JP3785539B2

JP3785539B2 - 広視域網膜投影型表示システム

Info

Publication number: JP3785539B2
Application number: JP2002320199A
Authority: JP
Inventors: 秀也高橋; 英二志水
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: JP2004157173A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マクスウェル視を利用した網膜投影型表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、緑内障、加齢性黄班変性、網膜一部損傷等の網膜の機能不全患者や視力低下者は、網膜上の結像部位により視対象を認識できないことが多い。
【０００３】
マクスウェル視は、物体の光を瞳孔の中心に収束させて網膜に直接投影するため、水晶体の調節機能に影響されずに物体を視ることができる。従って、マクスウェル視を利用した光学系によれば、上記視力低下者であっても、水晶体の調節機能に依らずして物体を視ることが出来る。
【０００４】
しかしながら、マクスウェル視は、光の収束点が瞳孔上になければ像を観察できないため、瞳が動くと像が観察できなくなる。
【０００５】
そこで、瞳が移動しても像を観察できるように、瞳が移動する範囲内に複数の光の収束点を配置し、何れかの収束点が瞳孔を通過するようホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）を構成した広視域網膜投影型表示システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２７７８２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＨＯＥを用いた網膜投影型表示システムでは、小型化及びカラー表示が困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、マクスウェル視を利用した広視域網膜投影型表示システムにおいて、小型化及びカラー表示が容易な新方式による広視域網膜投影型表示システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、複数の点光源から液晶ディスプレイを照射し、前記液晶ディスプレイからの透過光を光学レンズで収束させて複数位置に収束点を形成するとともに、その収束点位置に複数のピンホールを配置し、該ピンホールを通過した光を瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するように光学系を構成たことを特徴とする広視域網膜投影型表示システムにより達成される。
【００１２】
また、本発明の上記目的は、拡散光源により照射される可動ピンホールを通じて液晶ディスプレイを照射し、前記液晶ディスプレイからの透過光を光学レンズで収束させて複数位置に収束点を形成するとともに、その収束点位置に配置した複数のピンホールを通過した光を瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するように光学系を構成するとともに、前記可動ピンホールは、瞳孔の動きを検知する瞳孔位置検出装置からの位置検出信号に基づいて、移動する瞳孔位置に光線束を収束させるように位置制御されることを特徴とする広視域網膜投影型表示システムにより達成される。
【００１４】
さらに、本発明の上記目的は、拡散光源から液晶ディスプレイを照射し、その透過光を光学レンズで収束させ、その焦点位置に複数個のピンホールを配置し、該ピンホールから出た複数の光線束が瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するように光学系を構成したことを特徴とする広視域網膜投影型表示システムにより達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について以下に図面を参照して説明する。なお、全図を通し、同様の構成部分には同符号を付した。
【００１７】
図１は、本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第１実施形態の概念図を示している。図１に示すシステムは、複数の点光源１、球面凸レンズ２、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３、及び球面凸レンズ４によって構成されている。図１中、Ｅは眼球である。それぞれの点光源１からの光は、球面凸レンズ２によって平行光線束とされて液晶ディスプレイ３を照射し、その透過光は球面凸レンズ４によって再び収束されて、瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するようになっている。
【００１８】
図示の例で点光源１は、高輝度の白色ＬＥＤを用いている。点光源１を構成するＬＥＤは、図１（ａ）に示すように、中心軸線Ａ上に１個、その周囲に等間隔で４個の合計５個が配置されているが、点光源１の数及び配置は、この態様に限定されるものではなく、例えば、中心軸線上に１個配置し、その周囲に等間隔で６個（正六角形の頂点位置）に配置するなど、種々の態様を採用することができる。
【００１９】
球面凸レンズ４による複数の収束点の隣り合う距離は、瞳孔の直径とほぼ同等かそれより僅かに小さい距離が好ましく、図示の例では、中心軸線Ａ上の収束点とその周囲の収束点との距離Ｌは、１．５〜２．０ｍｍの範囲に設定されている。この距離Ｌが１．５ｍｍより小さいと、瞳孔内に２つの収束点が位置することとなり、網膜上に投影される像がダブってしまうからであり、一方、距離Ｌが２．０ｍｍより大きいと、瞳孔が移動した際に、瞳孔上に収束点が存在しない場合が生じ、網膜上に像が投影しない場合が生じるからである。
【００２０】
また、図示の例において、液晶ディスプレイ３は、カラー液晶ディスプレイであり、図外の画像表示制御装置によって画像が表示される。
【００２１】
上記構成を有する第１実施形態の広視域網膜投影型表示システムによれば、球面凸レンズ４による収束点が瞳孔の可動範囲内に所定間隔で瞳孔上の複数位置に形成され、瞳孔が移動してもマクスウェル視による網膜投影が行われる。そのため、瞳孔が移動しても像を認識することができる。また、光源にＬＥＤ等の小型を用い、小型の薄いカラー液晶ディスプレイを用いることにより、小型化及びカラー化が容易である。小型化によって、メガネ型のシステムを作成することもできる。
【００２２】
図２は、本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第２実施形態の概略構成を示している。図２に示すシステムは、図１で示したシステムに、複数個のピンホール５ａが形成されたピンホール形成板５、球面凸レンズ６、及び球面凸レンズ７が追加されており、その他の構成は、図１のシステムと同様である。
【００２３】
ピンホール形成板５は、ピンホール５ａの位置が球面凸レンズ４による光線束の焦点位置になるように配置されている。ピンホール形成板５のピンホール５ａを光線束が通過することにより、高次回折光を排除し、画質を高めることができる。
