JP3447308B2 - 頭部装着型ディスプレイ - Google Patents

頭部装着型ディスプレイ

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JP3447308B2 JP13385292A JP13385292A JP3447308B2 JP 3447308 B2 JP3447308 B2 JP 3447308B2 JP 13385292 A JP13385292 A JP 13385292A JP 13385292 A JP13385292 A JP 13385292A JP 3447308 B2 JP3447308 B2 JP 3447308B2
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研野孝吉
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岡村俊朗
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、頭部装着型ディスプレ
イに関し、特に、臨場感を損なわず、眼が疲れ難く、見
やすい頭部装着型ディスプレイに関する。 【0002】 【従来の技術】狭い室内や屋外でも手軽に大画面で臨場
感のある映像が楽しめる手段として、ゴーグル型や眼鏡
型の頭部装着型ディスプレイが開発されている。図6に
その1例の構成を示す。図中、23は2次元表示素子、
24はリレーレンズ系、25は凹面鏡であり、リレーレ
ンズ24が結像する2次元表示素子23の空中像を凹面
鏡25で拡大して、装着者の肉眼26で観察しやすい位
置に像を作っている。このため、小さくても大画面を観
るのと同様な感覚が得られる。また、視野全体を覆い、
装置外部からの光をシャットアウトすることが可能なの
で、映像に意識を集中させやすく、高い臨場感を得るこ
とができる。さらに、左右別々の画像を表示して3次元
画像にすることもできる。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなデ
ィスプレイでも、図7に模式的に示すように、肉眼で観
察している画面の枠28が視野27に入ると、臨場感が
損なわれやすい。特に、画面とその周辺部との境界での
コントラストが高いと、視線が画面の外周部近くに行き
やすく、枠28が気になって臨場感を得られ難い。枠2
8は、2次元表示素子のエッジや絞りの像、凹面鏡のエ
ッジ等が見えるために生じる。画面を十分大きくして枠
28が視野に入らないように、あるいは、視野に入って
も気にならないようにするためには、120°〜160
°以上もの画角に対応できる光学系や2次元画像表示素
子が必要になる。さらに、光学系を広角にすると、画素
の粗さや収差が目立つようになる。これらの事柄に対応
するためには、通常のビデオカメラで撮影した映像等は
使い難く、ハイビジョン等の特殊な映像ソースが必要と
なる。 【0004】また、画面とその周辺部との境界でのコン
トラストが高いと、暗い背景に明るい画面が浮かび上が
るため、眼が疲れやすいという問題がある。 【0005】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、画面が視野より狭くても、臨
場感を損なわず、眼が疲れ難く、見やすい頭部装着型デ
ィスプレイを提供することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の頭部装着型ディスプレイは、観察者頭部に装着して
視野全体を覆い、外部から意図しない光が侵入しないよ
うに構成され、2次元表示素子と該2次元表示素子の画
像を観察者の眼球の網膜上に投影する光学系とを備えた
頭部装着型ディスプレイにおいて、前記光学系は、前記
2次元表示素子から観察者の眼球位置に至る光路中に拡
散曲面を有しており、前記拡散曲面の中心付近は全反射
面ミラー曲面となっており、前記拡散曲面の背面又は側
面に光源が配置されていることを特徴とするものであ
る。 【0007】 【作用】本発明においては、光学系が、2次元表示素子
から観察者の眼球位置に至る光路中に拡散曲面を有して
おり、その拡散曲面の中心付近を全反射面ミラー曲面と
し、その拡散曲面の背面又は側面に光源を配置すること
により、肉眼で観察される表示画面の枠を不鮮明にし、
あるいは、該表示画面と画面周辺部とのコントラストを
緩和することができる。このように、画面周囲の枠をぼ
かして不鮮明にしたり、画面とその周辺部とのコントラ
ストを低下させることで、画面が視野より狭くても、視
線を画面中央付近に集中させて、臨場感を損なわないよ
うにし、また、急激な明るさの変化を避けて眼の疲労感
を感じ難くさせることができる。 【0008】 【実施例】以下、図面を参照にして本発明の頭部装着型
