光が電気的にコントロールされ、画
像に対応した光を、拡大手段を用いて網膜上に結像する
ものである。これらの拡大手段には凹面鏡、もしくは凸
レンズにより拡大する事が一般的であるが、これらの拡
大手段においては、あくまで虚像を見る光学系である。
この虚像を見る場合に、顕微鏡や、双眼鏡などで既によ
く言われている器械近視の現象により、画像の観察でき
る距離に関しては、光学的作図によれば３ｍ先に虚像が
生成しているはずのものが、実際には５０〜１００ｃｍ
の位置に画像が引き寄せられてしまう。これらの現象は
一般的に器械近視（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｍｙｏｐｉ
ａ）と呼ばれる現象であり、距離感に対する感覚がずれ
てしまう現象である。

【０００５】これにより例えば映画などの画像を見る場
合、１．２ｍ先に３３インチの画像を得ることは、画像
のサイズとレンズの焦点距離が決まれば幾何学的に虚像
位置は決定されるが、その場合どうしても器械近視の影
響により数メートル先にある画像の距離感は感ずること
が不可能で、しかも画面サイズが３３インチあるといわ
れてもそのサイズを感ずることが非常に難しいものであ
った。

【０００６】また、真っ暗な状態の中にある虚像データ
の場合、暗闇の中に浮き上がった画像データは、相対的
な大きさの判断基準がなく距離関係を掴むことが難し
い。また人間の目による大きさの判断は相対的な比較と
学習効果により行なっていることもあり、映画館で大き
なスクリーンの隣にある時計や、観客席に僅かに光の漏
れ等で感じることの可能な人の影などからスクリーンの
絶対的なサイズを理解し、その大きさから臨場感を得て
いる。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決するため
のもので、画像生成された液晶パネルの表示面以外の周
辺部に特殊パターンを生成することにより、器械近視に
よる虚像の画像位置が手前に引き寄せられる現象をでき
るだけ低減させ、画像のサイズに対する感覚をできるだ
け離れたところに、しかも幾何学的に大きく感じさせる
眼鏡型表示装置を提供することにある。

【０００８】さらに、他の目的は、液晶パネルの表示面
以外の周辺部に外界情報を重ね合わせ見ることにより、
相対的な大きさの比較が可能で、これらの外界情報に液
晶面の画像を重ねることにより、たとえば周辺部から見
る外界情報の１０ｍ先に焦点を合わせることにより、あ
たかも１０ｍ先に１００インチの画像を得ることが可能
な眼鏡型表示装置を提供することにある。

【０００９】さらに他の目的は、液晶パネルの表示エリ
ア以外の周辺の非表示エリアに設けられた文字、特殊パ
ターンを左目、右目の両眼視差のあるパターンにするこ
とにより、奥行き感のある眼鏡型表示装置を提供するこ
とにある。

【００１０】さらに、他の目的は、液晶表示面以外の周
辺部に特殊パターンを形成することにより、左右の眼鏡
に対する眼幅調整と視度調整を行なうことが可能な眼鏡
型表示装置を提供することにある。

【００１１】またさらに他の目的としては、液晶の表示
エリア以外の周辺部に特殊パターンを形成することによ
り、近見負荷による眼精疲労を低減した眼鏡型表示装置
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明第１の眼鏡型表示装置は、液晶パネルに表示
された画像を接眼部に導き網膜上に結像する眼鏡型表示
装置において、特殊パターンを生成するための特殊パタ
ーン生成手段と、前記液晶パネルに表示された画像と前
記特殊パターンとを合成して接眼部に導く合成手段と、
を有し、前記特殊パターンは、前記液晶パネルにより生
成された画像データエリアの外側に生成される線状パタ
ーンで構成され、前記線状パターンは、前記画像データ
エリアの各コーナー部から放射状に延伸する線分を有し
て形成されてなることを特徴とする。この特殊パターン
生成手段は一部にスリットが形成されたスリット板を有
し、前記スリットを透過した光によって前記特殊パター
ンが生成されてなることが好ましい。合成手段は、液晶
パネルに表示された画像を反射し、特殊パターンを透過
して合成するビームスプリッタで構成することができ
る。また、特殊パターンは、黒色の背景に対し白色のパ
ターン、もしくは１色か複数色のカラーパターンにより
生成することが可能である。

【００１３】

【００１４】本発明第２の眼鏡型表示装置は、液晶パネ
ルによって表示された少なくとも２つの画像を接眼部に
導き網膜上に結像する眼鏡型表示装置において、前記液
晶パネルには、所定エリアに生成する画像と、前記所定
エリアの外側にパターンを生成するための画像とが形成
されてなり、前記パターンを生成するための画像は、両
眼視差を発生させるべく左右の目に独立して形成されて
なることを特徴とする。