【００２４】
複数のピンホール５ａを通過した光は、それぞれ球面凸レンズ６で屈折させられて平行光線束とされ、更に球面凸レンズ７により収束される。球面凸レンズ７による収束点の位置は、上記第１実施形態の場合と同様である。
【００２５】
こうして、瞳孔の可動範囲に所定間隔で複数個の収束点が形成され、瞳孔が移動してもマクスウェル視による網膜投影が行われる。
【００２６】
図３は、本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第３実施形態を示す概念図である。図３のシステムは、上記第２実施形態のシステムと光源が異なり、その他の構成は同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２７】
図３では、拡散光源１ａからの照射を複数のピンホール１ｂが形成されたピンホール形成板１ｃで受け、複数のピンホール１ｂを通る光を光源として用いている。即ち、拡散光源１ａをピンホール形成板１ｃによって複数の点光源に変換している。拡散光源１ａとしては、例えば、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、蛍光ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、複数個の高輝度白色ＬＥＤを散光板により覆ったもの等を使用することができる。
【００２８】
図４は、本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第４実施形態を示す概念図である。図４に示すシステムは、上記第３実施形態のピンホール形成板をピンホール形成装置１ｄに変更した点が相違し、その他の構成は上記第３実施形態と同様である。
【００２９】
ピンホール形成装置１ｄは、液晶ディスプレイ等を利用してピンホール１ｆを形成し、そのピンホール１ｆの位置を可動にしたものである。ピンホール１ｆの位置制御は、図外の制御装置により行われる。
【００３０】
前記可動ピンホール１ｆは、瞳孔の動きに合わせて移動するように制御することが好ましい。例えば、瞳孔の動きを検知する瞳孔位置検出装置（図示せず）からの位置検出信号、いわゆる視線入力の信号に基づいて、移動する瞳孔位置に光線束の収束点を形成するように位置制御する。瞳孔位置検出装置としては、例えば、ＣＣＤ等のアイカメラで捕らえた瞳孔の動きを画像処理により位置検出する方法等の公知の方法を採用し得る。
【００３１】
液晶ディスプレイ３は、観測者の前方を写すようにセットしたＣＣＤカメラ（図示せず）からの画像データを表示することができる。こうすることで、メガネ型の表示システムとすることができる。また、この場合に、前記瞳孔位置検出装置により瞳孔の動きを検知し、その動きに合わせて画像データを取り込むＣＣＤカメラを移動させることにより、目の動きに合わせて風景や景色を液晶ディスプレイ３に表示させることも可能である。
【００３２】
また、液晶ディスプレイをパソコン等に接続して、インターネット画像を表示しても良い。
【００３３】
図５は、本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第５実施形態を示す概念図である。図５のシステムは、上記第３実施形態のシステムから、ピンホール形成板とその隣の球面凸レンズとを取り去り、拡散光源１ａからの光を液晶ディスプレイ３に直接照射する構成であり、その他の構成は、上記第３実施形態と同様である。拡散光源１ａからの拡散光は、液晶ディスプレイ３を通過した後、球面凸レンズ４で収束され、複数の収束点位置に対応して設けた複数のピンホール５ａを通過した後、球面凸レンズ６、７によって眼球Ｅの瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数の収束点を形成する。このように液晶ディスプレイの背後に設けた拡散光源１ａとして、例えば、液晶ディスプレイのバックライトがあり、バックライトが十分な明るさを有するものであれば、本システムに適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る広視域網膜投影型表示システムによれば、液晶ディスプレイを通る光が瞳孔の可動範囲内に所定間隔をおいて複数個の収束点を形成することで、マクスウェル視による網膜上の像が瞳孔の移動によって消えることがなく、しかも、光源、液晶ディスプレイ（液晶表示パネル）、及び光学レンズを組み合わせた光学系によって構成されるので、小型化が容易であり、しかもカラー表示も簡単に為し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第１実施形態を概略的に示し、図１（ａ）は配置構成図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ視側面図である。
【図２】本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第２実施形態を概略的に示す配置構成図である。
【図３】本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第３実施形態を概略的に示す配置構成図である。
【図４】本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第４実施形態を概略的に示す配置構成図である。
【図５】本発明に係る広視域網膜投影型表示システムの第５実施形態を概略的に示す配置構成図である。
【符号の説明】
１点光源
１ａ拡散光源
１ｂピンホール
１ｃピンホール形成板
１ｄピンホール形成装置
１ｆピンホール
２，４，６，７球面凸レンズ
３液晶ディスプレイ
Ｅ眼球

Claims

複数の点光源から液晶ディスプレイを照射し、前記液晶ディスプレイからの透過光を光学レンズで収束させて複数位置に収束点を形成するとともに、その収束点位置に複数のピンホールを配置し、該ピンホールを通過した光を瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するように光学系を構成たことを特徴とする広視域網膜投影型表示システム。
拡散光源により照射される可動ピンホールを通じて液晶ディスプレイを照射し、前記液晶ディスプレイからの透過光を光学レンズで収束させて複数位置に収束点を形成するとともに、その収束点位置に配置した複数のピンホールを通過した光を瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するように光学系を構成するとともに、前記可動ピンホールは、瞳孔の動きを検知する瞳孔位置検出装置からの位置検出信号に基づいて、移動する瞳孔位置に光線束を収束させるように位置制御されることを特徴とする広視域網膜投影型表示システム。
拡散光源から液晶ディスプレイを照射し、その透過光を光学レンズで収束させ、その焦点位置に複数個のピンホールを配置し、該ピンホールから出た複数の光線束が瞳孔の可動範囲内に所定間隔で複数位置に収束点を形成するように光学系を構成したことを特徴とする広視域網膜投影型表示システム。