ディスプレイのいくつかの実施例について説明する。図
1は、第1の実施例の構成を示す断面図であり、図中、
1は液晶表示素子等の2次元表示素子、2はリレーレン
ズ、3は明るさ絞り、4は乳白色の透過型拡散板をベー
スにした曲面板、5は曲面板4上の一部に施された全反
射ミラーコーティング部分で、その周辺部5aは外側に
向かって徐々に反射率が減少してハーフミラーとなり、
非コーティング部へ滑らかに移行するようになってい
る。反射面5は凹面鏡として作用する。6は光源、7は
光源6を格納するボックスで、内側の面は光の反射拡散
性がよくなっている。8は観察者の眼球、9は2次元表
示素子からの光線、10は曲面板4の乳白色部分からの
光線、11は画像表示画角を示す。 【0009】このような構成により、2次元表示素子1
に表示された画像は、リレーレンズ2により凹面鏡5の
前側焦点近傍に空中像として結像され、その空中像は凹
面鏡5により拡大されて、肉眼8で観察しやすい位置に
像を作っている。 【0010】画面枠については、従来例では、画像の周
辺部が暗黒になるが、本実施例においては、光源6から
の光が乳白色の曲面板4により透過拡散されて見やすい
グレーとなる。さらに、ミラーコート5の周辺部5aに
より徐々に画像外周部が不鮮明になるので、表示画角1
1が視野角より狭くても、画像の枠が気にならず、臨場
感を損なわない。 【0011】なお、ミラーコート5の反射率が周辺部5
aで急激に変化するように構成した場合でも、周辺部5
aが眼8に近いため、その端部ははっきりとは見えず、
明確な枠になるわけではない。 【0012】また、この例では、光源6を曲面板4の背
後に置いて照らしているが、曲面板4の凹面鏡5部以外
の前面を散乱面とし、曲面板4の側面から光を入射し
て、曲面板4内を導波させ、この散乱面から眼球8側に
散乱させる方法もある。 【0013】図2は、第2の実施例の構成を示す断面図
であり、図中、図1の実施例と同じ符号で示した構成要
素は同様のものであり、説明を省略する。12は白色開
口板、13は凹面鏡で、特に回転楕円面のものがよい。
この例においては、光源6は、白色開口板12と明るさ
絞り3の間にあり、白色開口板12を照らしている。ま
た、凹面鏡13に回転楕円面を用いる場合、眼球瞳14
と明るさ絞り3はそれぞれその楕円の焦点に置くように
する。図中、Aは、リレーレンズ2の作る2次元表示素
子1の空中像結像位置を示す。 【0014】この実施例の場合、第1の実施例と同様
に、2次元表示素子1の像はA点に結像した後、凹面鏡
13により網膜上に拡大投影される。一方、白色開口板
12の像も凹面鏡13で拡大されて観察されるが、網膜
上に結像しないので、像がぼけてそのエッジは不明瞭に
なる。そのため、画面周辺部はぼけたグレーとなり、画
面の枠もぼけて、眼に負担をかけ難い見やすい画面とな
る。 【0015】以上の第1、第2の実施例では、白色の板
を用いたが、色はこれに限らない。また、模様を描いた
ものであってもよい。 【0016】次に、図3を参照にして第3の実施例につ
いて説明する。図3は、2次元表示素子の表示面(a)
とその角部を拡大して(b)示したものであり、2次元
表示素子1は、符号15で示した中心部主画像表示領域
と、符号16で示した外周部画像表示領域からなる。2
次元表示素子1から眼球に至るまでの光学系は、図6に
示した従来例と同様であるので省略する。中心部主画像
表示領域15には、目的とする画像の表示を行い、外周
部画像表示領域16には、外側へ行くに従い徐々に明度
が落ちて、最外周部では画面の外側とほぼ等しい明度と
なるように表示する。このような表示により、眼で知覚
される画面では周囲の枠が不鮮明になり、画面外側との
コントラストも低くなる。 【0017】この実施例の説明では、外周部の個々の画
素の明るさを徐々に落とす例として示したが、個々の画
素の明るさを2値化して、明るい画素と暗い画素の数の
比を徐々に変えるようにしてもよいし、明るさではな
く、色を変えるようにしてもよい。 【0018】また、明度を変える代わりに、外周部画像
表示領域16に模様を表示するようにしてもよい。表示
する模様としては、例えば、主画像をモザイク状に処理
したものや、主画像に網掛けを施して徐々に鮮明度が悪
くなるようにしたもの等が考えられる。また、表示や画
素そのものを粗くして徐々に解像度を落とすようにして
もよい。 【0019】次に、第4の実施例について説明する。図
4に、この実施例に用いる液晶表示素子を使用した画像
表示部の正面図(a)と側面図(b)を示す。図中、1
7は液晶表示素子、18は液晶表示素子17用のバック
ライトで、液晶表示素子17とバックライト18の間に
外周部が外側に行くに従い徐々に濃くなるようなフィル
タ19を挟んで配置している。この構成により、液晶表
示素子17はそのままで、表示画面と画面周辺部とのコ
ントラストを落とすことができる。このようなフィルタ