【００１５】

【実施例】（実施例１）以下本発明の一実施例を図面に
したがって説明する。

【００１６】図１は、本発明の眼鏡型表示装置の実施例
１の構成を説明した構成図で、各々の光学部品を解りや
すくしたものである。

【００１７】眼鏡型表示装置は、人間の目１０の直前に
表示装置を設けたもので、凸レンズ１１の焦点距離は瞳
のほぼ中心に設定してある。液晶パネル１３はおもにポ
リシリコンやアモルファスシリコンのアクティブマトリ
クスパネルやパッシブマトリクスパネル等による小型の
液晶パネルにより構成され、蛍光管などで構成されたバ
ックライト１４は、白色光を液晶のパネルに照射する。
照射された白色光は、表示されるカラーもしくはモノク
ロームの光透過量に電気的に変調され、光合成手段のビ
ームスプリッタ１２を介して観視者の目の方向に折曲げ
導かれる。この光合成手段であるところのビームスプリ
ッタ１２は、液晶パネルに生成された画像と、もう一方
から入射する特殊パターンを合成するものである。この
特殊パターンに関しては、写真フィルムや薄い黒色の樹
脂、薄い金属板に光の透過部をエッチングで抜いたもの
等で構成され、スリット板１５に液晶パネルの表示部分
の周辺部のみに光学的に合成する如く配置したパターン
を形成されている。この特殊パターンは光透過量をコン
トロールする拡散板１６により、外部から入射する自然
光を均等に拡散し、特殊パターンの明るさ及び均一性を
コントロールしている。

【００１８】この光学系により得られる画像は、凸レン
ズ１１に対して液晶パネル１３の像面位置と特殊パター
ンの像面位置が等しい距離に設定されているため、液晶
パネル１３の画像のコントラストに対しては全く影響が
無く、しかも表示エリア以外の周辺部に設けられた特殊
パターンが、あたかも同一面に構成された如く見ること
ができる。また、特殊パターンのパターン形状等からく
る絶対的な透過光量により、本来必要な画像に対する外
乱とならないため、拡散板の透過光量も各々のパターン
により最適な透過量にすることにより画像品質の劣化を
防止している。

【００１９】図２は、図１で示した光学系の特殊パター
ンに関して説明した３種類のパターン図である。

【００２０】（ａ）図は、表示画面下側に構成された点
状の白抜きパターンで、このパターンは液晶パネルの表
示エリア（２点鎖線）の下部に設けられている。このパ
ターンは、きめの勾配（ｔｅｘｔｕｒｅ ｇｒａｄｉｅ
ｎｔ）と呼ばれ、点状パターンが近くは疎で、遠くは密
に見えるが如く、点の密度が距離とともに変化するよう
な勾配を設けたパターンである。

【００２１】（ｂ）図は、表示画面の周辺に構成された
線状パターンで、このパターンは液晶パネルの表示エリ
ア（２点鎖線）の周辺に設けられており、液晶パネルの
各コーナから線分が放射状になるようなパターンで、一
般的には線遠近法（ｌｉｎｅａｒ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉ
ｖｅ）と呼ばれる手法により遠近感を感じさせるパター
ンである。

【００２２】（ｃ）図は、きめの勾配と線遠近法を組み
合わせたパターンで、近くは疎で、遠くは密となる線分
を放射状にしたパターンである。

【００２３】以上のようなパターンを液晶の表示エリア
の周辺に施すことにより、虚像拡大に於ける像の知覚位
置関係が比較的遠くにあるが如く距離感を感ずることが
でき、眼鏡型表示装置を長時間の使用に対しても疲れを
少なくする効果がある。

【００２４】（実施例２）図３は、本発明の眼鏡型表示
装置の実施例２の構成を示したもので（ａ）図は光学系
の構成図、（ｂ）図は光学系を構成するための選択反射
ミラーの平面図である。

【００２５】（ａ）図の目１０の直前に設けられた光学
絞り２１は、人間の目の視野を制限するもので、この光
学絞りは四角、もしくは円状の形状の絞りである。液晶
パネル１３に生成した画像データは、凸レンズ１１を介
し、光の透過強度や反射エリアを部分的に選択反射する
選択反射ミラ−２２により液晶の有効表示部分のみを反
射し目１０に画像を導く。（ｂ）図に示した選択反射ミ
ラ−２２は、液晶パネル１３の表示エリアを十分補うだ
けの反射面と、液晶の反射面以外の周辺部が半透過部分
で構成されたものである。

【００２６】この光学系は、液晶の表示エリア以外の周
辺部は、外部の画像と液晶の画像が同一の像面に見るこ
とが可能で、周辺部の半透過ミラ−を介して、例えば１
０ｍ先の壁面を見ながら液晶の画像を見ることにより相
対的な画像のサイズが判断可能となり、非常に大画面を
見ているような効果が得られる。

【００２７】図４は、図３に示した眼鏡型表示装置の光
学系の外部の画像と、液晶パネルの画像を合成するため
の半透過部分の透過光量を合成するため光学系を一部変
更した光学系の構成図である。

【００２８】目１０の直前に設けられた光学絞り２１
は、視野を制限するもので、液晶パネル１３に生成した
画像データは、凸レンズ１１を介しハーフミラ−２３に
より液晶の有効表示画面を反射させ、目１０に画像を導
く。このハーフミラ−２３は透過光量を自由に設定でき
るハーフミラ−で、外部からの画像と液晶パネルの画像
の明るさにより透過光量を最適化する。遮光板２４は、
液晶パネルの有効画像エリアに対して光が当たらないよ
うに光学的に遮光するための遮光層を設けたもので、液
晶パネルの表示エリアを十分遮蔽しコントラスト低下を
招かないように設けられている。この遮光板の周辺部は
光の透過が可能で、透過光量はハーフミラ−２３の透過
光量で決定され、外部の画像と液晶パネルの画像の明る
さを決定する。

【００２９】遮光板２４は、画像を生成するための液晶
パネル１３に対して遮光板の中心部は光を透過しない遮
光層になっているが、周辺部の透過層に関して必ずしも
常時透過する必要はなく、例えば周辺部の透過部を液晶
層にすることにより、電界強度で周辺部の明るさをコン
トロールすることができる。従って、この周辺部の画像
は、眼鏡型表示装置を装着した時に外部の景観を液晶パ
ネルの周辺に見ることが可能で、そのとき画像生成の位
置の知覚距離をつかむことができ、その状態から徐々に
周辺部の明るさを低下させるように遮光層の電界をコン
トロールすることにより知覚距離や画像の絶対的な大き
さを人間の脳で記憶することが可能となり、臨場感のあ
る画像が楽しむことができる。

【００３０】（実施例３）図５は、３次元空間認識要因
の特に目の両眼視差量に関して説明した説明図である。

【００３１】両眼（左目の網膜ＥＬと右目の網膜ＥＲ）
に与えられる網膜像のずれは両眼視差と呼ばれる。両眼
像にずれがあるとき、一般には２重像として知覚される
ことになるが、このずれ量がある程度以内の時は、両眼
の像が融像して１つのものとして見ることができる。

【００３２】両眼から絶対距離Ｄ離れたところにある物
体Ｑと、そこから奥行き距離差ΔＤ離れたところにある
物体Ｐを瞳孔間距離ａの監視者が見ると、左右眼の網膜
上にできる物体像の位置（左眼はＰＬ’とＦＬ’、右眼
はＦＲ’とＱＲ’）にズレが生ずる。このズレ量（θｑ
−θｐ）を両眼視差といい、各物体を見込む輻輳角（θ
ｐ≒ａ／（Ｄ＋△Ｄ），θｑ≒ａ／Ｄ）の差で示す。こ
のような物体を監視距離Ｌの表示面に再現するには、Ｐ
Ｌ”ＰＲ”，ＱＬ”ＱＲ”のようにズレのある像を形成
すればよい。

【００３３】したがって、これらの両眼視差をうまく組
み合わせることにより、同一の画面内にあたかも飛び出
し画面があるような錯覚を作り出すことが可能である。

【００３４】図６は、本発明の両眼視差を積極的に応用
した実施例を示すもので、液晶表示面以外の非表示エリ
アに生成する画像は時計表示や枠パターンを飛び出し表
示させた実施例であり、（ａ）図は、非表示エリアに時
計や、カウンタを表示した場合の表示画面図、（ｂ）図
は、非表示エリアに枠パターンを表示した表示画面図で
ある。

【００３５】（ａ）図は、液晶パネル周辺部に時計やカ
ウンタ表示をした実施例であるが、左右の眼に対し液晶
パネルの周辺部の時計、カウンタ等の数値表示は予め両
眼視差の量を考慮してずらして設けてある。これらの時
計などの周辺部の表示は、光学的には図４の遮光板２４
の透過部分を液晶のセグメント表示などの時計表示可能
な液晶層にすることにより実現できる。これらの光学系
の場合、左右の眼に対し、中心部に設けられた液晶パネ
ルと、周辺部に設けられた数値表示のセグメント、及び
ドットの数値表示パネルにより構成され、しかも各々の
数値表示が中心部の液晶パネルの画像に対して、浮き上
がる如く視差を設けたもので構成されている。液晶パネ
ルに表示する画像データは、テレビ信号やコンピュータ
の画像を２つの液晶面に、同一もしくは両眼視差のある
画像データを入力する。これらの両眼視差は、一般的に
は画像の水平視差が３０分程度の範囲では比較的両眼の
融像がしやすく、それを越えていくに連れ立体視が不可
能になる。従って、テレビ映像などを映す液晶表示エリ
アの視差は、水平視差が３０分以内とし、周辺部の視差
は液晶表示エリアの視差とは異なる視差データを生成す
ることにより手前に画像を浮き上がらせ、その結果、周
辺画像より液晶表示面があたかも遠くに映し出されたよ
うな相対距離感を感じさせることが可能となる。