の代わりに、図5に示すように、外周部を暗くしたり模
様を表示するようにしたパターン表示用液晶素子20を
挟むようにしてもよい。この場合、パターン表示用液晶
素子20は、ドライバー21を介してパターンジェネレ
イター22につながっており、パターンジェネレイター
22からの信号により表示パターンを変化させることが
できる。なお、液晶表示素子17には、ドライバー29
を介して、例えばVTR30からの映像信号により画像
が表示される。 【0020】なお、図4の場合、バックライト18とフ
ィルタ19を液晶表示素子17より大きくし、液晶表示
素子17の周辺の色や明るさを変えるようにしてもよ
い。 【0021】以上、本発明の頭部装着型ディスプレイを
いくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明は
これら実施例に限定されず種々の変形が可能である。 【0022】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の頭部装着型ディスプレイによると、光学系が、2次元
表示素子から観察者の眼球位置に至る光路中に拡散曲面
を有しており、その拡散曲面の中心付近を全反射面ミラ
ー曲面とし、その拡散曲面の背面又は側面に光源を配置
することにより、肉眼で観察される表示画面の枠を不鮮
明にし、あるいは、該表示画面と画面周辺部とのコント
ラストを緩和することができる。このように、画面周囲
の枠をぼかして不鮮明にしたり、画面とその周辺部との
コントラストを低下させることで、画面が視野より狭く
ても、視線を画面中央付近に集中させて、臨場感を損な
わないようにし、また、急激な明るさの変化を避けて眼
の疲労感を感じ難くさせることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の頭部装着型ディスプレイの第1実施例
の構成を示す断面図である。 【図2】第2実施例の構成を示す断面図である。 【図3】第3実施例の2次元表示素子の表示面を示す図
である。 【図4】第4実施例の画像表示部の正面図(a)と側面
図(b)である。 【図5】第4実施例の変形の構成を示すための図であ
る。 【図6】従来の頭部装着型ディスプレイの構成を示す断
面図である。 【図7】図6のディスプレイの画面枠と視野の関係を模
式的に示す図である。 【符号の説明】 1…2次元表示素子 2…リレーレンズ 3…明るさ絞り 4…曲面板 5…全反射ミラーコーティング(反射面) 5a…全反射ミラーコーティングの周辺部 6…光源 7…ボックス 8…観察者の眼球 9…2次元表示素子からの光線 10…曲面板の乳白色部分からの光線 11…画像表示画角 12…白色開口板 13…凹面鏡 14…眼球瞳 15…中心部主画像表示領域 16…外周部画像表示領域 17…液晶表示素子 18…バックライト 19…フィルタ 20…パターン表示用液晶素子 21…ドライバー 22…パターンジェネレイター 29…ドライバー 30…VTR
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栃木明義 東京都渋谷区幡ケ谷2丁目43番2号オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 岡村俊朗 東京都渋谷区幡ケ谷2丁目43番2号オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 井場陽一 東京都渋谷区幡ケ谷2丁目43番2号オリ ンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−75350(JP,A) 特開 昭64−90827(JP,A) 特開 平4−68777(JP,A) 特開 平4−50032(JP,A) 特開 平3−251892(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/64 H04N 5/74

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 観察者頭部に装着して視野全体を覆い、
    外部から意図しない光が侵入しないように構成され、2
    次元表示素子と該2次元表示素子の画像を観察者の眼球
    の網膜上に投影する光学系とを備えた頭部装着型ディス
    プレイにおいて、 前記光学系は、前記2次元表示素子から観察者の眼球位
    置に至る光路中に拡散曲面を有しており、前記拡散曲面
    の中心付近は全反射面ミラー曲面となっており、前記拡
    散曲面の背面又は側面に光源が配置されていることを特
    徴とする頭部装着型ディスプレイ。
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