【００３６】（ｂ）図は、液晶パネルの周辺部に左右の
眼で異なる視差の枠パターンを生成することにより、
（ａ）図と同様に、枠パターンから奥側に液晶の画像デ
ータが表示したような距離感を感じさせるためのもので
ある。

【００３７】また、この枠パターンを利用して片目ずつ
表示を行ない、そのパターンの表示エリアが、左右の眼
で十分判読可能となるように視度及び眼幅調整をするこ
とにより、眼鏡型表示装置の最適な視認条件を設定する
ことが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、特殊
パターンを、液晶パネルにより生成された画像データエ
リアの外側に生成される線状パターンで構成し、この線
状パターンを、画像データエリアの各コーナー部から放
射状に延伸する線分を有して形成させることにより、液
晶パネルの虚像生成位置の知覚距離を遠くにあるが如く
感じさせることが可能である。特殊パターンを合成する
ための光合成手段をビームスプリッタで構成すれば、眼
鏡型表示装置の小型、軽量化が可能となる。さらに、特
殊パターンを、光の透過量を制御するスリットで構成し
たり、特殊パターンを黒色の背景に対し白色のパター
ン、もしくは１色や複数色のカラーパターンにより生成
したりすることにより、外乱光の少ないコントラストの
優れた表示を得ることが可能である。

【００３９】また、所定エリアの外側にパターンを生成
するための画像を両眼視差を発生させるべく左右の目に
独立して形成させることにより、液晶パネルによって所
定エリアに生成された画像が、その外側に生成された時
計表示などのパターンに比較して奥行きがあるように感
じることができ、長時間の装着における疲労感を軽減す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の眼鏡型表示装置の実施例１の構成を
示す構成図。

【図２】 本発明の図１の実施例の特殊パターンのパタ
ーン図で（ａ）図がきめの勾配のパターン図、（ｂ）図
が、線遠近法のパターン図、（ｃ）図が、きめの勾配と
線遠近法を組み合わせたパターン図。

【図３】 本発明の眼鏡型表示装置の実施例２の構成を
示す構成図で、（ａ）図が光学系の構成図、（ｂ）図が
光学系を構成する選択反射の平面図。

【図４】 本発明の眼鏡型表示装置の光学系の外部の画
像と、液晶の画像を合成するための半透過部分の透過光
量を一部変更した光学系の構成図。

【図５】 本発明の眼鏡型表示装置の３次元空間認識要
因の特に眼の両眼視差両に関して説明した説明図。

【図６】 本発明の眼鏡型表示装置における非表示エリ
アに特殊パターンを飛び出し表示させた実施例を示すも
ので、（ａ）図は、時計やカウンタを表示した場合の表
示画面図、（ｂ）図は、枠パターンを表示した表示画面
図。

【図７】 本発明の眼鏡型表示装置の外観図。

【符号の説明】

１０・・・・眼 １１・・・・凸レンズ １２・・・・ビームスプリッタ １３・・・・液晶パネル １４・・・・バックライト １５・・・・スリット板 １６・・・・拡散板 ２１・・・・光学絞り ２２・・・・選択反射ミラ− ２３・・・・ハーフミラー ２４・・・・遮光板

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/64 511 G02B 27/02 H04N 13/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶パネルに表示された画像を接眼部に
   導き網膜上に結像する眼鏡型表示装置において、 特殊パターンを生成するための特殊パターン生成手段
   と、 前記液晶パネルに表示された画像と前記特殊パターンと
   を合成して接眼部に導く合成手段と、を有し、 前記特殊パターンは、前記液晶パネルにより生成された
   画像データエリアの外側に生成される線状パターンで構
   成され、前記線状パターンは、前記画像データエリアの
   各コーナー部から放射状に延伸する線分を有して形成さ
   れてなることを特徴とする眼鏡型表示装置。
2. 【請求項２】 液晶パネルによって表示された少なくと
   も２つの画像を接眼部に導き網膜上に結像する眼鏡型表
   示装置において、 前記液晶パネルには、所定エリアに生成する画像と、前
   記所定エリアの外側にパターンを生成するための画像と
   が形成されてなり、 前記パターンを生成するための画像は、両眼視差を発生
   させるべく左右の目に独立して形成されてなることを特
   徴とする眼鏡型表示装置。